Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория и методика экологического образования дошкольников. Учебное пособие для СПО
.pdf
21
3. ЭКОЛОГИЯ КАК НАУКА.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
Слово «экология» в наши дни прочно вошло в разговорную
речь. Его употребляют для обозначения природных процессов в целом, как синоним состояния окружающей среды и даже в качестве
бренда. Конечно, все это верно. Экология — это еще и наука, не менее заслуживающая внимания, чем химия, биология, физика.
Буквально само слово «экология» означает «изучение дома».
«Домом» для живых объектов является любая среда обитания, будь
то планета, город, лес, другой живой организм или моховая кочка на
болоте.
Экология — это наука, изучающая взаимодействие живых ор-
ганизмов друг с другом и со средой обитания; наука о жизни живых
организмов в их собственном «жилище» — в окружающей среде,
включающей все действующие на организмы факторы, как живые,
так и неживые [2].
Краткая история экологии. «Отцом» экологии принято счи-
тать Александра фон Гумбольдта. Он был первым, кто стал изучать
взаимосвязь между организмами и окружающей средой. Он установил наличие зависимости растений от климата, в котором они обитают, описал явление смены природных зон в зависимости от широты и
высоты над уровнем моря (теперь это называется географической зональностью).
Позже Варминг Йоханнес Эугениус создал биогеографию —
синтез ботанической географии и зоогеографии, дисциплину, рассматривающую абиотические факторы, то есть воздействия неживой
природы, наравне с биотическими, то есть связанными с живыми организмами, с точки зрения теории естественного отбора.
Термин «экология» ввел Эрнст Геккель в 1866 г.
Конец XIX века стал периодом расцвета экологии во многом
благодаря открытиям в области химии (прежде всего, благодаря открытию азотного цикла).
22
В 1875 г. Эдуард Зюсc предложил термин «биосфера» для обо-
значения охватывающей почти всю территорию Земли системы живых организмов, а в 1920-е гг. Владимир Вернадский подробно описал её в работе «Биосфера» (1926 г.). Этот же ученый впервые предложил понятие «ноосфера» для обозначения части планеты, тем или
иным образом изменяемой деятельностью человека и, с его точки
зрения, являющейся очередным этапом в развитии биосферы [2].
Основные понятия экологии. Объектом изучения экологии яв-
ляются виды, популяции, биоценозы, биогеоценозы и биосфера в целом.
Вид (лат. species) — таксономическая, систематическая единица,
группа особей с общими морфофизиологическими, биохимическими
и поведенческими признаками, способная к взаимному скрещиванию,
дающему в ряду поколений плодовитое потомство, закономерно распространённая в пределах определённого ареала и сходно изменяющаяся под влиянием факторов внешней среды. Вид — реально существующая единица живого мира, основная структурная единица в системе организмов.
Популяция (от лат. populatio — население) — это совокупность
организмов одного вида, обитающих на одной территории. Популяция — группа особей, способная к более-менее устойчивому самовоспроизводству (как половому, так и бесполому), относительно
обособленная (обычно географически) от других групп, с представителями которых (при половой репродукции) потенциально возможен
генетический обмен. С точки зрения популяционной генетики популяция — это группа особей, в пределах которой вероятность скрещивания во много раз превосходит вероятность скрещивания с представителями других подобных групп. Обычно говорят о популяциях как
о группах в составе вида или подвида.
Биоценоз — это совокупность живых организмов, занимающих
определённую территорию и взаимосвязанных между собой.
Биогеоценоз — это совокупность биоценозов, включающая со-
общества живых организмов, факторы неживой природы на данной
территории.
23
Биосфера — это оболочка Земли, занимаемая живыми организ-
мами, находящаяся под их воздействием и участвующая в процессе их
жизнедеятельности. Биосферу также называют «плёнкой жизни» [2].
Факторы окружающей среды, влияющие на живой организм,
делятся на 3 группы:
1. Абиотические — факторы неживой природы.
2. Биотические — факторы живой природы.
3. Антропогенные — факторы воздействия человека и техники [2].
Живые организмы, как правило, обитают в тех условиях окру-
жающей среды, в которых совокупность воздействующих на них
факторов наиболее благоприятна. Как недостаток, так и избыток воздействия какого-либо фактора оказывают негативное, угнетающее
влияние на живой объект.
Термин «экологическая проблема» означает изменение природ-
ной среды в результате воздействия человека, ведущее к ухудшению
структуры и функционирования природы.
