Для специальности 010701 65 Физика ЕН Ф

* Для специальности 010701. 65 Физика, ЕН. Ф По направлению подготовки 011200. 62 Физика Лектор: к. х. н. , Швайко Ирина Львовна

Литература: Коробкин В. И. , Передельский Л. В. Экология. Ростов н/Д. : Феникс 2005 -2013 Николайкин Н. И. Экология: Учеб. для вузов. . – М. : Дрофа, 2005 -2013 А. А. Горелов Экология 2009 -2013 Розанов С. И. Общая экология. СПб. : изд. «Лань» 2013 2005 -

* Структура курса: Тема 1. Предмет и задачи экологии. Тема 2. Организм и факторы среды обитания. Тема 3. Экология популяций и сообществ. Тема 4. Экологические системы. Тема 5. Биосфера и человек: структура биосферы, взаимоотношения организма и среды, экология и здоровье человека. Тема 6. Глобальные проблемы окружающей среды, экологические принципы рационального использования природных ресурсов и охраны природы. Тема 7. Охрана окружающей среды.

* 1. 2. 3. 4. 5. Предмет и задачи экологии Из истории экологии. Развитие современной экологии. Научные парадигмы XX века. Экология в системе естественных наук и ее структура. Экология как мировоззрение. 6. Экологические проблемы России.

* 1. 2. 3. 4. 5. Что такое экология и каков предмет ее изучения? Чем различаются задачи теоретической и прикладной экологии? Этапы исторического развития экологии как науки. Роль отечественных ученых в ее становлении и развитии. Что такое природоохранная деятельность и каковы ее основные виды? Почему необходимы каждому члену общества, в том числе и инженернотехническим работникам, экологическая культура и экологическое образование? 6. Что такое уровни биологической организации жизни? Какие из них являются объектами изучения экологии? 7. Что такое биогеоценоз и экосистема? 8. Как подразделяются организмы по характеру источника питания? По экологическим функциям в биотических сообществах? 9. Что такое живой организм и чем он отличается от неживой природы? 10. Каков механизм адаптации при взаимодействии организма как целостной системы с окружающей средой? 11. Что такое дыхание и фотосинтез растений? Какое значение имеют метаболические процессы автотрофов для биоты Земли? 12. В чем суть биогенетического закона? 13. В чем особенности современной классификации организмов?

*Предмет и задачи экологии * Экология - наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимоотношения между организмами и средой их обитания. Термин «экология» - Э. Геккель в 1866 г. * Экосистема - совокупность совместно обитающих организмов и условий их существования, объединенных сложной системой связей в относительно единую систему превращений вещества и энергии. * Биосфера – оболочка Земли, включающая атмосферу, гидросферу и верхний слой литосферы, химический состав и строение которой определяется существованием в ней жизни, совокупности всех живых организмов. Современная биосфера, среда обитания всех живых организмов, является продуктом их жизнедеятельности: неустанного воспроизведения, метаболизма (обмена веществ) и посмертного разложения мириадов живых существ.

* I ветвь Общая экология II ветвь Рэоэкология аутэкология демэкология синэкология экосистемная и биосферная экология III ветвь Прикладная экология

* - (биоэкология) изучает общие закономерности взаимоотношений любых живых организмов и среды (включая человека как биологическое существо). Основные разделы общей экологии : *Аутэкология - исследует индивидуальные связи отдельного организма (виды, особи) с окружающей его средой *Демоэкология (популяционная экология) - изучает структуры и динамики популяций отдельных видов. Популяционную экологию рассматривают и как специальный раздел аутэкологии *Синэкология (биоценология) - изучает взаимоотношение популяций, сообществ и экосистем со средой.

* Вторая ветвь. Реоэкология ― это изучение геосфер, их динамики и взаимодействия, геофизических условий жизни, факторов (т. е. ресурсов и условий) неживой окружающей среды, действующей на организмы. Третья ветвь. Прикладная экология ― это аспекты инженерной, социальной, экономической охраны среды обитания человека, проблем взаимоотношений природы и общества, экологических принципов охраны природы.

* * историческая и эволюционная экология * экология животных, экология растений и экология микроорганизмов * Экология - междисциплинарная наука, изучающая проблемы взаимодействия человека с окружающей средой (геоэкология, инженерная, математическая, сельскохозяйственная, космическая экология и т. д. ). * Глобальная экология изучает экологические проблемы Земли как планеты (основной объект изучения - биосфера, как глобальная экосистема. * Социальная экология, изучает взаимоотношение в системе «человеческое общество - природа» , часть её - экология человека, в которой рассматривается взаимодействие человека как биосоциального существа с окружающим миром. * Теоретическая экология - общие закономерности организации жизни. * Прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса и разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов. Научную основу прикладной экологии составляет система общеэкологических законов, правил и принципов.

