Глава 1. Что изучает экология? Экология - фундаментальная комплексная наука

Экологию стали трактовать прежде всего как науку об охране и ра­циональном использовании природы. Слово "экология" в переводе с греческого означает ("oikos" — дом, жилище и logos — наука) в до­словном переводе "домоводство" или "домашнее хозяйство". Термин "эколо­гия" был введен в науку немецким биологом Эрнстом Геккелем в 1866 г.

Экология — наука, изучающая закономерности существования, формиро­вания и функционирования биологических систем всех уровней — от орга­низмов до биосферы и их взаимодействия с окружающей средой.

Экология подразделяется на 2 большие ветви:

• общая экология (биоэкология) — изучает популяции, взаимоотношения между организмами, организмами и средой, экологию сообществ (биогеоценозов), природные комплексы и биосферу;

• частная (специальная) экология — занимается изучением экологических аспектов конкретных таксономических групп организмов или сооб­ществ.

В экологии возникло новое направление — прикладная экология: про­мышленная, сельскохозяйственная, промысловая экология, которая изу­чает возможность использования природных ресурсов и среды жизни, допус­тимые нагрузки на них, формы управления и хозяйствования.

В настоящее время в экологии выделяют 3 основных направления:

• аутэкологию, изучающую поведение особей и видов, а также их взаимо­действие с окружающей природной средой. Она исследует действие среды на морфологию, физиологию и поведение организмов;

• демоэкологию. исследующую целые популяции: их динамику и причины колебания численности различных видов;

• синэкологию — экологию сообществ (биоценозов). Она изучает взаимо­отношения популяций и сообществ с природной средой.

Как отдельное направление в экологии рассматривается учение о функ­ционировании биосферы. Цель этой науки — научное обоснование выжи­вания человека на современном этапе эволюции.

Дадим основные понятия, используемые в экологии.

Популяция — совокупность особей одного вида, находившихся во взаи­модействии между собой и населяющих общую территорию.

Сообщество — совокупность взаимосвязанных особей, взаимосвязан­ных видов в пределах какого-либо пространства. Сообщество может со­стоять из продуцентов, консументов, редуцентов.

Биота — совокупность живых организмов, объединенных общей обла­стью распространения; в отличие от биоценоза между организмами биоты может и не быть экологических взаимосвязей.

Биом — совокупность разных групп организмов и среды их обитания в определенной ландшафтной географической зоне.

Биотоп — относительно однородное по абиотическим факторам среды пространство, занятое биоценозом.

Биоценоз — совокупность растений, животных и микроорганизмов, населяющих участок среды обитания с более или менее однородными условиями жизни.

Экотоп - внешнее, не относящиеся к биоценотической среде, условие жизни.

Экологическая ниша — место в природе, определенное его биотиче­ским потенциалом и совокупным набором фактов внешней среды. Она включает не только положение вида в пространстве, но и его функцио­нальную роль в сообществе.

Понятие экологической ниши было введено в науку американским зоологом Дж. Гриннеллом в 1914 г., который термином "ниша" определял самую мелкую единицу распространения вида.

Ч. Элтон, давший определение экологической ниши в 1924 г., описы­вал ее как место данного организма в биотической среде, его положение в целях питания.

Дж. Ивлин Хатчинсон в своей концепции об "экологической нише" рассмотрел единицу как часть воображаемого многомерного пространства, отдельные изменения которого соответствуют факторам, необходимым для существования вида. Дж. Хатчинсон классифицировал экологическую нишу на:

• фундаментальную, которая определяется только физиологическими особенностями организмов;

• реализованную, в пределах которой вид реально встречается в природе. Экологическая ниша включает не только положение вида в простран­стве, но и его роль в сообществе, положение относительно абиотической среды существования (температура, свет, влажность).

Размерность экологических ниш в природе может быть самой различ­ной. Одни организмы могут существовать в широких экологических ам­плитудах и тем самым расширять свою экологическую нишу, а другие, наоборот, эволюционно приспособились к довольно узким экологиче­ским нишам (азиатский вид камера — Anopheles clirus, вид птиц — Melamprosops phaeosoma, золотистая жаба — Bufo periglenes).

Консументы — потребители органического вещества живых организмов. К ним относятся:

• растительноядные животные (фитофаги);

• плотоядные животные (зоофаги);

• паразиты (живущие за счет веществ организма хозяина);

• и симбиотрофы (бактерии, грибы, простейшие), питающиеся соками или выделениями организма хозяина.

Детритофаги — организмы, питающиеся остатками растений и живот­ных, (мертвыми органическими веществами). К этим организмам отно­сятся гнилостные бактерии, личинки насекомых, грибы, черви. Они уча­ствуют в образовании почвы, донных отложений водоема.

Редуценты - это бактерии и низшие грибы. Они завершают деструк­тивную работу консументов и детритофагов, доводя разложения органики до полной минерализации, возвращая в среду экосистемы неорганические вещества.

