СОДЕРЖАНИЕ

1.	ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ	5
1.1.	Экология, предмет и задачи	5
1.2.	Экология особей	12
1.3.	Основные закономерности действия экологических факторов	17
1.4.	Понятие популяций в экологии. Основные свойства популяций	19
1.5.	Колебания численности, динамика и гомеостаз популяций	21
1.6.	Экология сообществ	27
1.7.	Строение и свойства биосферы	33
1.8.	Основные экологические проблемы современности	36
1.9.	Пути решения экологических проблем	40
2.	БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК	103

1. Общая экология

1.1. Экология, предмет и задачи

Введение. Экология - наука о взаимоотношениях живых организмов между собой и со средой их обитания. Термин экология ввел немецкий биолог Эрнст Геккель (1866). Соответственно экология возникла как часть биологии. В настоящее время экология распалась на ряд научных дисциплин, кроме того, отмечается разнообразное содержание термина «экология», но в любом случае в основе всех современных направлений экологии лежат фундаментальные идеи биологии. Предметом изучения общей экологии являются объекты организменного, популяционно-видового, биоценотического и биосферного уровней организации в их взаимодействии с окружающей средой.

Ретроспективная оценка становления экологии показывает, что уже при первых попытках обобщения опыта связей человека с природой многие исследователи с самых разных сторон обращали внимание на взаимоотношения организмов и влияние на них окружающей среды. Сам Э. Геккель, находясь под сильным влиянием эволюционных идей Ч.Дарвина, пытался разработать систему связи общей биологии с ее частными дисциплинами, основные положения которой он сформулировал в докладе «О теории развития Дарвина», прочитанном в 1863 г. Более детально эти представления Э. Геккель изложил в своём труде «Всеобщая морфология организмов», где рассматривал физиологию организмов, состоящую из «физиологии жизнедеятельности», в которую включил питание и размножение, и «физиологию взаимоотношений». В последней, отношение организма к внешнему миру им уже рассматривалась как «экология и география организма». Объективности ради следует признать, что значительно ранее Э. Геккеля необходимость изучения живых организмов в их соотношении с окружающей средой были отмечены русским натуралистом К.Ф.Рулье и его учеником Н.А.Северцевым. К сожалению, как это часто бывает в науке, их идеи, также как и В.В.Докучаева надолго опередили своё время и не были поняты современниками и только спустя много лет были оценены учёными-экологами. Выдающаяся роль в формировании отечественной экологии принадлежит Д.Н.Кошкарову, который в 1930-40-х годах развил и уточнил своё понимание экологии как науки, которую рассматривал как «…изучение взаимоотношений организма (вида) со средой его обитания, изучение приспособлений и противоречий между особенностями вида и элементами этой среды, именуемыми факторами, задачей экологического исследования является познание «условий существования» вида, т.е. тех факторов среды, которые являются необходимыми для существования вида». В эти годы занимаемая Д.Н.Кошкаровым позиция существенно отличалась от распространённого в это же время среди учёных течения, представители которого рассматривали экологию как науку о приспособлениях (адаптациях) животных и растений к условиям окружающей неорганической и органической среды и призвана заниматься изучением различных форм адаптации и их закономерностей.

Проблемы ухудшения состояния окружающей среды существовали еще в доиндустриальное и даже доисторическое время. В древности жители пещер подвергались воздействию дымовых газов, которые образовывались при работе их примитивных устройств для обогрева и приготовления пищи. В античные времена человек, мало задумываясь о последствиях, для удовлетворения своих нужд уничтожил на больших площадях лес, тем самым буквально «вырвал у себя почву из под ног», нарушив равновесие между почвой, лесом и водой, что привело к ухудшению плодороднонсти почв и их заболачиванию. Это явилось причиной того, как в полагают в настоящее время многие экологи, что многие античные города были покинуты своими жителями ещё в древности и люди, изгнанные со своей родины ухудшением окружающей среды, селились в других, более пригодных для жизни местах, которых в то время на земле было ещё предостаточно. Серьёзные трудности возникали и с плохим состоянием средневековых городов, а также с проблемой водоснабжения и качеством питьевой воды. Стал уже хрестоматийным пример из периода расцвета Древнего Рима, когда свинцовые водопроводные трубы и такая же посуда для приготовления и приёма пищи, привели, по данным уже современных анализов, к хроническому свинцовому отравлению высших слоев римского общества. Поскольку, как установлено уже в наше время, свинцовая интоксикация характеризуется ухудшением умственных способностей и психическими расстройствами, связанными с нарушением функций нервной системы и поражением головного мозга, возникли теории, что именно свинец стал причиной упадка Римской империи. Попытки бороться с ухудшением состояния окружающей среды, вызванного урбанизацией и развитием в то время ремесленных производств, были предприняты уже многие столетия назад. Появление знаменитого лондонского тумана под названием смог (производное от английских слов smoke — дым и fog — туман), которое было отмечено ещё в XI в., явилось тогда причиной издания первого известного нам закона об охране окружающей среды. Этим законом было запрещено кузнечное производство, которое, как полагали тогда, являлось причиной появления таких туманов. Однако эти мероприятия не привели к какому-либо значимому результату, о чём хотя бы свидетельствует постоянное присутствие смога в больших городах, от которого в том же Лондоне в 1951 г. скончалось несколько тысяч человек.

