Лекции по "Биоэкологии"

Лекция 1. Тема «Современное состояние и тенденции развития биологической экологии»

 

Цель лекции – сформировать представление о современных теоретических аспектах биоэкологии как научной дисциплине и ее роли в поддержании устойчивого развития природы и общества

Ключевые слова – экология, аутэкология, демэкология, синэкология, биосфера, охрана природы, рациональное природопользование, общество, природа, экологический кризис, устойчивое развитие

Основные вопросы и краткое содержание:

1. Определение биоэкологии как  науки, ее цели, задачи и взаимосвязь с другими науками
2. Экологические проблемы,  их место и роль в современных экономических и политических тенденциях
3. Определение понятия «Устойчивое развитие» и роль экологии в реализации   концепции Устойчивого развития.

 

В настоящее время  экология превратилась в одну из главенствующих междисциплинарных синтетических  наук в связи с ее огромным значением  для понимания взаимоотношений  человечества с окружающей средой. Негативные экологические последствия  научно-технического прогресса  обусловлены часто ошибками в технической и экологической политике, связанными с недооценкой экологических последствий и экономического  ущерба от антропогенных воздействий.  Ответственность за решение проблемы гармонического взаимоотношения между природой и обществом ложится прежде всего на специалистов с высшим образованием. Несомненно,  чем выше интеллектуальный уровень всех членов общества в области окружающей среды, тем легче решать и предотвращать экологические проблемы современности. Несмотря на все многообразие экологических дисциплин (химическая экология,  географическая экология, промышленная экология, медицинская экология, социальная экология, экология  растений,  животных,  микроорганизмов  и т.д.) в основе всех направлений современной экологии лежат фундаментальные  биологические идеи об отношениях живых организмов с окружающей их средой. Экология тесно связана, помимо биологических дисциплин, с такими естественными науками,  как химия, математика, физика, география  и гуманитарными науками - философией,  экономикой,  историей, правоведением, политологией,  культурологией и другими. Все философские школы, начиная с глубокой античности, пытались осмыслить взаимоотношения человека с природой и место, занимаемое человеком  в ней.  Один из важнейших философско-этических вопросов - это вопрос  о том, что может себе позволить  человек  в природе и на что он не имеет права.  Актуальным философским элементом является экологическая этика, связанная с экологически корректным обращением человека с природой,  нравственным осознанием того,  что все  живые организмы имеют равное с человеком право жить на планете.Э.Геккель называл экологию наукой об экономике  природы.  Пренебрежение  экологическими  требованиями ради быстрой экономической выгоды приводит к тяжелым последствиям для людей и, в конечном счете, к невосполнимым экономическим потерям. Не случайно специалисты и эксперты IUCN (Международный Союз Охраны Природы) рекомендуют осуществлять природоохранную деятельность по принципу “экология – политика – экономика”. Без разумной политики природопользования не может быть развитой экономики. Эти вопросы являются предметом нового направления экономической науки - экономики природопользования. Для успешного функционирования системы правовой охраны окружающей среды специалисты  экологи и природопользователи должны  знать механизм управления природопользованием,  а юристы владеть знаниями в области общей экологии и охраны окружающей  среды.

 

Экология (греч. oicos-дом, убежище и logos-наука, учение) - это наука о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей природой. Термин экология ввел немецкий зоолог и эволюционист, последователь Ч.Дарвина Эрнст Геккель в 1866 году.

 

Биоэкология это экология  изучающая отношения организмов (особей,популяций, биоценозов и т.п.) между собой и окружающей средой. Вместес тем - это биологическая основа (базис) современной экологии. В структуре современной экологии, предложенной Н.Ф. Реймерсом

(1994) [5], биоэкология выглядит следующим образом:

СТРУКТУРА СОВРЕМЕННОЙ БИОЭКОЛОГИИ

СИСТЕМНАЯ

ЭКОЛОГИЯ

ЭКОЛОГИЯ

СИСТЕМАТИЧЕСКИХ

ГРУПП

ЭВОЛЮЦИОННАЯ

экология

ПАЛЕО-

ЭКОЛОГИЯ

Биоэкология включает в себя системную экологию, экологию систематических

групп, эволюционную экологию и палеоэкологию

 

 

Основными задачами экологии являются:

1. Изучение закономерностей организации жизни, в том числе в связи с антропогенными воздействиями на природные системы и биосферу в целом, а именно:

а) закономерности размещения живых организмов в пространстве;

б) изменение численности организмов;

в) поток энергии через живые системы и круговорот веществ, происходящий при участии живых организмов;

2. Создание научной основы эксплуатации биологических ресурсов, прогноз изменений природы под влиянием деятельности человека и управления процессами, протекающими в биосфере, сохранение среды обитания человека и всех живых организмов;
3. Разработка системы мероприятий, обеспечивающих минимум применения химических средств борьбы с вредными видами организмов;
4. Регуляция численности живых организмов;
5. Экологическая индикация состояния и загрязнения природных сред.

