экзамен магистратура экология. 1. Экология как наука. Место экологии в структуре человеческого знания. В начале xx в сформировалась новая биологическая наука экология. Термин экология
 Скачать 2.4 Mb.
|
|
1. Экология как наука. Место экологии в структуре человеческого знания. В начале XX в. сформировалась новая биологическая наука — экология. Термин «экология» предложил в 1866 немецкий биолог натуралист Э. Геккель.Экология ( от греч. «ойкос» - дом, жилище и «логос» - учение) – наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают. Изначально экология развивалась как составная часть биологической науки, в тесной связи с другими естественными науками – химией, физикой, геологией, почвоведением, математикой. Как отдельная наука экология начала оформляться всего около полутора столетий назад и прошла длинный путь развития, в течение которого способствовала формированию представлений о сложности и вместе с тем упорядоченности организации жизни на Земле. Современное понимание «экологии» имеет более широкое значение, чем в первые десятилетия развития этой науки. С середины XX в. в связи с усилившимся воздействием человека на природу экология приобрела иное значение и в настоящее время чаще всего под экологическими вопросами ошибочно понимаются проблемы рационального природопользования и вопросы охраны живых организмов и окружающей среды. Таким образом, сегодня существует 2 экологии: наука экология и квазиэкология - система взглядов общества на создавшуюся в мире ситуацию. Квазиэкология пытается защитить человечество от воздействия собственных неразумных поступков, но при этом сохранить экономический рост. Предметом экологии является совокупность, или структура, связей между организмами и средой. Главный объект изучения в экологии – экосистемы, т.е единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания. Также в ее область входит изучение отдельных видов организмов(организменный уровень), их популяций, т.е совокупностей особей одного вида( популяционно-видовой уровень), и биосферы в целом (биосферный уровень). В 1910г. на Третьем Международном ботаническом конгрессе в Брюсселе были выделены три подраздела экологии: 1). Аутэкология— раздел науки, изучающий взаимодействие индивидуального организма или вида с окружающей средой. В состав раздела входят: - Характеристика факторов среды (факториальная экология); - Изучение способов приспособления (адаптаций) организмов к различным условиям среды; - Изучение функциональной роли организмов в экосистеме; - Изучение жизненных стратегий. 2) популяционная экология (демоэкология) — раздел науки, изучающий взаимодействие популяций особей одного вида внутри популяции и с окружающей средой. 3) Синэкология (биоценология)— раздел науки, изучающий взаимоотношение популяций, сообществ и экосистем со средой. Отдельно выделяют учение о биосфере и ноосфере, разработанное В.И.Вернадским. Также выделяют геоэкологию, биоэкологию, гидроэкологию, ландшафтную экологию(изучает приспособления организмов к разной географической среде, формирование биоценотических комплексов различных ланд-тов, биологические хар-ки этих комплексов, их влияние на среду обитания.), этноэкологию. С точки зрения фактора времени экология подразделяют на историческую и эволюционную. Задачей эволюционной экологии явл-ся выявление экол. закономерностей эволюционного процесса, путей и форм становления видовых адаптаций, а также реконструкция экосистем прошлого Земли (палеоэкология) и выявление роли чел-ка в их преобразовании (археоэкология). Функциональная или физиологическая экология исследует адаптативные мех-мы. Количественная экология изучает динамику отдельных экол-ких систем, их продуктивность. Матем. моделирование структуры и динамики отд. Экосистем позволяет строить экол. прогнозы. Также экологию классифицируют по конкретным объектами средам исследования, т.е различают экологию животных, экологию растений и экологию микроорганизмов. В структуре современной экологии выделяют следующие направления: ♦ глобальная экология (основным объектом изучения является биосфера как глобальная экосистема); ♦ экология человека (рассматривается взаимодействие человека как биосоциального существа с окружающей средой); ♦ социальная экология (изучаются взаимоотношения в системе «человеческое общество – природа»); ♦ урбоэкология (экология города), наука о взаимодействии человека и окружающей городской среды; ♦ прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса и разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов. (инженерная, медицинская, агроэкология, строительная и др.). * Теоретическая экология вскрывает общие закономерности организации жизни. В связи с многогранностью предмета и методов исследований в настоящее время некоторые ученые рассматривают экологию как комплекс наук, который изучает функциональные взаимосвязи между организмами (включая человека и человеческое общество в целом) и окружающей их средой, круговорот веществ и потоков энергии. Экология связана со многими другими науками именно потому, что она изучает организацию живых организмов на очень высоком уровне, исследует связи между организмами и их средой обитания. 