Методы экологических исследований; изотопные методы в экологии.

В первую очередь– это описательные методы, которые являлись первыми методами биологических исследований (определения динамики численности, биомассы, размерно-возрастной структуры популяций, сезонных и многолетних циклов размножения, миграций и т.п. с параллельным получением данных о состоянии окружающей среды). В результате развития техники описательные методы претерпели значительное развитие– от простого наблюдения с использованием простейших технических средств(бинокль, кольцевание птиц и т.п.) до сложнейших систем дистанционного слежения с применением электронных и компьютерных технологий. В их числе– датчики, устанавливаемые на птицах, морских млекопитающих и пр., снимки и космоса. В особую группу методов выделился экологический мониторинг, или постоянное слежение за состоянием определенных объектов или целых природных комплексов с целью предупреждения о создающихся критических ситуациях. Экспериментальные методы предполагают непосредственное изучение влияния изменения отдельных экологических факторов на организмы или популяции. Основоположником экспериментального метода в науке является великий итальянский физик Галилео Галилей(1564 – 1642) который впервые провел знаменитый эксперимент по определению скоростей движения шарообразных тел разной массы по наклонной плоскости. Экспериментальный метод включает ряд обязательных компонентов: 1. Постановка задачи; 2. Создание экспериментальной установки с регистрирующей аппаратурой; 3. Проведение эксперимента; 4. Математическая обработка результатов; 5. Формулировка выявленных закономерностей. В большинстве экспериментов выделяются контрольи опыт. Если в эксперименте изменяется один фактор, он называется однофакторным, если два или более– многофакторным. Эксперименты делятся на лабораторные, которые проводятся в достаточно контролируемых лабораторных условиях, и полевые, выполняемые в менее контролируемых естественных условиях. Оба типа экспериментов имеют свои достоинства и недостатки. С1930 годов начали бурно развиваться методы математического моделированияэкологических процессов. Первой известной моделью, получившей всеобщее признание, стала модель«хищник– жертва» физиков Лоткии Вольтерра. Целый ряд последующих моделей также ставили целью объяснить реальные процессы в популяциях и экологических системах. Особенно выделялись среди них модели, описывающие потоки вещества и энергии в различных экосистемах. Однако многие современные моделей часто анализируют гипотетические ситуации, которые даже не имеют места в природе. Поэтому существует определенная опасность в отрыве методов математического моделирования от реального развития экологии. ИЗОТОПНЫЙ АНАЛИЗ, определение содержания изотопов в исследуемом объекте. Концентрацию стабильных и долгоживущих радиоактивных изотопов устанавливают с помощью изотопной масс-спектрометрии - наиб. точного и чувствительного метода изотопный анализ Изотопным методом анализа является метод меченых атомов. Меченые атомы изотопные индикаторы - изотопы, при добавлении в исследуемые объекты способные выполнять роль индикаторов, выявляющих особенности поведения атомов химических элементов, молекул и других химических соединений в этих объектах. Меченые атомы должны удовлетворять, по крайней мере, двум требованиям: 1.они должны быть изотопами тех химических элементов, роль которых в данном объекте или процессе изучается. 2. их присутствие в объекте и пути перемещения в нём должны сравнительно легко и однозначно определяться. Второе требование проще всего реализуется, если в качестве изотопного индикатора использовать радиоактивные изотопы исследуемого элемента. Для регистрации этого излучения используют детекторы частиц. Метод меченых атомов помогает выявить механизм химических реакций, определить структуру молекул.

 

 

Основные понятия теории систем, важнейшие особенности экологических систем.

Система– это совокупность взаимодействующих между собой относительно элементарных структур или процессов, объединенных в единое целое выполнением некоторой общей задачи, несводимой к функциям её компонентов. Каждый элемент в системе рассматривается как единое целое, его внутренние свойства для функционирования системы значения не имеют. Разнообразие элементов составляющих систему, является одним из важнейших условий ее существования(принцип необходимого разнообразия). Нижний предел разнообразия системы равен двум, верхний– стремится к бесконечности. Элементы находятся между собой в определенных отношениях, или взаимодействиях, называемых связями (структуройсистемы). Свойства системы не являются простой суммой свойств отдельных элементов, а имеют качественное отличие. Возникновение в системе в результате взаимодействия элементов

принципиально новых свойств называется эмерджентностью. По своему строению системы делятся на простыеи сложные. Сложность определяется не столько числом элементов в системе, сколько разветвленностью структуры и разнообразием внутренних связей. Сложные можно описать лишь приблизительно. Системы делятся также на детерминированные(преимущественно простые системы, в которых элементы однозначно взаимодействуют определенным образом. Поведение такой системы в будущем можно однозначно прогнозировать) и вероятностные(элементы которых связаны таким большим количеством взаимодействий, что их поведение бывает прогнозировать очень трудно). Системы обладают свойством иерархии. Практически каждую систему можно рассматривать как элемент другой системы более высокого ранга. Каждый уровень иерархии систем изучает соответствующая наука. Экологические системы занимают особое положение место в системной иерархии. Через свой низший уровень они связаны с социальными системами и с биологическими системами более низкого ранга, высший(биосфера) уровень– с геофизической системой планеты. Системам свойственна

саморегуляция – целенаправленное изменение состояния системы благодаря определенным регуляторным механизмам. У животных основными регуляторными

механизмами являются нервная и гуморальные системы. Саморегуляция обеспечивает целостность системы. Важнейшей предпосылкой саморегуляции является обратная связь, или петля управления, означающая влияние выходного сигнала системы на её рабочие параметры. Обратные связи бывают положительнымии отрицательными. Положительная обратная связь уводит систему все дальше от исходного состояния(онтогенез организма).

Все биологические и экологические системы являются сложными и вероятностными. Таким системам, особенно биологическим, присуща саморегуляция, или развитие особого взаимодействия между их элементами, направленное на оптимизацию системы. Примерами самоорганизации биологических систем является процесс эволюции жизни на Земле, возникновение человеческого общества из групп первобытных людей, формирование специфической структуры популяций в новых биотопах и др. Наука, изучающая общие закономерности управления и регуляции систем, называется кибернетикой. Наука, изучающая закономерности самоорганизации сложных систем в

направлении от хаоса к упорядочненности, называется синергетикой.