      Разделы экологии.  Такие свойства живых организмов как адаптация к температуре, влажности, солености и др. факторам среды; характеристики роста и размножения, продолжительность жизни, темп роста; особенности обмена веществ - состав и количество пищи, скорость дыхания, интенсивность фотосинтеза - все эти свойства изучает экология особей, или Аутэкология.  Свойствами популяции в целом, состоящих из разнокачественных особей, различающихся по возрасту, полу, фенотипу, занимается популяционная экология, или Демэкология. Изучением видового состава сообществ, их пространственную структуру, изменения сообществ во времени занимается экосистемная экология, или экология сообществ - Синэкология. Природное жизненное пространство, занимаемое сообществом, называется биотопом (греч. биос-жизнь, топос-место). Биотоп вместе с сообществом образуют экологическую систему, в которой длительное время поддерживаются устойчивые взаимодействия между элементами живой и неживой природы. Совокупность всех экосистем Земли в пределах трех геосфер (литосферы, гидросферы и атмосферы), с которыми взаимодействуют живые организмы, образует самую крупную экосистему Земли - биосферу (греч. биос-жизнь, сфера-шар). Изучением биосферы в целом занимается Глобальная экология.

      Экология - это фундаментальная естественно-научная дисциплина, имеющая свои объекты, задачи и методы исследования. И если признается важность этой науки, надо правильно пользоваться ее законами, понятиями и терминами.

Экология тесно связана как с естественными, так и гуманитарными науками  (химия, математика, физика, география, медицина, экономика, правоведение и др.). 

      Роль экологических знаний в жизни человека всегда была огромна. В период охоты и собирательства знания об образе жизни животных и растений передавались устно от родителей к детям и обогощались благодаря опыту и наблюдательности. Постепенно люди стали накапливать знания об оптимальных сроках посева и сбора урожая, о свойствах почв и удобрений, о влиянии растений друг на друга, о пищевых потребностях животных и.т.д. Когда экология сформировалась как наука (начало 20 века), ее роль для практики резко возросла. Появилась возможность предсказывать последствия хозяйственной деятельности и давать рекомендации, как развивать сельское хозяйство и промышленность, вести промысел, не истощая природные ресурсы и не нарушая природные сообщества.

       Использование человеком природных богатств при полном незнании законов природы часто приводит к тяжелым, непоправимым последствиям. В качестве яркого примера можно привести Аральский кризис. Если государства имеют границы, то у природы их нет. Воздушные массы и воды перемещаются на большие расстояния. Из-за экологической безграмотности и в погоне за сиюминутной выгодой многие не хотят задумываться о будущем, а все наши негативные вмешательства в гармонию природы вернутся бумерангом, и в конце концов пострадает сам человек.

       Теория  и практика показали, что экологическая  составляющая является неотъемлемой  частью человеческого развития.  С экологической точки зрения, устойчивое развитие должно обеспечивать целостность биологических и физических природных систем. Устойчивое развитие — процесс изменений, в котором эксплуатация ресурсов, направление инвестиций, ориентация научно-технического развития и институциональные изменения согласованы друг с другом и укрепляют нынешний и будущий потенциал для удовлетворения человеческих потребностей и устремлений. Особое значение имеет жизнеспособность экосистем, от которых зависит глобальная стабильность всей биосферы. Более того, понятие «природных» систем и ареалов обитания можно понимать широко, включая в них созданную человеком среду, такую как, например, города. Основное внимание уделяется сохранению способностей к самовосстановлению и динамической адаптации таких систем к изменениям, а не сохранение их в некотором «идеальном» статическом состоянии. Деградация природных ресурсов, загрязнение окружающей среды и утрата биологического разнообразия сокращают способность экологических систем к самовосстановлению.

 

Основные схемы, иллюстрирующие содержание: Схема 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вопросы для  самоконтроля:

1. Что изучает наука экология
2. Перечислите основные задачи экологии
3. Перечислите основные разделы экологии
4. Как экология связана с другими науками
5. Что такое «Устойчивое развитие»
6. Какова роль экологии в устойчивом развитии общества

Рекомендуемая литература:

1. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек.  М., «ФАИР-ПРЕСС»,2003.
2. Колумбаева С.Ж., Бильдебаева  Р.М. Общая экология. Алматы, «Қазақ университеті», 2006.

