Предмет и задачи экологии как науки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция 1 Предмет и задачи экологии как науки



Содержание

экология среда биологический человек

1. Место экологии в структуре наук

2. Человек как биологическое и социальное явление

3. Производственная экология

4. Взаимодействие организма и среды. Свойства и классификация экологических факторов

5. Общие законы реакции организма на действие экологических факторов

6. Экосистемы как объект экологии. Свойства экосистем

7. Экологические сукцессии

8. Биосферология



1. Место экологии в структуре наук

С 40-х годов XIX века вопросы экологии получили свое развитие среди русских педагогов. Этому способствовало стремительное развитие естествознания и вычленение экологии в самостоятельную область исследования.

Российская научная школа воспитала целую плеяду ученых-экологов. Мировое признание получили работы Н. И. Калабухова, Д. Н. Кашкарова, С. П. Костычева, Г.Ф. Морозова, Д.Н.Прянишникова, С.А. Северцова, Д.А. Сабинина, основоположника биоценологии Н.В. Сукачева. В последующие десятилетия широкую известность получили исследования в области экологии М.С. Гилярова, Н.Н.Моисеева, Н.Ф. Реймерса, С.С.Шварца, А.В.

Научной основой всех мероприятий по обеспечению экологической безопасности населения и рационального природопользования служит теоретическая экология, важнейшие принципы которой ориентированы на поддержание гомеостаза экосистем и на сохранение экзистенционного потенциала (человека как биологического и социального явления).

Экология изучает взаимоотношения организма с окружающей средой. Рассматривая классическую формулу «организм и среда», следует исходить из того, что «организмом» в экологии является все многообразие организмов и человека и их биологических группы социальных групп, а «средой» - все природные и социальные процессы, явления и объекты.

Объектом познания экологии является система отношений «организм, группы организмов - социальная/природная среда».

Предметом исследования является взаимодействие элементов данной системы в рамках существующих биологических структур.

Цель экологии - выявление и оптимизация механизма воздействия экологических факторов на организмы и биологические системы и разработка теории управления процессом взаимодействия компонентов данной системы.

Основные задачи:

- обеспечение личной и коллективной экологической безопасности жизнедеятельности прежде всего человека на планете;

- формирование экологического мировоззрения, определяющего место человека в системе «человек - общество - природа»;

- формирование экологически рациональной модели поведения человека

Экология является комплексной наукой, поскольку необходимо охватить в единстве социальные, природные, технические явления, вскрыть в этом качественном многообразии достаточно устойчивые связи и отношения, которые характеризовали бы законы целостности и саморегуляции системы «человек - природа - общество».

Условно в истории развития современной экологической науки можно выделить 3 этапа:

1 этап. Биологический. (Традиционная биоэкология). На данном этапе экология, зародившаяся в недрах общей биологии, существует как одно из самостоятельных направлений данной науки.

2 этап. Ноосферный. (Глобальная или ноосферная экология). Экологическая наука приобретает качественно новое значение и рассматривается как комплексная интегративная наука, призванная обеспечить гармонизацию системы ''человек - общество - природа'' в условиях доминирующей роли человека.

3 этап. Интегративный. На данном этапе экология подразделяется на три основные взаимосвязанные между собой блока наук об окружающей среде - глобальную экологию, экологию человека и охрану природы, каждый из которых имеет свои специфические предметы исследований и общий биологический базис - теоретическую, или фундаментальную экологию.

Рассматривая более подробно перечисленные выше этапы следует отметить, что подобное деление носит во многом условный характер, так как между этапами не существует чётких временных рамок, данное деление скорее отражает общие тенденции развития экологии.

Определение экологии было дано нем. ученый Эрнстом Геккелем в 1866 году.

У научной общественности термин «экология» получил признание только в конце века. Американский ученый С.Форбс в 1895 году дал развернутое определение экологии: «Это очень обширный, сложный и важный предмет. Однако обширность и значение его мы увидим лишь тогда, когда поймем, что к нему относится все учение Дарвина, с одной стороны, и что все сельское хозяйство зависит от него с другой. Он включает действительно широкую сферу активной жизни и все формы материи и энергии в их влиянии тем или иным путем на живых существ».

