Природа – приятный наставник, и даже не столько приятный,

сколько осторожный и верный.

Мишель де Монтень(1533 – 1592гг.),

французский философ и писатель

Тема 4. Экосистема – основа окружающей среды

План изучения темы:

1. Экология как научная дисциплина.

2. Биотическая структура экосистем.

3. Экологические факторы.

4. Законы воздействия экологических факторов на живые организмы.

5. Абиотические факторы среды обитания.

6. Биотические отношения и роль видов в экосистеме.

1. Экология как научная дисциплина

С момента появления человека познание природы было одним из необходимых условий его выживания.

Связь первобытного человека с природой во многом была теснее и глубже, чем у его цивилизованных потомков. Древнему человеку, чтобы выжить, необходимо было не просто различать виды животных и растений, но и достаточно хорошо представлять себе, где водится и как себя ведет тот или иной зверь или птица, какие части тела являются у животного наиболее уязвимыми, где растут и когда плодоносят определенные травы, деревья и кустарники. Впрочем, на первом этапе представления человека об окружающем мире живого принципиально не отличались от знаний любого другого всеядного млекопитающего о животных, растениях и грибах. Однако, постепенно, человек начинает выделяться из общего ряда животных, взаимодействие человека и природы приобретает все более трагические черты.

Человечество постепенно накапливало экологические знания. О том, что разные виды животных связаны с определенными условиями, что их численность зависит от урожая семян и плодов, которыми питаются животные, наверняка знали древние охотники уже 100-150 тыс. лет назад. Хорошо знали первые земледельцы о зависимости растений от внешних условий 10-15 тыс. лет назад. Оборот сельскохозяйственных культур на полях и огородах (севооборот) применяли 5 тысячелетий назад в древнем Египте, древнем Китае, Индии. Применяли севооборот и в древней Руси. Сложнейшая и экологически выверенная система земледелия была у индейцев майя в древней Америке.

Как видим, жизнь человека с давних времен неотделима от природной среды, своеобразного дома, в котором он обитает. Слово "экология" образовано из двух греческих слов: "oеcos", что означает «дом, жилище, местопребывание, обиталище» и "logos" – «наука» и дословно переводится как наука о доме, местообитании, что может быть сопоставимо со значением «ведение домашнего хозяйства».

Ввел в науку этот термин немецкий зоолог Эрнст Геккель в 1886 году в книге «Всеобщая морфология организмов», для обозначения взаимосвязи организмов, как с живой, так и с неживой природой.

Значение термина «экология» с течением времени менялось. Так, в начале XX в., экология понималась как часть зоологии и ни в коей мере не претендовала на науку, обобщающую всю сумму биологических знаний. В словаре Брокгауза и Ефрона (1904), например, этот термин трактовался следующим образом: «Экология, или ойкология – часть зоологии, обнимающая собой сведения касательно жилищ животных, т.е. нор, гнезд, логовищ и т. п…».

Со временем экологические знания накапливались и углублялись. В первой половине и в середине ХХ века развитие экологии в России было связано с такими именами, как: Б.Г. Иоганзен, М.С. Гиляров, Г.А. Викторов, В.Н. Беклемишев, С.С. Шварц, П.Д. Ярошенко, Г.И. Поплавская, А.П. Шенников, В.Г. Карпов, Т.А. Работнов, Л.Г. Раменский, Т.К. Горышина, В.Д. Александрова, Б.А. Тихомиров, В.И. Василевич, Л.Е. Родин, В.Б. Сочава и др. Из зарубежных ученых ХХ столетия следует выделить: А. Пирс, Ч. Элтон, В. Шелфорд, В. Мак-Дуголл, Ф. Клементс, Ю. Одум, Э. Пианка, Р. Риклефс, Ф. Рамада и др. Многие из перечисленных исследователей являются авторами монографий, учебников и учебных пособий.

Можно сказать, что экология стала самостоятель­ной наукой сравнительно недавно, когда в 70-е годы прошлого века всерьез загово­рили об экологическом кризисе. До того она оставалась ря­довым разделом общей биологии. Становлению экологии, как фундаментальной научной дисциплины, содействовал ряд объек­тивных причин:

1. глобальные изменения окружающей среды, обусловленные

- ростом численности населения,

- материальным и физическим загрязнением окружающей среды,

- состоянием обманчивого благополучия,

-новыми успехами в технике и технологии;

2. выдвижение на первый план взаимоотношений человека с окружающей средой;

3. успехи естествознания;

4. методологические особенности экологии, позволившие ей выйти за рамки отдельного раздела биологии. Этому, прежде всего, способствовало появление предмета исследования - взаимоотношений человека с окружающей средой.