* Общетеоретические: * разработка общей теории устойчивости экологических систем; * изучение экологических механизмов адаптации к среде; * исследование регуляция 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. Прикладные: * прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий в окружающей природной среде под антропогенного характера; * улучшение качества окружающей среды; * оптимизация инженерных, экономических, организационно-правовых, социальных или иных решений для обеспечения экологически безопасного устойчивого развития, в первую очередь в экологически наиболее угрожаемых районах. Стратегической задачей экологии считается развитие теории взаимодействия природы и общества на основе нового взгляда, рассматривающего человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.

* три основных этапа *Первый этап - до 60 -х гг. ХIХ в. - зарождение и становление экологии как науки. На этом этапе накапливались данные о взаимосвязи живых организмов со средой их обитания, делались первые научные обобщения. В ХVII-ХVIII вв. экологические сведения составляли значительную долю во многих биологических. Элементы экологического подхода содержались в исследованиях русских ученых И. И. Лепехина, А. Ф. Миддендорфа, С. П. Крашенникова, французского ученого Ж. Бюффона, шведского естествоиспытателя К. Линнея и др. В этот же период Ж. Ламарк (1744 -1829) и Т. Мальтус (1766 -1834) впервые предупреждают человечество о возможных негативных последствиях воздействия человека на природу.

* * Второй этап - после 60 -х гг. ХIХ в. - оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний. Начало этапа ознаменовалось выходом работ русских ученых К. Ф. Рулье (1814 -1858), Н. А. Северцова (1827 -1885), В. В. Докучаева (1846 -1903), впервые обосновавших ряд принципов и понятий экологии. В конце 70 -х гг. ХIХ в. немецкий гидробиолог К. Мебиус (1877) вводит важнейшее понятие о биоценозе как о закономерном сочетании организмов в определенных условиях среды. Ч. Дарвин (1809 -1882) - «борьба за существование» , с эволюционных позиций можно трактовать как взаимоотношение живых существ с внешней, абиотической средой и между собой, т. е. с биотической средой. Э. Геккель (1834 -1919) термин «экология» (1866). * Как самостоятельная наука экология окончательно оформилась в начале ХХ в. В. И. Вернадский - фундаментальное учение о биосфере. А. Тенсли (1935) - понятие об экосистеме В. Н. Сукачев (1940) - представление о биогеоценозе.

* * Третий этап - 50 -е гг. ХХ в. - до настоящего времени - превращение экологии в комплексную науку, включающую в себя науки об охране природной и окружающей человека среды. Первые природоохранные акты на Руси известны с IХ-ХII вв. (свод законов Ярослава Мудрого «Русская правда» - правила охраны охотничьих и бортничьих угодий). «Декрет о земле» от 26 октября 1917 г. В период 30 -40 -х гг. , охрана природы стала рассматриваться как «единая система мероприятий, направленная на защиту, развитие, качественное обогащение и рациональное использование природных фондов страны» (из резолюции Первого Всероссийского съезда по охране природы, 1929 г. ). рациональное использование природных ресурсов. В 50 -е гг. - республиканские законы об охране природы, (комплексный подход к природе не только как к источнику природных ресурсов, но и как к среде обитания человека). В 60 -80 -е гг. практически ежегодно принимались правительственные постановления об усилении охраны природы. Продолжался процесс создания природоохранного законодательства, издавались земельные, водные, лесные и иные кодексы.

* В России, странах СНГ уделяется большое внимание экологическому образованию. Межпарламентской Ассамблеей государств-участников СНГ принят Рекомендательный законодательный акт об экологическом образовании населения (1996) и другие документы, в том числе и Концепция экологического образования. Экологическое образование, как указывается в преамбуле Концепции, предназначено развить и закрепить более совершенные стереотипы поведения людей, направленного на: 1) экономию природных ресурсов; 2) предотвращение неоправданного загрязнения окружающей среды; 3) повсеместное сохранение естественных экосистем; 4) уважение к принимаемым международным сообществом нормам поведения и сосуществования; 5) формирование сознательной готовности к активному личному участию в осуществляемых природоохранных мероприятиях и посильной их финансовой поддержке; 6) содействие проведению совместных природоохранных действий и осуществлению единой экологической политики в СНГ.

