Лекция 1. Введение. Предмет и история экологии

план 

1.1 Предмет экологии как науки. Содержание и задачи экологии.

1.2 Краткий очерк развития экологии.

1.3 Структура современной экологии.

1.4 Законы экологии Б. Коммонера

1.1 Предмет экологии как науки. Содержание и задачи экологии.

 Экология (гр. oikos- дом, жилище; logos-учение) - это наука о взаимоотношениях живых организмов между собой и окружающей их средой; о связях в надорганизменных системах, о структуре и функционировании этих систем.

Название экологии образовано сочетанием двух греческих слов: «ойкос», что означает «дом, жилище», и «логос» - наука, изучение. Название это ввел известный немецкий зоолог Эрнст Геккель в 1866 г. Образно го­воря, экология - это наука о том, как жить в собственном доме. Для одних видов дом - это крошечный участок среды, как, например, ча­шечка цветка для живущего в ней насекомого, а для других - широкое пространство материков или океанов. Дом современного человечества - вся планета Земля, теперь уже вместе с прилегающим космическим про­странством.

Экология в отличие от других биологических наук изучает уровень организации живого, начиная с организменного и выше, а именно: организменный, популяционно- видовой, биоценотический, экосистемный, биосферный. Таким образом, предметом исследования экологии являются надорганизменные системы, а именно популяции, биоценозы, экосистемы и биосфера в целом.

Все термины в экологии имеют точное определение, которое представлено ниже.

Организм – целостная одноклеточная или многоклеточная система, замкнутая по структуре, открытая по обменам веществом и энергией; способная к самостоятельному существованию.

Вид - совокупность особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство. Например, тополь белый, сосна обыкновенная, шиповник майский, подорожник большой, береза Радде, морж атлантический, осетр русский, гадюка кавказская, аист черный, лягушка озерная, суслик малый, еж ушастый, пингвин обыкновенный и т.д.

Популяция (лат. Populus – наро; В. Иогансен, 1903г.) – основная форма существования вида в природе, совокупность особей одного вида, имеющих общий генофонд и населяющих определенное пространство с относительно однородными условиями обитания. Например: популяция тополя белого, популяция суслика малого и т.д.

Генофонд (популяции) – совокупность генов популяции, группы популяций или вида.

 Биоценоз – (гр. bios – жизнь, koinos – общий, К.Мебиус, 1877г.) – комплекс совместно живущих и связанных друг с другом видов микроорганизмов, растений, грибов и животных, населяющих однородный участок суши или водоема (биотоп). В природе биоценозы бывают разного масштаба. Это, например, биоценоз разрушающегося пня, луга, пруда, болота, леса. Существуют искусственные биоценозы - аквариум, террариум, теплица, оранжерея.

Экосистема – комплекс живых организмов и среды обитания, составляющее единое целое на основе пищевых связей и способов получения энергии. Термин ввел Э. Тэнсли в 1935 г. Пример экосистем: пруд, море, болото, пустыня, тайга, тундра, саванна,

Биосфера – (гр. bios- жизнь, sphaira- шар - область существования и функционирования ныне живущих организмов, охватывающая часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы. Это самая крупная экосистема Земли, область системного взаимодействия живого и косного вещества на планете. Термин ввёл Эдуард Зюсс (1875г.).

Таким образом, исходя из предмета исследования экологии, основным содержанием современной экологии является исследование взаимоотношений организмов со средой на надорганизменном уровне (популяционно–видовом, биоценотическом, экосистемном и биосферном), изучение их продуктивности и энергетики.

Из содержания и предмета исследований экологии вытекают и её основные задачи, а именно:

1.        изучение динамики популяций во времени и пространстве, развитие сообществ, особенностей функционирования экосистем и биосферы в целом;

2.        познание основных законов, позволяющих существовать и выживать виду в условиях изменения (условий) среды обитания;

3.        выявление закономерностей, позволяющих жизни сохранять устойчивость при колебаниях и нарушениях внешней среды.

Основная теоретическая и практическая задача экологии состоит в том, чтобы познать основы устойчивости жизни на всех уровнях её организации.

Экология является, по сути, научной основой грамотных взаимоотношений общества и природы, рационального использования природных ресурсов, и тем самым – поддержания устойчивого развития человечества в целом.

«Устойчивое развитие» рассматривается как такое, при котором человечество способно удовлетворять свои потреб­ности, не подвергая риску способность будущих поколений также удовлетворять свои потребности.

