Разделы экологии

ЛЕКЦИЯ 2

Разделы экологии.

Биоэкология состоит из экологий естественных биологических систем: особей, видов (аутэкология), популяций и сообществ (синэкология), экологии биоценозов. Одну из частей биоэкологии составляет эволюционная_экология, рассматривающая экологические аспекты эволюции. Наиболее высокий уровень организации биологических систем изучает синэкология.

Три основных направления в биоэкологии

В качестве самостоятельной науки экология сформировалась в середине ХIХ столетия после того, как накопились сведения о разнообразии биологической жизни на Земле и о свойственном различным растительным и животным организмам особом образе жизни. Известно, что тот или иной вид животных или растений встречается не повсеместно. Одни растения растут только по берегам водоемов, другие — только в водоемах, третьи — под покровом леса или в степях. Растения или животные живут в одних местах, что обусловлено наличием необходимых условий существования. И не встречаются в других. Это - относится к наиболее простому положению экологии- зависимость биологической жизни от окружающей геофизической среды неразрывна. Как только появились первые научные сочинения по флоре, описание каждого вида стали сопровождаться кратким указанием места его произрастания. А в зоологии обязательно для исследуемых видов животных описывался образ их жизни. Наличие таких сведений в экологии  характеризует фактические условия окружающей среды. Упорядочить комплекс, каким является  окружающая среда и обитающие в ней животные, необычайно сложно. В таких случаях познание систем осуществляется от простого к сложному. При этом в экологии используются три подхода при изучении биологических объектов разной степени сложности- это аут-, дем- и синэкология.

         Аутэкология. В начале экология изучала отдельные организмы, в том числе и то, как различные  факторы действуют на изолированную особь и какова ответная реакция особи на факторы воздействия. Т.е., преобладало аутэкологическое направление. Изучался отдельный организм вне целостной системы («аут» — вне). Аутэкологпя —это  экологпческая дисциплина, изучающая взаимоотношения отдельно взятого организма с окружающей его средой. На этой первой ступеньке познания преобладал лабораторный эксперимент, например, в токсикологических исследованиях. При оценке воздействий различных концентраций загрязняющих веществ (ЗВ) на организмы, на чем основана практически вся современная система стандартов предельно допустимых концентраций (ПДК) . Однако, условия лабораторных экспериментов с отдельными организмами или веществами  не адекватны натурным природным условиям,  в которых отдельных организмов не существует, а имеются сообщества и группировки организмов,  действующих как вся совокупность или комплекс различных факторов. Поэтому современная система ПДК с экологических позиций не выдерживает критики.

Демэкология. Термин демэкологпя произошел от названия науки демографии. Демография — это наука о народонаселении, В демографии термин популяция первоначально означал группу людей, и он до сих пор используется в демографических исследованиях. В экологии значение этого термина применяется к особям одного вида. Демэкология – это второе, более позднее направление в развитии экологии. Как известно, в природе отдельные организмы жить не могут. Организмы какого-либо вида всегда живут популяциями, т.е. каждая особь живет среди себе подобных, вступает с ними в контакты, размножается, конкурирует за ресурсы или объединяется в группировки для добычи пищи, защиты от врагов и неблагоприятных факторов.

Например:

• Волки охотятся стаями, так легче добывать пищу

Рекомендуемые материалы

• Павианы живут стаями и, при появлении ягуара, все крупные самцы выходят вперед, образуя заградительную стенку, за которой остаются самки и детеныши

• Точно также ведут себя дикие быки, защищая потомство от нападения волков

• Пингвины в Антарктиде при сильном пронизывающем ветре сбиваются в своеобразный круг, внутри которого особи постоянно перемешиваются, а сама куча, топчась на месте, как бы вращается по кругу, чтобы крайние особи не находились долго под пронизывающим ветром. Снаружи температура воздуха может быть 70°С, в то время как круга она достигает +37°С.

         Синэкология — это раздел экологии, изучающий взаимоотношения популяций внутри сообщества, а также взаимоотношения сообществ с окружающей средой.

В последние годы получила развитие глобальная экология, изучающая общие  биосферные процессы и взаимосвязи, а также влияние на них антропогенных факторов.

Экология человека - комплекс дисциплин, исследующих взаимодействие человека как биологической особи (биоэкология человека) и личности с окружающей его природной, социальной и культурной средами. Здоровье людей связано с экологической обстановкой и образом жизни (медицинская экология), на человека оказывает влияние среда морали, воззрений, традиций и трудноуловимой духовности (экология духа).

Геоэкология изучает биосферные оболочки Земли, в том числе подземную гидросферу, как компоненты окружающей среды, минеральную основу биосферы и происходящие в них изменения под влиянием природных и техногенных процессов. Геоэкологические исследования носят комплексный характер и включают в себя изучение ландшафтов, почв, поверхностных и подземных вод, горных пород, воздуха, растительного покрова. Геоэкология, требует интеграции геологии , географии, почвоведения, геохимии, гидрогеологии, гидрологии, а также горных наук в единую систему знаний о геологической и географической средах как единой геоэкологической среде.

Прикладная экология – это  комплекс дисциплин, связанных с различными областями человеческой деятельности и взаимоотношений между человеком и природой. Она исследует механизмы техногенных и антропогенных воздействий на экосистемы, формирует экологические критерии и нормативы в промышленности, транспорте и сельском хозяйстве (экология природно-технических геосистем (ПТГС) и сельскохозяйственная экология). Инженерная экология изучает законы формирования техносферы и способы инженерной защиты природной среды.

