ВВЕДЕНИЕ В ЭКОЛОГИЮ ЛЕКЦИЯ 1 Лектор Тарасова

ВВЕДЕНИЕ В ЭКОЛОГИЮ ЛЕКЦИЯ № 1 Лектор: Тарасова Ольга Сергеевна, к. г. н. , ст. преподаватель

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Наша планета - это бело-голубой шар. Такой красавицы больше нет во всей Солнечной системе. И этим Земля обязана биосфере. Экология изначально возникла как наука о среде обитания живых организмов: растений, животных (в том числе и человека), грибов, бактерий и вирусов, о взаимоотношениях между организмами и средой их обитания и о взаимоотношениях организмов друг с другом.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Марс по красоте уступает Земле. Там нет такой густой атмосферы, обогащенной кислородом и азотом. Вода есть, но она в замерзшем состоянии. Атмосфера на 98% состоит из углекислого газа. Если и есть на Марсе биосфера, то она находится в малоактивном состоянии. По мере накопления знаний о взаимодействии живых организмов со средой обитания исследователи поняли, что на Земле существуют своеобразные системы, состоящие из живых организмов и неживого вещества.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ А это Венера - наша вторая соседка. Под ее мощнейшей углекислой атмосферой (около 98%) находится раскаленная до +400 градусов Цельсия поверхность. При такой температуре белковая жизнь невозможна. На Венере нет биосферы. Для этих систем характерен высокий уровень организации, наличие прямых и обратных связей между компонентами (частями этих систем), способность систем к поддержанию своего состояния при всевозможных возмущениях. Эти системы были названы экологическими, или экосистемами. Так общая экология обрела свой специфический объект изучения - экосистему.

Термин «экология» был введен в употребление немецким естествоиспытателем Эрнстом Геккелем в 1866 году и в дословном переводе с греческого обозначает науку о доме (эйкос - дом, жилище; логос - учение)

В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ Экологию рассматривают как науку и учебную дисциплину, которая призвана изучать взаимоотношения организмов и среды во всем их разнообразии. При этом под средой понимается не только мир неживой природы, а и воздействие одних организмов или их сообществ на другие организмы и сообщества.

ИЗ ИСТОРИИ СТАНОВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИИ О зависимости растений от внешних условий хорошо знали уже первые земледельцы 10 -15 тыс. лет назад. О том, что разные виды животных связаны с определенными условиями, что их численность зависит от урожая семян и плодов, которыми питаются животные, наверняка знали древние охотники уже 100 -150 тыс. лет назад. Оборот сельскохозяйственных культур на полях и огородах (севооборот) применяли в древнем Египте, древнем Китае и древней Индии 5 тысячелетий назад. Сложнейшая и экологически выверенная система земледелия была у индейцев майя в древней Америке.

ИЗ ИСТОРИИ СТАНОВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИИ Великий мыслитель древности Аристотель Древняя Греция: Аристотель классифицировал животных по образу их жизни

ИЗ ИСТОРИИ СТАНОВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИИ Древнегреческий философ Теофраст был не только отцом ботаники. Большое внимание в своих трудах он уделял влиянию внешней среды на живые организм Теофраст писал о зависимости формы роста растений от почвы и климата.

ИЗ ИСТОРИИ СТАНОВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИИ Древний Рим: Плиний старший в своей многотомной «Философии природы» многие явления природы рассматривал с подлинно экологических позиций.

ИЗ ИСТОРИИ СТАНОВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИИ В средние века в Европе произошел откат человеческой мысли далеко назад, церковь явилась тормозом развития всех естественных наук. Однако великие географические открытия ХV и XVI веков заставили переосмыслить многие религиозные догматы, новая географическая и биологическая информация, полученная в этих экспедициях не умещалась в той системе мира, которую насаждала христианская религия.