В основе концепции лежит осознание того факта, что окружаю­щую среду и социально-экономическое развитие нельзя рассмат­ривать как изолированные области. Исходя из этого, только в мире со здоровой социально-экономической средой может быть и здоро­вая окружающая среда. В программе действий, принятой Всемир­ной встречей в Рио-де-Жанейро (1992), отмечается, «... что в мире, где так много нужды и где окружающая среда ухудшается, невоз­можны здоровое общество и экономика». Это, однако, не означает, что экономическое развитие должно остановиться, оно должно пойти «... по иному пути, перестав столь активно разрушать окружаю­щую среду».

 

1.2 Краткий очерк развития экологии. Корни экологии как научной дисциплины уходят в глубокую древность. Уже наскальные изображения первобытных эпох свидетельствуют о том, что древний человек, занимавшийся охотой и собирательством, накапливал сведения о зверях и птицах, на которых он охотился, об их повадках и облике, о пригодности и непригодности собираемых им плодов.

Огромное количество экологических сведений заключено в древних египетских, индусских, китайских, тибетских, европейских письменных источниках. В индийских эпических поэмах «Махабхарата» и «Рамаяна» имеется большое количество сведений о внешнем облике и образе жизни различных животных, описано около 50 видов животных (VI вв. до н. э.); имеются сведения о времени посева и способах возделывания культурных растений.

Наибольший прогресс в развитии экологических знаний приходится на эпоху античности (VIII в. до н. э.-V в.н. э.) и связан с именами Эмпедокла, Аристотеля, Теофраста Эрезийского, Гиппократа, Плиния Старшего.

Аристотель - описал свыше 500 видов животных, создал первую из известных классификаций животных, выделив в них 2 типа – кровяные и бескровные.

Теофраст Эрезийский, ученик Аристотеля, заложил основы геоботаники, написал книгу «Исследования о растениях», где описал свыше 500 видов растений, и привёл сведения о своеобразии растений в разных условиях, зависимости их формы и особенностей роста от почвы и климата.

Плиний Старший - римский натуралист, автор 37-томного исследования «Естественная история», в котором обобщены данные по географии, зоологии, ботанике, астрономии, описана практика использования животных в различных отраслях хозяйства.

В середине века интерес к изучению природы ослабевает, заменяясь господством богословия (догматического христианства).

В эпоху Возрождения интерес к изучению природы возобновляется (XV-XVIвв.). Основным содержанием биологической науки становится изучение разнообразия форм животных и растений, особенностей их внешнего и внутреннего строения.

Леонардо да Винчи – изучал влияние света, воздуха, воды, минеральных частиц почвы на строение и функционирование растений.

Жорж Бюффон - французский натуралист создаёт 36-томную «Естественную историю», в которой высказывает мысль о единстве растительного и животного мира и связи их со средой обитания.

Карл Линней – шведский естествоиспытатель, создал систему классификации растительного и животного мира, ввел бинарную номенклатуру.

Большой вклад в развитие экологических представлений внесли русские естествоиспытатели: П. С. Паллас, С. П. Крашенинников, И. И. Лепёхин. В их трудах описывается животный и растительный мир Сибири, Дальнего Востока, Урала, Казахстана, делаются широкие обобщения с экологической точки зрения.

М. В. Ломоносов – (1763г.) также высказывает идею о влиянии среды на организмы.

Крупным событием XVIII в. стало появление эволюционной концепции французского естествоиспытателя Жана Батиста Ламарка, согласно которой главной причиной развития организмов от низших форм к высшим, является присущее живой природе стремление к совершенствованию организации, а также влияние на них различных условий среды обитания.

В 1859г. выходит в свет книга англ. естествоиспытателя Чарльза Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь». Ч. Дарвин показал, что «борьба за существование» в природе, под которой он понимал все формы противоречивых связей вида со средой, приводит к естественному отбору, т.е. является движущим фактором эволюции. В 1866г. Эрнст Геккель впервые употребил термин «экология» и дал определение сущности новой науки.

В течении 2-й половины XIXв. сложилось несколько крупных направлений экологических исследований, своеобразие каждого из которых определялось наличием у него специфического объекта изучения – экология растений, экология животных, экология человека и геоэкология.

