Экология как наука.Предмет и методы исследования.Связь с другими науками

Экология как наука.Предмет и методы исследования.Связь с другими науками

Эколо́гия (от др.-греч. οἶκος — обиталище, жилище, дом, имущество и λόγος — понятие, учение, наука) — наука о взаимодействиях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой. Термин впервые предложил немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866 году в книге «Общая морфология организмов»

В 1910 г. на Третьем Международном ботаническом конгрессе в Брюсселе были выделены три подраздела экологии:

-аутэкологию, исследующую индивидуальные связи отдельного организма (виды, особи) с окружающей его средой;

-популяционную экологию (демоэкологию), в задачу которой входит изучение структуры и динамики популяций отдельных видов. Популяционную экологию рассматривают и как специальный раздел аутэкологии;

-синэкологию (биоценологию) — изучающую взаимоотношение популяций, сообществ и экосистем со средой. Предметом экологии является совокупность или структура связей между организмами и средой. Современные направления Экологии: -глобальгая экология- основным объектом изучения является биосфера как глобальная экосистема; - социальная экология- объясняет и прогнозирует основные направления развития взаимодействия общества с природной средой; Экология человека- и зуч-ет взаимоот-ния чел-ка со средой обит-ния, влияние экол. Факт-ов на его жизн-сть и здоровье; прикладная экология - рассмат0ет закон-сти форм-ния агроэкосис-м городов как своеобр. Экол. Сис-м, вл-е техносферы на окр. ср(инженерная, медицинская, агроэкология, строительная и др.); экол. Мониторинг- это сис-ма наблюдения, оценка, анализ и прогноз сост-я окр. ср. Методы исследований в экологии подразделяются на полевые, экспериментальные и методы моделирования.Полевые методы представляют собой наблюдения за функционированием организмов в их естественной среде обитания. Экспериментальные методы включают в себя варьирование различных факторов, влияющих на организмы, по выработанной программе в стационарных лабораторных условиях. Методы моделирования позволяют прогнозировать развитие различных процессов взаимодействия живых систем между собой и с окружающей их средой. Экология как комплекс наук тесно связана с такими науками, как биология, химия, математика, география, физика, эпидемиология, биогеохимия. На стыке экологии и других биологических наук возникли:

экоморфология - выясняет, как условия среды формируют строение организмов;

экофизиология - изучает физиологические адаптации организмов к факторам среды;

экоэтология - исследует зависимость поведения организмов от условий их жизни; генетика популяций - изучает реакции особей с разным генотипом на условия среды обитания; биогеография - изучает закономерности размещения организмов в пространстве. Экология взаимодействует и с географическими науками: геологией, физической и экономической географией, климатологией, почвоведением, гидрологией; другими естественными науками (химией, физикой). Она неотделима от морали, права, экономики и т. д.