ИЗ ИСТОРИИ СТАНОВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИИ Путешественники из дальних стран привозили неведомых животных и семена неведомых растений. Чтобы разобраться во всем этом многообразии форм живых существ, необходимо было создать таксономическую систему и, таким образом, осмыслить это разнообразие. И такое осмысление произошло.

ИЗ ИСТОРИИ СТАНОВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИИ Из истории становления экологии Карл Линней - великий шведский ученый, создатель системы живых организмов, принципами которой мы пользуемся и сегодня Линней в первой половине 18 века создал таксономическую систему животных и растений.

ИЗ ИСТОРИИ СТАНОВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИИ Ж. Л. Бюффон (1707 -1788) в своей «Естественной истории» писал о влиянии климата на животные организмы, Ж. Б. Ламарк (1744 -1829) обращал внимание на роль внешних условий в эволюции животных и растений, Альфонс Де-Кандоль (1806 -1895) в своей «Ботанической географии» описывал влияние абиотических факторов на растительные организмы.

ИЗ ИСТОРИИ СТАНОВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИИ Великий русский естествоиспытатель Михайло Ломоносов. В своих теоретических построениях на 100 -200 лет опередил современников Большой вклад в развитие экологических представлений в это время внесли и российские ученые такие, как П. С. Паллас (1741 -1811), И. И. Лепехин (1740 -1802), С. П. Крашенинников (1711 -1755), М. В. Ломоносов (1711 -1765). И это не случайно, так как Россия в XVII веке сильно расширила свои границы, выйдя своими восточными рубежами на побережье Тихого океана.

ИЗ ИСТОРИИ СТАНОВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИИ Александр Гумбольдт - великий немецкий ученый, заложивший основы биогеографии. Его заслуги перед экологией очень велики. Огромную роль в развитии экологических идей сыграл немецкий ученый А. Гумбольдт (1769 -1859), который в 1807 г. издал книгу «Идеи географии растений» , в которой ввел ряд научных понятий, которые и сегодня используются экологами (например, экобиоморфа растений, ассоциация видов, формация растительности и др. )

ИЗ ИСТОРИИ СТАНОВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИИ Профессор Московского университета К. Ф. Рулье (18141858) четко сформулировал мысль о том, что развитие органического мира обусловлено воздействием изменяющейся внешней среды. Считается, что К. Ф. Рулье в своих трудах заложил основы экологии животных. Его идеи развил ученик Н. А. Северцев (1827 -1885), опубликовавший в 1855 г. работу «Периодические явления в жизни зверей, птиц и гадов Воронежской губернии» . Значимость этой магистерской диссертации Н. А. Северцева для науки можно оценить тем, что через 100 лет в 1950 г. эта работа была переиздана, и она не утратила своего значения и сегодня.

ИЗ ИСТОРИИ СТАНОВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИИ Важной вехой в развитии экологических представлений о природе явился выход знаменитой книги Ч. Дарвина (1809 -1882) о происхождении видов путем естественного отбора. Это великое открытие в биологии явилось мощным толчком для развития экологических идей. Не случайно в 1866 г. Вскоре после выхода в свет учения Ч. Дарвина, Э. Геккель (1834 -1919) предложил термин для новой науки - «экология» , который впоследствии прижился, и именно его используют современные ученые для обозначения целой системы наук.

ИЗ ИСТОРИИ СТАНОВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИИ в 1877 г. немецкий гидробиолог К. Мебиус (18251908) разработал учение о биоценозе как сообществе организмов, которые через среду обитания теснейшим образом связаны друг с другом. Термин биоценоз также широко используется современными учеными. Считается, что биоценоз это часть любой экосистемы. Если к биоценозу добавить компоненты внешней среды, с которыми связаны организмы, составляющие биоценоз, то мы получим экосистему.