* Ген, клетка, организм, популяция, сообщество (биоценоз) главные уровни организации жизни. Экология изучает уровни биологической организации от организма до экосистем (теория эволюционного развития органического мира Ч. Дарвина, базирующаяся на представлениях о естественном отборе). Роль среды, т. е. физических факторов, в эволюции и существовании организмов не вызывает сомнений. Эта среда была названа абиотической, а составляющие ее отдельные части (воздух, вода и др. ) и факторы (температура и др. ) называют абиотическими компонентами, в отличие от биотических компонентов, представленными живым веществом. Взаимодействуя с абиотической средой, т. е. с абиотическими компонентами, они образуют определенные функциональные системы, где живые компоненты и среда - «единый цельный организм» .

Рис. 2. Спектр уровней биологической организации по Ю. Одуму, 1975 Свойства каждого отдельного уровня значительно сложнее и многообразнее предыдущего. Объяснить это можно лишь частично на основе данных о свойствах предшествующего уровня. Нельзя предсказать свойства каждого последующего биологического уровня исходя из свойств отдельных составляющих его более низких уровней, подобно тому, как нельзя предсказать свойства воды исходя из свойств кислорода и водорода. Эмерджентность - наличие у системного целого особых свойств, не присущих его подсистемам и блокам, а также сумме других элементов, не объединенных системообразующими связями.

* В экологии организм рассматривается как целостная система, взаимодействующая с внешней средой, как абиотической, так и биотической. биологический вид, состоящий из сходных особей, которые, как индивидуумы отличаются друг от друга. генофонд, обеспечивает способность к размножению в пределах вида. Поскольку каждый отдельный индивид (особь) имеет свои специфические особенности, то и отношение их к состоянию среды, к воздействию ее факторов различное. Например, повышение температуры часть особей может не выдержать и погибнуть, но популяция всего вида выживает за счет других особей, более приспособленных к повышенным температурам. Популяция - это совокупность особей одного вида, способная к самовоспроизведению. Изолированность в пространстве и во времени аналогичных популяций отражает реальную природную структуру биоты. В реальной природной среде многие виды рассеяны на огромных пространствах, поэтому изучать приходится некую видовую группировку в пределах определенной территории. Некоторые из группировок достаточно хорошо приспосабливаются к местным условиям, образуя так называемый экотип. Эта даже небольшая группа особей, связанных между собой генетически, может дать начало большой популяции, причем весьма устойчивой достаточно длительное время. Этому способствуют адаптивность особей к абиотической среде, внутривидовая конкуренция и др.

Ни один вид живых организмов не может существовать исключительно среди себе подобных. Жизнь возможна только в сообществах (биоценозах) и в строго определенной совокупности условий, характеризующей место их обитания (биотоп). Биоценоз – совокупность всех живых организмов, населяющих участок территории или акватории. Термин «биоценоз» впервые применил Мебиус (1877. ) Понятно, что компоненты биотопа не просто существуют рядом, а активно взаимодействуют между собой, создавая определенную биологическую систему, которую академик В. Н. Сукачев назвал биогеоценозом. Единство биотопа и биоценоза ― основная концепция современной экологии, концепция экосистемы.

Рис. 3. Схема биогеоценоза по Г. А. Новикову (1979)

* Термин «биогеоценоз» - В. Н. Сукачев (в конце 30 -х гг). Термин «экосистема» - А. Тенсли (1935 г. ) - совокупность комплексов организмов с комплексом физических факторов его окружения, т. е. факторов местообитания в широком смысле. Ю. Одум, К. Вилли, Р. Уитеккер, К. Уатт. Ряд сторонников экосистемного подхода на Западе считают термины «биогеоценоз» и «экосистема» - синонимами, в частности Ю. Одум (1975, 1986). Однако ряд российских ученых не разделяют этого мнения, видя определенные различия. Тем не менее многие не считают эти отличия существенными и ставят знак равенства между этими понятиями. Это тем более необходимо, что термин «экосистема» широко применяется в смежных науках, особенно природоохранного содержания.

* Экосистемы и биосфера в целом являются высшим уровнем организации живого на планете Земля. Они, как и любая живая система, способны к саморегуляции, т. е. к самосохранению, поддержанию своего видового состава и воспроизведению связей между отдельными видами. Такое представление об устойчивости экосистем, их гомеостазе или, иначе, об экологическом равновесии ― одно из основополагающих понятий современной экологии. Биосфера и отдельные экосистемы могут переносить значительные антропогенные (от греч. аmtrороs ― человек и gеnеus ― происхождение) нагрузки благодаря возможности саморегуляции, самоочищения и самовосстановления. Однако эти свойства имеют естественные пределы, которые называют емкостью экосистем.

* Автотрофные организмы используют неорганические источники для своего существования, тем самым создавая органическую материю из неорганической. (фотосинтезирующие зеленые растения суши и водной среды, синезеленые водоросли, некоторые бактерии за счет хемосинтеза и др). Гетеротрофные организмы потребляют только готовые органические вещества (все животные и человек, грибы и др). Гетеротрофы, потребляющие мертвую органику, называются сапротрофами (например, грибы), а способные жить и развиваться в живых организмах за счет живых тканей - паразитами (например, клещи).

