Вопросы к экзамену экология 2020

Вопросы к экзамену Экология

1. Экология как наука. История науки. К. Либих, Буссенго, л. Пастер. Роль теории ч. Дарвина в становлении современной экологии. Э. Геккель.

Экология – это наука о связях, поддерживающих устойчивость жизни в окружающей среде.

Жизнь – самое сложное явление в окружающем нас мире. Ее изучает множество наук, складывающихся в совокупности в дифференцированную и многоплановую систему биологии. Однако и достижения многих других, не биологических наук (например, механики, оптики, коллоидной химии, физической географии и т. д.) вносят свой вклад в понимание жизни. Экология в этой многоликой системе знания о природе занимает свое, особое место. В центре ее внимания не только биологические объекты, но и те условия, которые необходимы для их существования. Поэтому экология, имея корни в биологии, вторгается и в другие области знания, пытаясь постичь законы взаимодействия живых и неживых систем. Как отдельная наука экология начала оформляться всего около полутора столетий назад и прошла бурный путь развития, в течение которого способствовала формированию представлений о сложности и вместе с тем упорядоченности организации жизни на Земле. Накопление сведений об образе жизни, зависимости от внешних условий, характере распределения животных и растений началось очень давно. Первые попытки обобщения этих сведений мы встречаем в трудах античных философов. Аристотель (384–322 до н. э.) описал свыше 500 видов известных ему животных и рассказал об их поведении: о миграциях, зимней спячке, строительной деятельности, способах самозащиты и т. п. Ученик Аристотеля, «отец ботаники» Теофраст Эрезийский (371–280 до н. э.) привел сведения о зависимости формы и роста растений от разных условий, почвы и климата. Описание растений и животных, их внешнего и внутреннего строения, разнообразия форм – главное содержание биологической науки на ранних этапах ее развития. Первые систематики – А. Цезальпин (1519–1603), Д. Рей (1623–1705), Ж. Турнефор (1656–1708) и другие сообщали и о зависимости растений от условий произрастания или возделывания. Аналогичные сведения накапливались и о поведении, повадках, образе жизни животных. В XVIII в. известный французский естествоиспытатель Ж. Бюффон (1707–1788) выпустил 44 тома «Естественной истории», где он впервые утверждал, что влияние условий (пищи, климата, гнета одомашнивания и т. п.) может стать причиной изменения («вырождения») самих видов. . В трудах С. П. Крашенинникова (1711–1755), И. И. Лепехин а (1740–1802), П. С. Палласа (1741–1811) и других российских географов и натуралистов указывалось на связь изменения климата, растительности и животного мира на обширных пространствах страны. Первые попытки выявить общие закономерности во влиянии климата на растительность земного шара принадлежат немецкому естествоиспытателю А. Гумбольдту. Его труды (1807) положили начало развитию нового направления в науке – биогеографии. А. Гумбольдт ввел в науку представление о том, что «физиономия» ландшафта определяется внешним обликом растительности. В сходных климатических условиях у растений разных таксономических групп вырабатываются сходные «физиономические» формы, и по распределению и соотношению этих форм можно судить о специфике физико-географической среды. Появились первые специальные работы, посвященные влиянию климатических факторов на распространение и биологию животных, например книга немецкого зоолога К. Глогера об изменениях окраски птиц под влиянием климата (1833). К. Бергман выявил географические закономерности в изменении размеров теплокровных животных (1848). А. Декандоль в «Географии растений» (1855) обобщил все накопленные сведения о влиянии отдельных факторов среды (температуры, влажности, света, типа почвы, экспозиции склона) на растения и обратил внимание на их повышенную пластичность по сравнению с животными. К. Ф. Рулье впервые обратил внимание на сходство внешнего строения у разных видов, ведущих сходный образ жизни в той или иной среде («земляные», «водные», «воздушные» и др.), положив начало изучению жизненных форм в животном мире. Выделяя «явления жизни особи» и «явления жизни общей» (в том числе «жизнь в товариществе» и «жизнь в обществе»), он, по существу, наметил ряд будущих подразделений экологии. К. Ф. Рулье глубоко повлиял на направление и характер работ своих учеников, которые составили в последующем блестящую плеяду русских натуралистов-экологов (Н. А. Северцов, А. Ф. Миддендорф, А. Н. Бекетов и др.). В 1859 г. появилась книга Ч. Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь».

Мощный толчок развитию экологии дала эволюционная теория Чарлза Дарвина, сформулированная им в произведении «Происхождение видов путем естественного отбора или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь», вышедшем в свет в 1859 г. Эволюционное учение Дарвина во многом опиралось на принципы экологии, его труды насыщены экологическими данными и обобщениями, а некоторые работы специально посвящены вопросам экологии и жизни сообществ живых существ.