Экологические проблемы подразделяют на:
- атмосферные;
- водные;
- геолого-геоморфологические;
- биотические;
- комплексные [2].
Несмотря на такие названия, причинами любой экологической
проблемы являются неумение человека жить в гармонии с природой,
нерациональное использование ресурсов, неспособность ограничить
потребности.
Значение экологии. Во-первых, она обобщает ценные фунда-
ментальные знания об устройстве живой и неживой природы, полученные нами из других наук, помогает понять основные законы ее
функционирования.
Во-вторых, экология может дать ответы на волнующие умы
многих вопросы: почему в наши дни природа пребывает в таком бедственном состоянии и как мы можем что-либо изменить?
24
В-третьих, результаты исследований экологов порой находят
применение в самых неожиданных, отдалённых областях, таких как
экономика и социология. Оказывается, что в ряде случаев поведение
людей в группе, изменение численности населения страны, а то и
глобальные экономические проблемы весьма точно описываются уже
известными законами экологии [2].
Возможно, еще не все открытия экологов человечество сейчас
способно верно оценить. Но в будущем они, вполне вероятно, принесут действительную пользу.
Факторы внешней среды подразделяются на абиотические (свет,
температура, влажность, соленость, ветер, глубина снежного покрова
и т. д.), биотические (влияние со стороны других живых организмов),
антропогенные (влияние деятельности человека).
Абиотические факторы. Свет. Излучение Солнца выполняет по
отношению к живой природе четыре основные функции:
1. Солнце — источник энергии видимого света, используемого
хлорофиллоносными организмами для синтеза органических веществ
из неорганических (фотосинтеза).
2. Солнце является источником инфракрасного (теплового) из-
лучения, от которого напрямую зависит активность жизни.
3. Солнечный свет выполняет функцию основного сигнального
фактора, от количества и периодичности проявления которого зависит характер течения огромного количества процессов как внутри организмов, так и среди надорганизменных группировок.
4. Солнце является причиной появления в процессе эволюции
такой сложнейшей адаптации, как орган зрения. Видимый свет,
освещая Землю, дает возможность органам зрения осуществлять свою
основную функцию — восприятие зрительной информации. Разнообразие световых условий, при которых живут различные организмы
очень велико. Растения по отношению к свету можно подразделить
на светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые. Различные животные обладают дневной, ночной или сумеречной активностью.
Температура. Главным источником тепла является солнечное
излучение. Кроме того, им могут являться геотермальные источники,
25
играющие важную роль только в немногих местах обитания, например в горячих ключах, где обитают различные бактерии. Конкретный
организм может выдерживать температуру только в определенных
пределах, к которым приспособлены его метаболизм и структура.
Температура, так же как и интенсивность света, в большей мере зависит от географической широты, сезона, времени суток и экспозиции
склона. У организмов существует огромное количество приспособлений к перегреву и переохлаждению. По отношению к температуре
окружающей среды животные подразделяются на две группы. Гомойотермные — птицы и млекопитающие (теплокровные). Они имеют эволюционно выработанные механизмы поддержания температуры тела на относительно постоянном уровне, вне зависимости от
температуры среды. Пойкилотермные — все остальные животные
(холоднокровные), практически не имеющие таких механизмов.
Влажность. Вода необходима для жизни и может быть важным
лимитирующим фактором в наземных экосистемах. Вода поступает
из атмосферы в виде осадков: дождя, снега, града или росы. В природе происходит непрерывный круговорот воды, от которого зависит
распределение ее на поверхности суши. По способности переносить
недостаток воды растения можно разделить на ксерофиты (растения с
высокой выносливостью), мезофиты (со средней выносливостью),
гидрофиты (с низкой выносливостью, приспособленные к избытку
воды) и гигрофиты (водные растения) [2].
Биотические факторы. Биотические факторы среды можно вы-
разить через способы взаимоотношения организмов разных видов
между собой.
Нейтрализм — взаимонейтральные отношения (по типу 0:0),
организмы не влияют друг на друга, т. к. имеют различающиеся экологические ниши. Например, взаимоотношения крота и зайца.
Хищничество — питание одних животных другими с предвари-
тельной их поимкой и умерщвлением (взаимоотношения «хищник —
жертва»).
