Основы экологии 1 Экология как наука n

Основы экологии 1

Экология как наука n n Экология - это раздел биологии, изучающий взаимоотношения организмов между собой и с окружающей средой В 1866 году немецкий зоолог Эрнст Геккель ввел термин «экология» , который основан на двух греческих словах: oikos – дом, logos – учение Под влиянием идей Дарвина (борьба за существование, внутривидовые и межвидовые взаимоотношения) Геккель пришёл к выводу о необходимости выделения экологии в особую биологическую дисциплину Основная задача экологии на современном этапе - детальное изучение количественными методами основ структуры и функционирования природных и созданных человеком биологических систем 2

Основные разделы экологии n Общая экология - исследует основные принципы организации и функционирования различных надорганизменных систем n Частная экология - изучает конкретные группы организмов определённого таксономического ранга 3

Общая экология n Общая экология классифицируется по уровням организации надорганизменных систем: n Популяционная экология (экология населения) изучает популяции совокупности особей одного вида, объединяемых общей территорией и генофондом Экология сообществ (биоценология) исследует структуру и динамику природных сообществ (или ценозов) - совокупностей совместно обитающих популяций разных видов Биогеоценология (ландшафтная экология) - изучает экосистемы (биогеоценозы) n n 4

Частная экология n Частная экология подразделяется: n n n Экология животных Экология растений Экология грибов Экология бактерий Также применяется более подробное деление частной экологии, например: n Экология позвоночных n Экология млекопитающих n Экология выхухоли русской (Desmana moschata) и т. д. 5

Деление экологии в соответствии с уровнями организации живого n n n Эндоэкология Аутоэкология Демэкология (популяционная экология) Синэкология (биоценология) Ландшафтная экология (биогеоценология) Глобальная экология 6

Деление экологии в соответствии с уровнями организации живого n Эндоэкология – раздел экологии, изучающий внутренние экосистемы индивидуума, а также комплекс процессов, связанных с загрязнением внутренней среды живых организмов n Аутоэкология – раздел экологии, посвященный изучению видовых особенностей реагирования животных и растительных организмов на факторы среды и образа жизни вида и подразделяющийся на: n 1) экологию индивидов, рассматривающую нормы реакции на воздействие среды (собственно аутоэкология) n 2) экологию популяций, изучающую внутривидовую организацию (т. е. популяционная экология или демэкология) 7

Деление экологии в соответствии с уровнями организации живого n Синэкология (биоценология) – раздел экологии, посвященный изучению жизни биоценозов, т. е. многовидовых сообществ животных, растений и микроорганизмов n Ландшафтная экология (биогеоценология) – раздел экологии, посвященный изучению жизни биогеоценозов, т. е. – исторически сложившихся устойчивых сообществ популяций различных видов, связанных между собой и с окружающей неживой природой обменом веществ, энергии и информации n Глобальная экология - раздел экологии, посвященный изучению планетарной синэкологической системы 8

Специальные разделы экологии n Палеоэкология – изучает отношения организмов к окружающей среде в прошлые геологической эпохи, занимается проблемами реконструкции древних ценозов по ископаемым остаткам n Сельскохозяйственная экология – изучает создаваемые человеком сельскохозяйственные экосистемы (агрофитоценозы) n Промышленная экология – изучает влияние промышленных производств на природную среду и человеческое общество n Радиоэкология – изучает возможность радиоактивного загрязнения окружающей среды и разрабатывает методы профилактики и устранения подобного загрязнения 9

Специальные разделы экологии n Экология человека – изучает влияние природной среды на человеческое общество, а также особенности урбанизированных биогеоценозов n Медицинская экология (экологическая медицина) – рассматривает взаимодействие между факторами внешней среды и здоровьем человека; является комплексной научной дисциплиной, рассматривающей все аспекты воздействия окружающей среды на здоровье населения с центром внимания на средовых заболевания 10

Связь экологии с другими дисциплинами n Популяционная экология – связана с генетикой, физиологией, этологией, биогеографией, систематикой и демографией n Биогеоценология – с ландшафтоведением, биогеохимией, почвоведением, гидрологией, гидрохимией, климатологией и другими науками о среде n Под влиянием экологии во многих биологических науках формируются направления, рассматривающие те или иные стороны изучения живого с точки зрения экологии, например: экологическая физиология, экологическая морфология, экологическая цитология, экологическая генетика и др. 11