2. История экологии. Характеристика этапов развития экологии, известные экологи. Экология - древнейшая из наук. Первобытный человек, борясь за выживание, должен был иметь определенные знания о видах животных, их повадках, местах обитания. Человек методом проб и ошибок накапливал эмпирические знания об окружающем его мире. Предыстория Потребность в знаниях, определяющих «отношение живого к окружающей его органической и неорганической среде», возникла очень давно. Достаточно вспомнить труды Аристотеля, Плиния Старшего, Р. Бойля и др., в которых обсуждалось значение среды обитания в жизни организмов и приуроченность их к определенным местообитаниям. Так, Аристотель описывает свыше 500 видов известных ему животных и рассказывает об их поведении. Ученик Аристотеля – «отец ботаники» Теофраст приводит сведения о своеобразии растений в разных условиях, зависимости их формы и особенностей роста от почвы и климата. В истории развития экологии можно выделить 3 основных этапа 1. Первый этап- зарождение и становление экологии как науки ( до 60-х гг. ХIХ в. ). На этом этапе накапливались данные о взаимосвязи живых организмов со средой их обитания, делались первые научные обобщения, зарождаются идеи популяционной экологии, представления о биогенном круговороте веществ (экосистемный подход). Большой вклад в формирование экологических знаний внес шведский естествоиспытатель К. Линней. Не утратили своей актуальности его сочинения «Экономия природы», в которой предложил типологию местообитаний и «Общественное устройство природы». Линней создатель единой системы классификации растительного и животного мира. Французский исследователь природы Ж. Бюффон в 1749 г. предпринял попытку представить развитие Земли, животного мира и человека как единый эволюционный ряд. В его более поздних трудах подчеркивалось ведущее значение климатических факторов в экологии организмов. Лавуазье А. Л. Химик (1743-1794). Стоял у истоков экосистемного подхода. "Круговорот элементов на поверхности земного шара" - доклад(1792), обосновал суть биологического круговорота углерода, который растения берут из атмосферы, а при разложении органического вещества он возвращается в атмосферу. CHNOPS- биогенные элементы Ж.Б. Ламарк (1744-1829)сформулировал представление об адаптациях организмов к условиям среды. Т.Мальтус (1766-1834)стал основателем популяционного подхода в экологии. Он сформулировал представление об экспоненциальном росте численности народонаселения. Первый применил кривую численности от времени J-кривая. Показывает экспоненциальный рост.  N-численность, t- время Если при незначительной эмиграции и иммиграции рождаемость превышает смертность, то популяция будет расти. Рост популяции является непрерывным процессом, если в ней существуют все возрастные группы. Скорость роста популяции при отсутствии каких-либо экологических ограничений описывает дифференциальное уравнение: dN/dt = rN, J -образная модель роста популяции. Если r 0, то со временем численность популяции становится больше. Рост происходит сначала медленно, а затем стремительно увеличивается по экспоненциальному закону, т. е. кривая роста популяции принимает J-образный вид. Такая модель основывается на допущении, что рост популяции не зависит от ее плотности. Считают, что почти любой вид теоретически способен увеличить свою численность до заселения всей Земли при достатке пищи, воды, пространства, постоянстве условий среды и отсутствии хищников. Александр Гумбольт (1769-1859)на основе наблюдений, сделанных им во время продолжительных путешествий развил представления о жизненных формах и о климатической зональности. Пришел к понятию биосферы всед за Ламарком. 