Предмет, задачи и методы экологии

Предмет, задачи и методы экологии

Экология (греч. oikos — жилище, местопребывание, logos — наука)— биологическая наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания. Этот термин был предложен в 1866 г. немецким зоологом Эрнстом Геккелем. Становление экологии стало возможным после того, как были накоплены обширные сведения о многообразии живых организмов на Земле и особенностях их образа жизни в различных местообитаниях и возникло понимание, что строение, функционирование и развитие всех живых существ, их взаимоотношения со средой обитания подчинены определенным закономерностям, которые необходимо изучать.

Объектами экологии являются преимущественно системы выше уровня организмов, т. е. изучение организации и функционирования надорганизменных систем: популяций, биоценозов (сообществ), биогеоценозов (экосистем) и биосферы в целом. Другими словами, главным объектом изучения в экологии являются экосистемы, т. е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания.

Задачи экологии меняются в зависимости от изучаемого уровня организации живой материи. Популяционная экология исследует закономерности динамики численности и структуры популяций, а также процессы взаимодействий (конкуренция, хищничество) между популяциями разных видов. В задачи экологии сообществ (биоценологии) входит изучение закономерностей организации различных сообществ, или биоценозов, их структуры и функционирования (круговорот веществ и трансформация энергии в цепях питания).

Главная же теоретическая  и практическая задача экологии —  раскрыть общие закономерности организации  жизни и на этой основе разработать  принципы рационального использования  природных ресурсов в условиях все  возрастающего влияния человека на биосферу.

Взаимодействие  человеческого общества и природы  стало одной из важнейших проблем  современности, поскольку положение, которое складывается в отношениях человека с природой, часто становится критическим: исчерпываются запасы пресной воды и полезных ископаемых (нефти, газа, цветных металлов и  др.), ухудшается состояние почв, водного  и воздушного бассейнов, происходит опустынивание огромных территорий, усложняется борьба с болезнями  и вредителями сельскохозяйственных культур. Антропогенные изменения  затронули практически все экосистемы планеты, газовый состав атмосферы, энергетический баланс Земли. Это означает, что деятельность человека вступила в противоречие с природой, в результате чего во многих районах мира нарушилось ее динамическое равновесие.

Для решения этих глобальных проблем и прежде всего  проблемы интенсификации и рационального  использования, сохранения и воспроизводства  ресурсов биосферы экология объединяет в научном поиске усилия ботаников, зоологов и микробиологов, придает  эволюционному учению, генетике, биохимии и биофизике их истинную универсальность.

В круг проблем экологии включены также вопросы экологического воспитания и просвещения, морально-этические, философские и даже правовые вопросы. Следовательно, экология становится наукой не только биологической, но и социальной.

Методы экологии подразделяются на полевые (изучение жизни организмов и их сообществ в естественных условиях, т. е. длительное наблюдение в природе с помощью различной аппаратуры) и экспериментальные(эксперименты в стационарных лабораториях, где имеется возможность не только варьировать, но и строго контролировать влияние на живые организмы любых факторов по заданной программе). При этом экологи оперируют не только биологическими, но и современными физическими и химическими методами, используют моделирование биологических явлений, т. е. воспроизведение в искусственных экосистемах различных процессов, происходящих в живой природе. Посредством моделирования можно изучить поведение любой системы с целью оценки возможных последствий применения различных стратегий и методов управления ресурсами, т. е. для экологического прогнозирования.

Для изучения и прогнозирования  природных процессов широко используется также метод математического моделирования. Такие модели экосистем строятся на основе многочисленных сведений, накопленных в полевых и лабораторных условиях. При этом правильно построенные математические модели помогают увидеть то, что трудно или невозможно проверить в эксперименте. Однако сама по себе математическая модель не может служить абсолютным доказательством правильности той или иной гипотезы, но она служит одним из путей анализа реальности.

Сочетание полевых  и экспериментальных методов  исследования позволяет экологу  выяснить все аспекты взаимоотношений  между живыми организмами и многочисленными  факторами окружающей среды, что  позволит не только восстановить динамическое равновесие природы, но и управлять  экосистемами.

