эко

Термин ЭКОЛОГИЯ был введен в науку в 1866 году

немецким биологом Эрнстом Геккелем,

однако, получил всеобщее признание лишь к концу XX века.

Долгое время экология была представлена всевозможными

частными экологическими дисциплинами:

экологией растений, экологией животных, экологией грибов и т.д.,

которые являлись частями соответствующих разделов биологии.

По мере накопления знаний о взаимодействии живых организмов

с окружающей средой исследователи поняли,

что на Земле существуют своеобразные системы,

которые состоят из живых организмов и неживого вещества.

Для этих систем характерен высокий уровень организации,

они обладают способностью к поддержанию своего состояния

при всевозможных изменениях условий, в которых они находятся.

Эти системы, состоят из упорядоченных взаимозависимых компонентов,

которые взаимодействуют друг с другом и образуют единое целое.

Начиная с 70-х гг. ХХ столетия экология приобрела характер комплексной науки,

настолько жизненно важной для человечества, что о ней широко узнали почти все люди Земли,

а с 1995 года она была введена обязательной дисциплиной в программы всех

естественнонаучных и технических ВУЗов РФ.

Экология – это наука о взаимоотношениях живых организмов между собой и средой их обитания.

Конечно, существуют и многие другие краткие или развернутые

формулировки, с теми или иными акцентами на отдельных компонентах этого определения.

За рубежом в ходу определение науки, данное Кребсом в 1972 году:

«Экология – это научное познание взаимодействий,

определяющих распространение и численность организмов».

Познание природы приобрело практическое значение ещё на заре человечества.

В первобытном обществе каждый должен был иметь

определенные знания об окружающей его среде,

о силах природы, растениях и животных.

Эмпирическими знаниями о требованиях живых организмов

к условиям существования располагал уже доисторический человек,

накапливая их при поиске добычи,

съедобных растений и убежищ.

Элементы экологии отражены в древнеиндийских сказаниях,

в рукописных книгах Китая и Вавилона.

Далее фактический материал продолжили накапливать

античные учёные Древней Греции:

Гиппократ выдвинул идеи

о влиянии факторов среды на здоровье людей.

Аристотель в своей книге «История животных» описал

более 500 видов особей, классифицируя их по образу жизни и способу питания.

Его ученик, друг и преемник Теофраст описал 500 видов растений.

Описание и систематизация колоссального фактического материала

связана с эпохой великих географических открытий

и колонизацией новых земель.

В первой половине XVIII века Карл Линней создал

систему классификации животных и растений, которой ботаники пользуются и поныне.

Огромный вклад на этом этапе развития внёс Жан-Батист Ламарк.

Он составил классификацию животных,

выбрав в качестве признаков внутреннее строение

(отделил беспозвоночных от позвоночных)

и строение нервной системы

(бесчувственные – инфузории и полипы,

чувствующие – все остальные беспозвоночные,

и разумные – позвоночные).

В 1859 году появилась книга Чарльза Дарвина

«Происхождение видов путем естественного отбора».

Это великое открытие в биологии явилось мощным толчком

для развития экологических идей.

У Дарвина было много последователей.

Один из них – немецкий зоолог Эрнст Геккель,

который и ввел в историю термин «экология».

Эрнст Геккель дал такое определение этой отрасли науки:

«Экология - это познание экономики природы,

одновременное исследование взаимоотношений всего живого

с органическими и неорганическими компонентами среды,

включая непременно

неантагонистические и антагонистические взаимоотношения

животных и растений, контактирующих друг с другом.

Одним словом, экология - это наука,

изучающая все сложные взаимосвязи и взаимоотношения в природе,

рассматриваемые Дарвином как условия борьбы за существование».

Предмет экологии чрезвычайно широк

и носит системный иерархический характер.

Предметом экологии являются объекты организменного, популяционно-видового

экосистемного и биосферного уровней организации в их взаимодействии с окружающей средой.

Объектом исследования экологии являются взаимоотношения живого организма или группы

взаимосвязанных живых организмов.