Связь экологии с другими дисциплинами n Экология человека взаимосвязана с гуманитарными науками: социологией, политической экономией, юриспруденцией, этикой n Медицинская экология, является междисциплинарным по своей сути направлением и включает в себя основные разделы медицины, посвященные внутренним болезням, токсикологии, эпидемиологии, биохимии, иммунологии, физики, химии и др. 12

Понятие об экосистемах 13

Общая характеристика экологической системы n Экосистема - сообщество различных видов организмов и среды их обитания, находящихся во взаимосвязи друг с другом Любая экосистема включает в себя две главные составляющие: n Экотоп – совокупность абиотических факторов (климатические, почвенно-грунтовые) n Биоценоз – совокупность живых организмов: животных (зооценоз), растений (фитоценоз), микроорганизмов (микробоценоз) 14

Общая характеристика экологической системы n По величине выделяют: n Микроэкосистемы (например: капля воды, горшок с цветами, ствол гниющего дерева) n Мезоэкосистемы (например: лес, пруд) n Макроэкосистемы (например: океан, континент и, наконец, биосфера в целом) n Экосистемы характеризуются: n Потоком энергии n Круговоротом веществ n Развитыми информационными связями 15

Общая характеристика экологической системы n Живые организмы, входящие в состав биоценоза различаются по способу получения энергии n Продуценты – автотрофные организмы (образующие органические вещества из неорганических) n Консументы – гетеротрофные организмы (потребители готовых органических веществ): n первого порядка – растительноядные n второго порядка – плотоядные n Редуценты – разрушители органического вещества – детритоядные 16

Общая характеристика экологической системы n Сообщество организмов, использующих ту или иную форму энергии (или эквивалент в виде вещества), называется трофическим уровнем n Перенос энергии в виде эквивалентного ей вещества от одного вида организмов к другим называют пищевой или трофической цепью 17

Общая характеристика экологической системы Закон прогрессивного уменьшения энергии в пищевой цепи (правило Линдемана) n При переносе энергии по трофической цепи часть ее теряется, при этом каждое звено уменьшает долю энергии (массы) примерно на порядок или n При переходе энергии с одного трофического уровня на другой экологическая эффективность составляет примерно 10% (Экологическая эффективность - способность организма превращать пищу в биомассу собственного тела) n Отсюда следует, что число консументов (в т. ч. людей), которые могут прожить при данном выходе первичной продукции, сильно 18 зависит от длины пищевой цепи

Экологические пирамиды n n n Пирамиды чисел Пирамиды биомассы Пирамиды энергии 19

Типы экосистем В зависимости от доступного источника энергии выделяют четыре типа экосистем: n Природные, субсидируемые только солнечной энергией (например, океаны) n Природные, субсидируемые другими естественными источниками энергии (например, течения, тепло недр) n Природные, субсидируемые дополнительно человеком (агроэкосистемы) n Индустриально-городские, субсидируемые сжиганием ископаемого топлива (город) 20

Учение о биосфере 21

Биосфера n n Жан Батист Ламарк (1744 – 1829) - впервые употребил термин «биосфера» Владимир Иванович Вернадский (1863 – 1945) – в 1926 году создал учение о биосфере n Биосфера - поверхностная оболочка Земли, созданная и преобразуемая деятельностью живых организмов (В. И. Вернандский) n В основе учения Вернадского лежат представления о планетарной геохимической роли живого вещества и о самоорганизованности биосферы n Человек неразделим с биосферой и человечество образует новую оболочку Земли – Ноосферу, т. е. сферу разума 22

Строение биосферы Биосфера включает: n Атмосферу до высоты 17 25 км n Гидросферу на всю толщу (11 км) n Литосферу до глубины 5 км (температурный барьер +105ºС) 23

Строение биосферы Характерные черты биосферы n Наличие вещества в трех агрегатных состояниях – жидком, твердом и газообразном n Наличие большого количества воды в свободной форме n Наличие большого количества энергии, как солнечного, так и земного происхождения 24