Конкуренция (у животных) — соперничество, любые антаго-
нистические отношения между организмами, определяемые стремле-
26
нием качественнее и быстрее достигнуть какой-либо цели. Термин
«конкурентные взаимоотношения» является более общим и может не
подразумевать каких-либо осмысленных желаний и стремлений.
Паразитизм — форма взаимоотношений между видами, при ко-
торых один вид является паразитом, а другой — хозяином. Паразит — организм, живущий за счет особей другого вида, более или менее с ним связанный в своем жизненном цикле (фаги — вирусы, являющиеся паразитами бактерий; печеночный сосальщик имеет
несколько хозяев, среди них моллюск и травоядное млекопитающее).
Комменсализм — возможное постоянное или временное сожи-
тельство особей разных видов, при котором один из партнеров извлекает из другого одностороннюю пользу, не причиняя ему при этом
вреда (многие членистоногие, использующие птиц и млекопитающих
для расселения и перемещения).
Ротокооперация — аналогичная комменсализму система взаи-
моотношений, при которой оба партнера извлекают друг из друга
обоюдную пользу (крабы и гидроидные полипы, поселяющиеся на их
панцире).
Мутуализм (симбиоз) — форма совместного существования
организмов разных видов, при которой оба партнера (или один из
них) не могут (не может) существовать без сожителя (лишайник —
симбиоз грибов и водорослей или цианобактерии).
Аменсализм — межвидовые взаимоотношения, определяющие-
ся подавлением одного организма другим, как правило, за счет его
продуктов жизнедеятельности. Термин обычно используется в биологии микроорганизмов [2].
Антропогенные факторы. Антропогенные факторы — формы
деятельности человеческого общества, приводящие к изменению
природы как среды обитания других видов и среды обитания самого
человека. В ходе истории человечества развитие сначала охоты, а затем сельского хозяйства, промышленности, транспорта сильно изменило природу.
Значение антропогенного воздействия на весь живой мир Земли
продолжает стремительно возрастать. Человеческое общество влияет
27
на природу в двух направлениях: на ресурсы, которые можно потреблять, тем самым снижая их доступность (полезные ископаемые), и
условия, которые невозможно потреблять — ими можно только воспользоваться (температура, озоновый экран) [2].
Биологические ресурсы, за счет которых живет человеческое
общество, можно разделить на три категории:
– жизнеобеспечивающие системы биосферы;
– биоресурсы, вовлеченные в непосредственно хозяйственную
деятельность человека;
– ресурсы, необходимые для духовного и физического развития
людей.
Закон оптимума. Для каждого вида организмов существуют
оптимальные, пессимальные и запредельные значения действия любого фактора, в которых он, соответственно, чувствует себя наиболее
комфортно, испытывает экологический дискомфорт или вообще не
может существовать. Суть закона в том, что для большинства организмов наиболее комфортными являются средние значения фактора.
Ограничивающий фактор. Факторы среды, по своим значени-
ям наиболее удаляющиеся от оптимума, особенно затрудняют возможности существования вида в данных условиях. Для каждого вида
в разное время различные факторы, отклоняющиеся от оптимума, могут приобретать решающее значение. Такие факторы называют ограничивающими. Ограничивающие факторы среды во многом определяют ареал вида.
Экологическая ниша. Комплекс факторов, требующихся для
существования вида, включая его связи с другими видами в сообществе, называют экологической нишей [2].
Именно в ответ на суммарное воздействие экологических фак-
торов среды у организмов в процессе эволюции и вырабатывается
весь комплекс морфологических адаптаций и биохимических, физиологических и поведенческих адаптивных механизмов.
28
4. ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ОРГАНИЗМОВ И СРЕДЫ
В любом биогеоценозе любой фактор среды имеется в опреде-
ленном количестве, формируя ресурс данного фактора.
Ресурсы могут быть незаменимыми или взаимозаменяемыми.
Незаменимые ресурсы — это когда один не в состоянии заме-
нить другой, взаимозаменяемые — это когда любой из двух ресурсов
можно заменить другим, при этом они могут быть и различного качества (зайцы и мыши в питании лисы) [3].
При недостатке незаменимые ресурсы могут выступать в каче-
стве лимитирующего фактора. Например, элементы питания растения
(азот, фосфор и т. д.) не заменяют друг друга, и недостаток любого из
них ограничивает рост растения. При высокой ресурсной обеспеченности незаменимыми ресурсами возникает явление ингибирования:
они становятся токсичными, превращаясь в лимитирующие факторы,
выходящие за верхний предел выносливости. Например, калий — необходимый элемент питания растений, но в случае его избытка в почве (при загрязнении) рост растений угнетается.