* Продуценты - производители продукции, которой потом питаются все остальные организмы - это наземные зеленые растения, микроскопические морские и пресноводные водоросли, производящие органические вещества из неорганических соединений. Консументы - это потребители органических веществ. Среди них есть животные, употребляющие только растительную пищу - травоядные (корова) или питающиеся только мясом других животных - плотоядные (хищники), а также употребляющие и то и другое - «всеядные» (человек, медведь). Редуценты (деструкторы) - восстановители. Они возвращают вещества из отмерших организмов снова в неживую природу, разлагая органику до простых неорганических соединений и элементов (например, на CO 2, NO 2 и H 2 O). Возвращая в почву или в водную среду биогенные элементы, они, тем самым, завершают биохимический круговорот. Это делают в основном бактерии, большинство других микроорганизмов и грибы. Функционально редуценты - это те же консументы, поэтому их часто называют микроконсументами. Микроорганизмы, бактерии и другие более сложные формы в зависимости от среды обитания подразделяют на аэробные, т. е. живущие при наличии кислорода, и анаэробные - живущие в бескислородной среде.

*

* Продуценты Редуценты консументы II порядка консументы III

* Организм - любое живое существо. Он отличается от неживой природы определенной совокупностью свойств, присущих только живой материи: клеточная организация; обмен веществ по ведущей роли белков и нуклеиновых кислот, обеспечивающий гомеостаз организма самовозобновление и поддержание постоянства его внутренней среды. Живым организмам присущи движение, раздражимость, рост, развитие, размножение и наследственность, а также приспособляемость к условиям существования - адаптация. Взаимодействуя с абиотической средой, организм выступает как целостная система, включающая в себя все более низкие уровни биологической организации. Все эти части организма (гены, клетки, клеточные ткани, целые органы и их системы) являются компонентами доорганизменного уровня. Изменение одних частей и функций организма неизбежно влечет за собой изменение других его частей и функций. Так, в изменяющихся условиях существования, в результате естественного отбора те или иные органы получают приоритетное развитие. Например, мощная корневая система у растений засушливой зоны (ковыль) или «слепота» в результате редукции глаз у животных, существующих в темноте (крот).

* Живые организмы обладают обменом веществ, или метаболизмом, при этом происходит множество химических реакций. Примером таких реакций могут служить дыхание, или фотосинтез, посредством которого зелеными растениями связывается солнечная энергия, а в результате дальнейших процессов метаболизма используется всем растением, и др. Как известно, в процессе фотосинтеза, кроме солнечной энергии, используются диоксид углерода и вода. Суммарно химическое уравнение фотосинтеза выглядит так: где C 6 H 12 O 6 - молекула глюкозы. Практически весь диоксид углерода (CO 2) поступает из атмосферы и днем его движение направлено вниз, к растениям, где осуществляется фотосинтез и выделяется кислород. Дыхание - процесс обратный, движение CO 2 ночью направлено вверх и идет поглощение кислорода. Некоторые организмы, бактерии, способны создавать органические соединения и за счет других компонентов, например, за счет соединений серы. Такие процессы называются хемосинтезом.

* * Обмен веществ в организме происходит только при участии особых макромолекулярных белковых веществ – ферментов (катализаторы). Каждая биохимическая реакция в процессе жизни организма контролируется особым ферментом, который в свою очередь контролируется единичным геном. Изменение гена - мутация, приводит к изменению биохимической реакции вследствие изменения фермента, а в случае нехватки последнего, то и к выпадению соответствующей ступени метаболической реакции. * Также регулируют процессы метаболизма коферменты - крупные молекулы, частью которых являются витамины. * Витамины - особые вещества, которые необходимы для обмена веществ всех организмов - бактерий, зеленых растений, животных и человека. Отсутствие витаминов ведет к болезням (не формируются необходимые коферменты, нарушается обмен веществ).

* * Для ряда метаболических процессов необходимы особые химические вещества, называемые гормонами, которые вырабатываются в различных местах (органах) организма и доставляются в другие места кровью или посредством диффузии. Гормоны осуществляют в любом организме общую химическую координацию метаболизма. * На молекулярно-генетическом уровне особенно чувствительно воздействие загрязняющих веществ, ионизирующей и ультрафиолетовой радиации. Они вызывают нарушение генетических систем, структуры клеток и подавляют действие ферментных систем. Все это приводит к болезням человека, животных и растений, угнетению и даже уничтожению видов организмов.