Если ранее термин "экология" употребляли лишь ученые, то сегодня каждый знает это слово. Об "экологии", "экологическом кризисе", "экологических проблемах" часто можно услышать не только в СМИ, но и повседневной жизни, что подчас приводит к искажению ее истинного смысла и значения. Распространенной ошибкой стало сведение предмета экологии как науки к предмету охраны природы. Современная экология выполняет функции гораздо более широкие. Основными задачами экологии являются:

• исследование закономерностей организации жизни, в том числе в связи с антропогенным воздействием на природные системы;

• создание научной основы рациональной эксплуатации биологических ресурсов;

• прогнозирование изменений в природе, возникающих под влиянием хозяйственной деятельности человека;

• определение допустимых пределов воздействия человека на окружающую среду;

• сохранение среды обитания живых организмов, в том числе и человека;

• разработка рекомендаций путей развития человеческого общества.

На сегодняшний день существуют различные мне­ния относительно экологии как науки и, соот­ветственно, решаемых ею задач. Некоторые характерные представления можно систематизировать и выявить различия в представлениях об экологии, как научной дисциплине. Выполните задание 1 к данному разделу из блока «Самостоятельная работа».

Экология - также междисциплинарное системное научное направление. Возникнув на почве биологии, оно включает в себя концепции, технологии математики, физики, химии. Но экология и гуманитарная наука, поскольку от поведения человека, его культуры во многом зависит судьба биосферы, а вместе с ней и человеческой цивилизации.

В условиях увеличения производства и роста численности населения Земли становится все труднее сохранять уникальность природных объектов. Человек должен найти разумное сочетание растущего воздействия на природу с заботой о ней. Каким образом можно достичь этого? Познание процессов, протекающих в живой природе, поможет нам в выполнении этой важной задачи.

В настоящее время экология не только наука, но и подход, мировоззрение. Основная задача состоит в том, чтобы выработать экологическое мышле­ние у будущих специалистов, включая педагогов, когда экологические цели становятся базисными и их достижение обусловливает достижение всех остальных целей. Исходя из этого, экология призва­на решить совокупность проблем, связанных с взаимо­действием природы и общества.

Структура современной экологии

Экологические знания разнообразны, образуют комплекс наук, рассматривающих различные стороны взаимодействия всех компонентов природы и человеческого общества. В современном понимании ученых классическая экология - это наука об изучении взаимоотношений живых организмов с окружающей их средой.

Глобальная (всеобщая) экология рассматривает особенности взаимодействия природы и общества в рамках всего Земного шара, в том числе глобальные экологические проблемы (потепление климата планеты, сокращение площади лесов, опустынивание, загрязнение среды обитания живых организмов и т. п.).

Классическая (биологическая) экология исследует связи между живыми системами (организмами, популяциями, сообществами) и условиями их обитания, как в настоящее время, так и в прошлом (палеоэкология).

Прикладная экология определяет нормы (пределы) использования природных богатств, рассчитывает допустимые нагрузки на окружающую природную среду для поддержания ее в пригодном для жизнедеятельности природных систем состоянии.

Социальная экология объясняет и прогнозирует основные направления развития взаимодействия общества с природной средой.

Такое подразделение экологии происходит на предметной основе (в зависимости от предмета исследования). Кроме того, выделяют также региональную экологию. Она раскрывает особенности взаимного влияния природной среды и деятельности человека в конкретных условиях отдельных территорий, в административных или природных границах. В нашем регионе этими вопросами занимается экология Калининградской области.

Живое вещество настолько многообразно, что его изучают на разных уровнях организации и под разным углом зрения.

Различают следующие уровни организации биосистем:

Уровни организмов, популяций и экосистем являются областью интересов классической экологии.

В зависимости от объекта исследования и угла зрения, под которым он изучается, в экологии сформировались самостоятельные научные направления.

По размерности объектов изучения экологию делят на аутэкологию (организм и его среда), популяционную экологию (популяция и ее среда), синэкологию (сообщества и их среда), биогеоцитологию (учение об экосистемах) и глобальную экологию (учение о биосфере Земли).

В зависимости от объекта изучения экологию подразделяют на экологию микроорганизмов, грибов, растений, животных, человека, агроэкологию, промышленную (инженерную), экологию человека и т.п.

Уточним содержание двух последних направлений - экологии человека и промышленной экологии, поскольку именно они получили широкое распространение в последнее время.