ИЗ ИСТОРИИ СТАНОВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИИ Английский геоботаник Тенсли - один из создателей науки об экосистемах Годом рождения общей экологии как науки об экосистемах принято считать 1935 г. - год выхода в свет учения об экосистемах английского геоботаника А. Тенсли. В 1942 г. сходные идеи опубликовал русский ученый В. Н. Сукачев, выдвинувший систему понятий о биогеоценозе. Биогеоценоз В. Н. Сукачева практически полный аналог экосистемы А. Тенсли.

ИЗ ИСТОРИИ СТАНОВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИИ Особую и важнейшую роль в становлении и развитии экологии сыграл великий русский ученый В. И. Вернадский - создатель учения о биосфере.

ИЗ ИСТОРИИ СТАНОВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИИ Открытие биосферы В. И. Вернадским в начале ХХ столетия принадлежит к величайшим научным открытиям человечества, соизмеримым с теорией видообразования, законом сохранения энергии, общей теорией относительности, открытием наследственного кода у живых организмов и теорией расширяющейся Вселенной. В. И. Вернадский доказал, что жизнь на Земле явление общепланетарное и космическое, что биосфера - это вещественно-энергетическая система, обеспечивающая биологический круговорот химических элементов и эволюцию всех живых организмов, включая и человека.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ Основным понятием и основной таксономической единицей в экологии является «экосистема» . Этот термин, как упоминалось выше, введен в употребление А. Тенсли в 1935 г. , т. е. более полувека спустя после выделения экологии как отрасли научных знаний (1866).

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ Экосистема - любая система, состоящая из живых существ и среды их обитания, объединенных в единое функциональное целое. Основные свойства экосистем - способность осуществлять круговорот веществ, противостоять внешним воздействиям, производить биологическую продукцию.

Это юг Приморского края - Дальний Восток. Потрясающее буйство жизни. Здесь на участке в 1 га обитают сотни, а иногда и тысячи видов живых организмов, участвующих в биологическом круговороте вещества.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Близкий по содержанию смысл вкладывается в термин «биогеоценоз» , введенный в литературу академиком В. Н. Сукачевым несколько позднее, чем «экосистема» - в 1942 г.

ЦЕЛЬ ЭКОЛОГИИ КАК НАУКИ Исходя из изложенного : цель экологии как науки - изучение законов функционирования экологических систем всех уровней и биосферы в целом в условиях природопреобразующей деятельности человечества и выработка тактики и стратегии поведения человечества в целях оптимизации функционирования этих систем.

ЗАДАЧИ ЭКОЛОГИИ Задачи экологии прямо вытекают из цели и существующих на планете проблем: всеобъемлющая диагностика состояния природы планеты и ее ресурсов; определение порогов выносливости экосистем по отношению к антропогенной нагрузке; выработка критериев оптимальности функционирования экосистем; изучение обратимости и путей восстановления антропогенных нарушений экосистем; разработка прогнозов изменений в биосфере и состояний окружающей человека среды при разных сценариях политического, экономического и социального развития человечества; отказ от дискредитировавшей себя природопокорительной идеологии и формирование идеологии и методологии экоцентризма, направленной на экологизацию экономики, производства, политики и образования.

МЕТОДОЛОГИЯ Методологическую основу современной экологии составляет сочетание: системного анализа; натурных наблюдений и измерений; эксперимента; моделирования.

ЦЕЛИ, ЗАДАЧИ, МЕТОДОЛОГИЯ Системный анализ – это направление научного познания и социальной практики, в основе которого лежит исследование объекта как системы.