Экология в первую очередь как фундаментальная наука в рамках биологии развилась на основе ботанических исследований, в дальнейшем к этим проблемам подключились зоологи, в том числе гидробиологи и энтомологи, причем каждый из них рассматривал экологические проблемы со своей точки зрения и в своём аспекте. Человек в рамках экологии, практически на протяжении целого века, вплоть до 1960-70-х годов, как правило, не рассматривался, считалось, что его взаимоотношения со средой подчиняются не биологическим, а социальным закономерностям.

Экологии с практической точки зрения можно определить как науку о проблемах, она – дитя нужды и в первую очередь выполяет социальный заказ, кончная цель которого достаточно глобальная - сохранить всю природу Земли и ближайшее окружение человека ради здоровья и жизни людей. В настоящее время экология превратилась в науку о выживании человека в окружающей его среде, благодаря чему она уже перестала быть фундаментальной дисциплиной и смысл её структуры практически утерян. Как соверешенно справедливо замечает Н.Ф. Реймерс, сейчас все стали «экологами», появилась профанация знания, а сам термин «экология» вошел в обиходную речь и стал употребляться в случаях весьма далёких от его истинного смысла. Связями организмов со средой занимаются и другие науки. Так, физиология изучает реакции организма на внешние раздражители; этология (наука о поведении) тоже занимается взаимодействиями организмов и среды. Эволюционная теория рассматривает влияние разных компонентов среды как факторы отбора. Экология рассматривает те же процессы и явления, что и перечисленные науки, но с особой точки зрения.

Задача экологии — изучить закономерности размещения живых орга­низмов в пространстве, изменения численности организмов, потока энергии через живые системы и круговорота вещества, происходящего при участии живых организмов. Рассматриваемые в данном случае основы экологии в общем виде, могут быть отнесены к общей экологии и иерархическая структура которой может быть в общем виде представлена в табл. 1.

Таблица 1

Иерархическая структура общей экологии

Разделы общей экологии	Содержание разделов
Факториальная экология	Экология факторов среды. Изучает физические, химические и биологические факторы среды и закономерности их действия на организмы
Аутоэкология	Экология организмов. Изучает взаимодействие между отдельными организмами и факторами окружающей среды
Демэкология	Экология популяций
Синэкология	Экология сообществ
Биогеоценология	Экология биогеоценозов

В связи с этим выделяют следующие разделы экологии: экология особей (аутэкология), экология популяций (демэкология), экология сообществ (синэкология). Задачи экологии - изучение двусторонних связей в системах организм- среда, популяция-среда, сообщество- среда, а также связей между особями в популяции и популяциями в сообществе.

Организмы в природе не существуют изолированно друг от друга. Особи одного вида образуют популяции — группировки, населяющие определенную территорию. Популяции разных видов, занимающие опреде­ленный участок (например, озеро, луг), образуют сообщество. Сообщество в совокупности с неживыми компонентами среды, с которыми оно взаимодействует (солнечный свет, климат, почва, вода и т.п.), составляет экосистему. Все эти объекты, относящиеся к трем разным уровням организации (организменному, популяционно-видовому и экосистемному), изучает экология.

Экологов в первую очередь интересуют те свойства особей, от которых зависит их распределение, численность и роль в круговороте веществ. Среди этих свойств — приспособления (адаптации) к температуре, влажности, солености и другим факторам среды; характеристики роста и размножения (плодовитость, время достижения половозрелости, продолжительность жизни, темп роста); особенности обмена веществ (состав и количество пищи, скорость дыха­ния, интенсивность фотосинтеза). Эти свойства изучает экология особей, или аутэкология (греч. аutоs — сам).

Популяции состоят из разнокачественных особей. Особи в популяции различаются по возрасту, полу, генотипу и фенотипу, по степени родства. Популяция имеет сложный состав, или структуру. От состава популяции зависит размещение особей в пространстве (пространственная структура) и динамика (изменения) численности. Перечисленными свойствами популяций занимается популяционная экология. Сосредоточиваясь на изучении отдельных видов, популяционные экологи заняты поисками наиболее существенно влияющих на них факторов среды, важнейшими взаимосвязями с другими видами в сообществе.

Сообщества обычно состоят из популяций сотен и тысяч разных видов. В состав большинства сообществ входят растения, животные, микроорганизмы — бактерии и грибы, а также одноклеточные. Экосистемная экология, или экология сообществ, исследует видовой состав сообществ, их пространственную структуру, изменения сообществ во времени. Вместе экологию сообществ и популяционную экологию иногда называют синэкологией (греч. syn — вместе).

Экология использует широкий набор методов исследования.

Метод наблюдения и описания заключается в сборе и описании фактов.

Сравнительный метод основан на анализе сходства и различий изучаемых объектов.

Исторический метод изучает ход развития исследуемого объекта.

Метод эксперимента делает возможным изучать явления природы в заданных условиях.

