Основы экологии и охраны природы Лекция 1. Экология

Основы экологии и охраны природы Лекция 1. Экология как наука и ее место в системе других наук к. б. н. Емельянова Е. К.

• Слово «экология» происходит от греческих слов «ойкос» - «дом» «логос» – наука • Таким образом, при дословном переводе экология – это «наука о доме» .

Экология – это наука о взаимоотношении организменных и надорганизменных систем между собой и средой обитания.

• Надорганизменные системы – это популяция, сообщество, экосистема. При таком подходе экология включает в себя все три уровня организации биологических систем – организменный, популяционный и экосистемный.

Вселенная Галактика Солнечная система Планеты Земля Биосфера Экосистемы Сообщества Популяции Организмы Системы органов Органы Ткани Клетки Молекулы Атомы Элементарные частицы

История развития экологии

• На протяжении тысячелетий человек пытался покорить природу, но только недавно осознал, что Земля — не более чем «космический корабль» с ограниченными ресурсами. • Нерачительное их использование и загрязнение окружающей среды могут сделать невозможной жизнь последующих поколений.

Появившись на планете, человек на всех стадиях развития влиял на среду обитания сначала как просто биологический вид, затем как охотник, имеющий специальные орудия, позволяющие уже в эпоху Великих оледенений воздействовать на видовой и численный состав животных. Выжигая леса, собирая съедобные виды растений, он влиял на природу через усиление естественно идущих процессов и формирование антропогенных ландшафтов.

• Развитие земледелия, скотоводства привело к росту общин и возникновению первых крупных поселений, способствовало прогрессу в изготовлении орудий труда. • За 2 тыс. лет до н. э. в Египте и Месопотамии человек создал грандиозные оросительные системы, принципиально изменившие окружающий мир.

• Происходившие в результате хозяйственной деятельности изменения природных условий тогда еще не были велики и носили локальный характер. Тем не менее они вели к эрозии почв, их засолению, опустыниванию, а в конечном итоге к региональным экологическим кризисам и исчезновению цивилизаций, их создавших.

• Аристотель написал несколько биологических трактатов, в которых содержатся и экологические сведения. Аристотель в своей «Истории животных» описал более 500 видов известных ему животных, рассказал об их поведении: о миграциях, зимней спячке, строительной деятельности, способах самозащиты. Так начинался первый этап развития науки — накопление фактического материала и первый опыт его систематизации.

• Римский поэт и философ Лукреций Кар утверждал, что природой правят определенные законы. • Один из первых микроскопистов Антони Ван Левенгук изучал не только строение простейших организмов, бактерий и клеток крови, но и пищевые цепи, регулирование численности популяций, которые стали затем важнейшими разделами экологии.

• Крупным событием XVIII века стала эволюционная концепция Жана Батиста Ламарка. Он показал влияние на организмы различных внешних условий.

• Александр Гумбольдт развивал экологическое направление в географии и обнаружил связь между климатом и характером растительности. • В 1807 г. была опубликована его работа «Идеи о географии растений» , где на основе своих многолетних наблюдений в Центральной и Южной Америке он показал значение климатических условий, особенно температурного фактора, для распределения растений.

• Чарльз Дарвин - вся его теория тесно связана с экологией, его труды насыщены экологическими фактами, а некоторые работы были специально посвящены вопросам экологии. Такова, например, работа «Исследование роли дождевых червей в образовании почвы» .

• В 1866 году немецкий биолог Эрнст Геккель впервые ввел термин «экология» . • Под этим термином он предложил объединить весь круг вопросов, связанный с влиянием внешней среды на живые организмы.

• Экология приобрела самостоятельный характер, когда были разработаны ее теоретические основы. Фундаментальное значение имела формулировка понятий экологии.

• немецкий гидробиолог Мебиус ввел понятие «биоценоз» – это совокупность животных, растений или микроорганизмов, населяющих участок среды обитания с однородными условиями жизни.

• В 1928 году американский эколог Гриннел разработал понятие «экологическая ниша» , которое означает место вида в природе. • Значительный вклад в развитие экологии внес русский биолог Владимир Николаевич Сукачев, который ввел термин «биогеоценоз» – совокупность живых организмов с неживыми компонентами среды обитания.

• Английский ботаник Артур Тенсли в 1935 году сформулировал понятие «экосистема» - единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания.

• Австрийский геолог Эдуард Зюсс предложил термин «биосфера» . Однако содержание этого термина было дано им очень схематично.

• Создал же учение о биосфере знаменитый русский ученый, профессор минералогии Московского университета Владимир Иванович Вернадский.