В изданных произведениях 1870-1880-х годов термин «экология» отсутствует, а вместо него употребляются такие, не слишком определенные понятия, как «экономия природы», «экономия животных» и пр. Вне зависимости от тех или иных наименований Ч. Дарвин в сущности занимался широким кругом экологических проблем.

По Ч. Дарвину, разнообразие приспособлений не только просто повышает шансы в борьбе за существование, но имеет следствием увеличение количества особей. Последнее в значительной мере определяет степень жизнеспособности вида в данных конкретных условиях.

Дарвин установил, что общая численность особей растений и животных, обитающих в каком-либо одном месте, находится в прямой зависимости от их видового разнообразия и связи с напряженностью конкуренции. Он вплотную подошел к важному вопросу о зависимости продуктивности сообщества от его состава.

Сущность эволюционного учения Дарвина заключается в следующих основных положениях:

1) Все виды живых существ, населяющих Землю, никогда не были кем-то созданы;

2) Возникнув естественным путем, органические формы медленно и постепенно преобразовывались и совершенствовались в соответствии с окружающими условиями;

3) В основе преобразования видов в природе лежат такие свойства организмов, как наследственность и изменчивость, а также постоянно происходящий в природе естественный отбор. Естественный отбор осуществляется через сложное взаимодействие организмов друг с другом и с факторами неживой природы; эти взаимоотношения Дарвин назвал борьбой за существование;

4) Результатом эволюции является приспособленность организмов к условиям их обитания и многообразие видов в природе.

В 1831 году по окончании университета Дарвин в качестве натуралиста отправился в кругосветное путешествие. Путешествие продолжалось почти пять лет. Большую часть времени он проводил на берегу, изучая геологию и собирая коллекции по естественной истории. Сравнив найденные останки растений и животных с современными, Ч. Дарвин сделал предположение об историческом, эволюционном родстве.

Дарвин развил гипотезу, раскрывающую механизм процесса эволюци:

Первое предположение Дарвина заключалось в том, что количество животных каждого вида имеет тенденцию увеличиваться от поколения к поколению в геометрической прогрессии.

Затем Дарвин предположил, что хотя количество организмов имеет тенденцию к увеличению, число особей определенного вида в действительности остается то же.

Эти два предположения привели Дарвина к выводу о том, что должна происходить борьба за существование среди всех видов живых существ.

Дарвин выделил три формы борьбы за существование: внутривидовая, межвидовая и борьба с неблагоприятными факторами окружающей среды. Наиболее острая – внутривидовая борьба между особями одного вида в связи с одинаковыми потребностями в пище, условиями обитания.

Третье предположение Дарвина заключалось в том, что каждому виду свойственна изменчивость, т.е. свойство всех организмов приобретать новые признаки. Он выделил определенную (групповую – не передающуюся по наследству) и неопределенную (индивидуальную) изменчивость.

И последнее – наследственность — свойство всех организмов сохранять и передавать признаки от родителей потомству. Изменения, которые передаются по наследству от родителей, называют наследственной изменчивостью. Дарвин доказал, что неопределенная изменчивость организмов передается по наследству и может стать началом новой породы или сорта, если это будет полезно человеку. Перенеся эти данные на дикие виды, он отмечал, что в природе могут сохраняться лишь те изменения, которые выгодны виду для успешной конкуренции.

В достаточно стабильных условиях мелкие различия могут не иметь значения, однако при резких изменениях условий существования, один или несколько отличительных признаков могут стать решающими для выживания. Сопоставив факты борьбы за существование и всеобщей изменчивости организмов, Дарвин делает обобщенное заключение о существовании в природе естественного отбора – избирательного выживания одних и гибели других особей.

Термин «экология» ввел известный немецкий зоолог Э. Геккель (1834–1919), который в своих трудах «Всеобщая морфология организмов» (1866) и «Естественная история миротворения» (1868) впервые попытался дать определение сущности новой науки. Слово «экология» происходит от греческого слова oikos, что означает «жилище», «местопребывание», «убежище». Э. Геккель определял экологию как «общую науку об отношениях организмов к окружающей среде, куда мы относим в широком смысле все условия существования. Они частично органической, частично неорганической природы, но как те, так и другие… имеют весьма большое значение для форм организмов, так как принуждают приспосабливаться к себе». По Э. Геккелю, экология представляет собой науку о «домашнем быте» живых организмов, она призвана исследовать «все те запутанные взаимоотношения, которые Дарвин условно обозначил как «борьбу за существование». Среди других названий новой науки в XIX в. часто употреблялось название «экономия природы». Этот термин подчеркивал проблему естественного баланса, «равновесия видов», которая и сейчас является одним из важнейших вопросов экологии. . В 1877 г. немецким гидробиологом К. Мёбиусом (1825–1908) была выдвинута концепция биоценоза. На основе изучения устричных банок Северного моря он обосновал представление о биоценозе как глубоко закономерном сочетании организмов в определенных условиях среды. Биоценозы, или природные сообщества, по Мёбиусу, обусловлены длительной историей приспособления видов друг к другу и к сходной экологической обстановке. Учение Докучаева о природных зонах имело исключительное значение для развития экологии. В целом его работы легли в основу геоботанических исследований, положили начало