* Метаболические процессы протекают с различной интенсивностью на протяжении всей жизни организма, всего пути его индивидуального развития. Путь организма от зарождения и до конца жизни называется онтогенезом. Онтогенез представляет собой совокупность последовательных морфологических, физиологических и биохимических преобразований, претерпеваемых организмом за весь период жизни. Онтогенез включает рост организма (увеличение массы и размеров тела), и дифференциацию (возникновение различий между однородными клетками и тканями, приводящее их к специализации по выполнению различных функций в организме). Каждый организм в онтогенезе проходит ряд стадий развития. Для организмов размножающихся половым путем различают зародышевую (эмбриональную), послезародышевую (постэмбриональную) и период развития взрослого организма. В онтогенезе растений различают рост, развитие (формируется взрослый организм) и старение (ослабление биосинтеза всех физиологических функций и смерть).

* Процессы и явления, проходящие на онтогенетическом уровне, т. е. на уровне индивида (особи), - это необходимое и весьма существенное звено функционирования всего живого. Процессы онтогенеза могут быть нарушены на любой стадии действием химического, светового и теплового загрязнения среды и могут привести к появлению уродов или даже к гибели индивидов на послеродовой стадии онтогенеза. Современный онтогенез организмов сложился в течение длительной эволюции, в результате их исторического развития - филогенеза. Взаимосвязь между развитием живого в историко-эволюционном плане и индивидуальным развитием организма сформулирована Э. Геккелем в виде биогенетического закона: Онтогенез всякого организма есть краткое и сжатое повторение филогенеза данного вида. (Вначале в утробе матери (у млекопитающих и др. ), а затем, появившись на свет, индивид в своем развитии повторяет в сокращенном виде историческое развитие своего вида).

* В настоящее время на Земле более 2, 2 млн видов организмов. Систематика их все более усложняется К. Линнеей. два царства - животных и растений. две «империи» - доклеточные (вирусы и фаги) и клеточные (все остальные организмы. надцарства подцарства характеристика Доядерные организмы Прокариоты Дробянки Бактерии Сине-зеленые водоросли в клетках нет ядра и ДНК в них не отделяется от цитоплазмы никакой мембраной Ядерные организмы эукариоты Животные Одноклеточные (простейшие) Многоклеточные Грибы Низшие грибы Высшие грибы клетки содержат ядро и ДНК отделена от цитоплазмы ядерной мембраной, поскольку находится в самом ядре Растения Багрянки Настоящие водоросли Высшие растения

* Прокариоты являются древнейшими организмами в истории Земли, следы их жизнедеятельности выявлены в отложениях докембрия, т. е. около миллиарда лет назад. В настоящее время их известно около 5000 видов. Самыми распространенными среди дробянок являются бактерии, и в настоящее время это самые распространенные в биосфере микроорганизмы. Их размеры составляют от десятых долей до двух-трех микрометров. Некоторые из бактерий являются автотрофами, например, серобактерии, которые образуют органическое вещество за счет хемосинтеза на основе серы. Большинство же бактерий - гетеротрофы, среди которых преобладают сапротрофы, редуценты. Но есть паразитирующие формы на других организмах, вызывающие болезни у животных, растений, человека. Бактерии распространены повсеместно, но больше всего их в почвах - сотни миллионов на один грамм почвы, а в черноземах более двух миллиардов. Микрофлора почв весьма разнообразна. Здесь бактерии выполняют различные функции и подразделяются на следующие физиологические группы: бактерии гниения, нитрофицирующие, азотофиксирующие, серобактерии и др. Среди них есть аэробные и анаэробные формы. В результате эрозии почв бактерии попадают в водоемы. В прибрежной части их до 300 тыс. в 1 мл, с удалением от берега и с глубиной их количество снижается до 100 -200 особей на 1 мл.

* В атмосферном воздухе бактерий значительно меньше. Широко распространены бактерии в литосфере ниже почвенного горизонта. Под почвенным слоем их всего на порядок меньше, чем в почве. Бактерии распространяются на сотни метров в глубину земной коры и даже встречаются на глубине двух и более тысяч метров. Сине-зеленые водоросли сходны по строению с бактериальными клетками, являются фотосинтезирующими автотрофами. Обитают преимущественно в поверхностном слое пресноводных водоемов, хотя есть и в морях. Продуктом их метаболизма являются азотистые соединения, способствующие развитию других планктонных водорослей, что при определенных условиях может привести к «цветению» воды и к ее загрязнению, в том числе и в водопроводных системах.