2. Человек как биологическое и социальное явление

Стокгольмским воззванием 1972 года ООН определила приоритетность проблемы экологической безопасности. Если не принять мер в области обеспечения экологической безопасности человечество может ожидать глобальная экологическая катастрофа. В странах «первого мира» экологическая безопасность - проблема №1.

Влияние экологии на здоровье человека в России сегодня составляет всего 25-50% от совокупности всех воздействующих факторов. И только через 30-40 лет, по прогнозам экспертов, зависимость физического состояния и самочувствия граждан РФ от экологии возрастёт до 50-70%.

Наибольшее влияние на здоровье россиян оказывает образ жизни, который они ведут (50%). Среди составляющих данного фактора:

· характер питания,

· полезные и вредные привычки,

· двигательная активность,

· нервно-психическое состояние (стрессы, депрессии и т.п.).

На втором месте по степени влияния на здоровье человека находится такой фактор, как экология (25%), на третьем -- наследственность, которая составляет целых 20%. Остальные 5% приходятся на медицину. Однако известны случаи, когда действие сразу нескольких из этих 4-х факторов влияния на здоровье человека накладываются друг на друга.

Первый пример: медицина практически бессильна, когда речь заходит об экозависимых болезнях. В России всего несколько сотен врачей, специализирующихся на заболеваниях химической этиологии -- помочь всем пострадавшим от загрязнения окружающей среды они не смогут. Что касается экологии, как фактора воздействия на здоровье человека, то при оценке степени его влияния важно учитывать масштабы экологического загрязнения:

· глобальное экологическое загрязнение -- беда для всего человеческого общества, однако для одного отдельного человека не представляет особой опасности;

· региональное экологическое загрязнение -- беда для жителей региона, но в большинстве случаев не очень опасно для здоровья одного конкретного человека;

· локальное экологическое загрязнение -- представляет серьёзную опасность как для здоровья населения отдельного города/района в целом, так и для каждого конкретного жителя этой местности. Следуя данной логике, легко определить, что зависимость здоровья человека от загазованности воздуха конкретной улицы, на которой он живёт, ещё выше, чем от загрязнения района в целом. Однако самое сильное влияние на здоровье человека оказывает экология его жилища и рабочего помещения. Ведь примерно 80% своего времени мы проводим именно в зданиях. А в помещениях воздух, как правило, сухой, в нем значительна концентрация химических загрязнителей: по содержанию радиоактивного радона -- в 10 раз (на первых этажах и в подвалах -- возможно, и в сотни раз); по аэроионному составу -- в 5-10 раз.



3. Производственная экология

Задачи инженерной (производственной экологии являются непосредственно на основе понимания законов природы свести к минимуму негативное влияние на окружающую среду (ОС), той системы или обьекта которую он разрабатывает. Как вы знаете все живое на Земле и Человек связаны в этом мире.

Экологические знания становятся важным звеном в жизни каждого Человека. Основные законы экологии применимы не только в отношении с природной средой, но и в любой сфере деятельности Человека.

Техносфера - это глобальная совокупность орудий, объектов, материальных процессов и продуктов общественного производства. Техносферу можно определить также как пространство геосфер Земли, находящееся под воздействием производственной деятельности человека и занятое ее продуктами.

4. Взаимодействие организма и среды. Свойства и классификация экологических факторов

Во второй половине ХХ века резкое обострение экологических проблем поставило под угрозу будущее существование человечества. Если ранее подход к природе характеризовался потребительским отношением к использованию её богатств, то теперь отношение начинает постепенно определяться биологизаторским подходом.

Экология изучает три группы факторов среды, воздействующих на живые системы: абиотические (неживые), биотические (живые), антропогенные.

Абиотические экологические факторы - факторы, оказывающие влияние на организмы и экосистемы физическими и химическими элементами окружающей среды.

Биотические экологические факторы - факторы живой природы (пища, плотность, внутр. и межвид. взаимосвязи и др.)