Большой вклад в развитие отечественной экологии внесли: Гиляров, Формозов, Наумов, Калабухов, Сукачёв, Алёхин, Беклемишев, Северцев, Григорьев, Сочава..

Из зарубежных экологов следует отметить: Элтона, Шелфорда, Хатчинсона, Мак-Артура, Мак-Дугола, Ф. Клементса, В. Тишлера, Ю. Одума.

 

1.3 Структура современной экологии. На сегодняшний день существуют более 100 экологических дисциплин. Очень спорным является вопрос о структурной организации экологических знаний. В настоящее время выделяют несколько разделов экологии, каждый из которых имеет свои подразделения и связи с другими частями экологии и смежными науками.

1.        Общая экология – посвящена объединению разнообразных экологических знаний на едином научном фундаменте.

2.        Экосферология – глобальная экология, наука о функционировании биосферы как экосистемы.

3.        Геоэкология – наука, изучающая необратимые процессы и явления в природной среде и биосфере, возникающие в результате интенсивного антропогенного воздействия, а также близкие и отдалённые последствия этих воздействий.

4.        Экология человека – комплексная наука, изучающая взаимоотношения человека как биосоциального существа с постоянно усложняющейся динамичной средой обитания (Агаджанян, 1988г.). В один блок с экологией человека часто объединяют социальную экологию. Социальная экология – междисциплинарная область знаний, изучающая различные аспекты взаимодействия общества и природы.

6.        Прикладная экология – большой комплекс дисциплин, связанных с разными областями человеческой деятельности и взаимоотношений между человеческим обществом и природой. Она включает в себя следующие разделы:

-            инженерная экология – изучает и разрабатывает инженерные нормы и средства, отвечающие экологическим требованиям производства в строительстве, энергетике, транспорте.

-            сельскохозяйственная экология – изучает биологические основы земледелия (агроэкология) и животноводства (экология сельскохозяйственных животных).

-            биоресурсная и промысловая экология – изучает условия, при которых эксплуатация биологических ресурсов природных экосистем не приводит к их истощению и нарушению, утрате видов, уменьшению биоразнообразия.

-            медицинская экология – область изучения экологических условий возникновения, распространения и развития болезней человека, в том числе хронических заболеваний, обусловленных природными факторами и неблагоприятными техногенными воздействиями среды.

 

1.4 Законы экологии Б. Коммонера. Экология как наука имеет 4 основополагающих закона, сформулированных в 1966 году американским экологом Барри Коммонером.

1. Все связано со всем.

2. Все должно куда-то деваться

3. Ничто не дается даром

4. Природа знает лучше

 

·       Все связано со всем. Этот закон отражает существование сложнейшей сети взаимодействий в природе. Он призван предостеречь человека от необдуманного воздействия на отдельные части экосистем, что может привести к непредвиденным последствиям.

Воздействие на отдельный компонент экосистемы, может привести к неблаго­приятным последствиям в масштабах всей экосистемы. Влияние на любую природную систему на Земле вызывает целый ряд эффектов, развитие которых трудно предвидеть.

В Японии сброс отходов промышленности в р. Агано и залив Минамата привел к концентрированию метилртути в рыбах, крабах, устрицах. Потребление их в пищу вызвало опасную болезнь «Минамата». Промышленные отходы, содержащие кадмий, привели в Японии к гибели сотен людей в районе Тояма. Это новая техногенная болезнь называется «итай-итай».

По Б. Коммонеру: «глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которого ничего не может быть выиграно или потеряно и которое не может являться объектом всеобщего улучшения: все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возвращено. Платежа по этому векселю нельзя избежать, он может быть только отсрочен».

·       Все должно куда-то деваться.

Бытовые и производственные отходы, попа­дая в окружающую среду, не исчезают бесследно, а накапливаются, образуя масштабные свалки. Подсчитано, что на каждого человека приходится по 20 т техногенных отходов в год.

Всё, что производит промышленность, и используют люди, делится на три части:

1. Продукты долговременного пользования. Например, здания, дороги, мосты, линии связи и электропередач, холодильники, телевизоры, велосипеды, даже детские коляски.

2.      Всё, что используется от года до десяти лет, например, одежда, обувь, предметы домашнего обихода, а также станки и оборудование на заводах.

3.      Короткоживущие продукты, которыми пользуются в пределах одного года. Это, начиная от пищи и заканчивая электрическими лампочками.