Вернадский дал такое определение: • «Биосфера – это наружная область Земного шара, граничащая с космосом, сосредоточившая в себе жизнь в различных формах ее проявления, пронизывающая всю гидросферу, верхние слои литосферы и нижние слои атмосферы, в которой происходит аккумуляция, трансформация световой энергии и совершается геохимическая работа» .

• Дальнейшее развитие экологии связано с именем французского философа Эдуарда Леруа, который в 1927 году предложил термин «ноосфера» - оболочка Земли, включающая человеческое общество, с его индустрией, языком и прочими атрибутами разумной деятельности.

• В 50 -60 -х годах возник новый виток технического прогресса, усилился технократический напор на природу, невиданных масштабов достигла добывающая и перерабатывающая промышленность, строительство, транспорт и т. п. • Одновременно участились крупномасштабные катастрофы, связанные с деградацией земель, сведением лесов, загрязнениями и другими негативными явлениями, в отношении которых стал отчетливо осознаваться их экологический характер.

Основные методы экологических исследований полевые, экспериментальные исследования с использованием экосистемного подхода, изучения сообществ (синэкология), популяционного подхода (демэкология), анализ местообитаний, эволюционного и исторических подходов.

Методы регистрации и оценки состояния среды • К ним относятся метеорологические наблюдения; измерения температуры, прозрачности, солености воды и анализ ее химического состава; определение характеристик почвенной среды, измерения освещенности, радиационного фона, напряженности физических полей, определение химической и бактериальной загрязненности среды и т. п.

Мониторинг - периодическое или непрерывное слежение за состоянием экологических объектов и за качеством окружающей среды. Большое практическое значение имеет регистрация состава и количества вредных примесей в воде, воздухе, почве, растениях в зонах антропогенного загрязнения, а также исследования переноса загрязнителей в разных средах.

Методы количественного учета организмов и методы оценки биомассы и продуктивности растений и животных лежат в основе изучения природных сообществ. Для этого применяются подсчеты особей на контрольных площадках, в объемах воды или почвы, маршрутные учеты, отлов и мечение животных, наблюдения за их перемещениями с помощью телеметрии и другие средства вплоть до аэрокосмической регистрации численности стад, скоплений рыбы, густоты древостоя, состояния посевов и урожайности полей.

Исследования влияния факторов среды на жизнедеятельность организмов составляют наиболее разнообразную группу методов экологии. В их число входят различные наблюдения в природе, экспериментальные подходы, когда в лабораторных условиях регистрируется воздействие строго контролируемого фактора на те или иные функции растений или животных, а также анализируется применимость полученных на животных результатов к экологии человека.

Методы прикладной экологии • создание геоинформационных систем (ГИСтехнологий) и банков экологической информации, относящихся к различным регионам, территориям, ландшафтам, агросистемам, промышленным центрам, городам; • комплексный эколого-экономический анализ состояния территорий для целей экологической диагностики и оздоровления экологической обстановки; • методы инженерно-экологических изысканий, необходимых для оптимального размещения, проектирования, строительства и реконструкции гражданских и хозяйственных объектов; • методы экологически ориентированного проектирования хозяйственных и гражданских объектов, основанные на принципах и расчетах экологического соответствия;

• технологические методы снижения отходности, побочных эмиссии и коэффициентов вредного действия производственных комплексов, процессов, устройств и изделий; • методы оценки влияния техногенных загрязнений и деградации окружающей среды на здоровье людей и состояние природных систем; • методы контроля экологической регламентации хозяйственной деятельности: экологический мониторинг; экологическая аттестация и паспортизация хозяйственных объектов, территориальных природно-производственных комплексов; экологическая экспертиза; оценка ожидаемых воздействий проектируемых и строящихся объектов на окружающую среду.

Структура экологического знания

экология Глобальная Экология биосферы и экология космоса Общая биоэкология геоэкология Социальная экология Частная Экология человека Прикладная промышленная экология растений экология животных сельскоэкология птиц хозяйственная экология рыб экология ромашки медицинская аптечной экология человека инженерная городская и т. д.

биоэкология эндоэкология экзоэкология

• Эндоэкология изучает взаимоотношения макроорганизма с его внутренними симбионтами, а последних между собой (например, человека с кишечной флорой и видов этой флоры друг с другом). Эндоэкология – это очень важный аспект медицинской экологии.

К эндоэкологии относятся: • молекулярная экология (изучает генетическую взаимосвязь всего живого) • морфологическая экология (исследует взаимоотношения клеток, образующих ткани и органы) • физиологическая экология (выявляет реакции индивида или особи на те или иные изменения окружающей среды).