Строение биосферы Основные компоненты биосферы n Живое вещество – вся сумма живых организмов, находящихся на планете в данный исторический период n Биогенное вещество – органическое или органо-минеральное вещество, созданное организмами далекого прошлого и представленное в виде каменного угля, горючих сланцев, горючих газов, торфа, сапропеля, нефти n Биокосное вещество – неорганические вещества, преобразованные деятельностью организмов (вода, воздух, железная и марганцевая руды) 25

Продуктивность биосферы n Низкая продуктивность – 0, 1 0, 5 г/м 2 в сутки характерна для зоны пустынь и для арктического пояса n Средний уровень продуктивности – 0, 5 - 3 г/м 2 в сутки характерен для тундры, лугов, полей и некоторых лесов умеренной зоны n Высокий уровень продуктивности – более 3 г/м 2 в сутки характерен для экосистем тропических лесов, для пашни, морских мелководий 26

Основные подходы в учении о биосфере n Энергетический (связь биосферных явлений с космическим излучением (прежде всего, излучением Солнца) и радиоактивными процессами в недрах Земли) n Биогеохимический (роль живого в распределении атомов в биосфере) n Информационный (принципы организации и управления в живой природе) n Пространственно-временной (формирование и эволюция различных структур биосферы) n Ноосферный (глобальные аспекты воздействия человека на окружающую среду) 27

Аспекты медицинской экологии 28

Медицинская экология Основные причины появления экологически зависимых заболеваний n Накопление в окружающей среде химических, чужеродных соединений n В настоящий момент в окружающей среде находится примерно 60 тысяч различных химических соединений, и каждый год добавляется 2 тысячи новых n В организме любого индивидуума находится около 1 тысячи различных токсических компонентов n Производство химических веществ достигает 4 миллионов тонн ежегодно 29

Медицинская экология Основные причины появления экологически зависимых заболеваний n Истощение систем, отвечающих за обезвреживание токсических соединений n Человеческий организм в процессе эволюции выработал лишь специальные механизмы, необходимые для обезвреживания (детоксикации) вредных факторов внешней и внутренней среды n Последние могут образовываться внутри организма (продукты распада аминокислот в желудочно-кишечном тракте, гемопротеидов и др. ), а также поступать извне, являясь продуктами жизнедеятельности бактерий, грибов и др. n Поток чужеродных для организма соединений нарастает 30 лавинообразно, что приводит к декомпенсации систем обезвреживания

Медицинская экология Особенности действия этиологических факторов при экологически зависимых заболеваниях n Воздействие какого-либо фактора (физического, химического, биологического) является пролонгированным n Воздействие фактора отмечается на очень малом, подпороговом (субпороговом) уровне 31

Медицинская экология Хроническое воздействие внешних факторов способно инициировать патологический процесс путем включения следующих механизмов: n Декомпенсации процессов обезвреживания n Повреждения иммунной системы n Повреждения других систем организма (ЖКТ, эндокринной системы) n Непосредственного повреждения органа-мишени 32

Медицинская экология Факторы, играющие важную роль в развитии экологических заболеваний n Наследственность (дефекты иммунной системы и/или систем детоксикации ксенобиотиков n Пищевой статус (обедненный или обогащенный по некоторым веществам рацион питания) n Аллергены n Свободно-радикальный стресс (обусловлен действием физических факторов, а также нахождением в организме людей органических соединений, тяжелых металлов (Рb, Сr, Cd, Al, Fe и др. ) 33

Медицинская экология Заболевания, связанные с воздействием факторов окружающей среды n n n Сезонные эмоциональные расстройства (зимняя депрессия) Множественная химическая чувствительность Заболевания желудочно-кишечного тракта (язвенный колит, болезнь Крона и др. ) Хронические аллергические заболевания Бронхиальная астма Аутоиммунные заболевания Экзема Ряд хронических неврологических заболеваний Рассеянный склероз Болезнь Альцгеймера Синдром хронической усталости 34 Ряд заболеваний опорно-двигательного аппарата и др.

Медицинская экология Требования к профессиональному уровню врача, занимающегося вопросами экологической медицины: n Научно ориентированные терапевты, подготовленные по вопросам внутренних болезней, педиатрии, аллергологии, психиатрии и других областей n Хорошо знающие клиническую биохимию, прикладную токсикологию, иммунологию и молекулярную медицину 35