 

Экология  как наука, ее предмет, задачи, цели и методы Термин «экология» впервые был введен в 1866 году немецким ученым Э.Геккелем в его книге  «Всеобщая морфология организмов». Он состоит из двух латинских слов: «oikos» - дом, местообитание, жилище, и  «logos» - наука. В дословном переводе - это наука об организмах у себя дома. Э.Геккель рассматривал экологию как науку, изучающую взаимодействие организмов со средой их обитания. В  тот период организм считался самым  сложным уровнем организации  жизни. В ходе развития экологии выяснилось, что жизнь существует и в виде надорганизменных уровней организации. В этой связи представление об экологии как науке в настоящее  время существенно расширилось. Чтобы ответить на вопрос, что является предметом экологии, необходимо рассмотреть  уровни организации живой материи. С точки зрения современной биологии жизнь на планете Земля представлена следующими уровнями организации живой  материи: ген - клетка - ткань - орган - организм - популяция - биоценоз (сообщество) - биогеоценоз (экосистема) - биом - биосфера. В этом жизненном спектре предметом  экологии являются биологические системы  от организма до биосферы. Исходя из этого, можно дать современное определение  экологии как науки. Экология - это  биологическая наука, изучающая  формирование, структуру и функционирование биологических систем всех уровней  от организма до биосферы и их взаимодействие с окружающей средой. Из данного  определения вытекают задачи экологии.     Экология как наука должна решать следующие задачи:     1. Изучить законы и закономерности взаимодействия организмов со средой их обитания;     2. Изучить формирование, структуру и функционирование надорганизменных биологических систем (популяция, биоценоз (сообщество), биогеоценоз (экосистема), биом, биосфера).     3. Изучить законы и закономерности взаимодействия надорганизменных биологических систем (популяция, биоценоз (сообщество), биогеоценоз (экосистема), биом, биосфера) с окружающей средой.     Решение задач, стоящих перед экологией, позволит достичь поставленных перед ней целей. Цели экологии можно сформулировать следующим образом.     1. Разработка оптимальных путей взаимодействия общества и природы с учетом законов существования природы;     2. Прогнозирование последствий воздействия общества на природу с целью предотвращения негативных результатов.     Для решения задач, стоящих перед экологией, она использует как свои собственные методы, так и методы других наук. Собственные методы экологии можно разделить на три группы.     1. Полевые методы - это методы, позволяющие изучить влияние комплекса факторов естественной среды на естественные биологические системы и установить общую картину существования и развития системы.     2. Лабораторные методы - это методы, позволяющие изучить влияние комплекса факторов моделированной в лабораторных условиях среды на естественные или моделированные биологические системы. Эти методы дают возможность получить приблизительные результаты, которые требуют дальнейшего подтверждения в полевых условиях.     3. Экспериментальные методы - это методы, позволяющие изучить влияние отдельных факторов естественной или моделированной среды на естественные или моделированные биологические системы. Они применяются в сочетании как с полевыми, так и с лабораторными методами. Кроме собственных методов экология широко использует методы таких наук, как биохимия, физиология, микробиология, генетика, цитология, гистология, физика, химия, математика и др.     В зависимости от типа изучаемой биологической системы в экологии выделяют следующие разделы: факториальная экология (аутэкология), учение о популяциях (демэкология), учение о сообществах (синэкология), учение об экосистемах (биогеоценология) и учение о биосфере (глобальная экология).

 

Структура экологии

Конспект по экологии

Экология представляет собой комплекс наук со сложной классификационной  структурой.

В настоящее время  могут быть выделены несколько разделов «большой» экологии. Это общая  экология, биоэкология, геоэкология, экология человека и социальная экология, прикладная экология. Каждый раздел имеет свои подразделы и связи с другими  частями экологии и смежными науками.

Общая экология посвящена объединению разнообразных экологических знаний на едином научном фундаменте. Ее ядром является теоретическая экология,которая устанавливает общие закономерности функционирования экологических систем. Многие природные экологические процессы происходят очень медленно и обусловлены множеством факторов. Для изучения их механизмов недостаточно одних натурных наблюдений, нужен эксперимент.Экспериментальная экология дает важный фактический материал иобеспечивает методическим инструментарием различные разделы науки. Но возможности эксперимента в экологии ограниченны. Поэтому широко применяется моделирование, в частности математическое. Вместе с обработкой информации и количественным анализом фактического материала оно входит в раздел теоретической экологии, который называют математической экологией.

Биоэкология – «классическая» экология, сформировавшаяся в рамках биологии. Она представляет собой достаточно цельную область естествознания и посвящена взаимодействиям со средой надорганизменных биологических систем всех уровней. В ней выделяются:

• аутоэкология - экология отдельных особей как представителей определенного вида организмов;
• популяционная экология - экология генетически однородных групп организмов одного вида, имеющих общее место обитания;
• синэкология - экология многовидовых сообществ, биоценозов;
• биогеоценология - учение об экологических системах.

Другой составной  частью является экология таксономических  групп организмов – царств бактерий, грибов, растений, животных, а также  более мелких систематических единиц: типов, классов, отрядов и т.п.. Например, экология водорослей, экология насекомых, экология птиц, экология китов и  т.п. Еще одну часть составляет эволюционная экология  –  учение о роли экологических факторов в эволюции и о смене экологических условий в истории Земли.