Краткие сведения из истории развития экология

Первым периодом, этапом развития экологических исследований можем считать описательный этап, который длился довольно долго Это период накопления информации о богатстве животного и растительного мира на нашей планете, период открытия новых континентов, кругосветных путешествий Накопления сведений об образе жизни, зависимости от окружающих условий, характера распределения животных и растений началось очень давно. Труды древнегреческих философов-естествоиспытателей Гиппократа, Аристотеля, Теофраста Ерезийського содержат сведения экологического содержания. второго этапа развития - систематики, с с которым связывают имена таких известных ученых, как К Линней и Е Гумбольдт Многие ученые эпохи Возрождения (XVII-XIX вв) внесли весомый вклад в эту науку, которую в те времена экологией еще не называлиивали. В частности, А. Левенгук (XVIII в.) - Известен как основоположник учения о трофические взаимоотношения и регуляции численности популяций; французский ученый Ж. Бюффон впервые поднял проблему влияния внешних условий на строение животных. Известный эволюционист, автор первого эволюционного учения Ж.Б. Ламарк считал, что влияние "внешних обстоятельств" - одна из главных причин приспособительных изменений организмов, эволюции животных и растений.Важным результатом второго периода является приведение в систему информации о органический мир. Системы, созданные в этот период, уже давали представление об определенной иерархии и взаимосвязи в живой природе. Важным этапом становления экологии как науки стало появление в 1859 г. книги Ч. Дарвина "Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение избранных пород в борьбе за жизнь". В ней Дарвин четко указал на роль окружающей среды ("борьба за существование" в природе) в естественном отборе как одного из основных движущих сил эволюции. После выхода в свет работ Геккеля термин "экология" постепенно прижился и получил всеобщего признания.Вторая половина XIX в. определялась изучением образа жизни животных и растений и их приспособления к климатическим условиям, а также, благодаря работам К. Мебиуса, становлением новой области экологии - биоценологии. Итак, третий этап развития теоретических основ экологии начался со второй половины XIX в, как самостоятельная наука экология сформировалась и приобрела научного признания лишь в начале XX Немецкий биолог Эрнст Геккель (1834 -1919), который в 1866 г. предложил термин "экология", С начала 30-х годов возникает принципиально новый подход в исследованиях по экологии В 1935 г АТенсли обосновал понятие экосистемы, а в 1942 г В Сукаче в сформулировал тезис о биогеоценоз Крупнейший русский ученый XX в. Владимир Иванович Вернадский (1863-1945) создает учение о биосфере. Он показывает, какую огромную роль играют живые организмы в геохимических процессах на нашей планете.В конце жизни В. И. Вернадский приходит к выводу, что биосфера тесно связана с деятельностью человека; от этой деятельности зависит сохранность равновесия состава биосферы. Он вводит новое понятие - ноосфера, что означает "мыслящая оболочка", то есть сфера разума. В. И. Вернадский писал: "Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. Перед ним, перед его мыслью и трудом становится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободного мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть ноосфера".

Классификация водоёмов. Экологические подразделения океанов

Гидросфера занимает до 71% площади земного шара. Организмы, обитающие в водной среде, называются гидробионтами Различают пресноводные и морские водоемы — это среды обитания организмов, подразделения водной среды жизни. Их строение имеет определенное сходство и существенные различия. В пресных водоемах не происходит приливов и отливов, поэтому литораль в них занята растительностью. Две другие зоны — лимническая и профундальная — разграничиваются глубиной проникновения света. Лимническая зона в пресных водоемах, за исключением озера Байкал, не достигает большой мощности, а в прудах она вообще может составлять всего несколько сантиметров из-за большого количества в воде взвешенных частиц.В морских водоемах литораль — это приливно-отливная зона, в которой условия обитания очень жесткие. Неритическая зона ограничивается резким переходом материкового шельфа в материковый склон. В океанической зоне по вертикали различают в свою очередь еще две зоны: эвфотическую (световую) — до глубины проникновения света (примерно до 200 м) и афотическую (бессветовую) — глубже 200 м, куда свет практически не проникает.

Структура биоценозов

Биоценозы характеризуются определенной структурой. Выделяют видовую, пространственную и экологическую структуру биоценоза.

Под видовой структурой биоценоза понимают разнообразие составляющих его видов и соотношение их численности или массы. Видовое разнообразие биоценоза зависит от разнородности среды обитания и возрастает на границах биотопов.Для оценки количественного соотношения видов биоценоза используют различные индексы или процентное соотношение. Виды, преобладающие по численности, являются доминантами сообщества. Доминанты господствуют в сообществе и составляют его "видовое ядро". Среди доминантов выделяют виды- эдификаторы ("строители"), оказывающие наибольшее влияние на существование сообщества (например, в сосновом лесу вид-эдификатор - сосна).Редкие и малочисленные виды также очень важны для биоценоза. Они создают его видовое богатство, увеличивают разнообразие биоценотических связей и повышают устойчивость биоценоза.Для оценки роли отдельного вида в видовой структуре биоценоза используют следующие показатели: обилие вида - число особей данного вида на единицу площади или объема занимаемого пространства; также может характеризоваться как отношение числа особей вида к общему числу особей всех видов сообщества и выражаться в процентах ;частота встречаемости - рассчитывается как процентное соотношение числа проб или учетных площадок, где встречается вид, и общего числа таких проб или площадок;

