Конспект лекций по дисциплине «экология» Лекция № 1. Системность экологии и структура экологии

Экология – это наука, изучающая взаимоотношения организмов между собой и с ОС. Часто встречается перевод термина «экология» как учения о доме, жилище. Это не точно. Древние греки понимали этот термин значительно шире. Экосом они называли любое место пребывания человека: и хороший пляж, где люди собирались для купания, и горное пастбище, где пастухи пасли овец.

Термин «экология» (от греч. oikos – дом, родина и logos – учение) впервые введен в 1866 г. немецким биологом и философом Эрнстом Геккелем (1834-1919).

Системность экологии. Экология как наука рассматривает системы, звенья и члены которых находятся в тесной взаимосвязи и взаимозависимости. В вязи с этим очевидна тесная связь экологии с другими науками, сведениями из которых необходимо не только располагать, но и уметь их грамотно использовать. К таким наукам относятся: биология, математика, география, почвоведение, биогеохимия, гидрология, эпидемиология, химия, физика и др. отрасли знаний.

Различают 3 вида систем:

- изолированные, которые не обмениваются с соседними ни веществом, ни энергией;

- закрытые, которые обмениваются с соседними энергией, но не веществом (например, космический корабль);

- открытые, которые обмениваются с соседними и веществом, и энергией. Практически все природные (экологические) системы относятся к типу открытых.

Существование систем подразумевает наличие связей, которые делят на прямые и обратные. Прямой называют такую связь, при которой один элемент (А) действует на другой (В) без ответной реакции (действие древесного яруса леса на случайно выросшее под его пологом травянистое растение или действие солнца на земные процессы). При обратной связи элемент В отвечает на действие элемента А. Обратные связи бывают положительными и отрицательными. И те, и другие играют существенную роль в экологических процессах и явлениях.

Деятельности человека в природе связано с нарушением этих связей, что может привести к разрушению экосистем или переходу их в другое состояние. Например, умеренное загрязнение водной среды органическими и биогенными (необходимыми для жизнедеятельности организмов) веществами обычно сопровождается интенсификацией деятельности организмов, потребляющих эти вещества, результатом чего является самоочищение водоемов. Перегрузка же среды загрязняющими веществами на определенном этапе ведет к угнетению или уничтожению организмов-санитаров, переводу установившихся обратных связей в прямые, переходу системы на другой уровень. В результате неизбежным становится прогрессирующее загрязнение, обеднение водной среды кислородом и превращение чистых озерных или текущих вод в системы болотного типа.

Экосистемы обладают свойством эмерджентности (от англ. emergent – возникающий, неожиданно появляющийся), заключающемся в том, что свойства биологического вида или биологической популяции как единого целого не являются простой суммой свойств составляющих ее отдельных особей.

В биологии и экологии понятие эмерджентности можно выразить так: одно дерево – не лес (поскольку не создает определенной среды (почвенной, гидрологической, метеорологической и т.д.), скопление отдельных клеток – не организм. Понятия «наследственность», «рождаемость», «смертность» неприменимы к отдельной особи, но применимы к популяции или виду в целом.

Недоучет эмерджентности приводит к крупным просчетам при вмешательстве человека в жизнь экосистем или при конструировании искусственных систем. Например, с/х поля (агроценозы) имеют низкий коэффициент эмерджентности. В них, вследствие бедности видового состава организмов, крайне незначительны взаимосвязи, велика вероятность интенсивного размножения отдельных нежелательных видов (сорняков, вредителей).

Энергетические процессы в экосистемах подчиняются первому и второму началам термодинамики. В соответствии с ними энергия не возникает и не исчезает, она лишь переходит из одной формы в другую (1-й закон термодинамики). При этом часть энергии при любых ее превращениях рассеивается (теряется) в виде тепла (2-й закон термодинамики).

Мерой количества связанной энергии, которая становится недоступной для использования, является энтропия (от греч. еn – в, внутрь, trope – поворот, превращение).

Второй закон термодинамики можно сформулировать иначе: поскольку некоторая часть энергии всегда рассеивается в виде не доступных для использования тепловых потерь энергии, эффективность превращения энергии света в потенциальную энергию химических соединений всегда меньше 100 %.

Американский биолог и эколог Барри Коммонер в 1971 г. обобщил системность экологии как науки в виде 4 законов. Их соблюдение является обязательным условием любой экологически обусловленной деятельности человека в природе:

- «Все связано со всем». Закон отражает по сути своей всеобщую связь процессов и явлений в природе;

- «Все должно куда-то деваться». Закон базируется на положении сохранения вещества и энергии. Какой бы ни была высокой труба завода, она не может выбрасывать отходы производства за пределы биосферы. В такой же мере загрязнители, попадающие в реки, в конечном счете оказываются в морях и океанах и с их продуктами возвращаются к человеку в виде своего рода «экологического бумеранга»;

- «Природа знает лучше». Закон ориентирует на действия, согласующиеся с природными процессами, сотрудничество с природой, вместо покорения человеком природы, подчинения ее своим целям;

- «Ничто не дается даром». Сущность закона заключается в понимании человеком того, что любое его действие в природе не остается бесследным, мнимая выгода часто оборачивается ущербом, а охрана природы и РИПР немыслимы без определенных экономических затрат. Если за природопользование не заплатим мы, то в многократном размере это должны будут сделать пришедшие нам на смену поколения.

Структура экологии. Рассматривая структуру современной экологической науки, можно выделить 3 основных направления:

1. Общая экология, или биоэкология, – это изучение взаимоотношений живых систем разных рангов (организмов, популяций, экосистем) со средой и между собой. Эту часть экологии в свою очередь подразделяют на следующие разделы:

- аутэкология (раздел науки, изучающий взаимодействие индивидуального организма или вида с ОС (жизненные циклы и поведение как способ приспособления к ОС). Этот раздел экологии имеет большое прикладное значение, особенно в области биологических методов борьбы с вредителями растений, исследований переносчиков болезней и профилактики, переносимых паразитами инфекций;

- демэкология – раздел науки, изучающий взаимодействие популяций особей одного вида внутри популяции и с ОС;

- синэкология – раздел науки, изучающий функционирование сообществ и их взаимодействия с биотическими и абиотическими факторами.

2. Геоэкология – наука на стыке геологии, геохимии, биологии и экологии, занимается изучением геосфер, их динамики и взаимодействия, геофизических условий жизни, факторов (т.е. ресурсов и условий) неживой ОС, действующей на организмы.

3. Прикладная экология – это аспекты инженерной, социальной, экономической охраны среды обитания человека, проблем взаимоотношений природы и общества, экологических принципов охраны природы.