Экзоэкология включает в себя: • аутэкология (изучает взаимоотношения отдельной особи (вида) с окружающей средой) • популяционная экология (изучает функционирование популяций) • синэкология (экология сообществ, объединяющих популяции организмов разных видов, например, сообщество различных луговых трав)

• биоценология (исследует организацию сообществ животных, растений, грибов, микроорганизмов и т. д. , совместно населяющих отдельный участок суши или водоем) • биогеоценология (изучает функционирование взаимосвязанных комплексов живых организмов и окружающих их неживой среды) • биосферология (учение обиосфере) и др. разделы.

Социальная экология • изучает взаимоотношение природы и общества, личности и общества. К социальной экологии тесно примыкает экология культуры, которая изучает влияние на человека культурной среды обитания (от ландшафтов до архитектуры и литературы).

Экология человека • изучает взаимодействие народонаселения с окружающей природной и социальной средой.

Экология человека – это комплексное междисциплинарное направление, исследующее: • Закономерности взаимодействия популяций людей с окружающей средой; • Проблемы развития народонаселения; • Проблемы целенаправленного управления сохранения и развития здоровья населения.

Здоровье (по Уставу ВОЗ) – это состояние полного физического, душевного и социального благополучия, а не только отсутствие болезней и физических дефектов

• Таким образом, экология человека – это комплексная эколого-социальноэкономическая отрасль знаний, где все социальные, экономические и природные условия рассматриваются как одинаково важные составляющие среды жизни человека.

Условно экологию человека можно разделить на 2 направления: • Экология человека (антропоэкология), которая изучает биологическое взаимодействие человека на организменном и популяционном уровне с окружающей средой. • Экология человеческого общества (социальная экология), изучающая взаимоотношения между обществом и природой с целью их гармонизации.

Медицинская экология один из разделов экологии человека. Основы медицинской экологии стали зарождаться в XVII веке, когда появилась медицинская география - наука, которая изучает влияние природных и социальных условий различных территорий на здоровье населяющих их людей.

• В России первые работы по медицинской географии относятся к середине XVIII века, а наибольшего развития она достигла в середине XIX века. В этот период составлялись подробные медико-географические описания, в которых излагалось как отрицательное, так и положительное влияние природных условий конкретной местности на состояние здоровья ее жителей.

• Однако по-настоящему как наука медицинская экология начала развиваться только в нашем столетии. • Во-первых, очень долго существовало представление об экологии только как о ветви биологической науки, • во-вторых, люди слишком поздно осознали, что патология человека может быть экологически обусловленной.

Медицинская экология • это раздел общей патологии и экологии человека, направленный на оценку, прогноз и коррекцию компенсаторно-приспособительных процессов, предпатологических и патологических состояний организма, с учетом воздействия факторов окружающей и производственной среды.

• Медицинская экология включает в себя такие большие разделы медицины, как географическая патология и профессиональная патология.

Географическая патология – • связана с конкретными условиями проживания человека в определенной географической местности: климатическими, химическим составом почвы, воды, атмосферного воздуха, характером пищевых цепей.

Профессиональная патология (профпатология) – • это клиническая дисциплина, изучающая вопросы этиологии (причины), патогенеза (механизмов развития), клинической картины, диагностики, лечения и профилактики профессиональных болезней.

К профессиональным болезням относятся такие заболевания, которые обусловлены воздействием неблагоприятных факторов производственной среды. • Например, при воздействии различных промышленных аэрозолей, пыли развиваются такие профессиональные заболевания, как пылевой бронхит и пневмокониоз, • при воздействии производственной вибрации – вибрационная болезнь, • при воздействии шума на производстве – профессиональная нейросенсорная тугоухость и т. д.

• Таким образом, специфика современной экологии в том, что она из чисто биологической науки превратилась в «большую» экологию – мегаэкологию, вобрала в себя естественный и гуманитарные науки, разделы географии, геологии, химии, физики, социологии, теории культуры, экономики и других наук. Мегаэкология – это уже не биология, а новый раздел знаний.

Практическая значимость экологии заключается в первую очередь в том, что она может и должна осуществлять научный контроль природопользования, т. к. природопользование составляет ресурсную базу экономики. Имеются в виду не только природные биоресурсы - лес и другие эксплуатируемые человеком сообщества дикорастущих растений и промысловых животных, но и пространства территорий и акваторий, земля, вода, воздух, солнечный свет, агроресурсы, продукты недр - все, что, так или иначе, участвует в природных и анпропогенных трансформациях энергии и круговоротах веществ.

• Природопользование может быть рациональным (разумном) и нерациональным. При рациональном природопользовании, обеспечивающем экономически эффективное потребление и воспроизводство природных ресурсов, создаются возможности для удовлетворения потребностей в них не только настоящего, но и будущих поколений людей. • К сожалению, нынешнее состояние природопользования в целом можно охарактеризовать как нерациональное, ведущее к истощению природных ресурсов, нарушению экологического равновесия и загрязнению окружающей среды.