Экологический менеджмент изучает управление взаимодействием общества и  на основе использования экономических, административных, социальных, технологических и информационных факторов с целью достижения планируемого качества  окружающей среды.

Экологическое образование формирует экологическое мышление, под которым понимается состояние человеческого познания и нравственности, обеспечивающее анализ и последующий синтез взаимосвязанных природных и техногенных объектов и процессов, как основу прогнозирования их развития и приоритетного выбора оптимальных в экологическом отношении решений и действий.

Иерархия биосистем

Биосистемы – это биологические системы, в которых биотические компоненты разных уровней организации (от генов до сообществ) упорядоченно взаимодействуют с окружающей физической средой, т.е. с абиотическими компонентами (энергией и веществом), составляя единое целое. Согласно современным представлениям лестница жизни состоит из шести ступенек, которые могут быть продолжены в обе стороны. Иерархическая организованность биосистем иллюстрирует непрерывность и дискретность эволюции жизни. Развитие - процесс непрерывный, но и дискретный, поскольку изменения проходят через ряд отдельных уровней организации. Деление иерархии на ступени условно, т.к. каждый уровень интегрирован, т.е. связан с соседними уровнями в функциональном смысле. Например, гены не могут функционировать в природе вне клетки,  клетки многоклеточных - вне органов, органы - вне организма и т. д. Сообщество не может существовать, если в нем не происходит круговорот веществ и не поступает энергия извне. Экосистема не жизнеспсобна без взаимосвязи с популяционными системами и биосферой а целом. По тем же причинам  человеческая цивилизация не может существовать вне мира природы.

Рисунок 1. Иерархия уровней организации живой материи

Биосистемы разных уровней являются предметом изучения различных дисциплин. Системы, которые расположены выше уровня организмов, т.е. популяционные системы, экосистемы и биосферу, изучает экология.

Принцип эмерджентности.

Самое важное следствие иерархической организации живой природы состоит а том, что по мере объединения подсистем в более крупные функциональные единицы у этих новых систем возникают уникальные свойства, которых не было на  предыдущем уровне. В экологии эти качественно новые свойства называют эмерджентными ( англ. Неожиданно появляющиеся). Их нельзя предсказать на основании свойств подсистем низшего порядка, составляющих систему более высокого уровня организации.

Таким образом, суть принципа эмерджентности закючается в том, что биологические системы обладают свойствами, которые нельзя свести к сумме свойств составляющих их подсистем.

Хотя данные, полученные при изучении какого-либо уровня,  помогают раскрыть закономерности функционирования следующего уровня, с их помощью никогда нельзя полностью объяснить явления, происходящие в более высокоорганизованной системе. Эмерджентные свойства возникают в результате взаимодействия компонентов экосистемы, свойства которых не изменяются, а интегрируются,  обуславливая появление уникальных новых свойств целого. При каждом объединении подмножеств в новое множество возникает, по крайней мере, одно новое свойство.

Эмерджентные свойства проявляются в некоторых химических реакциях. Например, водород и кислород, соединяясь в определенном соотношении, образуют воду - жидкость, совершенно непохожую на исходные компоненты. Эти свойства невозможно предсказать, исходя из свойств исходных газов.

Следующий пример. В человеческом сообществе психология толпы не является суммой психологических портретов отдельных людей. Т.е. поведение человека вне толпы отличается от его поведения в окружении массы людей, которое часто непредсказуемо.

"1 Детские инфекции" - тут тоже много полезного для Вас.

По мере продвижения систем по иерархии уровней организации некоторые признаки становятся более сложными и изменчивыми,  а другие, наоборот, - менее сложными и менее изменчивыми, поскольку на всех уровнях действуют механизмы, которые корректируют и уравновешивают противодействующие процессы и силы. При этом амплитуда изменения свойств имеет тенденцию уменьшаться Статистический разброс значений характеристик целого обычно меньше суммы разброса этих значений в отдельных частях системы. Например, скорость фотосинтеза лесного сообщества менее изменчива, чем скорость фотосинтеза отдельных листьев или деревьев. Это объясняется тем, что если в одной части леса фотосинтез снижается, то в другой возможно его усиление.

Американский эколог Ю. Одум (1986) писал:  «Хорошо известный принцип несводимости свойств целого к сумме свойств его частей должен служить первой рабочей заповедью экологов». Далее он говорил: «… если учесть эмерджентные свойства высокоорганизованных систем и усиление компенсационных механизмов на каждом уровне, то станет ясно, что для изучения целого не всегда обязательно знать все его составляющие». Это важно, поскольку некоторые исследователи считают, что не имеет смысла изучать сложные сообщества, не изучив досконально составляющие их компоненты.

Хотя философия науки всегда стремилась рассматривать явления в их целостности, т. е. быть холистической (всецелый), практика науки последние годы была редукционистской (сведение сложного к простому), пытаясь понять явления путем детального анализа  мелких явлений и компонентов.

Например, проблемы рака невозможно решить без исследований но клеточном и молекулярном уровнях – редукционистский подход.

Для  сохранения цивилизации, исследований на уровне клетки и  организма недостаточно. Необходимо использовать холистический подход.

Для решения  проблем демографического взрыва, социалъных беспорядков, загрязнения биосферы, необходимо изучатъ высшие уровни организации и законы функционирования систем. Редукционистский и холистическяй подходы следует использовать в равной мере, не противопоставляя  друг  другу. В настоящее время все более утвераждается холистический подход. Это обусловлено тем, что современная наука стремится к синтезу, а не разделению явлений.