Геоэкология изучает взаимоотношения организмов и среды обитания с точки зрения их географической принадлежности и влияния географических факторов. В нее входят: экология обитателей разных сред (наземной, почвенной, пресноводной, морской, преобразованной человеком); природно-климатических зон (тундры, тайги, степи, пустынь, гор, тропических лесов); ландшафтов (речных долин, морских берегов, болот, островов, коралловых рифов и т.п.). К геоэкологии относится также экологическое описание различных географических областей, регионов, стран, континентов.

На стыке биоэкологии  и геохимии Земли на основе изучения роли живых организмов в планетарной  трансформации солнечной энергии  и в круговороте химических элементов  возникло учение о биосфере – глобальной экологической системе. Современное учение о глобальных процессах существенно расширила горизонты экологии и усилило ее проблемную направленность.

Экология человека – комплекс дисциплин, исследующих взаимодействие человека как индивида (биологической особи) и личности (социального субъекта) с окружающей его природной и социальной средой. Экология человека отличается от экологии животных многообразием условий обитания и деятельности, богатством технологических средств приспособления к среде, наличием цивилизации, культуры, возможностью унаследования приобретенных знаний и навыков. Важной особенностью экологии человека является социобиологический подход – правильное сочетание биологических и социальных аспектов.

Социальная экологиякак часть экологии человека – это объединение научных отраслей, изучающих связь общественных структур (начиная с семьи и других малых общественных групп) с природной и социальной средой их окружения. К этому объединению относятся экологическая демография и экология человеческих популяций. При этом рассматривается как влияние среды на общество, так и воздействие общества на среду.

Прикладная экология – большой комплекс дисциплин, связанных с различными областями человеческой деятельности и взаимоотношений между человеческим обществом и природой. Все основные аспекты науки об окружающей среде реализуются в прикладной экологии. Она формирует экологические критерии экономики, исследует механизмы антропогенных воздействий на природу и окружающую человека среду, следит за качеством этой среды, обосновывает нормативы неистощительного использования природных ресурсов, осуществляет экологическую регламентацию хозяйственной деятельности, контролирует экологическое соответствие различных планов и проектов, разрабатывает технические средства охраны окружающей среды и восстановления нарушенных человеком природных систем. Понятие экологического здесь чаще всего означает соответствие требованиям к нормальной среде существования человека и природных систем. 

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ  

 

Экологические факторы – это определенные условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на живой организм. Организм реагирует на действие экологических факторов приспособительными реакциями. Экологические факторы определяют условия существования организмов.

Классификация экологических  факторов (по происхождению)         

1. Абиотические факторы – это совокупность факторов неживой природы, влияющих на жизнь и распространение живых организмов. Среди них различают:          

1.1. Физические факторы – такие факторы, источником которых служит физическое состояние или явление (например, температура, давление, влажность, движение воздуха и др.).         

1.2. Химические факторы – такие факторы, которые обусловлены химическим составом среды (соленость воды, содержание кислорода в воздухе и др.).         

1.3. Эдафические факторы (почвенные) – совокупность химических, физических, механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие как на организмы, для которых они являются средой обитания, так и на корневую систему растений (влажность, структура почвы, содержание биогенных элементов и др.).          

2. Биотические факторы – совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую компоненту среды обитания.         

2.1. Внутривидовые взаимодействия характеризуют взаимоотношения между организмами на популяционном уровне. В основе их лежит внутривидовая конкуренция.            

2.2. Межвидовые взаимодействия характеризуют взаимоотношения между различными видами, которые могут быть благоприятными, неблагоприятными и нейтральными. Соответственно, обозначим характер воздействия  +, – или 0. Тогда возможны следующие типы комбинаций межвидовых взаимоотношений:

00  нейтрализм – оба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга; в природе встречается редко (белка и лось, бабочка и комар);

+0  комменсализм – один вид извлекает пользу, а другой не имеет никакой выгоды, вреда тоже; (крупные млекопитающие (собаки, олени) служат разносчиками плодов и семян растений (репейник), не получая ни вреда, ни пользы);

–0  аменсализм – один вид испытывает от другого угнетение роста и размножения; (светолюбивые травы, растущие под елью, страдают от затенения, а самому дереву это безразлично);

++ симбиоз – взаимовыгодные отношения:

·        мутуализм – виды не могут существовать друг без друга; инжир и опыляющие его пчелы; лишайник;

·        протокооперация – совместное существование выгодно обоим видам, но не является обязательным условием выживания; опыление пчелами разных луговых растений;

– –  конкуренция – каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное воздействие; (растения конкурируют между собой за свет и влагу, т.е. когда используют одни и те же ресурсы, тем более, если они недостаточны);