* Эукариоты - это все остальные организмы Земли. Самые распространенные среди них - растения, которых около 300 тыс. видов. Растения - это практически единственные организмы, которые создают органическое вещество за счет физических (неживых) ресурсов - солнечной энергии и химических элементов, извлекаемых из почв (комплекс биогенных элементов), продуцируют пищу для всего остального животного мира, т. е. являются продуцентами. Все одноклеточные и многоклеточные формы растений имеют, как правило, автотрофное питание за счет процессов фотосинтеза. Водоросли - это большая группа растений, живущих в воде, где они могут либо свободно плавать, либо прикрепляться к субстрату. Водоросли - это первые на Земле фотосинтезирующие организмы, которым мы обязаны появлению кислорода в ее атмосфере. Кроме того, они способны усваивать азот, серу, фосфор, калий и другие компоненты непосредственно из воды, а не из почвы.

* Остальные, более высокоорганизованные растения - обитатели суши. Они получают питательные элементы из почвы посредством корневой системы, которые транспортируются через стебель в листья, где берут начало процессы фотосинтеза. Лишайники, мхи, папоротникообразные, голосеменные и покрытосеменные (цветковые) являются одним из важнейших элементов географического ландшафта, доминируют здесь цветковые, которых более 250 тыс. видов. Растительность суши - главный генератор кислорода, поступающего в атмосферу, и ее бездумное уничтожение не только оставит животных и человека без пищи, но и без кислорода. Грибы - низшие организмы, не содержат хлорофила, размеры их от микроскопических до крупных, типа дождевиков, насчитывается их более 100 тыс. видов. Тело гриба состоит из нитчатых образований, которые формируют грибницу или мицелий. Все грибы - гетеротрофные организмы, среди которых сапрофиты, и паразиты. Около трех четвертей всех грибов - сапрофиты, питающиеся гниющими растениями, некоторые грибы паразитируют на растениях и единичные - на животных. Большую пользу растениям приносят грибы симбиотиты, которые органически связаны с растениями: они помогают усваивать труднодоступные вещества гумуса, помогают своими ферментами в обмене веществ, связывают свободный азот и т. д. Низшие почвенные грибы играют основную роль в процессах почвообразования.

* Животные представлены большим разнообразием форм и размеров, их более 1, 7 млн видов. Все царство животных - это гетеротрофные организмы, консументы. Наибольшее количество видов и наибольшая численность особей у членистоногих. Насекомых, например, столько, что на каждого человека их приходится более 200 млн особей. На втором месте по количеству видов стоит класс моллюсков, но их численность значительно меньше, чем насекомых. На третьем месте по числу видов выступают позвоночные, среди которых млекопитающие занимают примерно десятую часть, а половина всех видов приходится на рыб. Насекомые развивались на суше в тесной связи с цветковыми растениями, являясь их опылителями. Эти растения появились позже других видов, но более половины видов всех растений приходится на цветковые. Видообразование в этих двух классах организмов находилось и находится сейчас в тесной взаимосвязи. Если сравнить количество видов сухопутных организмов и водных, то это соотношение будет примерно одинаково и для растений, и для животных - количество видов на суше - 92 -93%, в воде - 7 -8%, значит, выход организмов на сушу дал мощный толчок эволюционному процессу в направлении увеличения видового разнообразия, что ведет к повышению устойчивости природных сообществ организмов и экосистем в целом.

* В связи с экспоненциальным ростом численности человечества, развитием техники и все большим стремлением к повышению уровня потребления у среднего жителя Земли к концу XX в. возникли предпосылки экологического кризиса, т. е. перехода биосферы к неустойчивому состоянию. Экспоненциальный рост населения и явление демографического взрыва стали заметны к 60 -м годам прошлого столетия. В связи с тем что 30% населения Земли практически голодает, был поставлен вопрос о возможности и путях решения продовольственной проблемы, о емкости природной среды, оценена продуктивность биосферы и ее способность прокормить растущее население Земли. В итоге стало ясно, что человечество находится почти у предела допустимой численности и уровня потребления (Медоуз, Курдюмов Капица)

* Современная кризисная ситуация усугубляется тем, что очень быстро вымирают биологические виды. Если нормальные изменения условий в природе сопровождаются вымиранием одного вида за 100 лет, то в настоящее время всего за 1 ч. на Земле исчезает 50 видов. К концу XX в. 63% естественных экосистем суши разрушены, гибнут многие водные экосистемы, и прежде всего морские. Происходит это по разным причинам, связанным как с техногенным загрязнением окружающей среды, так и с распахиванием земель, нерациональным использованием природных ресурсов. Основные причины - рост народонаселения (особенно в развивающихся странах) - рост уровня потребления в развитых странах. Экологами убедительно доказано, что качеством природной среды «автоматически» может управлять только биота, т. е. совокупность всех живых организмов Земли. Анализ моделей и натурные исследования показали, что биологическое разнообразие (разнообразие и количество видов, составляющих экосистему) является главным критерием и признаком устойчивости экосистемы.