Антропогенные экологические факторы - влияние, оказываемое человеком и его деятельностью на организмы и экосистемы (син. техногенные факторы).

Компоненты (от лат. componens - составляющий) окружающей среды называются экологическими элементами (вода, атмосферный воздух, почва, загрязнение вещества (ЗВ), другой живой организм и т.д.).

Экологические элементы, с которыми биосистема неизбежно сталкивается и реагирует адаптивными реакциями называются экологическими факторами (от лат. factor - делающий, производящий).

Среди адаптивных реакций на воздействие экологических факторов наибольшее внимание уделяются: 1-выживанию; 2-размножению организмов.

Свойства и классификация экологических факторов

Свойства экологических факторов:

1. Действие экологического фактора может быть и прямым, и опосредованным, т.е. через многочисленные причинно следственные связи.

Пример:

1. Влияние экологического фактора может осуществляться как на протяжении всей жизни организма экосистемы, так и на протяжении только одной из фаз их индивидуального развития (сукцессионной стадии) онтогенеза.

2. Результаты (эффект) действия разных по природе экологических факторов сравнимы, поскольку их действия выражаются показателем изменения активности жизнедеятельности организмов (экосистем).

5. Общие законы реакции организма на действие экологических факторов

Реакция организма (экосистемы, популяции) на воздействие экологического фактора разной интенсивности называется откликом.

В случае, когда исследуется воздействие одного фактора отклик графически можно представить в форме кривой - кривая Гессе, 1924.

Область количественного изменения экологического фактора, в пределах которой может существовать организм, называется биоинтервалом экологического фактора (зона толерантности, диапазон выживания, экологическая валентность, биокинетическая зона).

Количественный диапазон интенсивности фактора, наиболее благоприятный для биологической активности организма, называется зоной экологического оптимума (лат. optimus - наилучший).

Значения экологического фактора, лежащие в зоне угнетения называются экологическим пессимум (лат. pessimum - наихудший).

Рис. Характер реакции живых организмов на действие экологического фактора

При сближении к экстремальным значениям фактора (min или max) биологическая активность нарушается (состояние стресса) и если нарушения биологической активности необратимы, то такое состояние называется летальным.

Свойства организмов адаптироваться к существованию в том или ином диапазоне экологического фактора называется экологической пластичностью.

По степени экологической пластичности выделяют два типа организмов:

стенобионтные (стеноэки) и эврибионтные или эвриэки.

Рис. Экологическая пластичность видов

Стенобионтные (гр. stenos - узкий, тесный) или узкоприспособленные, организмы способные существовать лишь при небольших отклонениях экологического фактора от оптимальных значений.

Эврибионтные (гр. eurys - широкий) или широкоприспособленные, организмы, выдерживающие большую амплитуду колебаний экологического фактора.

В характере их воздействия и в ответных реакциях живых организмов установлены ряд общих законов.

1. Закон оптимума - для каждого организма или биосистемы определенной фазы ее развития в стационарных условиях имеется такой диапазон напряженности экологического фактора, который наиболее благоприятен (оптимален) для его развития.

2. Закон минимума (закон Ю. Либиха, 1840): активность биосистем (рост, развитие и продуктивность) организмов зависит в первую очередь от того фактора, значение которого приближается к экологическому минимуму. Действие закона минимума ярко выражено в стационарных условиях.

3. Закон толерантности (лат. tolerantia - терпение) или закон Шелфорда (1913) - Блекмана (1909): активность (рост и развитие) организмов зависят от тех факторов, значение которых приближается к экологическому минимуму или экологическому максимуму.

2. Закон совместного действия экологических факторов (Митчерлих, 1909-Бауле, 1918) - активность организма или экосистемы зависит не только от какого-нибудь одного фактора, а от всей совокупности факторов действующих одновременно: Y = f (x₁, x₂, x₃…x_n).

Следует из закона совместного действия экологических факторов - если условия по одному из экологических факторов не оптимальны для организма, то он - этот фактор может изменить диапазон толерантности данного организма к другим экологическим факторам.

