2. Современное состояние экологии как комплекной социально-естественной науки о взвамоотношениях организмов. Содержание, предмет, объект и задачи экологии.

Современная экология – фундаментальная комплексная наука о природе, объединяющая знание основ нескольких классических естественных наук. Для выявления специфики экологии как науки рассмотрим уровни организации живой материи

гены клетки ткани органы организмы популяции виды сообщества биосфера

экология экология экология экология эколоия

и науки, которые изучают биологическую материю на каждом из этих уровней.

Т.о. место экологии в системе естественных наук определяется достаточно четко – это изучение надпопуляционных уровней организации живой материи.

Объектом экологических исследований является совокупность или структура связей между организмами, а также между организмами и средой, т.е. изучение функционирования биологических макросистем.

Главный предмет ее изучения – экосистемы, т.е. единые природные комплексы, образованные средой обитания и живыми организмами. Кроме этого, в область ее компетенции входит изучение отдельных видов организмов (организменный уровень), их популяций, т.е. совокупностей особей одного вида (популяционно-видовой уровень) и биосферы в целом (биосферный уровень).

В зависимости от предмета исследований в процессе становления экологии как науки выделились следующие разделы экологии (Слайд 1):

Разделы экологии

Предмет исследований

1. Общая (классическая, биологическая) экология

• Аутэкология

• Демоэкология (популяционная экология)

• Синэкология (биоценология)

Условия существования живых организмов и взаимосвязи организма и среды

• Индивидуальные связи отдельного организма с окружающей его средой.

• Изучение структуры и динамики популяций отдельных видов.

• Взаимоотношение популяций, сообществ и экосистем со средой.

2. Глобальная экология

Строение биосферы и ее взаимодействие с природными (космическими) и социальными факторами

3. Экология человека (антропоэкология)

Система связей человека с окружающей его природной и социальной средой. Сохранение и развитие здоровья людей.

4. Социальная экология

Система «Природа – общество». Прогнозирование основных тенденций развития взаимодействия общества с природной средой

С точки зрения фактора времени экология подразделяется на историческую и эволюционную.

5. Историческая экология

Исторические аспекты взаимодействия природы и общества

6. Эволюционная экология

Влияние окружающей среды на живую природу в различные периоды эволюции планеты, причины и следствия эволюционного процесса с экологических позиций.

По конкретным объектам и средам исследования на экологию животных, экологию растений, экологию микроорганизмов.

С научно-практической точки зрения вполне обоснованно деление экологии на теоретическую и прикладную.

7. Теоретическая экология

Вскрывает общие закономерности организации жизни

8. Прикладная экология

Изучение механизмов разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса. Разработка принципов рационального природопользования разных экосистем – лесных, водных, городских и др.

Из приведенных выше направлений следует, что задачи экологии многообразны.

В общетеоретическом плане это:

• Разработка общей теории устойчивости экологических систем;

• Изучение экологических механизмов адаптации к среде;

• Исследование регуляции численности популяций;

• Изучение биологического разнообразия и механизмов его поддержания;

• Исследование продукционных процессов;

• Исследование процессов, протекающих в биосфере, с целью поддержания ее устойчивости;

• Моделирование состояния экосистем и глобальных биосферных процессов.

Основные прикладные задачи в настоящее время следующие:

• Прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий деятельности человека для окружающей среды;

• Улучшение качества окружающей среды;

• Сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов;

• Оптимизация инженерных, экономических, организационно-правовых, социальных и иных решений для обеспечения экологически безопасного устойчивого развития, в первую очередь в экологически неблагоприятных районах.

Стратегической задачей экологии считается развитие теории взаимодействяия природы и общества на основе нового взгляда, рассматривающего человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.

Экология, как и всякая другая наука, имеет два аспекта:

• первый – теоретический, т.е. стремление к познанию ради самого познания,

• второй – практический, т.е. применение собранных знаний для решения практических проблем, связанных с окружающей средой.

Т.о. экология решает главную задачу современности – причастность каждого к охране окружающей среды. Человек осваивает нормы новой культуры. Поэтому изучение экологии – составная часть высшего образования для всех специальностей.

3. ??? 3 Экология – теоретическая основа охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов.

Тема выносится на диспут (Практическое занятие №1)

4. ??? 4 Антропогенное воздействие на биосферу и его последствия. экологический кризис.

5. ??? 5 Необходимость формирования правовых и этических норм отношения человека к природе.

Темы выносится на диспут (Практическое занятие №2)

1.2.Тема Основы аутэкологии (факториальной экологии).

1. Организм и среда.

Живые организмы во всем многообразии их связей являются предметом изучения экологии. К живым организмам относятся все формы жизнедеятельности. Организм (особь, индивид) – это дискретная единица живой материи, любое живое тело, живое существо, реальный носитель жизни, который характеризуется всеми ее свойствами и происходит от одного зачатка – семени, споры, оплодотворенной яйцелетки.

Все живые организмы подразделяются на 2 надцарства: эукариоты и прокариоты и 4 царства: бактерии животные, грибы, растения. Иногда выделяют специфическое царство вирусов – форма, промежуточная между живой и неживой материей.

Каждое из царств в свою очередь подразделяется на подцарства: животные – на одноклеточные и многоклеточные; грибы на низшие и высшие, растения – на багрянки, настоящие водоросли и высшие растения.

По отношению к кислороду все живые организмы делятся на аэробные (жизнедеятельность возможна только при наличии свободного кислорода) и анаэробные (обитают без кислорода).

Живое вещество можно рассматривать как соматическое и репродуктивное.

Соматическое (от греч. Сома – тело) вещество – совокупность всех клеток организмов, кроме половых.

Репродуктивное – вещество благодаря которому жизнь в биосфере постоянно воспроизводится.

Все многообразие организмов в биосфере связано друг с другом через питание. Поэтому живые организмы различают по способам питания. Это автотрофы, гетеротрофы и миксотрофы.

Автотрофы – (от греч. аутос – сам, трофее – питаться) – организмы, получающиевсе нужные им для жизни химические элементы из окружающей косной материи и не нуждающиеся в готовых органических соединениях. Они продуцируют органическое вещества в процессе фотосинтеза (фотоавтотрофы), используя в качестве источника энергии солнечный свет или хемосинтеза (хемоавтотрофы, использующие энергию, выделяющуюся при окислении неорганических веществ), поэтому их называют продуцентами. Биомасса, которую они производят называется первичной.

Гетеротрофы – (от греч. гетерос – другой) это организмы, использующие для своего питания чужие тела (живые или мертвые), т.е. готовые органические вещества. Среди гетеротрофов выделяют три группы организмов: убивающие объект питания (хищники), питающиеся за счет других организмов, но не убивающие ее (кровососы, паразиты); питающиеся отмершей органикой. Среди гетеротрофов выделяют консументов (животные, часть микроорганизмов, паразитические и насекомоядные растения), поедающих «живую» органику и редуцентов (грибы и бактерии), которые превращают органические остатки в неорганические вещества, возвращая их в круговорот веществ.

Миксотрофы – организмы со смешанным типом питания (сине-зеленые водоросли, растения – паразиты).

Можно выделить несколько критериев любого живого организма (Слайд 1)

1. Особенности химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы, но их соотношение в живой и неживой материи различно. В живых организмах 98% химического состава приходится на четыре элемента: кислород, водород, углерод, азот, являющиеся основой для всего многообразия органических молекул, составляющих организмы. В живом веществе существует несколько групп органических молекул, характеризующихся специфическими свойствами. Это:

• НК (ДНК и РНК) – обеспечивают явления наследственности, изменчивости и самовоспроизведения;

• белки – основные структурные компоненты клеток, биологические катализаторы – ферменты;

• углеводы – структурно-энергетические компоненты;

• жиры – структурно-энергетические компоненты;

• «малые органические молекулы» – принимают участие в процессах метаболизма.

2. Метаболизм – процесс обмена веществ между организмом и средой, сопровождающийся сложными превращениями веществ в процессе синтеза (ассимиляции, пластического обмена) и распада (диссимиляции, энергетического обмена) внутри организмов. Обмен веществ обеспечивает гомеостаз организма, т.е. относительное постоянство его внутренней среды.

3. Единый принцип структурной организации. Все живые организмы имеют клеточное строение. Клетка является единой для всех обитателей земли структурно-функциональной единицей, а также единицей развития.

4. Репродукция– воспроизведение в виде бесполого или полового размножения особей, благодаря чему последующие поколения сходны с предшествующими. В основе воспроизведения лежат реакции матричного синтеза., т.е. образование новых молекул и структур на основе информации, заложенной в последовательности нуклеотидов ДНК

5. Наследственность – способность организмов передавать свои признаки и свойства и особенности развития в ряду поколений. Наследственность обусловлена генетическим кодом – специфической последовательностью триплетов нуклеотидов в молекулах ДНК и способностью ДНК к редупликации. Наследственность обеспечивает материальную преемственность информации между организмами в ряду поколений.