2. второй этап - оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний (после 60-х гг. XIX в.). В конце 70-х гг. XIX в. Немецкий гидробиолог К. Мёбиус вводит важнейшее понятие о биоценозе как о закономерном сочетании организмов в определенных условиях среды. Ч. Дарвин - опираясь на идеи Мальтуса, создал учение о естественном отборе, которое исключает перенаселение в природе за счет дифференцированного выживания и размножения особей и одновременно служит основным механизмом адаптации организмов к условиям среды. Карл Рулье в 1845г выступил со статьей "Сомнение в зоологии", где настаивал на необходимости изучения организмов не в музеях, а в природе, в тех условиях, в которых он существует, в образуемых ими сообществах. Очертил круг задач экологии того времени. Докучаев ВВ - первый стал трактовать почвы как основной элемент экосистемы. Эрнст Геккельпредложил термин экология (1866) и дал такое определение: под термином мы понимаем общую науку об отношениях организмов с окружающей средой, куда мы относим в широком смысле все "условия существования". Подошел к пониманию экологической ниши и пищевой цепи. Бентос - первый предложил этот термин. Чарлз Элтон 1900-1991. Будучи студентом участвовал в трех экспедициях на Шпицберген. Его первая большая книга "Animal Ecology" 1927г. Стала классической и переиздается по сей день. Исследования загадки регулярных подъемов численности популяций ряда видов северных млекопитающих. В 1958 исследования другой важности проблемы- биологических инвазий - нашли отражения в третьей книге. Является основателем журнала, внес вклад в формирование понятий экологическая ниша и пирамида чисел. Георгий Францев Гаузе 1910-1986г. Формирование экспериментального направления в экологии связано с трудами русского биолога Гаузе. Его эксперименты по изучению конкуренции и борьбы за существование привели к появлению классической модели "хищник-жертва" и понятию экологической ниши, разработку которого завершил Хатчинсон. 3. третий этап(50-е гг. XX в. – до настоящего времени). Превращение экологии в комплексную науку, включающую в себя науки об охране природной и окружающей человека среды. Современный период развития экологии в мире связан с именами таких крупных зарубежных ученых, как Ю. Одум, Э. Пианка, А. Швейдер, Р. Уиттекер, Н. Борлауг, Т. Миллер и др. Среди отечественных ученых следует навать И.П. Герасимова, А.М. Гилярова, В.Г. Горшкова, К.С. Лосева, Я.П. Наумова, Н.Ф. Реймерса, Соколова, С.С. Шварца, А.В. Яблокова и др. В 60-80 годы в СССР практически ежегодно принимались правительственные постановления об усилении охраны природы (об охране бассейна Волги и Урала, Азовского и Черного морей, Ладожского озера, Байкала, промышленных городов Кузбасса и Донбасса). Продолжался процесс создания природоохранного законодательства, издавались земельные, водные, лесные и иные кодексы. В 1964 г. под руководством В. Н. Сукачева была опубликована книга «Основы лесной биоценологии». В ней сделана попытка путем синтеза информации раскрыть количественные закономерности функционирования и эволюции такой сложной динамической системы, как лесной биогеоценоз. Во второй половине XX века начал осуществляться переход к пониманию необходимости сохранения естественной природы и стабильной окружающей среды. Своего рода точкой отсчета в существовании природоохранной деятельности, основанной на новом мышлении, следует считать резолюции Генеральной Ассамблеи ООН и ЮНЕСКО, принятые в декабре 1968 года. На конференции ООН в Рио-де-Жанейро (1992г.) была принята «Декларация по окружающей среде и развитию», содержащая документы, определявшие права и обязанности стран в деле обеспечения развития цивилизации и благосостояния людей. Всемирный саммит ООН по устойчивому развитию в 2002 году подтвердил приверженность всего мирового сообщества идеям устойчивого развития для долгосрочного удовлетворения основных человеческих потребностей при сохранении систем жизнеобеспечения планеты Земля. Таким образом, экология - это фундаментальная наука, в которой понимание взаимодействия человека и природы, анализ последствий его деятельности и путей их либерализации, планирование стратегии, основанной на заботе о природе и человечестве, постигается через системы экологического обучения и воспитания образа жизни. 3. Принцип системности как метод исследования в экологии. Прежде всего, необходимо сказать о том, что объектом исследований в экологии являются взаимоотношения между живыми биотическими компонентами окружающей среды и экологическими факторами. До развития научно-технической революции в области экологии господствовал механистический подход. Но в конце прошлого века стало ясно, что необходим новый подход – системный, так как все компоненты окружающей среды образуют определенные системы, которые являются основным понятием экологии. Для этого рассмотрим центральное звено экологических исследований – биологические объекты. Для системного метода характерно: 1.