3. Закон незаменимости основных экологических факторов (Вильямс, 1949): отсутствие в окружающей среде какого-либо одного основного фактора, не может быть заменено другими экологическими факторами.

4. Закон взаимодействия и компенсации экологических факторов. Закон утверждает, что определенных условиях одни факторы могут усилить или ослабить силу действия других факторов.

Например, избыток тепла может в какой-то степени смягчиться пониженной влажностью воздуха и т.п.

Взаимодействие и компенсация факторов может быть трех основных типов:

Таблица

Взаимодействие и компенсация экологических факторов

Взаимодействие	А	В	АВ
Синергизм	2	2	5
Аддитивизм	2	2	4
Антогонизм	2	2	3,5

1. Синергизм, т.е. положительное взаимодействие факторов, когда эффект от совместного действия факторов выше, чем сумма эффекта от раздельного их действия;

2. Аддитивизм - эффект взаимодействия отсутствует, т.е. сумма прибавок от раздельного действия факторов равна эффекту от их совместного действия;

3. Антогонизм - отрицательный эффект, т.е. сумма прибавок от раздельного действия факторов больше, чем эффект от их совместного действия.

Аддитивизм - линейное действие факторов, синергизм и антогонизм - нелинейное действие факторов.

6. Экосистемы как объект экологии. Свойства экосистем

В качестве основного объекта экологии благодаря работам многих ученых (Мебиус, 1877; Форбс, 1887; Докучаев, 1908-1918; Морозов, 1925; Тинеман, 1925; Тенсли, 1935; Сукачев, 1942 и др.) была выделена экосистема, как функциональная надорганизменная целостность сообщества живых организмов и абиотических условий их существования.

Совокупность живых организмов экосистемы получила название «биоценоз», абиотическая среда - «экотоп» -- биотоп.

Биоценоз и экотоп функционируют как единое целое:

F (Биоценоз + Экотоп) = Экосистема

Термин экосистема был предложен в 1935г. англ. экологом А. Тенсли.

Согласно системному подходу экосистемой может считаться не любая комбинация живых организмов и абиотических факторов, а только такое их объединение, у которого объем внутреннего обмена вещества, энергии и информации больше внешнего.

1. Функциональная структура - полная структура состоит из 5 функциональных блоков

_hv

Рис. Структура экосистемы

Блоки:

1 - продуцентов - автотрофы (фото- и хемотрофы) способны питать себя за счет абиотических факторов;

2 - консументов - гетеротрофы (организмы - потребители живых тканей): фитофаги и хищники

3 - редуцентов - гетеротрофы (в основном микроорганизмы, разлагающие мертвую органику до неорганических соединений);

4 - органических веществ - _резервные функции (гумус, торф, уголь, нефть, газ и др.);

5 - неорганических веществ.

Рассмотрим пример наземной экосистемы (биогеоценоз).



Рис. Схема биогеоценоза по В.Н.Сукачеву

Экосистема, как биологический компонент обладает свойствами присущими отдельным организмам и системными свойствами (рассмотрим некоторые свойства как системы):

1. Саморегуляция экосистем -за счет внутренних механизмов устойчивости интегративных связей между их компонентами, на основе трофических, энергетических и информационных взаимодействий.

Целостность экосистем определяется, прежде всего, наличием развитой информационной сети.

По виду обмена веществом и энергией с окружающей средой различают три типа систем:

1. Изолированные системы (закрытые) - никакой обмен веществ и энергии невозможен (космический спутник, подводные лодки, пещера).

2. Замкнутые системы - возможен обмен энергией в любой форме, невозможен обмен веществом (теплица, аквариум, террариум).

3. Открытые системы - возможен любой обмен веществом и энергией.

Системы, элементы которых взаимосвязаны переносами (потоками) вещества и энергии, носят название динамических. Динамические системы принципиально открытые. Любая живая система (экосистема) представляет собой динамическую систему.

2. Устойчивость экосистем означает преобладание внутренних экосистемных взаимодействий над внешними воздействиями.

Внешнее воздействие на экосистему, превосходящее энергетику ее внутренних взаимодействий, приводит к необратимым изменениям и гибели системы.