Экология человека - это научная дисциплина, изучающая взаимодействие человека со средой обитания. В отличие от всех других видов живого, которые приспосабливаются к условиям окружающей среды, человек изменяет и приспосабливает среду обитания для своих нужд под себя. Кроме того, в отличие от других видов живого, человек - существо социальное. Его деятельность может быть направлена как во благо, так и во вред. Стремительное развитие человечества привело к изменению его духовного мира, последствием которого может стать кризис цивилизации. Синтезированная дисциплина, изучающая все аспекты взаимодействия человека с природой, называется экологией человека.

Люди уже давно поняли, что человеческая активность меняет характер окружающей среды. Но в то же время любая деятельность человека - промышленная, сельскохозяйственная, рекреационная есть источник жизни человека, основа его существования. Значит, человек неизбежно будет менять характеристики окружающей среды. Весь вопрос: как?

Прежде всего, через создание таких технологий, которые в наименьшей степени влияют на окружающую среду. Те технологии, которые обладают таким свойством, называются экологичными. А научные (инженерные) дисциплины, которые занимаются принципами создания таких технологий, объединяются общим названием инженерной или промышленной экологии. Данные дисциплины - разные по своему конкретному содержанию, но они объединяются общей методологией и общей целью - предельно сократить влияние промышленной деятельности на процессы кругооборота веществ в природе и загрязнение окружающей среды.

По средам и компонентам различают экологию суши, пресных водоемов, моря, пустынь, высокогорий и других средовых и географических пространств. Для систематизации знаний о структуре современной экологии, выполните задание 2.

Взаимосвязь экологии с другими науками

Экология тесно взаимодействует с науками естественнонаучного и гуманитарного направления: биологией, физикой, химией, педагогикой, психологией и другими областями знаний.

На стыке экологии и других наук возникли:

Антропоэкология – изучает проблемы взаимодействия человека с окружающей средой, воздействие факторов среды на человеческий организм, а также ответные реакции организма на них (адаптация);

экоэтология - исследует зависимость поведения организмов от условий их жизни;

экопедагогика и психология – разрабатывает подходы к созданию принципов, методов, форм и критериев отбора содержания экологического образования.

Экология взаимодействует и с географическими науками: геологией, физической и экономической географией, климатологией, почвоведением, гидрологией. Она неотделима от морали, права, экономики

Экология входит в структуру общебиологических наук, к которым относятся также такие науки как цитология, генетика, селекция, эволюционное учение. Задача всей общей биологии - изучение характерных особенностей живых систем (биосистем) и экосистем, законов их функционирования и развития. Ведущим подходом в изучении экологии является системный.

Биосистемы (от греч. bios - жизнь, systema - объединение, совокупность) - живые объекты различной сложности, представляющие собой совокупность компонентов, взаимосвязанных в единое целое. К биосистемам относят клетки, организмы, популяции, виды, сообщества, биоценозы.

Живые системы находятся в тесном взаимодействии с условиями окружающей их среды. Совокупность живых систем и условий окружающей их среды образует экологические системы. К экосистемам относят биогеоценозы, биосферу.

Таким образом, живые системы и экосистемы можно определить как совокупность взаимосвязанных элементов, образующих единое целое. Элементы (компоненты) - единицы системы, выполняющие определенные функции. Например, функцию питания у большинства цветковых растений выполняют корень и лист, стебель обеспечивает транспорт питательных веществ, цветок выполняет функцию полового размножения. Устойчивые связи между компонентами системы формируют структуру системы.

Все биосистемы и экосистемы в природе взаимосвязаны и находятся друг с другом в тесном соподчинении: любая система является компонентом системы более высокого уровня и состоит из систем более низкого по отношению к ней уровня. Например, клетка - компонент организма, организм - компонент популяции, популяция - единица сообщества, сообщество - компонент биоценоза, а биоценоз входит в состав экосистемы. Совокупность экосистем планеты образует биосферу - глобальную экологическую систему.

В задачи курса «Экологии и природопользования» входит рассмотрение закономерностей, протекающих на различных уровнях организации и особенности их проявления при взаимодействии в системе «природа и общество».

Таким образом, объектами изучения экологии являются как отдельные организмы, так и (в большей степени) экологические системы различной сложности – от популяции, сообщества в определенных средах обитания, развивающиеся и действующие по своим законам. Центральным разделом экологии является изучение экосистем, которые по сути, являются тем, что мы обычно называем окружающей нас природой. В отличии от популяции или сообщества экологическую систему можно считать самостоятельным объектом – в ней имеется все, что необходимо для ее существования. Что является предметом исследования экологии? Экология изучает организацию и функционирование живых систем более сложных, чем организм, т. е. надорганизмеиных систем. Эти системы получили название экологических систем или экосистем. Поэтому экосистемы являются главным предметом экологии. Так как все живое организовано в экосистемы, то человек тоже оказывается включенным в многочисленные экологические взаимосвязи.