Иначе говоря, всё, что называют продуктами - это фактически, те же отходы, но только не сегодняшнего, а завтрашнего дня. Отходы бывают твёрдые, газообразные и жидкие. Больше всего влияют на здоровье человека газообразные отходы, которые отравляют воз­дух и воду.

Сейчас в промышленной экологии разработано правило так называемого жизнен­ного цикла вещей: давая согласие на выпуск какого-то продукта, общество должно ясно представлять, что будет с ним в дальнейшем, где закончится его существование и что придётся делать с его «останками». Ответ всегда один и тот же: надо наладить производ­ство таким образом, чтобы отходы и «останки» одного промышленного производства стали сырьём для другого.

 

·      Ничто не дается даром. Технические возможности человека изменять природную среду стремительно возрастали, достигнув своей, высшей точки в эпоху научно – технической революции. Ныне он способен осуществить такие проекты преобразования природной среды, о которых ещё недавно не смел и мечтать.

С другой стороны, современный экологический кризис является обратной стороной НТР, подтверждает тот факт, что именно те достижения научно-технического прогресса, которые послужили отправной точкой объявления о наступлении НТР, привели к самым мощным экологическим катастрофам на нашей планете. В 1945 году была создана атомная бомба, свидетельствуя о новых невиданных возможностях человека. В 1945 году была построена первая в мире атомная электростанция в Обнинске, и на «мирный атом» возлагалось много надежд. А в 1986 году произошла самая крупная в истории Земли техногенная катастрофа на Чернобыльской АЭС как следствие попытки «приручить» атом и заставить его работать на себя. В результате этой аварии выделилось больше радиоактивных материалов, чем при бомбардировке Хиросимы и Нагасаки. «Мирный атом» оказался более страшным, чем военный. Человечество столкнулось с такими техногенными катастрофами, которые подтверждают, что за каждую из побед над природой человечеству приходится платить.

 

· Природа знает лучше. Когда мы пытаемся «улучшить» природу, мы нарушаем ход естественных процессов. В большинстве случаев последствия преобразований делают среду обитания еще менее бла­гоприятной для жизни. Лес, поле, степь - всё это сложные системы, живущие по своим собственным законам, и отменить, их человеку не дано. Природные экологические системы (экосистемы) - это множество связей между разными видами жизни. Это можно сравнить с сетью или с гамаком. Если в сети разорвать одну ниточку, то связи не нарушатся. Поэтому здоровые леса и луга почти никогда значи­тельно не страдают от морозов и засух, вредителей и болезней. Природные системы ус­тойчивы. Надо находить способы хозяйствования и производства энергии, не нарушающие природные связи. К примеру, сейчас «ветряки» в Голландии и других странах выра­батывают электрическую энергию, не загрязняя природу.

Например, строительство ГЭС на Волге, Днепре, Дону уменьшило проточность воды в реках, возникли застойные зоны, куда сносятся фосфор, нитраты, калий с удобряемых полей. В итоге вода «цветет», бурно развиваются сине-зеленые водоросли, в воде исчезает кислород, гибнет рыба, вода обогащается продуктами гниения и становится непригодной для питья. Борьба с сине-зелеными водорослями осложнена их исключительной устойчивостью.

Крупнейшей катастрофой регионального масштаба является высыхание Аральского моря. Ещё несколько десятилетий назад газеты прославляли строителей Каракумского канала, благодаря которому вода пришла в бесплодную пустыню, превратив её в цветущий сад. Но прошло немного времени, и выяснилось, что победные реляции о «покорении» природы оказались опрометчивыми. Полезный эффект от орошения был далек от расчетного, почвы на громадной территории оказались засоленными, вода в многочисленных каналах стала высыхать, и вслед за этим приблизилась катастрофа, которая, в отличие от чернобыльской, не случилась мгновенно в результате аварии, а понемногу подбиралась годами с тем, чтобы предстать во всем своем ужасающем виде.

В настоящее время площадь Арала уменьшилась наполовину, соленость возросла в 3 раза, что фактически погубило в нем всю рыбу, а ветры принесли токсичные соли с его дна на плодородные земли, отдаленные на тысячи километров. «В питьевую воду попало такое количество химических сбросов, что матери в районе Аральского моря не могут кормить грудью своих детей, не подвергая их риску отравления». Спасти Арал уже не удастся, и этот отрицательный опыт преобразования лика Земли подтверждает закон Коммонера о том, что «природа знает лучше».