Устойчивость (равновесное состояние) экосистемы поддерживается непрерывно выполняемой ею внешней циклической работой (принцип велосипеда). Для этого необходимы приток и преобразования энергии в системе.

7. Экологические сукцессии

Экосистема как открытая динамическая система находится в непрерывном процессе изменения и развития под влияние многих факторов.

Экосистема, как и все живые организмы, составляющие ее биотическую компоненту, должна проходить все стадии развития: рождение, развитие, созревание, отмирание. Непрерывное повторение этих циклов во времени отражается в пространственной пестроте растительного покрова и поэтому создает впечатление неизменной стабильности экосистемы. В действительности же любая экосистема после достижения зрелости (климакса) обязательно вступает во вторую фазу жизненного цикла - неизбежного отмирания, которую мы назвали процессом некроболизма. Этот процесс является полноправным составляющим общей функции метаболизма экосистемы, который представляет последовательную циклически повторяющуюся смену фазовых превращений биомассы, некромассы и минеральной массы с помощью функций анаболизма, некроболизма и катаболизма.

В случае стрессов из структуры биоценоза выпадают те особи, которые не успели пройти начальные фазы онтогенеза, а затем выпадают те виды, которые не успели вступить в репродуктивную фазу. В первом случае зародившиеся особи погибают на разных стадиях развития, а во втором - особи полностью завершают свою вегетативную фазу, но не дают потомства. Поэтому они выпадают в следующем поколении. Их место занимают виды, более соответствующие новым условиям среды. Таков общий механизм естественного отбора на уровне сообщества.

8. Биосферология

Биосфера - «область жизни» - пространство на поверхности земного шара, в котором распространены живые существа. Такое понимание биосферы было дано австрийским геологом Эдуардом Зюссом (1875).

Однако еще в 1812 г. Ж.Ламарк отмечал планетарное значение жизни в формировании земной коры, как в настоящее время, так и в прошлом истории планеты.

Идеи о глобальном влиянии жизни на геологические явления получили развитие в трудах В. Докучаева, В.И. Вернадского, Сукачева и др.

В 1926 г. В.И. Вернадский опубликовал классический труд «Биосфера», в котором указал на наличие двух существенных сторон биосферы:

1) биосфера как физическая область Земли, в которой существует жизнь;

2) биосфера - область активного взаимодействия живого и косвенного вещества планеты и состав ее определяется деятельностью живых организмов в настоящем и прошлом.

Вернадский В.И. выделил следующие формы состояния материи в биосфере.

1) живое вещество - совокупность всех живых организмов;

2) косное вещество - геологическое образование, сформированное без участия живых организмов (горные породы неорганического происхождения, вода и др.);

3) биокосное вещество - комплекс, в формировании которого участвуют живое и косное вещество (океаническая вода, гумус и т.д.);

4) биогенное вещество - геологические породы, созданные деятельностью живого вещества: известняк, каменный уголь, нефть, торф, сера.

Фундаментальным отличием живого вещества от косного является эволюционный процесс, непрерывно создающий новые формы живых существ.

Биосфера возникла одновременно с появлением жизни на Земле около 3,8 млрд. лет назад в виде примитивных протобиоценозов в первичном Мировом океане. Около 450 млн.лет назад живые организмы стали заселять сушу, где их эволюция ускорилась. Причиной тому, возможно, являются более жесткие, чем в океане, экологические условия. На сегодня соотношение числа видов живых организмов в Мировом океане и на суше составляет примерно 1:5.

Человечество входит как элемент в биосферу и не может быть независимо от биосферы.

Многообразие форм жизни и их многофункциональность создают основу устойчивого круговорота веществ и канализированных потоков энергии. В этом специфика и залог устойчивости биосферы.

В.И.Вернадский считал, что нынешняя земная кора представляет собой остатки былых биосфер.

Таким образом, биосфера - это одна из геологических оболочек земного шара, в которой геохимические и энергетические явления определяются суммарной активностью живого вещества.

Размещено на Allbest.ru

...