Продуценты являются производителями органического вещества в любой экосистеме.

Автотроиды — организмы, образующие органическое вещество своего тела из неорганических веществ (двуокись углерода и вода) в процессах "фотосинтеза (растения) и "хемосинтеза" (бактерии) (источником служит энергия окисления водорода, серы, сероводорода, аммиака и железа).

Организмы, которые потребляют это, уже готовое, органическое вещест­во и другие продукты их жизнедеятельности, называются гетеротрофы.

Экосистема — любое сообщество любых существ вместе с их средой обитания, функционирующее как единое целое.

Охрана природы - комплексная научная дисциплина, разрабатываю­щая общие принципы и методы сохранения и восстановления природ­ных ресурсов, включая охрану земель, вод, атмосферы, природных ком­понентов растительного и животного мира.

Охрана окружающей среды — это охрана природной среды, которая окружает человека. Она включает в себя комплекс международных, госу­дарственных, региональных, административно-хозяйственных, политических и общественных мероприятий по обеспечению физических, химических и биологических параметров функционирования природных систем в пре­делах, которые необходимы с точки зрения здоровья и благосостояния человека.

Обратная сторона человеческой деятельности — те негативные измене­ния в природной среде, к которым она приводит:

• изменяется структура земной поверхности (при распашке земель, гор­ной добыче, вырубке лесов, осушении болот, создании искусственных водоемов);

• изменяется химия природной среды, круговорот и баланс веществ (при изъ­ятии и переработке полезных ископаемых, размещении отходов произ­водства на полигонах, в атмосферном воздухе и водных объектах);-

• изменяет энергетический (тепловой) баланс в отдельных регионах и на всей планете;

• изменяет состав биоты в результате истребления одних видов живот­ных и растений (создание других видов и перемещение их на новые места обитания).

Основные задачи экологии:

• изучение динамики, изменений организации жизни в условиях посто­янного антропогенного влияния на качество природной среды;

• сохранение эталонов природы;

• регулирование численности популяций (одна из самых трудных задач); установление механизмов адаптации растений и животных к антропо­генно изменяемой среде;

• исследование энергетических связей и биологических круговоротов, измененных человеком;

• разработка методов прогнозирования изменения качеств природной среды;

• разработка научных экологических основ эксплуатации природных ресурсов;

• разработка экологически безопасного управления продуктивным про­цессом с образованием и поддержанием природопреобразования; разработка приемов рекультивации и оздоровления экосистем, эколандшафтов.

Специфические задачи экологии:

• оптимизация технологических, инженерных и проектно-конструкторских решений с целью минимизации ущерба окружающей среде; своевременное выявление и корректировка технологических процессов, отрицательно влияющих на здоровье человека и состояние природной системы;

• прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий ан­тропогенного влияния, связанного с работой различных предприятий, на окружающую среду.

Основные экологические проблемы:

• изменение климата (геофизики) Земли на основе усиления "парнико­вого" эффекта, выбросов метана и других низко контактных газов, из­менение концентрации озона в тропосфере и стратосфере; засорение и иное загрязнение ближайшего космического пространства; общее ослабление стратосферного озонового экрана; образование озоновой "дыры" над Антарктидой и малых "дыр" над другими регионами планеты;

• загрязнение с образованием кислотных осадков, сильно ядовитых и па­губно действующих веществ в результате вторичных функций, в том числе фотохимических (это — одна из причин уменьшения озонового слоя, на который воздействуют фреон, водяные пары, малые газовые примеси);

• загрязнение Мирового океана, захоронение в нем ядовитых и радио­активных веществ, насыщение его вод диоксидом углерода атмосфе­ры, поступление в него антропогенных нефтепродуктов, других за­грязняющих веществ, особенно тяжелых металлов и сложных органи­ческих соединений, подкисления мелководий за счет загрязненной среды и азота атмосферы;

• разрыв нормативных экологических связей между океанами и водами суши в связи со строительством плотин на реках; истощение и загрязнение поверхностных вод суши, континентальных водоемов и водотоков, подземных вод; нарушение баланса между по­верхностными и подземными водами;

• радиоактивное загрязнение локальных участков и некоторых регио­нов, в особенности в связи с текущей эксплуатацией атомных уст­ройств, чернобыльской аварией и испытанием атомного оружия;

• изменение геохимии отдельных регионов планеты в результате, на­пример, перемещения тяжелых металлов и концентрациях на поверх­ности Земли при нормальной дисперсности в литосфере;

• опустынивание планеты в новых регионах, расширение уже сущест­вующих пустынь, ускорение процесса опустынивания;

• сокращение площади тропических и северных лесов, ведущее к дис­балансу кислорода и усилению процесса исчезновения видов живот­ных и растений. Все это приводит к образованию новых экологиче­ских ниш и заполнение их нежелательными организмами;

• абсолютное перенаселение Земли и относительное демографическое переуплотнение в отдельных ее регионах.