рассмотрение биологических объектов, как целостного комплекса взаимосвязанных элементов (в рамках экологии нельзя рассматривать один объект в отрыве от других); 2  . единство объектов со средой (невозможность существования биологических объектов вне среды);3. любая система является элементом другой системы, более высокого порядка (схема): Для системного подхода характерно: сложность; целостность; внутреннее взаимодействие; Системность – круг понятий, которые определяются друг через друга и хотя бы один из элементов невозможно определить. Невозможно изучать экологию без существования системного, механистического подхода и их дополнения и существования друг с другом. 4. Полевое и экспериментальное направление. Методы наблюдения и эксперимента в экологии. Экология имеет свою специфику – объектом ее исследования служат не единичные особи, а группы особей, популяции и их сообщества, то есть биологические макросистемы. Многообразие связей, формирующихся на уровне биологических макросистем, обуславливает разнообразие методов экологических исследований. Для эколога первостепенное значение имеют полевые исследования, то есть изучение популяций видов и их сообществ в естественной обстановке, непосредственно в природе. При этом обычно используются методы физиологии, биохимии, анатомии, систематики и других биологических наук. Экология рассматривает реакции организма как единого целого на констелляцию внешних факторов, то есть на совместное действие этих факторов при строгом учете сезонной цикличности жизнедеятельности организма и внутрипопуляционной разнородности. Полевые методы позволяют установить результат влияния на организм или популяцию определенного комплекса факторов, выяснить общую картину развития и жизнедеятельности вида в конкретных условиях. Однако наблюдения не могут дать вполне точного ответа, например, на вопрос, какой же из факторов среды определяет характер жизнедеятельности особи, вида, популяции или сообщества. На этот вопрос можно ответить только с помощью эксперимента, задачей которого является выяснение причин наблюдаемых в природе отношений. В связи с этим, экологический эксперимент, как правило, носит аналитический характер. Экспериментальные методы позволяют проанализировать влияние на развитие организма отдельных факторов в искусственно созданных условиях и, таким образом, изучить все разнообразие экологических механизмов, обуславливающих его нормальную жизнедеятельность. На основе результатов аналитического эксперимента можно организовать новые полевые наблюдения или лабораторные эксперименты. Выводы, полученные в лабораторном эксперименте, требуют обязательной проверки в природе. Это дает возможность глубже понять естественные экологические отношения популяций и сообществ. Эксперимент в природе отличается от наблюдения тем, что организмы искусственно ставятся в заданные условия, при которых можно строго дозировать тот или иной фактор и точнее, чем при наблюдении, оценить его влияние. Эксперимент может носить и самостоятельный характер. Например, результаты изучения экологических связей насекомых дают возможность установить факторы, влияющие на скорость развития, плодовитость, выживаемость ряда вредителей (температура, влажность, пища). В экологическом эксперименте трудно воспроизвести весь комплекс природных условий, но изучить влияние отдельных факторов на вид, популяцию или сообщество вполне возможно. Примером экологических экспериментов широких масштабов могут служить исследования, проводимые при создании лесозащитных полос, при мелиоративных и различных сельскохозяйственных работах. Знание при этом конкретных экологических особенностей многих растений, животных и микроорганизмов позволяют управлять деятельностью тех или иных вредных или полезных организмов. В современных условиях экологические исследования играют существенную роль в решении ряда теоретических и практических задач. Динамика численности организмов, сезонное развитие, расселение и акклиматизация полезных и вредных видов, прогнозы размножения и распространения – вот основные в настоящее время экологические проблемы. Разработка их требует рационального сочетания полевых, лабораторных и экспериментальных исследований, которые должны взаимно дополнять и контролировать друг друга. |