учению о ландшафтах, дали толчок широким исследованиям взаимоотношений растительности и почвы. Идея Докучаева о необходимости изучения закономерностей жизни природных комплексов получила дальнейшее развитие в книге видного лесовода Г. Ф. Морозова «Учение о лесе», в учении В. Н. Сукачева о биогеоценозах. В 1935 г. английский ботаник А. Тенсли выдвинул понятие экосистемы, а в 1942 г. В. Н. Сукачев обосновал представление о биогеоценозе. Проблему взаимодействия живых организмов с неживой природой подробно разработал В. И. Вернадский в 1926г., подготовив условия для понятия единого целого биологических организмов с физической средой их обитания. Американский ботаник Ф. Клементс в 1910–1911 гг. разработал концепцию динамики фитоценозов, ставшую основой дальнейших представлений о законах формирования и развития сообществ. Изучение популяционных закономерностей по-новому помогло осознать роль видов в биоценозах, структурную организацию сообществ. Возникла плодотворная концепция «экологических ниш», тесно связывающая экологические и эволюционные вопросы. В ее разработке важная заслуга принадлежит западным ученым Дж. Гриннеллу, Ч. Т. Элтону, Р. Макартуру, Д. Хатчинсону и российскому исследователю Г. Ф. Гаузе.

Сенебье (Senebier) Жан (1742-1809), швейцарский естествоиспытатель. Основные труды по физиологии растений, главным образом по фотосинтезу. С. экспериментально доказал, что источник углерода в зелёных растениях ‒ двуокись углерода, усваиваемая ими под влиянием света. Предложил термин «физиология растений» (1791) и написал первый учебник по этой дисциплине. Заложил экспериментальные основы фотохимии. Ряд работ по метеорологии, физике, химии.

БУССЕНГО (Boussingault) Жан Батист (1802-87), выдающийся исследователь в области агрохимии и физиологии р-ний. установил факт накопления азота бобовыми в полевых условиях. показал, что обогащающие почву р-ния (клевер, люцерна и т. д.) играют важную роль не вследствие накопления в почве углерода (как это думал Тэер), а вследствие того, что они являются азотособирателями

Ю́стус фон Ли́бих (1803—1873) — немецкий учёный, внёс значительный вклад в развитие органической химии, один из основателей агрохимии. Либих открыл один из фундаментальных законов экологии — закон ограничивающего фактора (известный также, как бочка Либиха).

Луи́ Пасте́р (1822—1895) — французский микробиолог и химик, Пастер, показав микробиологическую сущность брожения и многих болезней человека, стал одним из основоположников микробиологии и иммунологии. Его работы в области строения кристаллов и явления поляризации легли в основу стереохимии. Также Пастер поставил точку в многовековом споре о самозарождении некоторых форм жизни в настоящее время, опытным путём доказав невозможность этого (см. Зарождение жизни на Земле). Его имя широко известно в ненаучных кругах благодаря созданной им и названной позже в его честь технологии пастеризации.

Климент Арка́дьевич Тимиря́зев (1843—1920) — русский естествоиспытатель, специалист по физиологии растений, крупный исследователь фотосинтеза. Тимирязев сделал выдающееся научное открытие в области фотосинтеза (см. Фотосинтез). Он установил, что этот процесс вызывают только поглощенные хлорофиллом солнечные лучи. Причем между поглощением лучей и интенсивностью фотосинтеза прямо пропорциональная зависимость. Больше всего поглощаются красные лучи, и поэтому в красных лучах фотосинтез идет интенсивнее, чем в синих или фиолетовых. Современная К. А. Тимирязеву наука утверждала, что растения не подчиняются физическим законам. Это приводило к неверным заключениям, создавало в ее развитии тупик. Главная научная заслуга К. А. Тимирязева в том, что он доказал, что процесс фотосинтеза подчиняется закону сохранения энергии.

2. Содержание, методы исследования общей экологии. Объекты изучения экологии. Современные проблемы. Структура современной экологии. Разделы экологии: аутэкология, демэкология, синэкология, биогеоценология и глобальная экология.

Экология – это наука о связях, поддерживающих устойчивость жизни в окружающей среде.

Объектами экологии являются преимущественно системы выше уровня организмов, т. е. изучение организации и функционирования надорганизменных систем: популяций, биоценозов (сообществ), биогеоценозов (экосистем) и биосферы в целом. Другими словами, главным объектом изучения в экологии являются экосистемы, т. е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания. Предметом исследования экологии является структура или совокупность связей между средой и организмами.