* Восстановить нормальную природную среду обитания, качество воды, воздуха, почвы, пищи, утерянные ныне в результате экологического кризиса, биота способна, но только в случае, если для восстановления самой биоты будут предоставлены время и место. Для продолжения жизни биосферы прежде всего необходимо охранять биологическое разнообразие, т. е. все виды животных, растений, грибов, микроорганизмов, которые и составляют биосферу. Виды существуют только в сообществах и в определенных условиях, поэтому для их сохранения необходимо выделить специально охраняемые территории (заповедники), площадь которых на суше должна составлять не менее 1/6 ее части.

* В последние десятилетия естественные науки интенсивно развивают представления глобального эволюционизма. Вселенная в современном естествознании рисуется динамичной, эволюционирующей не монотонно, а через кризисные состояния, катастрофы, бифуркации, сменяющиеся периодами запрограммированного (в соответствии с причинно следственными связями) развития. Современная картина жизни определяет кризисные состояния как необходимую составляющую вечного развития материи. Методы исследования в экологии подразделяются на полевые и экспериментальные. Полевые методы – это изучение жизни организмов и их сообществ в естественных условиях, то есть длительное наблюдение в природе с помощью различной аппаратуры за популяциями, сообществами и др. Экспериментальные методы – это эксперименты лабораториях, а не в естественной среде жизни. в стационарных

* Естествознание в XVIII—XIX вв. развивалось в соответствии с двумя основными принципами. Первый из них — это широко подтвержденное практикой представление об однозначности причинно-следственных связей (принцип детерминизма), с которыми связаны основные успехи в описании физических процессов, например, решение задач теоретической механики и многих технических наук. Фактически этот принцип лежит в основе современной технической цивилизации. Второй важнейший принцип современной науки — ее основанность на эксперименте. При этом общепризнано, что предметом научного исследования могут быть только явления и процессы, полностью воспроизводимые в лабораторных условиях. Однако развитие наук о жизни и в первую очередь экологии показало ограниченность подобных однозначных (линейных) представлений о мире.

* Для всех сложных природных систем характерны свойства, описываемые только с помощью нелинейных моделей, для которых естественны ограниченность решений, колебательные и мультистационарные режимы, псевдослучайное пространственное и временное поведение. Т. о. , необходима замена концепции, подхода (парадигмы) при анализе сложных природных систем. В сущности биология и экология никогда не соответствовали парадигме линейного мышления. Поэтому современные нелинейные модели были разработаны для описания и объяснения в первую очередь процессов в живой природе. Индивидуальность и разнообразие живых систем и, нередко, невоспроизводимость результатов сложных биологических экспериментов сегодня очевидны. Это направление биофизики и математики называют современной парадигмой нелинейного мышления. Все процессы в живой природе и большинство процессов в неживой описываются нелинейными уравнениями.

* Живые системы являются открытыми по веществу и энергии, и удалены от состояния термодинамического равновесия. Нелинейность их поведения объясняется, например, тем, что процессы роста популяции в зависимости от условий могут приводить к следующим последствиям: • стабилизации численности популяции в растительных сообществах; • регулярным колебаниям численности; • стохастическим вспышкам численности (у насекомых); • пространственно-временным распределениям (например, к появлениям пятен планктона в океане). Анализ демографических данных показывает, что развитие человечества идет столь нелинейно, что численность растет даже быстрее, чем экспоненциально. С. П. Курдюмов и С. П. Капица, предложившие математическую модель этого процесса, охарактеризовали его как режим с «обострением» или как взрывоподобную ситуацию, ведущую к коллапсу с непредсказуемыми последствиями.

* Одна из главных современных проблем нелинейной динамики состоит в том, чтобы разработать методы изучения подобных систем, критерии и условия их упорядочения. Таким образом, невоспроизводимые явления также могут быть объектом научного исследования. Обоснованием нелинейных моделей при описании разнообразных живых существ и их адаптации к изменениям среды обитания являются: • наличие порогов чувствительности к внешним воздействиям; • парадоксальные реакции на сверхмалые дозы различных средовых воздействий; • явления кумулятивного и синергического интегрального действия многочисленных факторов среды на организмы.

* Необходимость изучения и описания систем с нелинейным поведением или с нелинейной динамикой в начале 70 -х годов XX в. привела к возникновению особого междисциплинарного направления научных исследований, сформировавшегося в комплексную науку — синергетику. Синергетика исследует процессы самоорганизации в системах различной природы и прежде всего в живых. Под самоорганизацией понимают процессы возникновения пространственно -временных структур в сложных нелинейных системах, находящихся в состояниях, далеких от равновесия, при достижении ими особых критических точек — точек бифуркации. В этих случаях поведение живых систем становится неустойчивым. В точках бифуркации система под воздействием незначительных флуктуации может резко изменить свое состояние. В эти переломные моменты принципиально невозможно предсказать, в каком направлении будет происходить дальнейшее развитие: станет ли система хаотичной или она перейдет на новый, более высокий уровень организации.

