Современная экология и ее структура

Экология (от греч. - «ойкос» - дом, жилище и «логос» - учение) – наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают.

Впервые термин «экология» предложил немецкий зоолог Э.Геккель в 1866 г., но как наука экология возникла в начале 20-века, а в широкий обиход это слово вошло в 1960 – х годах, когда стали говорить об экологическом кри­зисе, как кризисе во взаимоотношениях человека со средой обитания.

Предмет экологии был определен как совокупность живых организ­мов, взаимодействующих друг с другом и образующих с окружающей средой целостное единство (т.е. экологическую систему), в пределах которого осу­ществляется преобразование энергии и биогеохимические циклы элементов.

В настоящее время такая наука называется общей экологией (биоэколо­гией), в основание которой заложены два фундаментальных положения: вза­имодействие энергии и вещества в экологической системе; однонаправлен­ный поток энергии в экосистему и циркуляция в ней химических элементов.

В составе общей экологии выделяют следующие основные разделы:

- аутэкологию (экологию особей), исследующую индивидуальные свя­зи отдельного организма с окружающей его средой;

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

- синэкологию (экологию сообществ), изучающую взаимоотношение популяций, сообществ и экосистем со средой.

С точки зрения фактора времени экология дифференцируется на историческую и эволюционную.

Экология классифицируется по конкретным объектам и средам исследования, т.е. различают экологию животных, экологию растений и экологию микроорганизмов.

На стыке экологии с другими отраслями знаний продолжается развитие таких новых направлений, как инженерная экология, геоэкология, матема­тическая экология, сельскохозяйственная экология, космическая экология и т.д. (рисунок 1).

Главный объект изучения в экологии – экосистемы, т.е. единые при­родные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания. Кроме того, в область ее компетенции входит изучение отдельных видов ор­ганизмов (организменный уровень), их популяций, т.е. совокупностей осо­бей одного вида (популяционно-видовой уровень) и биосфер в целом (биос­ферный уровень).Экологическими проблемами Земли, как планеты занимает­ся интенсивно развивающаяся глобальная экология, основным объектом ко­торой является биосфера, как глобальная экосистема. В настоящее время поя­вились и такие специальные дисциплины, как социальная экология, изучаю­щая взаимоотношения в системе «человеческое общество – природа», и ее часть – экология человека (антропоэкология), в которой рассматривается вза­имодействие человека, как биосоциального существа с окружающим миром.

Рисунок 1 – Структура современной экологии (А.А. Горелов,2002)

С научно-практической точки зрения вполне обосновано деление экологии на теоретическую и прикладную.

Теоретическая экология вскрывает общие закономерности организа­ции жизни.

Прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы чело­веком, способы предотвращения этого процесса и разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов. Научную основу прик­ладной экологии составляет система общеэкологических законов, правил и принципов.

В общетеоретическом плане к задачам экологии относятся:

- разработка общей теории устойчивости экологических систем;

- изучение экологических механизмов адаптации к среде;

- исследование регуляции численности популяций;

- изучение биологического разнообразия и механизма его поддержания;

- исследование продукционных процессов;

- исследование процессов, протекающих в биосфере;

- моделирование состояния экосистем и глобальных процессов.

Прикладная экология решает практические вопросы, связанные с хо­зяйственной деятельностью человека.

Основными задачами прикладной экологии являются:

- прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий деятельности человека для окружающей среды;

- улучшение качества окружающей среды;

- сокращение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов.

Стратегической задачей экологии остается развитие теории взаимо­действия природы и общества на основе нового взгляда, рассматривающей человеческое общество, как неотъемлемую часть биосферы.

Зная структуру современной экологии необходимо иметь основные понятия и определения экологии.

Основные понятия и определения экологии

Основные понятия экологии – популяция, сообщество, местообитание, экологическая ниша, биоценоз. экосистема.

Популяцией (от лат. populus – народ) называется группа организмов, относящихся к одному виду и занимающая определенную область, называ­емую ареалом.

Сообществом или биоценозом называют совокупность растений и жи­вотных, населяющих участок среды обитания.