Метод моделирования позволяет описывать сложные природные явления относительно простыми моделями.

Главные задачи экологии вытекают из рассмотрения объектов исследования и включают:

- анализ физических, химических и биологических параметров функционирования природных систем;

- установление закономерностей организации жизни в связи с увеличивающимся антропогенным воздействием на природную среду;

- исследование вопросов природопользования и ресурсосбережения;

- разработку мероприятий по всесторонней защите окружающей природной среды.

Происходит экологизация знаний и многих сфер деятельности человека. Экология перестает быть только естественной наукой и расширяет свои рамки за счет включения производственных, технологических, экономических и других аспектов деятельности человека. Экология является теоретическим фундаментом рационального природопользования и охраны природы.

Взаимосвязи экологии и других наук. Экология тесно связана с другими биологическими науками. Взаимопроникновение разных областей вообще характерно для современной биологии. Экология особей использует данные физиологии, сравнительной и функциональной морфологии, этологии. В свою очередь, определенные направления этих наук специально занимаются связями между организмами и средой обитания. Так, экологическая физиология изучает физиологические адаптации организмов к разным факторам среды. Экологическая морфология выясняет, как условия среды формируют строение организмов. Связям поведения организмов с условиями их жизни тоже посвящены многочисленные исследования.

Популяционная экология вступает в соприкосновение с популяционной генетикой и с фенетикой (наукой, занимающейся фенотипической изменчивостью особей в популяциях). Особи с разным генотипом могут по-разному реагировать на условия среды, поэтому экологам важно знать генетический состав популяций.

При изучении экосистемного уровня экология вступает в соприкосновение с небиологическими науками: геологией, физической географией, климатологией, почвоведением, гидрологией и др.

Тесное взаимодействие существует между экологией и биогеографией — наукой о закономерностях распространения организмов. Но, пожалуй, наиболее тесно экология связана с эволюционной теорией. Недаром в своем определении экологии Э.Геккель упоминал борьбу за существование. Экология пропитана духом эволюционных идей, и многих экологов занимает вопрос о том, как возникли в процессе эволюции те или иные особенности популяций, как эволюционировали отношения между видами в сообще­ствах. Но дело не только в этом. Экологические исследования — это и есть изучение эволюции. Действие факторов среды на популяции, изучаемое экологами — это и действие отбора. Колебания численности — еще один фактор эволюции, «волны жизни». Адаптации — в равной мере область интересов экологов и эволюционистов. Наконец, сравнительно новая область - исследование эволюции сообществ и влияние сообществ на эволюцию видов, входящих в их состав. Здесь тоже переплетаются экология и теория эволюции.

Математические модели в экологии. Модели используются в науке для проверки теоретических предсказаний. Сейчас с использованием компьютеров созданы сложные модели, позволяющие достаточно точно предсказывать изменения численности отдельных видов, описывать взаимодействия двух популяций и т. д. Однако нужно иметь в виду, что любая математическая модель — очень сильное огрубление реальности, она всегда основывается на упрощенных предпосылках. Модели приложимы только к тем ситуациям, в которых соблюдаются положенные в их основу предпосылки.

Роль экологии в решении практических задач. Роль экологических знаний в жизни человеческого общества всегда была велика. В период охоты и собирательства, когда еще не было науки и письменности, знания об образе жизни животных, распространении и свойствах растений передавались в устной форме от родителей к детям, обогащались благодаря опыту и наблюдательности. Когда возникло сельское хозяйство, стали накапливаться знания об оптимальных сроках посева и сбора урожая, о свойствах почв и удобрений, о влиянии друг на друга растений, о пищевых потребностях домашних животных и т. д. Но эти знания не были еще научными (хотя характерно, что одно из первых экологических обобщений было сделано химиком Ю.Либихом, когда он занялся изучением роста растений в связи с нуждами сельского хозяйства).

Когда экология сформировалась как наука, ее роль для практики резко возросла. Появилась возможность предсказывать последствия хозяйственной деятельности и давать рекомендации, как вести промысел, развивать сельское хозяйство и промышленность, не истощая ресурсы среды и не разрушая природные сообщества. Важность таких научных прогнозов особенно велика в наши дни, когда из-за технического прогресса человечество впервые начало заметно воздействовать на всю биосферу в целом.

Тем не менее, многие частные исследования экологов выглядят как «наука ради науки»: кажется, что они не могут приносить никакой практической пользы. Зачем, например, нужно знать, сколько времени и энергии тратит птичка-нектарница на защиту своей территории? Но впечатление о бесполезности таких исследований совершенно неверное. Полученные знания могут оказаться важными при решении самых неожиданных задач. Например, когда в XIX в. специалисты-зоологи изучали образ жизни личинок малярийных комаров, казалось, что это не может иметь никакого практического значения. Но когда выяснилось, что комары - переносчики малярии, стало ясно, что изучение их жизни имеет огромное практическое значение. Ученые-экологи смогли дать четкие рекомендации по борьбе с малярией. Эта болезнь, от которой в XX в. погибло больше людей, чем в двух мировых войнах, во многих странах была почти полностью побеждена.