степень доминирования - показатель, отражающий отношение числа особей данного вида к общему числу всех особей сообщества; согласно общепринятой шкале Ренконена, к доминантным относят виды со степенью доминирования 5% и более, к субдоминантным - 2-5%, к рецедентным - менее 2%. Пространственная структура биоценоза характеризует распределение видов в биотопе. Вертикальное распределение определяется прежде всего сложением его растительной части - фитоценоза, в первую очередь ярусностью. Животные также преимущественно приурочены к определенному ярусу растительности. Например, среди насекомых выделяют следующие группы: 1) геобий - обитатели почвы; 2) герпетобий - обитатели наземного, поверхностного слоя; 3) филлобий - обитатели травостоя; 4) аэробий - обитатели более высоких ярусов.

Cреди птиц есть виды, гнездящиеся только на земле (тетеревиные, овсянки), другие - в кустарниковом ярусе (снегири, славки, певчие дрозды) или в кронах деревьев (зяблики, щеглы, крупные хищники).

Расчлененность биоценоза в горизонтальном направлении называется мозаичностью и определяется абиотическими и биотическими факторами. Под экологической структурой биоценоза понимают определенное соотношение экологических групп организмов. Например, соотношение экологических групп организмов по отношению к влажности - гигрофилов (гигрофитов), мезофилов (мезофитов) и ксерофилов (ксерофитов).Биоценозы со сходной экологической структурой могут иметь разный видовой состав, поскольку одни и те же экологические ниши в разных биоценозах могут быть заняты разными видами, сходными по экологии. Такие виды, выполняющие одни и те же функции в сходных типах биоценозов, называются викарирующими. Например, одну и ту же экологическую нишу занимают антилопы в саваннах Африки, дикие лошади и куланы в степях Азии.

Экологические пирамиды

способ графического отображения соотношения различных трофических уровней в экосистеме). Может быть трех типов: 1) пирамида численности - отражает численность организмов на каждом трофическом уровне; 2) пирамида биомассы - отражает биомассу каждогоитрофического уровня; 3) пирамида энергии — показывает количество энергии, прошедшее через каждый трофический уровень в течение определенного промежутка времени.Правило экологической пирамиды Весьма приближенно можно считать, что при передаче от одного пищевого (трофического) уровня к следующему количество доступной энергии уменьшается на порядок. На основании этого сформулировано правило Линдемана или правило 10%, которое часто используется при решении задач по экологии. В соответствии с этим правилом можно считать, что количество растительного вещества, служащего основой цепи питания, примерно в 10 раз больше, чем масса растительноядных животных, и каждый последующий пищевой уровень также имеет массу, в 10 раз меньшую. Хотя основанный на этом правиле подход широко используется в задачах по экологии, не следует забывать, что эти расчеты являются достаточно условными и, в общем, довольно далеки от действительности[Первые два типа пирамид имеют ряд существенных недостатков. Построение пирамиды численности может быть затруднено в том случае, если разброс численности организмов разных уровней оказывается чрезвычайно велик. (Например, 500 тысячам злаков в основании пирамиды может соответствовать один конечный хищник.) Кроме того, пирамида может оказаться перевернутой (в том случае, если продуцент очень крупный, или в том случае, если большое число паразитов питаются на немногочисленных консументах).Пирамида биомасс отражает состояние экосистемы на момент отбора пробы и, следовательно, показывает соотношение биомассы в данный момент и не отражает продуктивность каждого трофического уровня (т. е. его способность образовывать биомассу в течение определенного промежутка времени). Поэтому в том случае, когда в число продуцентов входят быстрорастущие виды, пирамида биомасс также может оказаться перевернутой. Этих недостатков лишена пирамида энергии. Она позволяет сравнить продуктивность различных трофических уровней, поскольку учитывает фактор времени. Кроме того, она учитываем разницу в энергетической ценности различных веществ (например. 1 г жира дает почти в два раза больше энергии, чем 1 г глюкозы). Поэтому пирамида энергии всегда суживается кверху и никогда не бывает перевернутой.