Экологическая ниша – это совокупность условий, необходимых для существования популяций. Она определяет положение вида в целях питания.

Экологическая система (биогеоценоз) – это совокупность сообщества и среды.

Различие в терминах «экосистема» и «биогеоценоз» заключается в том, что экосистема может не содержать растительных сообществ, а биогеоценоз невозможен без фитоценоза.

В состав биогеоценоза входят следующие компоненты:

- неорганические вещества, включающиеся в круговорот (соединения углерода, азота, кислорода, вода, минеральные соли и др.);

- климатические факторы (температура, давление, освещенность и др.);

- органические вещества (белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, ли­пиды);

- продуценты – автотрофные организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических под действием солнечного света (в основном зеленые растения);

- консументы – гетеротрофные организмы (растительноядные и пло­тоядные потребители готового органического вещества. В основном животные.

- деструкторы и редуценты – гетеротрофные организмы, разруша­ющие остатки мертвых растений и животных (черви, мокрицы, раки, сомы) и переводящие их в минеральные соединения (бактерии, гри­бы).

Каждый биогеоценоз характеризуется видовым разнообразием, чис­ленностью и плотностью популяции каждого вида, биомассой и продуктив­ностью.

Взаимодействие автотрофных и гетеротрофных компонентов – один из самых общих признаков, хотя часто эти организмы разделены в пространстве, располагаясь в виде ярусов: автотрофный метаболизм наиболее интенсивно протекает в верхнем ярусе - «зеленом поясе», где наиболее доступна световая энергия, а гетеротрофный метаболизм преобладает внизу, в почвах и отложениях - «коричневом поясе», в котором накапливается органическое вещество.

Пирамида питания определяет круговорот веществ в биосфере, который выглядит следующим образом:

Выделяют два подхода к изучению экологической системы: аналитический, изучающий отдельные части системы и синтетический, вначале изучающий всю систему в целом. Оба подхода дополняют друг друга.

Экология показывает, что живой мир – не простая совокупность су­ществ, а единая система, сцементированная множеством цепочек питания и иных взаимодействий. Каждый организм может существовать только при условии постоянной тесной связи со средой. Интенсивность метаболизма в экосистеме и его относительная стабильность определяются, в значительной мере потоком солнечной энергии и веществ.

Отдельные организмы не только приспособлены к физической среде, но и приспосабливают геоклиматическую среду к своим биологическим потребностям. Состав атмосферы также регулируется организмами.

В создании кислорода атмосферы и органических веществ важную роль играет фотосинтез, который протекает по такой схеме: углекислый газ + вода + солнечная энергия (в присутствии ферментов, связанных с хлорофиллом) = глюкоза + кислород. Таким образом, производится углерод (глюкоза), аминокислоты, белки и другие жизненно важные соединения.

Три функции сообщества в целом – продукция, потребление и разло­жение тесно связаны друг с другом. Наиболее устойчивым к продуктам раз­ложения является гумус, необходимый почве для роста растений.

Сбалансированность продуцирования и разложения – основное условие существования всего живого в биосфере. Отставание утилизации вещества, произведенного автотрофами, не только обеспечивает построение биологи­ческих структур, но и обуславливает существование кислородной атмосферы.

В результате увеличения содержания углекислого газа в атмосфере, ко­торый подобно стеклу поглощает инфракрасное излучение, испускаемое зем­ной поверхностью, создавая парниковый эффект. При этом происходит изменение среднеглобальной температуры на 10º С (нарушение действия принципа Ле-Шателье-Брауна), когда биота как бы сама себя «съест». Потенциальные опасности этого процесса - предположительное таяние полярных льдов и установление тропического климата на всей Земле.

Экосистемы способны к саморегулированию, противостоя изменениям и сохраняя состояние равновесия. Но для того, чтобы эти механизмы нормально функционировали, необходим период эволюционного приспособления к условиям среды, который называется адаптацией.

Адаптация организма может быть структурной, физиологической и поведенческой. Адаптации не должны нарушаться человеком, иначе его ждет экологическая катастрофа, а он не может существовать ни в какой иной среде, кроме биосферы.