МЕТОДОЛОГИЯ Последовательность системного анализа: Для того чтобы выполнить элементарный системный анализ любой по сложности системы необходимо, как минимум, ответить на вопросы в следующей последовательности: Перечень структурных компонентов. Перечень функциональных компонентов. Степень разнообразия и взаимодействий, типы связей и сложность системы. Главные процессы, происходящие в системе, их динамика и последовательность. Направленность эволюционного развития.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СИСТЕМ Принцип необходимого разнообразия элементов и взаимодействия между собой. Нижний предел разнообразия – не менее двух (он и она, болт и гайка), верхний – бесконечность. Горсть одинаковых песчинок не может быть системой, т. к. песчинки одинаковы по своим функциональным свойствам и не взаимодействуют между собой.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СИСТЕМ Сила связей элементов внутри системы больше, чем с элементами внешней среды. В природе реально существуют открытые системы, которые имеют обмен веществом и энергией со внешней средой. Системы, сохраняющие свою значимость путём переносов вещества и энергии между внутренними элементами системы и элементами среды, носят название динамических. Любая живая система – от вируса до биосферы – открытая динамическая система.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СИСТЕМ Преобладание внутренних взаимодействий в динамической системе над внешними определяет её устойчивость, способность к самоподдержанию. Если внешние силы, действующие на систему, оказываются больше сил связей между элементами системы, то она разрушается.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СИСТЕМ Действие системы во времени называют поведением системы. Изменение поведения под влиянием внешних сил обозначают как реакцию системы. Более или менее стойкие изменения реакций системы – есть приспособление (адаптация). Адаптивные изменения структуры и связей системы во времени рассматривают как её развитие, или эволюцию.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СИСТЕМ Динамические системы эволюционируют в сторону усложнения организации и возникновения системной иерархии – образование подсистем в структуре системы. При этом наблюдается определённая последовательность возникновения эмерджентных качеств системы – самоорганизации, устойчивости, управляемости.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СИСТЕМ С возрастанием иерархического уровня системы появляется сложность её структуры и поведения. Следствием увеличения сложности систем является ускорение эволюции, всё более быстрое прохождение её стадий.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СИСТЕМ Неравномерность, отсутствие монотонности – важная особенность сложных систем. Периоды постепенного накопления незначительных изменений иногда прерываются резкими качественными скачками, связанными с точками бифуркации – раздвоением прежнего пути эволюции.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СИСТЕМ Любая реальная система может быть представлена в виде аналоговой и/или знаковой модели. Моделирование неизбежно сопровождается некоторым упрощением и формализацией взаимосвязей в системе. Эта формализация может быть осуществлена в виде логических (причинно-следственных) и/или математических (функциональных) отношений.

МЕТОДОЛОГИЯ Экология как наука рассматривает системы, звенья и члены которых находятся в тесной взаимосвязи и взаимозависимости. Из этого вытекает необходимость учета множества факторов при анализе тех или иных экологических явлений и тем более при планировании любых вмешательств в экосисте мы. Такой подход, в свою очередь, невозможен без комплексного метода изучения, оценки и решения тех или иных экологических задач.

МЕТОДОЛОГИЯ Экосистемы как объект изучения имеют ряд особенностей по сравнению с искусственными кибернетическими системами, созданными человеком: а) беспрецедентная структурная сложность; б) многоуровневость и перекрестность связей; в) управляющие функции и обратные связи экосистем диффузны и формируются внутри нее, а не направлены извне; г) законы функционирования многофакторны, сложны и всегда нелинейны.

МЕТОДОЛОГИЯ Видный американский эколог Б. Коммонер сделал удачную попытку обобщить системность экологии как науки в виде четырех законов. Эти законы в основе своей не новы, но впервые сформулированы в образной простой форме. Их соблюдение - обязательное условие любой экологически обусловленной деятельности человека в природе.

МЕТОДОЛОГИЯ Экологические законы Б. Коммонера: 1. Все связано со всем; 2. Все должно куда-то деваться; 3. Природа знает лучше; 4. Ничто не дается даром.

МЕТОДОЛОГИЯ Натурные наблюдения – исторически первый метод экологического исследования. Современная система наблюдений включает космические, атмосферные, наземные подземные, наводные, подводные измерительные комплексы. В настоящее время действуют международная (глобальная) и национальная системы мониторинга – т. е. система контроля, оценки и прогноза качества природной среды, включающая исследование антропогенных воздействий.