6. Изменчивость – способность организмов приобретать новые признаки и свойства, в основе которой лежат изменения биологических матриц. Изменчивость дает богатый материал для естественного отбора к конкретным условиям существования в природных условиях, что в свою очередь приводит к возникновению новых форм жизни.

7. Рост – увеличение размеров организма, связанное с процессами метаболизма, реализующимися на основании генетической информации в зависимости от условий окружающей среды. Рост сопровождается развитием – необратимым направленным закономерным изменением объекта, в результате чего возникает новое качественное состояние объекта, сопровождающееся изменением состояния или структуры. Индивидуальное развитие организма называется онтогенезом. В его основе лежит постепенная реализация наследственных программ, проявляющихся в индивидуальных свойствах организма. Историческое развитие называется филогенезом. Это необратимое и направленное развитие живой природы, сопровождающееся образованием новых видов и прогрессивным усложнением жизни. Результатом эволюции является все многообразие живых организмов на Земле.

8. Раздражимость – избирательное реагирование на воздействия окружающей среды. Реакция многоклеточных организмов на раздражение, осуществляемая через посредство нервной системы называется рефлексом. Организмы, не имеющие нервной системы, лишены рефлексов, их реакции выражаются в изменении характера движения или роста и называются таксисами или тропизмами. При их наименовании обычно добавляется название раздражителя. Например: фототаксис – движение в направлении света, хемотаксис – перемещение организма по отношению к концентрации химических веществ. Все таксисы могут быть положительными или отрицательными. Гелиотропизм – рост побега в направлении Солнца, геотропизм – рост корня по направлению к центру Земли. Для растений характерны также настии – движения частей растительного организма. Например – движение листьев, головки подсолнечника в течение светового дня за движением Солнца, закрытие и раскрытие венчика.

9. Дискретность – каждый организм состоит из отдельных изолированных, обособленных, ограниченных в пространстве, но связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство.

10. Авторегуляция – способность живых организмов, обитающих в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов – гомеостаз.

11. Ритмичность – периодические изменения интенсивности физиологических функций и формообразовательных процессов с различными периодами колебаний (от нескольких секунд до года и столетия). Например, суточные, сезонные, приливно-отливные и др. ритмы. Ритмичность направлена на согласование функций организма с окружающей средой, т.е. на приспособление к периодически меняющимся условиям существования.

12. Энергозависимость. Все живые существа являются открытыми системами, т.е. не могут существовать без обмена веществом, энергией и информацией с окружающей средой.

Т.о. организмы в процессе реализации любого из своих свойств взаимодействуют с окружающей средой – средой обитания.

Неживая и живая природа, окружающая растения, животных и человека, носит название среды обитания.

Взаимоотношения организмов со средой, в частности адаптации видов к окружающей среде (среда – организм), абиотическим и биотическим факторам среды (организм – фактор) изучает аутэкология, поэтому ее называют факториальная экология. Аутэкологические исследования входят составной частью в биологическую экологию, экологию животных, растений, микроорганизмов, человека.

С позиций аутэкологии среда – комплекс природных тел и явлений, с которыми организм находится в прямых или косвенных взаимоотношениях. Т.е. это материальные тела, энергия, явления, воздействующие на организм.

Понятие среда включает несколько составляющих:

• Внешняя среда – совокупность сил и явлений природы, ее вещество и пространство, любая антропогенная деятельность, находящаяся вне рассматриваемого объекта или субъекта и необязательно контактирующая с ним.

• Окружающая среда – см. внешняя, но находится в непосредственном контакте с рассматриваемым объектом или субъектом и контактирующая с ним.

• Природная среда – сочетание естественных и измененных деятельностью человека факторов живой и неживой природы, которые проявляют эффект воздействия на организм.

• Среда абиотическая – совокупность сил и явлений природы, происхождение которых не связано с деятельностью живых организмов.

• Среда биотическая – совокупность сил и явлений природы, которые своим происхождением обязаны жизнедеятельности ныне живущих организмов.

• Среда обитания – пространственное понимание среды как непосредственного окружения организмов. К ней относятся только те элементы среды с которым организм непосредственно контактирует. В настоящее время выделяют 4 среды обитания организмов: наземно-воздушная, почвенная, водная, организменная.