* О судьбе биосферы в будущем беспокоиться не следует, вероятнее всего она продолжит свое развитие. Однако место и роль человека при этом непредсказуемы. В интересах современного человечества — не доводить дело до крайности (до точки бифуркации), а постараться сохранить биосферу в современном привычном человеку состоянии. История Земли знает ряд экологических кризисов и катастроф. Одна, вероятно, была связана с накоплением кислорода в океане и атмосфере. При этом произошло массовое вымирание анаэробных организмов. Другие доантропогенные катастрофы преимущественно происходили при изменениях климата, и, как следствие, менялись растительность и животный мир. При катастрофах в периоды горообразования и изменения климата вымирало до 50% живого на Земле. Однако эти процессы длились тысячи и миллионы лет, и к ним биосфера успевала приспособиться путем естественного отбора.

* Следует упомянуть проблемы Байкала, Аральского систематических пожаров, освоение крайнего Севера. моря, В настоящее время Россия активно участвует в работе международных конференций и организаций по охране окружающей среды, присоединилась к многочисленным международным соглашениям в этой области. Усилиями средств массовой информации и экологов в сознание людей и в государственную практику России внедряют понятие экологической безопасности как элемента государственной и личной безопасности.

* Важное место в программе действий в области экоразвития занимает всеобщее экологическое образование, первостепенное значение которого, а также бытовой и производственной экологической культуры определяет следующая формула:

* Россия на экологической карте мира является одной из восьми стран, состояние природной среды в которой определяет состояние биосферы Земли в целом (США, Япония, Китай, Индия, Индонезия и Бразилия). В России сохранились достаточно большие нетронутые деятельностью человека экосистемы (в основном на севере и в Сибири). 103 заповедника и 43 национальных парка (к сожалению, занимающих около 3% территории страны). По оценке Всемирной организации здравоохранения, Россия оказалась на 127 -м месте в мире по показателю здоровья населения и на 130 -м – по эффективности медицинской системы (март 2011), по средней продолжительности жизни 112 -е место в мире (70, 4; мужчины 65, 5 лет/ женщины 75, 3 года; 2011) Здоровье природной среды и здоровье населения России внесено в число приоритетов государственной политики нашей страны. Столь же необходимо грамотное отношение к проблемам здоровья каждого отдельного человека.

* Экология - наука, изучающая взаимоотношения организмов между собой и с окружающей средой (Э. Геккель). Экосистема – совокупность совместно обитающих организмов и условий их существования, объединенных сложной системой связей в относительно единую систему превращений вещества и энергии (А. Тенсли, 1935). Биосфера – оболочка Земли, включающая атмосферу, гидросферу и верхний слой литосферы, энергообмен, химический состав и строение которой определяется существованием в ней жизни, совокупности всех живых организмов (Э. Зюсс, 1875 г. ). Биоценоз – совокупность всех живых организмов, населяющих участок территории или акватории. Биотоп - совокупность условий и место обитания живых организмов. Биота - совокупность всех живых организмов Земли. Единство биотопа и биоценоза — основная концепция современной экологии, концепция экосистемы.

* Эмерджентность - наличие у системного целого особых свойств, не присущих его подсистемам и блокам, а также сумме других элементов, не объединенных системообразующими связями

*

q Семейства и отряды q Популяции q Экологические системы q Социальные сообщества

q. Биотоп q. Биоценоз q. Биогеоценоз q. Биомассу

q Автотрофов, q Геторотрофов, q Консументов, q Продуцентов

q Э. Зюссом q А. Тенсли q Э. Геккелем q К. Рулье

q Н. А. Северцевым q Э. Геккелем q К. Линнеем q А. Тенсли

q наука, изучающая взаимодействие живых организмов с окружающей средой q наука об охране природной и окружающей человека среды q аспекты инженерной, социальной, экономической охраны среды обитания человека, проблем взаимоотношений природы и общества, экологических принципов охраны природы

q Э. Зюсс q Э. Геккель q А. Тенсли q И. Пригожин

q Теоретическая экология q Социальная экология q Прикладная экология q Глобальная экология

q социальная экология q глобальная экология q синэкология q аутэкология

q Ч. Дарвин q В. В. Докучаев q К. Мёбиус q Э. Зюсс

q XIII-XIV вв q VII-VIII вв q IX-XII вв q XIX-XX вв

q начале XIX века q в 60 г XIX века q в начале XX века