МЕТОДОЛОГИЯ Эксперименты широко применяются в экологии, как и в других естественных и технических науках. Отличие эксперимента от наблюдения состоит в том, что при эксперименте сознательно организуется определенное воздействие на экологическую систему и затем изучается реакция системы на это воздействие. Эксперименты делятся на лабораторные и натурные.

МЕТОДОЛОГИЯ Лабораторные эксперименты позволяют обеспечить контроль большого числа факторов, исключив воздействие неконтролируемых. Классической схемой проведения лабораторных исследований является однофакторный эксперимент, когда изучается влияние избранного фактора при фиксированных значениях всех остальных. Натурные эксперименты позволяют исследовать влияние одного или нескольких факторов в реальных условиях.

МЕТОДОЛОГИЯ Особое место в изучении экосистем занимают непреднамеренные эксперименты, которые явились следствием естественных процессов (извержение вулканов, образование и исчезновение островов и т. п. ) или деятельности человека. По существу непреднамеренные антропогенные эксперименты – это вся история развития цивилизации, в процессе которой человечество постоянно “экспериментирует” с природой.

МЕТОДОЛОГИЯ Моделирование – это изучение экологических закономерностей с помощью лабораторных, натурных или математических моделей. Под моделью понимается имитация того или иного явления реального мира, позволяющая делать прогнозы.

СТРУКТУРА И ОТРАСЛИ ЭКОЛОГИИ 1. Общая экология – изучает общие законы формирования, функционирования и эволюции экосистем на основе анализа таких целостных их характеристик, как продуктивность, круговорот вещества и энергии, устойчивость, биоразнообразие (генофонд) и др.

СТРУКТУРА И ОТРАСЛИ ЭКОЛОГИИ 2. Специальная экология (биоэкология) – первоначальносформировавшееся научное направление, включающее специальные, чисто биологические разделы экологии; к настоящему времени разделившееся на подотрасли: а) аутэкология (от гр. out – отдельно) – экология отдельных особей и видов; б) популяционная экология; в) синэкология ( от гр. syn – вместе) – экология многовидовых сообществ, биоценозов (от гр. bios – жизнь, kinos – сообща, вместе); г) экология систематических групп (бактерий, грибов, растений, животных, а также более мелких систематических единиц: типов, классов, отрядов и т. д. ); д) эволюционная экология – учение о роли экологических факторов в эволюции.

СТРУКТУРА И ОТРАСЛИ ЭКОЛОГИИ 3. Геоэкология – изучает взаимоотношения организмов и среды обитания с точки зрения их географической принадлежности. В нее входят: а) экология сред – воздушной, суши, почвенной, морской, пресноводной; б) экология природно-климатических зон – тундры, тайги, степи, пустыни, гор, болот, морских берегов, и т. п. ; в) экология географических областей, регионов, стран, континентов.

СТРУКТУРА И ОТРАСЛИ ЭКОЛОГИИ 4. Прикладная экология – большой комплекс дисциплин, связанных с различными областями взаимоотношений между человеческим обществом и природой. Прикладная экология имеет следующие основные разделы: а) инженерная экология – изучение и разработка инженерных норм и средств, отвечающих экологическим требованиям; б) сельскохозяйственная экология (агроэкология и экология сельскохозяйственных животных); в) биоресурсная и промысловая экология; г) урбоэкология (экология городов, населенных пунктов, коммунальная экология); д) медицинская экология; е) экотоксикология; ж) приложения экологии к практике охраны природы и окружающей среды.

СТРУКТУРА И ОТРАСЛИ ЭКОЛОГИИ 5. Экология человека – комплекс дисциплин, изучающих взаимодействие человека к биологической особи и, как социального субъекта с окружающей его природной и социальной средой. Сюда входят: а) биоэкология человека; б) социальная экология (экология личности, семьи, социальных групп, экология рас и наций, демографическая экология).

СТРУКТУРА И ОТРАСЛИ ЭКОЛОГИИ 6. Глобальная экология (биосферология) – изучает взаимоотношения всего человечества в процессе его развития с биосферой.

БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ!