Предмет екології

Згідно із сучасними уявленнями, предмет екології — це сукупність або структура зв'язків між організмами та середовищем, що їх оточує. Для розуміння предмета екології необхідно визначити місце екології серед інших біологічних наук та розглянути їх взаємозв'язки (рис. 1.1).

На цьому малюнку бачимо, що "пиріг" біологи можна розкраяти: по горизонталі відокремлюються фундаментальні науки, по вертикалі — таксономічні підрозділи. Отже, екологія належить до фундаментальних розділів біології і є складовою частиною кожного з усіх таксономічних підрозділів.

Таким чином "Листовий пиріг" Ю. Одума яскраво демонструє, що екологічне дослідження в своїй основі націлене на живий організм. Будь-яке дослідження окремих аспектів його існування містить ознаки екологічного, але може вважатись екологічним тільки за однієї умови: вивченням має бути охоплений спектр впливів чинників і в жодному разі якийсь один. У такий спосіб досить конкретно визначаються завдання, які ставить перед собою сучасна екологія: вивчення загального стану сучасної біосфери, умов його формування та причин змін під впливом природних і антропогенних факторів; прогнозування динаміки стану біосфери в часі й просторі; розробка (з урахуванням основних екологічних законів) шляхів гармонізації взаємовідносин людського суспільства й природи, збереження здатності біосфери до самоочищення, саморегулювання й самовідновлення.

Популяція — сукупність організмів, що займають обмежений ареал (територія поширення якогось об'єкта або явища), мають спільне походження за фенотипом та географічно ізольовані від інших популяцій даного виду. Ріст популяції — співвідношення між народжуваністю і смертністю.

В еволюційній теорії популяція — група особин, здатна до більш-менш сталого самовідтворення (як статевого, так і безстатевого). Вона відособлена (зазвичай географічно) від інших груп, з представниками яких (при статевій репродукції) потенційно можливий генетичний обмін. З точки зору популяційної генетики популяція — це група особин, в межах якої ймовірність схрещування у багато разів перевершує ймовірність схрещування з представниками інших подібних груп. Зазвичай говорять про популяції як про групи в складі виду або підвиду.

В сучасних еволюційних теоріях (наприклад, в синтетичній теорії еволюції) популяція вважається елементарною одиницею еволюційного процесу.

Популяції притаманні:

• спільність еволюційної долі;

• здатність до невизначено тривалого (в еволюційному масштабі часу) існування;

• наявність займаної території;

• Формування генетичної системи, що характеризується вільним, заснованим на випадковому, рівноможливому поєднанні всіх типів гамет, схрещування особин всередині популяції (панміксія), значна ізольованість від інших популяцій;

• адаптивне реагування на зовнішні впливи як цілого;

• наявність специфічного екологічного гіперпростору (екологічної ніші).

Популяція, як і будь-яка складна система, характеризується динамікою, структурою і системними (груповими) властивостями — характеристиками.

Кожне угруповання особин, що належить до одного виду, має окреслену генетичну структуру, яка виражена в певних морфологічних особливостях виду. Одночасно для популяції характерна певна екологічна структура, яка є результатом відмінності демографічного типу, наприклад, вікова структура, народжуваність, смертність.

В залежності від розмірів займаної території, розрізняють 3 типи популяцій:

1. Елементарна (локальна) популяція — сукупність особин виду, що займають невелику ділянку однорідної території. В залежності від характеру умов у біогеоценозібудь-який вид розпадається на кілька елементарних популяцій. Чим одноманітніші умови, тим менша кількість елементарних популяцій у кожного виду. У природі особини елементарних популяцій часто змішуються, тому кордони між ними стираються.

2. Екологічна популяція — сукупність елементарних популяцій, приурочених до конкретних біогеоценозів. Наприклад, білка заселяє різні типи лісу, тому виділяють декілька її екологічних популяцій — соснові, ялицево-смерекові тощо. Ці популяції слабко ізольовані одна від одної і обмін генетичною інформацією між ними відбувається досить часто, але рідше, ніж між елементарними популяціями.

3. Географічна популяція — сукупність екологічних популяцій, що охоплює групи особин одного виду, які заселяють територію з географічно однорідними умовами. Чітко розмежовані одна від одної і відносно ізольовані. Вони різняться між собою плодовитістю, розмірами особин, екологічними, фізіологічними, поведінковими та іншими особливостями. Наприклад, популяції білки в заєнісейській тайзі і змішаних лісах України, степова і тундрова популяції вузькочерепної полівки. У природі межі і розміри популяцій визначаються не стільки особливостями територій, скільки властивостями особин однієї популяції.

Для практичної зручності досліджень було прийняте поняття ценопопуляції, або сукупності особин одного виду в межах ценозу. Зокрема, цей напрямок розпрацьовувався російськими геоботанічними школами Т.Работнова ^[1] та О.Уранова ^[2]. Цей підхід значною мірою поширився в Україні та дав результати в оцінці структури і динаміки популяцій рослин, в т.ч. під антропогенним навантаженням.