Ресурсы могут быть пищевыми и пространственными.
Пищевые ресурсы являются определяющими в любом биоцено-
зе. Для растений пищевыми ресурсами являются вода, свет, минеральные соединения, углекислый газ, т. е. незаменимые ресурсы. Для
животных пищевыми ресурсами являются другие организмы, и кислород, и вода. В данном случае автотрофные организмы становятся
ресурсами для гетеротрофов, принимая участие в пищевой цепи, где
каждый предшествующий потребитель превращается в пищевой ресурс для последующего потребителя.
Пространство выступает в качестве ресурса чаще всего лишь как
место, где организмы конкурируют друг с другом за все остальные
ресурсы, а не как за место, где они могут размножаться, хотя и это
существует в природе (моржи на лежбище). Пространство может
стать и лимитирующим фактором, если при избытке пищи оно не
29
сможет вместить в свои геометрические размеры все организмы, которые могли бы успешно жить в этом пространстве за счет избытка
прочих ресурсов (например, мидии могут своими телами полностью
покрыть подводную скалу). Некоторые животные, в т. ч. и человек,
стремятся к захвату определенной территории, где они могут обеспечить себя пищей, и таким образом она становится ресурсом [3].
Законы экологии, сформулированные американским экологом
Б. Коммонером, о которых нужно помнить, рассматривая взаимодействие человека с окружающей средой:
1) первый закон — «Все связано со всем» — отражает всеоб-
щую связь процессов и явлений в природе;
2) второй закон базируется на положении сохранения энергии и
вещества: «Все должно куда-то деваться». 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»;
3) третий закон ориентирует на действия, согласующиеся с
природными процессами, сотрудничество с природой вместо покорения человеком природы, подчинения ее своим целям: «Природа знает
лучше».
4) сущность четвертого закона заключается в ориентации че-
ловека на то, что любое его действие в природе не остается бесследным, мнимая выгода часто оборачивается ущербом, а охрана природы
и рациональное использование природных ресурсов немыслимы без
определенных экономических затрат. Звучит этот закон так: «Ничто
не дается даром». Дешевому природопользованию не должно быть
места. Если не заплатим за него мы, то в многократном размере это
должны будут сделать пришедшие нам на смену поколения [3].
Перечисленные законы экологии показывают, насколько слож-
ны задачи познания экосистем и управления ими, как трудно получить достаточно полные данные о взаимоотношениях организмов и
30
среды. Всякая деятельность человека, если она превышает определенные пределы, ведет к уменьшению способности экосистемы поддерживать себя в устойчивом состоянии вплоть до перехода к полной
неупорядоченности и гибели.
Типы взаимодействия. В биологии выделяют несколько типов
отношений между видами в биоценозе, которые тесно связаны с экологической нишей организмов. Пара любых живых существ в одном
сообществе связана какими-либо взаимоотношениями.
Симбиоз и его разновидности. В симбиотических отношениях
оба участника тесно взаимосвязаны. Хотя бы один из них получает
пользу. Часто симбиоз рассматривают в узком смысле — исключительно как взаимовыгодные отношения. Но в настоящее время учёные считают разновидностью симбиоза также паразитизм и комменсализм.
Классические взаимополезные отношения подразделяются на
два вида:
1. Облигатный симбиоз — когда в природе животные не могут
существовать друг без друга, как, например, грибы и водоросли в
лишайнике.
2. Практически граничит с этим понятием мутуализм — сожи-
тельство, в котором присутствие одного организма гарантирует существование второго, и наоборот. Вариации мутуализма различны,
например, птицы питаются ягодами и распространяют семена вместе
с экскрементами. Без этого потомство растений не могло бы взойти.
Интересны отношения рыб-клоунов с морскими анемонами, которые
возникают не с самого рождения. Актиния колет рыбу щупальцем,
после чего особи «запоминают» состав слизи друг друга и становятся
как бы одним существом. Анемон больше не жалит рыбу-клоуна,
позволяя ей прятаться между щупалец. Рыба, в свою очередь, избавляет актинию от ненужных остатков пищи, обеспечивает приток свежей воды, а также отгоняет других особей своего вида.
Факультативный симбиоз или протокооперация — взаимоотно-
шения выгодны, но не обязательны для жизни. В отличие от первой
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]