С точки зрения экологии:

Организм - это живое существо, обладающее совокупностью

свойств, отличающих его от неживой материи.

Популяцией называется группа организмов в пределах

вида с общим генофондом, которые населяют определенное

пространство с относительно однородными условиями обитания.

Сообщество - это совокупность совместно проживающих

популяций разных видов в пределах какого-либо

естественного пространства.

Ключевым понятием экологической науки являются экологические системы.

Под экосистемой понимается совокупность живых организмов,

взаимодействующих друг с другом и с окружающей их

неорганической средой посредством обмена веществом,

энергией и информацией таким образом,

что эта единая система сохраняет устойчивость

в течение продолжительного времени.

Биосфера - это глобальная экосистема Земли.

В общей (классической) экологии можно выделить крупные разделы

или уровни экологии: экологию особей (аутэкологию);

экологию популяций (демэкологию) и экологию сообществ (синэкологию).

Каждый из разделов имеет свои собственные задачи.

Во-первых, изучается взаимодействие отдельного организма

со средой его обитания.

Данный раздел называется аутэкологией (от греч. аутос - сам).

Иногда этот раздел называют факториальной экологией.

Изучаются воздействия внешних факторов на организмы,

а также диапазон их действия и способы приспособления

(адаптации) организмов к различным условиям среды.

Таким образом, объектом изучения аутэкологии

является живой организм и среда его обитания.

При таких исследованиях используются лабораторные

эксперименты, тесты, специальное оборудование.

Аутэкологические методы используются и при изучении

воздействия на организм вредных веществ, содержащихся

в промышленных выбросах, а также вредных и опасных

производственных факторов.

Однако в реальной жизни ни один организм не существует

вне связи с другими – себе подобными,

т.е. с особями того же вида.

Большинство организмов (растений, животных) существуют

в виде особых группировок (популяций),

каждая из которых обладает качественно иными

реакциями на окружающую среду, нежели одна особь.

Группировки меняют численность во времени и пространстве

под воздействием многих условий среды

(физические параметры, качество пищи и др.),

обладают свойством накапливать и расходовать вещество и энергию,

им свойственны более сложные реакции на изменение среды,

чем реакции индивидуума.

Раздел экологии, изучающий взаимоотношения между

организмом и средой на уровне группы особей одного вида,

называют демэкологией.

Хотя под термином «дем» понимают небольшую

относительно изолированную группировку позвоночных животных,

самостоятельно существующую в течение ограниченного числа поколений,

демэкологию в ряде случаев рассматривают как экологию популяций.

Но и такого подхода недостаточно.

Невозможно понять биологические особенности того или иного вида,

прогнозировать его динамику и поведение его

дема в изменяющейся среде и тем более управлять им

в интересах человека, если не рассматривать его

во взаимоотношениях со всеми остальными компонентами

окружающей среды.

Так, невозможно успешно проводить лесовосстановительные работы

или выращивать сельскохозяйственные культуры,

если не знать всех взаимодействий растения с другими видами животных и растений.

Стабильность природной системы во времени поддерживается

взаимодействиями между всеми её живыми и неживыми составляющими.

Продукцию системы создают популяции разных видов растений.

Комплексное изучение «групп организмов, образующих определенные единства»,

является предметом синэкологии (от греч. син – вместе).

Учение о биосфере изучает роль живых организмов и

продуктов их жизнедеятельности в создании земной оболочки

(атмосферы, гидросферы и литосферы), и её функционировании.

Современная экология является комплексной дисциплиной,

объединившей в себе технические, естественные и общественные науки.

Все больше внимания уделяется изучению экологических систем,

как природных, так и созданных человеком.

Основным практическим результатом развития экосистемной концепции

явилось осознание необходимости перестраивать

экономику в соответствии с экологическими законами.

Сегодня экология не только изучает законы функционирования

природных и антропогенных систем, но и ищет оптимальные

формы взаимоотношения природы и человеческого сообщества.

Предотвращение разрушения биосферы возможно только

на основе экологических знаний, которые помогают

рационально эксплуатировать природные ресурсы,

управлять естественными, аграрными, техногенными и социальными системами.

К задачам экологии можно отнести следующие:

Ограничение рыночных процессов, с помощью которых могут

распространяться факторы, опасные для среды;

Выявление возможностей минимизации потребления ресурсов

в результате научного изучения взаимодействия

живого с окружающей средой;

Минимизация потребления невозобновимых

и возвращение в производственный цикл

возобновимых ресурсов;

Минимизация потери биологических ресурсов

в результате загрязнения и нерационального использования

и их дальнейшее воспроизводство;

Минимизация воздействия веществ,

ухудшающих санитарно-токсикологическое состояние окружающей среды;

Создание новых видов технологий, не загрязняющих окружающую среду

и минимально потребляющих ресурсы;

Минимизация опасностей, связанных с разрушением

окружающей среды за счет опасных национальных проектов;

Уменьшение воздействия на среду демографических изменений;

Создание юридической базы, поддерживающей устойчивое развитие;

А также создание мировоззрения, способствующего сбережению среды.

Обобщая вышесказанное, можно отметить, что основная

задача современной экологии - найти пути управления природными,

антропогенными системами, человеческим обществом и биосферой в целом

в соответствии с законами природы, а не вопреки им,

найти гармонию между экономическими и экологическими интересами человека.

Каждая задача подразумевает постановку целого ряда

дополнительных задач, связанных с каким-либо негативным фактором.

Дополнительные задачи ставятся в таком порядке,

чтобы их решение образовывало прогрессивный цикл

улучшения состояния окружающей среды:

1. Выявление причинно-следственной цепи возникновения негативного фактора

на глобальном уровне (страны, региона) или локальном (фирмы);

2. Контроль негативного фактора на всех звеньях причинно-следственной цепи.

Выявление звеньев с наиболее опасным проявлением негативного фактора;

3. Создание разнообразных регулирующих механизмов,

способствующих уменьшению влияния негативного фактора,

такого как технического, социального, финансового, политического.

4. Подготовка специалистов в области исследования,

минимизации и регуляции негативных факторов;

5. Далее следует переход к дополнительным задачам.

Снова к выявлению причинно-следственной цепи, либо контролю негативного фактора.

конца

Жизнь и среду обитания нельзя рассматривать раздельно,

они органически связаны и взаимодействуют друг с другом:

живое постоянно потребляет вещества из окружающей неживой природы, преобразуя их.

Под воздействием живых организмов происходит

постепенное изменение состава атмосфера, воды и почвы.

Среди геологических пород многие являются продуктом

биологической деятельности.

Это в первую очередь осадочные горные породы, такие как

глины, известняки и доломиты.

Даже руды многих металлов появились в результате

переработки исходных веществ бактериями.

Живые вещества принимают активное участие и в разрешении минералов.

Впервые взаимная связь живого и неживого была понята лишь в XIX в.

Известный биолог Жан Батист Ламарк впервые употребил

термин «биосфера» в 1803 году в труде по гидрогеологии Франции

для обозначения совокупности организмов,

обитающих на земном шаре.

Затем термин был забыт.

В 1875 году его «воскресил» профессор Венского университета

геолог Эдуард Зюсс в работе о строении Альп.

Именно его считают основателем термина «биосфера».

Он ввёл в науку представление о биосфере как особой оболочке земной коры, охваченной жизнью.

В таком общем смысле впервые в 1914 году использовал этот термин

великий российский ученый-геохимик Владимир Иванович Вернадский

в статье об истории рубидия в земной коре.

Его книга «Биосфера», переведенная затем на французский и английский языки,

вышла в 1926 году.

Статьи по этой тематике он публиковал до конца жизни.

Изучение геохимической роли живого вещества

Вернадский считал своей основной научной задачей.

В своих построениях Вернадский опирался на эмпирические данные

своего времени, которые во многом устарели с позиций современности.

Но главные его мысли об уникальной роли «живого вещества»

неразрывно связано с окружающей материей и космическим пространством,

учение о биосфере как развивающейся и самоорганизующейся системе

ещё долго будут служить науке.

Многие затронутые им проблемы остаются до сих пор

нерешенными или спорными. Это возникновение жизни и ноосфера.

Их актуальность в наши дни свидетельствует о могуществе

и гениальности теоретических обобщений Вернадского,

который во многом опередил своё время.

В учении о биосфере важное место занимали представления

о трансформации косного вещества живыми организмами.

Характеризуясь малой биомассой, живое, тем не менее, оказывает

грандиозное воздействие на внешние оболочки Земли: литосферу, гидросферу и атмосферу,

поскольку во много раз ускоряет химические реакции и влияет на их направление.

Обычно биосферу подразделяют на три геосферы в зависимости от их фазового состояния:

газовую оболочку – атмосферу, водную – гидросферу и твёрдую - литосферу.

Атмосфера - газовая оболочка Земли, связанная с ней силой тяжести

и принимающая участие в её суточном и годовом вращении.

Атмосферный воздух состоит из азота, кислорода,

аргона, углекислого газа, водорода, гелия и др.

Ближе к поверхности Земли содержатся пары воды.

Атмосфера делится на слои, различающиеся температурой,

степенью ионизации молекул и давлением, такие как: тропосфера,

стратосфера, мезосфера, термосфера и экзосфера.

Плотность воздуха постепенно убывает,

и атмосфера без резких границ переходит в межпланетное пространство.

Жизнь охватывает только нижнюю часть атмосферы - тропосферу.

Гидросфера - прерывистая водная оболочка Земли,

занимает 71 % площади планеты.

Гидросфера является средой обитания гидробионтов,

встречающихся от плёнки поверхностного натяжения

до максимальных глубин мирового океана,

и практически полностью входит в состав биосферы.

Живые организмы играют огромную роль в круговороте воды.

Весь объем гидросферы проходит через живое вещество за 2 млн. лет.

Литосфера - верхняя твёрдая оболочка Земли, часть которой входит в состав биосферы.

Преобразование литосферы живым веществом началось

около 450 млн. лет назад и привело к появлению почвы,

населенной живыми организмами.

Фактором, лимитирующим распространение жизни вглубь,

является в основном высокая температура.

Биосфера включает нижнюю часть атмосферы,

всю гидросферу – океаны, моря, поверхностные воды суши,

террабиосферу – поверхность самой суши,

а также литосферу – верхние горизонты твердой земной оболочки.

Границы биосферы определяются факторами земной среды,

которые препятствуют существованию живых организмов.

Верхняя граница биосферы обусловливается лучистой энергией,

убивающей всё живое, т.е. естественной верхней границей является озоновый экран,

расположенный на высоте около 20 км от поверхности Земли,

который задерживает коротковолновую часть ультрафиолетового излучения Солнца,

губительную для жизни.

В гидросфере земной коры живые организмы населяют

все воды Мирового океана – до 10–11 км в глубину.

В литосфере жизнь встречается на глубине 3,5–7,5 км,

что обусловлено температурой земных недр

и уровнем проникновения воды в жидком состоянии.

Свойства биосферы проявляются через её целостность и дискретность,

централизованность, ритмичность, устойчивость и саморегуляцию,

горизонтальную зональность, высотную поясность и круговороты веществ.

Целостность выражается во взаимосвязи слагающих

биосферу компонентов за счёт круговоротов вещества и энергии;

дискретность в том, что биосфера - это качественно новое образование,

обладающее своими особенностями, и развивающееся как единое целое.

Центральным звеном биосферы является живое вещество (экоцентризм),

а не человек (антропоцентризм).

Биосфера способна гасить, по принципу Ле-Шателье,

возникающие возмущения (вулканическую активность,

землетрясения, изменение климата).

В биосфере существуют ритмы различной продолжительности

(суточные, сезонные, годовые, многолетние).

Она открытая система, существует за счёт притока энергии от Солнца.

Горизонтальная зональность проявляется в смене географических поясов от экватора к полюсам,

- она объясняется уменьшением количества солнечного тепла

благодаря шарообразной форме планеты и неодинаковому углу падения солнечных лучей.

Природные зоны выделяют по господствующему типу растительности,

которая распределяется внутри поясов в зависимости от тепла и влажности.

Высотная поясность обусловлена изменением климата с высотой.

Биоразнообразие на Земле характеризуется более чем 2 миллионами видов

(каждый из которых имеет общую продолжительность около 10-30 млн лет).

Биосфера включает следующие типы вещества:

Живое вещество – образовано совокупностью живых организмов;

Биогенное вещество – создается и перерабатывается в процессе жизнедеятельности

организмов (каменный уголь, нефть, сланцы, известняки и т.д.);

Косное вещество – объекты, образующиеся в результате процессов

не связанных с деятельностью живых организмов

(это могут быть продукты тектонической деятельности –

магматические и метаморфические породы);

Биокосное вещество – тела, представляющие собой результат совместной деятельности

живых организмов и абиогенных процессов (почва, кора выветривания);

Радиоактивное вещество – атомы радиоактивных элементов,

например уран, торий, радий, радон и углерод);

Атомы веществ рассеянных в природе – отдельные атомы элементов,

встречающиеся в природе в рассеянном состоянии:

молибден, цинк, медь, золото;

Вещества космического происхождения – поступающие на Землю из космоса

(метеориты, космическая пыль).

Живое вещество планеты обладает уникальными свойствами.

Нет ни одного элемента из таблицы Менделеева,

который бы отсутствовал в живых системах.

Эволюция видов в природе идёт в направлении,

усиливающем биогенную миграцию химических элементов.

Живые организмы всё шире распространяются по планете,

стимулируя перераспределение энергии и вещества.

Всё разнообразие живых организмов сегодня заключено в термин «биоразнообразие».

Чаще понятие «биоразнообразие» в науке и естественнонаучном

образовании используют при характеристике множества

видов животных, растений, населяющих все среды жизни:

водную, наземно-воздушную, почвенную и организменную.

Согласно представлениям зарубежных и российских учёных-биологов

биоразнообразие живых существ – это результат очень длительного процесса эволюции.

Ключом к его пониманию служат данные палеонтологической летописи.

Они свидетельствуют о том, что в течение всей истории Земли

на ней появлялись, переживали время своего расцвета

и вымирали многие виды живых существ.

Если учесть, что возраст планеты составляет примерно 4,5 млрд. лет,

а продолжительность существования биосферы насчитывает до 3,85 млрд.,

то становится понятным утверждение палеонтологов, считающих,

что количество видов живых организмов, ныне населяющих Землю,

составляет только тысячную долю от общего числа видов.

Сегодня, грандиозны масштабы биоразнообразия живых существ.

Они составляют несколько миллионов видов организмов,

входящих в состав четырех царств: царства Бактерий; царства Растений;

царства Животных и царства Грибов.

Отечественные и зарубежные биологи полагают, что сегодня

на планете обитает свыше одного миллиона видов животных;

около половины миллиона видов растений; более 70 тысяч видов грибов и лишайников.

Общепризнанно, что видовое разнообразие – это важнейший

показатель состояния биосферы и составляющих её экосистем.

Поэтому в настоящее время биологи и экологи во всех странах мира

путём регулярного проведения инвентаризации видового разнообразия

флоры и фауны пытаются осуществлять контроль

и принимать действенные меры по сохранению биоразнообразия

растительного и животного мира отдельных территорий, регионов, стран и континентов.

К свойствам живого вещества биосферы можно отнести следующие:

Способность быстро занимать все свободное пространство;

Движение не только пассивное, но и активное (например, против ветра, против силы тяжести);

Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти

(образовавшаяся органика и неорганическое вещество, которое включаются в круговороты);

Адаптации (высокая приспособляемость к среде обитания за счёт

морфологических, физиологических и этологических изменений,

выработавшихся у организмов в процессе эволюции).