Экология — комплексная система науки, цель и задачи которой отвечают современным требованиям.

Сохранение устойчивости организмов на уровне биосферы.

Экология формирует концепции научно-теоретических основ рационального использования природы и предотвращения чрезвычайных экологических бедствий.

Глобальными экологическими проблемами современного общества признаны парниковый эффект, подъем уровня Мирового окевана, разрушение озоного слоя Земли, кислотные осадки, радиоактивное загрязение, накопление отходов антропогенной деятельности, сокращение биологического разнообразия на планете.

Современная эколоrия - это фундаментальная наука о природе, являюшаяся комплексной и объединяюшая знание основ нескольких классических естественных наук: биолоrии, rеолоrии, rеоrрафии, климатолоrии, ландшафтоведения и др. Соrласно основным положениям этой науки, человек является частью биосферы как представитель одноrо из биолоrических видов и так же, как и друrие орrанизмы, не может существо­вать без биоты, т. е. без совокупности живущих ныне на Земле биолоrических видов, которые и составляют среду обитания человечества.

Экология начала развиваться как составная часть естествознания, а затем раздел биологической науки. Однако, ее специфика в тесной связи с другими естественными науками: химией, физикой, геологией, географией, почвоведением, математикой, а также социальными: социологией, историей, психологией, педагогикой. На стыке экологии с другими отраслями знаний возникли и продолжают развиваться много ответвлений экологии.Связи экологии с другими науками можно разделить на три уровня:I. Связи с биологическими науками. Экологическая трактовка необходима при решении определенных задач в области ботаники, зоологии, физиологии, морфологии, систематики, биогеографии, эволюционного учения, генетики, биотехнологии, поскольку любые биологические исследования в той или иной степени изучают жизнь растений и животных в природных условиях. II. Связи с другими естественными науками. Экология развивается на природоведческих условиях, вбирает новейшие достижения естественных наук – физики, химии, обогащая их, в свою очередь, представлениями о единстве, взаимосвязи живого и неживого. Экология тесно соприкасается с ландшафтоведением – отраслью физической географии, объектами исследования которой являются сложные природные и природноантропогенные образования. Взаимосвязь между физической географией и экологией нашла отражение в становлении геоэкологии (ландшафтной экологии, или экологии ландшафтов). III. Связи с другими науками. В первую очередь, экология связана с математикой и мат. статистиой, так как она широко использует методы эктих наук. Описание многочисленный связей сежду природными компонентами наилучшим образом описываетс через математический аппарат, поэтому экология – это одна из наиболее «математизированных» отраслей биологии. Кроме математики, экология связана с гуманитарными науками – историей, культурологией, социологией.

Экология – наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают. Экология, являясь междисциплинарной наукой, тесно связана с другими науками и использует все многообразие их методов и полученных данных для решения своих задач. На начальном этапе развития экология формировалась на основе биологических наук. Биологи, изучая природу, невольно обращали внимание на то влияние, которое оказывал человек на ее развитие, а также на то, что это влияние не всегда носило позитивный характер. Связь экологии с химией определяется тем, что в основе функционирования биологических систем лежит обмен веществ между организмами и средой, основанный на таких химических процессах как метаболизм, ассимиляция и диссимиляция веществ. Обмен веществ, происходящий на уровне индивидуума, в конечном счете, формирует более сложные и разнонаправленные процессы на уровне экологических систем и биосферы в целом, которые образуют процессы круговоротов вещества, именуемые биогеохимическими циклами. Закономерности биологических процессов преобразования веществ в пищевых целях, в водной и воздушной среде подчиняются фундаментальным законам физики - закону сохранения массы и второму началу термодинамики. При рассмотрении вопросов организации природопользования в экологических системах, изменения ландшафта необходимо учитывать их географию.

Рассмотрим основные ее направления:

1.Биоэкология—раздел экологии, изучающий взаимосвязь живых организмов с окружающей средой и деятельностью человека.

2.Аутоэкология — изучает взаимоотношения отдельных организмов (особь, вид) с природной средой.

3.Популяционная экология — изучает взаимоотношения популяции с природной средой и закономерности развития.

4.Синэкология — изучает взаимоотношения между популяцией, сообществом и экосистемой.

5.Геоэкология — рассматривает на глобальном уровне закономерности развития земной коры и все ее жизненные изменения как единый организм.

6.Экология человека — комплексная наука, охватывающая все проблемы в сфере биосферы и исследования антропологических экосистем. Обращает внимание на роль человека в системе "человек — общество — природа".

7.Социальная экология — изучает основные направления развития взаимодействия общества человека с природой. Исследует научно-практические основы рационального использования и охраны природы.

8.Биосфера как высшая система рассматривает все закономерности природы на биосферном уровне. Экология как комплексная наука проводит исследования также в других областях.