Лекция 1 История науки. Предмет экологии. Направления экологии. Подходы и методы экологии

ЛЕКЦИЯ№1 1.
История науки. Предмет экологии.
2.
Направления экологии.
3.
Подходы и методы экологии.
1. История науки. Предмет экология
Экология – это наука о взаимоотношениях живых организмов друг с другом и с окружающей их неорганической средой, о связях в надорганизменных системах, о структуре и функционировании этих систем. Термин «экология» был впервые введен немецким биологом Эрнстом Геккелем в 1869 году; он образован из двух греческих слов: oikos, что значит дом или жилище, и logos – изучение или наука. В трудах «Всеобщая морфология организмов» и «Естественная история миротворения» Геккель пытался дать определение сущности экологии. По
Геккелю, экология представляет науку о домашнем быте живых организмов, так называемая «экономия природы».
Экология как наука сформировалась в середине 19 в. История развития экологии связана с возникновением и развитием человеческого общества. По мере роста масштабов и совершенствования способов изъятия природного вещества у людей вырабатывалось сознание связи с внешним миром и зависимости от него.
Известны юридические нормы, существовавшие в Эфиопии во времена
Аксумского царства (IV в. н.э.): речную рыбу, птицу, степных и лесных млекопитающих нельзя было продавать и покупать. Жители высокогорий освобождались от выпаса скота и обработки земель, но должны были содержать в чистоте водный сток.
Этапы становления наук о природе, в т.ч. и экологии:
Первый период: Аристотель (IV в. до н.э.) предложил первую классификацию животных, описывает их поведение, зависимость морфологии от условий внешней среды, приспособление к условиям среды обитания. Труд
«История животных».
Теофраст Эрезийский ( IV в.н.э.), ученик Аристотеля дал описание 500 видов растений, с учетом местообитания выделил их естественные группировки, заложив основы геоботаники.
Второй период: Великие географические открытия дали толчок к развитию систематики. Первые систематики – А.Цезальпин (1519-1603), Д.Рей (1623-1705),
Ж.Турнефор (1656-1708) сообщали и о зависимости растений от условий произрастания или возделывания, о местах их обитания. Сведения о поведении, повадках, о местах обитания животных называли «историей» жизни животных.
Карл Линней, первый фенолог и основатель научной систематики, в 1749г. опубликовал диссертацию «Экономия природы», в которой под экономией понимал взаимоотношения всех естественных тел. Считал, что необходимо не только размножение, но и разрушение организмов, поскольку гибель одних

организмов дает возможность для существования других. Т.о. Линней заложил основы понимания биотического круговорота.
Ж. Бюффон (1707-1788) считал возможным «перерождение» видов и полагал основными причинами такого превращения влияние внешних факторов
(температуры, качество пищи и гнет одомашнивания).
Жан-Батист Ламарк (1744-1829) – автор первого эволюционного учения, считал, что влияние внешних обстоятельств – одна из самых важных причин приспособительных изменений организмов, эволюции животных и растений. В книге «Философия зоологии» впервые широко поставил вопрос о влиянии среды на организмы, но не сумел объяснить причин их «пригнанности» к среде обитания.
Т.Р.Мальтус (1766-1834) – в книге «опыт о принципах народонаселения» вывел закономерность роста населения – в геометрической прогрессии, а средства же существования растут в арифметической прогрессии. Результат – объективный разрыв между темпами роста населения и средств существования, а следовательно иллюзорность всеобщего благоденствия. Книга вызывает споры и по сей день.
Александр Гумбольдт (1769-1859) – немецкий естествоиспытатель, показал значение климата для жизни растений, ввел понятие изотерм, выдвинул идею горизонтальной зональной и вертикальной поясности в распространении растений.
К.Ф.Рулье (1814-1858) – российский биолог, разработал систему изучения животных. Раскрыл значение биотических факторов в жизни растений и животных, утвердил понятие географической и экологической изменчивости видов.
Н.А.Северцов (ученик Рулье) в 1855г. опубликовал магистерскую диссертацию «Периодические явления в жизни зверей, птиц, гадюк Воронежской губернии». Это первое специальное экологическое исследование.
Третий период: Появление эволюционной теории Дарвина-Уоллеса. Работа
Ч.Дарвин (1859г.) – «Происхождение видов путем естественного отбора». Геккель
Э. В 1866 г. определил новую область знаний и дал ей название – экология в трудах «Всеобщая морфология организмов».
К.Мёбиус (1877) – немецкий гидробиолог, труд «Устрицы и устричное хозяйство» – вывод о существовании биоценозов (сообществ организмов).
Биоценоз – закономерное сочетание разных организмов, обитающих в определенном биотопе. Биотоп – совокупность условий среды, в которых обитает биоценоз.
С.Форбс (США, 1887) впервые рассмотрел озеро как «микрокосм», т.е. целостную систему.
В.А.Докучаев (Россия, 1883) – книга «Русский чернозем», учение о почве как продукте совокупного творчества живых организмов, горной породы и климата, определил пять факторов почвообразования.

Четвертый период: появление в начале ХХ века системной концепции в экологии благодаря трудам В.И.Вернадского. В 1926 г. вышел его главный труд
«Биосфера», в котором биосфера – живые организмы и окружающая их среда – предстает как единая глобальная система; биосфера функционирует благодаря взаимодействию живых, косных, биокосных компонентов.
В 1935 г. английский ученый А.Тэнсли ввел понятие экологическая система, который включает живые организмы и физические условия местообитания и является единым целым, надорганизменным уровнем. В 1942 г. в работах
В.Н.Сукачева появился термин биогеоценоз как синоним экосистемы.
В 70-е годы благодаря развитию вычислительной техники и методов математического моделирования были разработаны методы системного анализа, которые стали широко использоваться и в экологии.
Пятый период: вторая половина ХХ века - понимание мировым сообществом угрозы экологического кризиса, выявление глобальных экологических проблем. Превращение экологии в интегрированную науку, комплекс естественных, технических и общественных дисциплин.
2.Направления экологии
В экологических исследованиях по традиции выделяют два направления – аутэкологию и синэкологию. Аутэкология концентрирует свое внимание на взаимоотношениях между организмом или популяцией и окружающей средой, тогда как синэкология занимается сообществами и средой. Например, изучение отдельного экземпляра дуба или вида дуб черешчатый (Quercus robur) или рода дуб (Quercus) будет аутэкологическим исследованием, а изучение сообщества дубового леса – синэкологическим.
Современные исследователи выделяют более 100 направлений в экологии, которые можно объединить в 5 ветвей экологии:
1.
Глобальная экология – изучение возможных глобальных сдвигов в биосфере под воздействием различных факторов (космические воздействия, процессы в недрах Земли
2.
Биологическая экология - включает в себя: 1) аутэкологию (экологию естественных биологических систем – особей, видов); демэкологию
(популяционную экологию); синэкологию (экология многовидовых сообществ, биоценозов), биогеоценологию (экологических систем);
2) экологию систематических групп организмов – бактерий, грибов, растений, животных;
3) эволюционную экологию.
3.
Экология человека или социальная экология – исследует взаимодействие человека с окружающей средой.
4.
Геоэкология – изучает взаимоотношения организмов и среды обитания, их географическую принадлежность. Включает в себя экологию сред (воздушной, наземной, почвенной, пресноводной, морской); экологию природно- климатических зон (тундры, тайги, степи, пустыни, гор, ландшафтов).

5.
Прикладная экология – комплекс дисциплин, изучающих взаимоотношения между человеческим обществом и природой. Выделяют следующие прикладные разделы экологии:
- инженерная экология;
- сельскохозяйсвтенная экология;
- урбоэкология;
- биоресурсная и промысловая экология;
- медицинская экология.
3.Подходы и методы экологии
В современной экологии, науке об окружающей среде сталкиваются два подхода к проблеме взаимоотношений человека и природы: антропоцентрический и биоцентрический.
1. Антропоцентрический или технологический подход – в центре экологических проблем стоит человек. Переэксплуатация природных ресурсов, загрязнение воды и воздуха рассматриваются лишь с точки зрения их отрицательного влияния на здоровье человека. Возникшие проблемы окружающей среды представляются только как следствие неправильного ведения хозяйства. Считается, что проблемы могут быть устранены путем технологической реорганизации и модернизации, что законы природы не могут и не должны мешать научно-техническому прогрессу.
2. Биоцентрический или экоцентрический подход – человек лишь одна из форм жизни, и как биологический вид в значительной мере остается под контролем главных экологических законов и в своих взаимоотношениях с природой вынужден и должен принимать ее условия. Нарушенные человеком регуляторные функции биосферы не могут быть восстановлены или изменены технологическим путем. Прогресс человечества ограничивается экологическим императивом.
Методы:
1. Экосистемный – изучение потока энергии и круговорота веществ между биотическим и абиотическим компонентами экосферы, функциональные связи
(цепи питания) живых организмов между собой и с окружающей средой.
2. Изучение сообществ (синэкология) – исследование растений, животных и микроорганизмов, обитающих в экосистемах. Основной упор делается на определении и описании видов и изучении факторов, ограничивающих их распространение. Синэкология подробно изучает сукцессии и климаксные сообщества, что важно для рационального использования природных ресурсов.
3. Популяционный подход (аутэкология) - изучение моделей роста, развития видов, внутри и межвидовые взаимоотношения. Популяционная экология обеспечивает теоретическую базу для понимания вспышек численности вредителей и паразитов, открывает возможности борьбы с ними при помощи биологических методов; позволяет оценить критическую численность вида, необходимую для его выживания (важно при организации заповедников, ведении охотничьего хозяйства).

4. Изучение местообитания – изучение экологической ниши видов с привлечением специалистов гидрологов, почвоведов, метеорологов, океанографов и др.
5. Эволюционный и исторический – изучение изменения биосферы, отдельных экосистем, сообществ, популяций, местообитаний во времени, что важно для прогнозов будущих изменений. Эволюционная экология рассматривает изменения, связанные с развитием жизни на Земле, позволяет понять закономерности, действовавшие в экосфере до появления человека.
Реконструкция прошлого на основании данных палеонтологии. Историческая экология занимается изменениями, связанными с развитием человеческой цивилизации и технологии, с их возрастающим влиянием на природу.

Лекция 2 1.Понятие об экосистеме и биогеоценозе.
2. Свойства экосистем: устойчивость, гомеостаз, равновесие, живучесть, безопасность. Принципы (Мамедов, с. 137) функционирования экосистем.
3. Биоценоз. Биома. Биотоп.
4. Местообитание.
5. Экологическая ниша.
6. Пищевые цепи, экологические пирамиды.
7. Продуктивность экосистем.
8. Естественные и антропогенные экосистемы.
9. Эволюция экосистем. Экологические сукцессии.
1. Экологическая система. Биогеоценоз
Тэнсли (английский ученый) в 1935 г. дал определение экосистеме как совокупности живых организмов с их местообитанием. Физическая среда, или биотоп вместе с населяющими его видами, составляющими биоценоз, образуют
экосистему (в отечественной научной литературе вместо термина «экосистема» чаще пользуются термином «биогеоценоз»). Экосистема – основная функциональная единица в экологии. Экосистемы представляют собой своего рода «микрокосм» видов, взаимодействующих друг с другом в относительно замкнутом круговороте.
Экосистема биотическая абиотический компонент
(сообщество)
(материя + энергия)
Признаки экосистем:
1)
независимость от внешних источников вещества и энергии, но не от солнечного света. Энергия – это способность совершать работу.
2)
способность обеспечивать круговорот вещества.
Примеры экосистем: лес, озеро, отдельно стоящий дуб. Биосфера – самая крупная экосистема.
Поле существования жизни:
1.
Достаточная концентрация О
2
∼
21% и СО
2 2.
Достаточное количество воды (жидкой).
3.
Благоприятная температура (чтобы не свертывался белок и работали ферменты).
4.
прожиточный минимум минеральных веществ.

Океан: на глубине 10919 м (Мариинская впадина), атмосфера – на высоте 77 км – есть жизнь (белоголовый сиб столкнулся с самолетом на высоте 12,5 км).
Жизнь – в Антарктике во льдах (420).
Биотический компонент автотрофы гетеротрофы
(фото- и хемотрофы)
Абиотический компонент почва, вода климат:
(неорганические и
- освещенность; органические вещества)
- температура;
- влажность.
Солнце
→
биотический компонент
→
тепловая энергия биогенные элементы.
Экосистемы состоят из живого и неживого компонентов, называемых соответственно биотическим и абиотическим. Совокупность живых организмов биотического компонента называется сообществом.
Биотический компонент полезно подразделить на автотрофные и гетеротрофные организмы. Таким образом, все живые организмы попадут в одну из двух групп.
Неживой, или абиотический, компонент экосистемы в основном включает почву или воду и климат. Почва и вода содержат смесь неорганических и органических веществ. Свойства почвы зависят от материнской породы, на которой она лежит и из которой частично образуется. В понятие климата входят такие параметры, как освещенность, температура и влажность, в большой степени определяющие видовой состав организмов, успешно развивающихся в данной экосистеме. Для водных экосистем очень существенна также степень солености.
Самым важным признаком экосистемы является ее независимость от внешних источников вещества и энергии (но не солнечного света), а также способность обеспечивать круговорот веществ.
Биогеоценоз
Атмосфера
Гидросфера биотоп
Литосфера (эдафосфера)
Микробоценоз
Фитоценоз биоценоз зооценоз

2.
Свойства экосистем:
1. Эмерджентность (emergence – неожиданно возникающий) – степень несводимости свойств системы к свойствам составляющих ее элементов.
2. Биоразнообразие. Принцип необходимого разнообразия элементов – нижний предел разнообразия равен двум, верхний - стремится к бесконечности.
Основывается на непрерывном круговороте веществ, связанном с направленными потоками энергии. Механизмы поддержания целостности системы основываются на свойствах разнообразия и системности. Разнообразие – необходимое условие устойчивости любой кибернетической системы на фоне внешних и внутренних возмущений (принцип Эшби). Живые системы (организмы, биосфера) функционируют по принципу обратной связи.
Разнообразие – результат эволюции. Чем старее ЭС, тем более разнообразный видовой состав (старые тропические леса и молодая тайга).
Биологическое разнообразие обеспечивает устойчивость биосферы через множество взаимосвязей и взаимодействий между собой и косным веществом. В биосфере имеется большой набор процессов регулирования с обратной связью и набор циклических процессов, позволяющих ей компенсировать изменяющиеся условия. Поэтому биосфера легко справляется с задачами автоматического регулирования необходимых условий жизни.
Стабильность глобальной экосистемы обеспечивается избыточностью ее функциональных компонентов. Если в экосистеме имеется несколько видов автотрофов, каждый из которых имеет свои оптимальные температурные условия фотосинтеза, то суммарная скорость фотосинтеза может оставаться неизменной при колебаниях температуры.
3. Устойчивость динамической системы и ее способность к самосохранению зависит от преобладания внутренних взаимодействий над внешними. Поскольку основной объединяющий фактор в биогеоценозах – это пищевые цепи, то, чем более многообразен состав, тем устойчивее экосистема. В тропических лесах большое разнообразие видов растений и животных гарантия стабильности. Но и малокомпонентные системы могут быть устойчивы (степь). Дело в экологических особенностях видов. Например, при современной антропогенной нагрузке большое значение приобретают виды – эфемеры (короткоцикличные), которые успевают за короткий период в резко быстрой смены поколений и большой численности приспособляться к необычным стрессам. При устойчивых, необратимых изменениях среды происходит направленная смена типов сообществ, формирование нового климакса. Надо признать, что в последнее время деятельность человека существенно влияет на этот процесс.
В биосфере действует закон, связывающий размеры потребляющих органические вещества видов с их численностью и размерами. В потоках вещества и энергии главную роль играют мелкие организмы (бактерии, грибы и т.д.). Доля потребностей позвоночными животными – 1% продуктов биосферы.
Вовлеченность вещества в кругооборот обеспечивается развитой системой информации связи между различными видами живого вещества. Это физические

(звук, цвет, свет, температура) и химические (запах) связи. Информационные связи связывают все части системы и способствуют ее устойчивости.
4. Гомеостаз – это состояние внутреннего динамического равновесия природной системы, поддерживаемое регулярным возобновлением ее основных структур, вещественно-энергетического состава и постоянной функциональной саморегуляцией ее компонентов. Это – постоянный газовый состав атмосферы, физические условия поверхности Земли (через озоновый экран), устойчивого состава и концентрации солей Мирового океана. Механизм поддержания целостности системы основывается на свойствах разнообразия и системности.
Биосфера ((по Вернадскому) как целостная система обладает организованностью, механизмами самоподдержания (гомеостаза).
5.
Принцип неравновесности – экосистемы являются открытыми и для них характерен приток и отток энергии и вещества, а это возможно только в условиях неравновесности.
6.
Равновесие – баланс естественных или измененных человеком средообразующих компонентов и природных процессов, приводящий к длительному существованию данной ЭС.
7. Живучесть – способность ЭС выдерживать резкие колебания абиотической среды, массовые размножения или длительные исчезновения отдельных видов, большие антропогенные нагрузки.

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   20