Біоцено́з (від біо- та грец. koinós — спільний) — сукупність рослин, тварин і мікроорганізмів, що населяють певну ділянку суші або водоймища і характеризуються певними відносинами як між собою, так і з абіотичними факторами середовища(див. Біотоп).

Термін «біоценоз» був запропонований німецьким біологом К. Мебіусом (1877). Біоценоз — комплекс організмівбіогеоценоза, що формується в результаті боротьби за існування, природного відбору та інших факторів еволюції. За участтю в біогенному кругообігу речовин в біоценозі розрізняють три групи організмів. 1) Продуценти (виробники) —автотрофні організми, що створюють органічні речовини з неорганічних; основні продуценти у всіх біоценозах — зелені рослини (див. Фотосинтез). Діяльність продуцентів визначає вихідне накопичення органічних речовин в біоценозі (див.Біомаса, Біологічна продуктивність). 2) Консументи (споживачі) — гетеротрофні організми, які харчуються за рахунок автотрофних. Консументи 1-го порядку — травоїдні тварини, а також паразитичні бактерії, гриби та інші безхлорофільні рослини, що розвиваються за рахунок живих рослин. Консументи 2-го порядку — хижаки і паразити рослиноїдних організмів. Бувають консументи 3-го і 4-го порядків (надпаразити, суперпаразити тощо), але всього в ланцюгах харчування не більше 5 ланок. На кожному наступному трофічному рівні кількість біомаси різко знижується. Діяльність консументів сприяє перетворенням і переміщенням органічних речовин в біоценозі, частковій їх мінералізації, а також розсіюваннюенергії, накопиченої продуцентами. 3) Редуценти (відновники) — тварини, які харчуються залишками організмів, що розкладаються (сапрофаги), і особливо непаразитуючі гетеротрофні мікроорганізми — сприяють мінералізації органічних речовин, їх переходу в стан, коли можливе їх засвоєння продуцентами.

Взаємозв'язки організмів у біоценозі різноманітні. Крім трофічних зв'язків, що визначають ланцюги живлення (іноді дуже своєрідні — див. Паразитизм, Симбіоз), існують зв'язки, засновані на тому, що одні організми стають субстратом для інших (топічні зв'язки), створюють необхідниймікроклімат тощо Часто можна простежити в біоценозі групи видів, пов'язані з певним видом і цілком залежать від останнього (консорції).

Для біоценозів характерний поділ на дрібніші підлеглі одиниці — мероценози, тобто комплекси, що складаються закономірно, які залежать від біоценоза в цілому (наприклад, комплекс мешканців гниючих дубових пнів в діброві). Якщо енергетичним джерелом в біоценозі служать не автотрофи, а тварини (наприклад, летючі миші в біоценозі печер), то такі біоценози залежать від припливу енергії іззовні і є неповноцінними, представляючи в сутності мероценози.

В біоценозі можна виділити і інші підлеглі угруповання організмів, наприклад синузії. Для біоценозів також характерний поділ на угруповання організмів по вертикалі (яруси біоценоза). У річному циклі в біоценозі змінюються чисельність, стадії розвитку та активність окремих видів, створюються закономірні сезонні аспекти біоценоза.

Біоценоз — єдність, що діалектично розвивається, змінюється в результаті діяльності компонентів, які входять до його складу, внаслідок чого відбуваються закономірні зміни і зміна біоценоза (сукцесії), які можуть приводити до відновлення різко порушених біоценозів (наприклад, ліси після пожежі тощо).

Розрізняють насичені і ненасичені біоценози. У насиченому біоценозі всі екологічні ніші (див. Ніша екологічна) зайняті і вселення нового виду неможливе без знищення або подальшого витіснення будь-якого компонента біоценоза. Ненасичені біоценози характеризуються можливістю вселення в них нових видів без знищення інших компонентів.

Можна розрізняти первинні біоценози, сформовані без впливу людини (цілинний степ, незайманий ліс), і вторинні, змінені діяльністю людини (ліси, які виросли на місці зведених, заселення водосховищ). Особливу категорію представляють агробіоценози, де комплекси основних компонентів біоценоза свідомо регулюються людиною. Між первинними біоценозами і агробіоценозами є вся гамма переходів.

Вивчення біоценозів важливе для раціонального освоєння земель і водних просторів, тому що тільки правильне розуміння регулятивних процесів в біоценозах дозволяє людині вилучати частину продукції біоценоза без його порушення і знищення.

Найважливішими кількісними характеристиками біоценозів є біорізноманіття (сукупна кількість видів в біоценозі) та біомаса (сукупна маса всіх живих організмів даного біоценозу).

Біорізноманіття характеризує, насамперед, сталість біоценозу та його витривалість при несприятливому впливі. При цьому найвразливішими є біоценози, де кількість видів мінімальна (наприклад, арктичні).

Біомаса характеризує загальну продуктивність (біопродуктивність) біоценозу. Біоценозом з максимальним відомим значенням біомаси на одиницю площі є кораловий риф. Мінімальна біомаса притаманна біоценозам в місцевостях з суворими природними умовами (арктичні, антарктичні суходільні, високогірні).

Біогеоцено́з — ділянка земної поверхні, що характеризується певними фізико-географічними умовами (характером мікроклімату,рельєфу, геологічної будови, ґрунту та водного режиму), разом з біоценозом (угрупованням рослинних і тваринних організмів).

Біогеоценоз є структурною частиною ландшафту. В науку термін біогеоценоз введений академіком В. М. Сукачовим (1944 рік). Біогеоценози можуть бути наземними і водяними. Всі компоненти біогеоценозу створюють єдиний історично сформований природний комплекс, що постійно змінюється внаслідок взаємодії компонентів біогеоценозу між собою, з атмосферою та іншими факторами середовища. Межі окремих біогеоценозів найчастіше визначаються рослинними угрупованнями — фітоценозами, які найкраще відображають зміни, що відбуваються в кожному конкретному природному комплексі. Є думка, що поняття біогеоценозу ідентичне поняттю біоценоз, а сам термін біогеоценоз зайвий, оскільки при визначенні біоценозу як певної сукупності організмів, так як і при визначенні біогеоценозу, беруться до уваги всі умови існування організмів, в тому числі ґрунтовий і геологічний субстрат. Про це свідчать праці Г. М. Висоцького, Г. Ф. Морозова, Є. В. Алексєєва, П. С. Погребняка та ін.

Суто в екологічному сенсі:

Біогеоценоз — це угрупування різних видів мікроорганізмів, рослин, тварин, які заселяють певні місця проживання, та які стійко підтримують біогенний кругообіг речовин. Підтримка кругообігу в конкретних географічних умовах є основною функцією біогеоценозу.

Аутоекологія, (факторіальна екологія, екологія видів) — розділ екології, що вивчає взаємовідносини окремих видів організмів з довкіллям. Аутекологія — розділ екології, що вивчає вплив чинників довкілля на окремі організми, популяції і види (рослин, тварин, грибів, бактерій). Завдання аутекології — виявлення фізіологічних, морфологічних і інших пристосувань (адаптацій) видів до різних екологічних умов: режиму зволоження, високим і низьким температурам, засоленню ґрунту (для рослин). Останніми роками в аутекології з'явилося нове завдання — вивчення механізмів реагування організмів на різні варіанти хімічного і фізичного забруднення (включаючирадіоактивне забруднення) середовища.

Демеколо́гія (від грец. demos — народ), екологія популяцій — розділ загальної екології, що вивчає динаміку чисельності популяцій, внутрішньопопуляційні угрупування і їх взаємовідносини.

У рамках демекології визначаються умови, за яких формуються популяції. Демекологія описує коливання чисельності різноманітних видів внаслідок впливу екологічних факторів та встановлює їх причини, розглядає особину не ізольовано, а у складі групи таких самих особин, що займають визначену територію і відносяться до одного виду.

Синекологія, розділ екології, присвячений вивченню життя біоценозов, тобто багатовидових співтовариств тварин, рослин і мікроорганізмів. Термін «З.» був запропонований швейцарським ботаніком К. Шретером (1902) і прийнятий Брюссельським міжнародним ботанічним конгресом (1910) для позначення вчення про рослинні співтовариства —фітоценозах . Таким чином, С. в первинному сенсі — синонім сучасною фітоценології, надалі більшість фітоценологов стали рахувати С. лише частиною фітоценології, що охоплює екологічні сторони вивчення фітоценозу. Ср. Аутоекологія .

Техноекологія (від грец. techne — мистецтво, майстерність та екологія) — прикладний напрямок в екології, пов'язаний із такими об'єктами людської діяльності, якенергетика, промисловість, сільське господарство, транспорт, військова справа, наука тощо.

Техноекологія визначає обсяги, механізми й наслідки впливів на довкілля ,здоров'я людини різних галузей і об'єктів, особливості використання ними ресурсів природних, розробляє регламентації природокористування й технічні засоби охорони природи, опікується проблемами утилізації відходів виробництва та відтворення зруйнованихекосистем, екологізацією виробництв.

Основними завданнями екології як науки є:

дослідження особливостей функціонування екосистем, взаємозв’язків компонентів природи і виявлення змін, що викликані антропогенним навантаженням;

- створення наукової основи раціонального використання природних ресурсів;

- прогнозування змін природи під впливом діяльності людини та виявлення меж трансформації природних екосистем людиною;

- розробка теоретичних основ охорони середовища існування людини та природи, збереження природного біорізноманіття тощо.