Адаптации могут осуществляться активным путем – за счёт

усиления сопротивляемости и развития регуляторных процессов,

позволяющих осуществлять все жизненные функции;

пассивным путём, через подчинение жизненных функций организма

изменению факторов среды, например впадение в анабиоз;

и через избегание неблагоприятных воздействий, например, используя сезонные миграции.

Высокая скорость протекания реакций;

Высокая скорость обновления живого вещества

(составляет в среднем для всей биосферы 8 лет).

Живое вещество в биосфере выполняет определенные функции.

Основные из них это:

Энергетическая функция, которая состоит в том, что

благодаря фотосинтезу возможно создание органического вещества

и последующая передача энергии в виде органического вещества

по пищевым сетям в экосистеме;

Также деструктивная функция, которая состоит в разложении

и минерализации мёртвого органического вещества

редуцентами-деструкторами; в химическом разложении

горных пород и минералов, и в последующем вовлечении

образовавшихся элементов в биотический круговорот;

Концентрационная функция заключается в избирательном

накоплении при жизнедеятельности организмов атомов веществ, рассеянных в природе.

Активной способностью концентрировать элементы

из разбавленных растворов отличаются микроорганизмы;

Также присутствует средообразующая функция, основанная на создании одними

организмами среды обитания для других, заключающаяся

в трансформации физико - химических параметров среды

в условия, благоприятные для жизни.

Также выделяют:

Газовую функцию, при которой изменяется и поддерживается

определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом);

Окислительно-восстановительная функция, состоящая в окислении и восстановлении

различных веществ с помощью живых организмов, например,

образуется сероводород, лимониты и минеральная сера.

Транспортная функция – это перенос вещества и энергии в результате

активной формы движения организмов;

Рассеивающая функция – это рассеивание вещества в окружающей среде,

проявляющееся через трофическую и транспортную функции организмов;

Информационная функция – это накопление живыми организмами информации,

закодированной в наследственных структурах: ДНК и РНК.

Биогеохимическую деятельность человека – это превращение,

добыча и перемещение вещества на расстояния от мест их производства или добычи.

С развитием науки, биосфера переходит на уровень ноосферы – сферы разума,

где природные и социальные законы составляют единое целое.

Сам термин «ноосфера» был предложен Э. Леруа в 1927-ом

и П.Тейяром де Шарденом в 1930-ом.

Содержание термина «ноосфера» сегодня означает сферу разума,

как высшую стадию развития биосферы,

когда разумная человеческая деятельность становится

главным, определяющим фактором её развития.

В.И.Вернадский считал, что на стадии ноосферы человек

выступает как мощная геохимическая сила, преобразующая лик Земли.

Сегодня считается, что для изучения ноосферной стадии эволюции биосферы

необходимо применять математическое моделирование, которое поможет нам предугадать

результаты последствий антропогенного воздействия на биосферу.

Основные признаки превращения биосферы в ноосферу:

Возрастает количество механически извлекаемого материала земной коры.

Геохимическая деятельность человека становится сравнимой

по масштабам с биологическими и геологическими процессами.

Резко возрастает в геологическом круговороте денудация;

Наблюдается массовое потребление продуктов фотосинтеза

прошлых геологических эпох (нефти, газа, каменного угля);

Происходит рассеивание энергии, в отличие от её

накопления в биосфере до появления человека.

Как следствие происходит энергетическое загрязнение биосферы;

Четвёртым признаком является образование в больших количествах вещества,

ранее отсутствующего в биосфере (чистые металлы, пластмассы).

В результате наблюдается химическое загрязнение биосферы,

её металлизация и загрязнение промышленными и бытовыми отходами;

Также создаются трансурановые элементы (плутоний и др.).

Возникает угроза загрязнения биосферы отходами ядерной энергетики;

Расширяются границы ноосферы за пределы Земли в связи

с существованием космических кораблей и спутников.

Биосфера – оболочка Земли, которая населена и активно

преобразуется живыми организмами.

Согласно В.И. Вернадскому состав, структура и свойства биосферы определяются

не только настоящей, но и прошлой деятельностью живых организмов.