 

 

 

Лекция 2, 3 Тема «Организм и среда».

 

Живая материя представляет иерархию взаимосвязанных и взаимоподчиненных уровней организации. Иначе говоря - жизнь имеет многоуровневую организацию.

Между прочим, это означает, что любая система может рассматриваться  как элемент более высокого уровня организации и, наоборот, элемент  представляет систему для более низких уровней организации. То есть каждый уровень является одновременно и системой и элементом. Например, человек как организм является системой, состоящей из элементов-органов, и в то же время он сам является элементом - членом определенной популяции людей. Такой подход справедлив к любому живому объекту.

В целом же принято  рассматривать четыре уровня организации живых систем, что в значительной степени условно, так как в них можно выделить множество подуровней (табл. 1).

Таблица 1 (Уровни и подуровни организации живых систем)

Уровни	Подуровни
Молекулярно-генетический	Органическая молекула Макромолекула, в том  числе ген Макромолекулярный комплекс, в том числе вирус Органоид клетки
Онтогенетический	Клетка Ткань Орган Организм
Популяционно-видовой	Популяция Вид
Биогеоценотический	Сообщество, биоценоз Биогеоценоз Биосфера

 

Обозначенные в таблице уровни и подуровни представляют так  называемые логические системы, они отражают сложность и иерархию структурно-функциональной организации биосистем в настоящее время. Кроме того, можно выделить исторические системы, условные объединения организмов, начиная с популяций, отражающие историю их происхождения и развития в ходе эволюции. Это - вид, род, семейство, отряд (порядок), класс, тип (отдел), царство, империя.

Дадим краткую характеристику структурно-функциональных (логических) уровней организации  живых систем.

Молекулярно-генетический уровень. На уровне макромолекул степень сложности систем, по сравнению с обычными молекулами, растет. Однако этот уровень еще не достаточен для возникновения полноценной жизни.

Макромолекулами принято называть очень крупные, обычно полимерные (многозвенные) молекулы. В живых организмах различают  четыре типа макромолекул: углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты. Они образуют химическую основу клеток, хотя некоторые углеводы и белки входят также в состав межклеточного вещества, обычно вместе с солями (основное вещество хряща, кости).

 

Углеводы бывают простые - моносахариды (такие как глюкоза, лактоза) и сложные - полисахариды, образованные сотнями и тысячами соединенных моносахаридов. Некоторые полисахариды выполняют опорную функцию - целлюлоза (клетчатка) у растений, хитин у раков, насекомых, грибов. Но в основном углеводы используются как топливо для получения энергии (см. Тему 2).

Липиды, или жироподобные вещества, имеют длинные «хвосты» из углеродно-водородных единиц, прикрепленные к «головке» - видоизмененной молекуле глицерина. Хвосты отталкивают воду (гидрофобны), поэтому два слоя липидных молекул, обращенные друг к другу хвостами, образуют водо- и иононепроницаемую пленку - мембрану. Из мембран построены оболочки клеток и некоторых внутриклеточных органоидов. Кроме того, липиды, как и углеводы, заключают в себе много энергии и используются в качестве топлива.

Белки - основные биополимеры, так как выполняют большинство жизненных функций (см. Тему 2). Белковая цепь - полипептид - сложена из большого числа (50-100-500 и более) мономеров - аминокислот (включают аминогруппу -NH₂ и кислотную группу -COOH). Имеется 20 разновидностей аминокислот, и чередование их беспорядочно (но строго определенно для каждого вида белка), так что возможное разнообразие белковых цепей бесконечно велико, что и дает возможность белкам выполнять очень разные функции. Наибольшим разнообразием отличаются белки-ферменты - катализаторы биохимических реакций.

Нуклеиновые кислоты (от латинского nuсleus - ядро) впервые были выделены из клеточных ядер и представляют самые сложные макромолекулы. Различают дезоксирибонуклеиновую кислоту - ДНК и рибонуклеиновую кислоту - РНК. ДНК - двухцепочечный полимер, РНК - одноцепочечный. Мономерами в обоих случаях являются довольно крупные и сложные молекулы - нуклеотиды. ДНК хранит информацию о структуре всех клеточных белков, РНК способствует ее реализации в момент синтеза новых белков (подробнее об этом см. Тему 3). Фрагмент ДНК, кодирующий структуру одной молекулы белка, называется геном.