Вещества биосферы

Разрабатывая учение о биосфере, В.И.Вернадский большое внимание уделял планетарной геохимической роли живого вещества, слагающего биосферу. Как мы уже отмечали, В.И.Вернадский считал, что вещество биосферы состоит из нескольких разнородных природных частей. Живое вещество — вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю, физико-химически едина, вне зависимости от их систематической принадлежности. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4…3,6•1012 т (в сухом весе) и составляет менее одной миллионной части всей биосферы (ок. 3•1018 т), которая, в свою очередь, представляет собой менее одной тысячной массы Земли. Но это одна «из самых могущественных геохимических сил нашей планеты», поскольку живые организмы не просто населяют земную кору, а преобразуют облик Земли. Живые организмы населяют земную поверхность очень неравномерно. Их распространение зависит от географической широты.

Биогенное вещество — вещество, создаваемое и перерабатываемое живым организмом. На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно пропустили через свои органы, ткани, клетки, кровь большую часть атмосферы, весь объём мирового океана, огромную массу минеральных веществ. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениям угля, нефти, карбонатных пород и т. д.

Косное вещество — продукты, образующиеся без участия живых организмов.

Биокосное вещество — вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Таковы почва, ил, кора выветривания и т. д. Организмы в них играют ведущую роль.

Вещество, находящееся в радиоактивном распаде.

Рассеянные атомы, непрерывно создающиеся из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений.

Вещество космического происхождения.

Экология как наука.Предмет и методы исследования.Связь с другими науками

Эколо́гия (от др.-греч. οἶκος — обиталище, жилище, дом, имущество и λόγος — понятие, учение, наука) — наука о взаимодействиях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой. Термин впервые предложил немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866 году в книге «Общая морфология организмов»

В 1910 г. на Третьем Международном ботаническом конгрессе в Брюсселе были выделены три подраздела экологии:

-аутэкологию, исследующую индивидуальные связи отдельного организма (виды, особи) с окружающей его средой;

-популяционную экологию (демоэкологию), в задачу которой входит изучение структуры и динамики популяций отдельных видов. Популяционную экологию рассматривают и как специальный раздел аутэкологии;

-синэкологию (биоценологию) — изучающую взаимоотношение популяций, сообществ и экосистем со средой. Предметом экологии является совокупность или структура связей между организмами и средой. Современные направления Экологии: -глобальгая экология- основным объектом изучения является биосфера как глобальная экосистема; - социальная экология- объясняет и прогнозирует основные направления развития взаимодействия общества с природной средой; Экология человека- и зуч-ет взаимоот-ния чел-ка со средой обит-ния, влияние экол. Факт-ов на его жизн-сть и здоровье; прикладная экология - рассмат0ет закон-сти форм-ния агроэкосис-м городов как своеобр. Экол. Сис-м, вл-е техносферы на окр. ср(инженерная, медицинская, агроэкология, строительная и др.); экол. Мониторинг- это сис-ма наблюдения, оценка, анализ и прогноз сост-я окр. ср. Методы исследований в экологии подразделяются на полевые, экспериментальные и методы моделирования.Полевые методы представляют собой наблюдения за функционированием организмов в их естественной среде обитания. Экспериментальные методы включают в себя варьирование различных факторов, влияющих на организмы, по выработанной программе в стационарных лабораторных условиях. Методы моделирования позволяют прогнозировать развитие различных процессов взаимодействия живых систем между собой и с окружающей их средой. Экология как комплекс наук тесно связана с такими науками, как биология, химия, математика, география, физика, эпидемиология, биогеохимия. На стыке экологии и других биологических наук возникли:

экоморфология - выясняет, как условия среды формируют строение организмов;

экофизиология - изучает физиологические адаптации организмов к факторам среды;

экоэтология - исследует зависимость поведения организмов от условий их жизни; генетика популяций - изучает реакции особей с разным генотипом на условия среды обитания; биогеография - изучает закономерности размещения организмов в пространстве. Экология взаимодействует и с географическими науками: геологией, физической и экономической географией, климатологией, почвоведением, гидрологией; другими естественными науками (химией, физикой). Она неотделима от морали, права, экономики и т. д.