Конспект лекций минск 2004 3 введение термин экология происходит от греческих слов ойкос
 Скачать 0.83 Mb.
|
|
2 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛА- РУСЬ БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ ЭКОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ МИНСК 2004 3 ВВЕДЕНИЕ Термин экология происходит от греческих слов ойкос – дом, жи- лище и логос – учение, наука. То есть, в буквальном изложении эко- логия – это знание об обитателях «природного дома» и обо всем, что в нем происходит. Примечательно, что термин экономика также об- разован от греческого слова ойкос и буквально означает искусство ведения домашнего хозяйства. В идеале экономика и экология долж- ны органично дополнять друг друга, к сожалению, в реальной жизни это можно наблюдать очень редко. В современном понимании, экология – это наука об отношениях организмов или групп организмов с окружающей их средой. Отсю- да логически вытекает основная цель экологии как науки– получе- ние наиболее полного и всестороннего представления о взаимо- отношениях между живыми организмами и средой их обитания. Экология имеет свои специфические объекты исследования: с од- ной стороны, это среда обитания во всех своих проявлениях и все характеризующие ее параметры, с другой стороны, живые организ- мы – живая материя, в основном на трех уровнях ее организации: ор- ганизменном (особи, индивидуумы и их группы), популяционно- видовом (популяции, таксоны рангов ниже видового и виды) и эко- системном (сообщества). Предметом рассмотрения для этой науки являются взаимоотношения между живыми организмами и сре- дой их обитания. Экология животных является одним из разделов экологии, выделя- емым наряду с экологией растений, экологией водорослей, экологией грибов, экологией микроорганизмов. Таким образом, экология жи- вотных – это наука об отношениях животных организмов или групп организмов с окружающей их средой. Принципы экологии животных идентичны общеэкологическим, но они рассматриваются сквозь призму специфики зоологических объектов. Поэтому экология животных теснейшим образом интегрирована к различными разде- лами экологии и зоологии. Среди последних следует особо выделить морфологию и физиологию животных, этологию, зоогеографию. Различают два основных подхода к изучению экологических объ- ектов. Статический или феноменологический подход предполагает выполнение экологических наблюдений и описаний (например, определение структуры биологического разнообразия животных ор- ганизмов). Динамический подход или каузальный подход нацелен на 4 выявление причинно-следственных связей (как правило, при этом используется экологический эксперимент). Как любая другая наука, экология пользуется как специфическими методами исследований, так и заимствует методологию других от- раслей знаний. Среди используемых современной экологией живот- ных методологических подходов и принципов следует особо выде- лить три: 1. Принцип системности означает, что любая экологическая си- стема рассматривается как целое, обладающее свойствами, не своди- мыми к сумме свойств его компонентов. Каждый уровень экосисте- мы характеризуется собственными, присущими только ему свой- ствами, и, кроме того, обладает суммой свойств входящих в него подсистем-компонентов. Примером может служить кумулятивное действие вырабатываемых животными ядов; компенсация выпавших экземпляров в колониях кишечнополостных; синергическое антиток- сическое действие слизи, продуцируемой рыбами, находящимися в ограниченном объеме воды. 2. Статистические методы позволяют корректным образом количественно описать экологические процессы, рассматривая их как стохастические (вероятностный характер процессов, протекающих в биологических и экологических системах, подробно рассматривался в курсе биометрии). 3. Моделирование. Модель – это абстрактное описание того или иного явления реального мира, позволяющее делать предсказания относительно этого явления. Простейшие модели имеют неформали- зированную основу – это вербальные (словесные) и графические мо- дели. Моделями являются подробные описания (диагнозы) зоологи- ческих видов, наскальные изображения охотничьих животных, схемы биологических циклов паразитов и т.п. Более совершенные модели имеют формализованную основу – это математические модели, например, динамики численности насекомых-вредителей, позволяю- щие предсказывать их численность в определенный момент времени и принимать обоснованные решения по управлению ею. Экология как наука базируется на разных отраслях биологии (фи- зиология, биофизика, генетика и др.) и тесно связана с небиологиче- скими естественными науками (физика, химия, геология, география, математика и др.), на терминологический аппарат и технологические возможности которых опираются экологические исследования. Эко- логические знания являются неотъемлемой частью информационной 5 базы современной медицины и ветеринарии. Экология животных тесно связана с прикладными направлениями науки – зоотехнией, охотоведением, лесоведением, защитой растений, медицинской и ве- теринарной зоологией, охраной природы. Исходя из вышеизложенного, можно сформулировать разнообраз- ные задачи экологии животных, от общетеоретических до узкопри- кладных: 1. исследование закономерностей взаимодействия животных ор- ганизмов со средой обитания, в т.ч. в связи с антропогенным воздей- ствием на природные системы; 2. прогнозирование изменений в природе под влиянием деятель- ности человека; 3. экологическая индикация при определении тех или иных ком- понентов и элементов среды обитания, в т.ч. биоиндикация загрязне- ния среды с использованием животных организмов; 4. управление процессами, протекающими в биосфере, в том числе регуляция численности популяций животных; 5. сохранение биологического разнообразия животных организ- мов и эталонов ненарушенных природных систем как сред их обита- ния; 6. создание научной основы рациональной эксплуатации биоло- гических ресурсов, в т.ч. перехода от промысла животных к их куль- тивированию; 7. восстановление нарушенных природных систем (в т.ч. восста- новление пастбищ, продуктивности водоемов и т.п.). Неразумные попытки преобразовать природу вопреки ее законам, имевшие место в прошлом и не прекращающиеся в настоящее время, по сути дела и породили острую проблему экологического кризиса. Основная задача экологии в приложении к практике – создать необ- ходимую научную базу для успешного и с минимальными издержка- ми ее разрешения. Первые экологические знания были накоплены человечеством на заре его развития. Знания об окружающей среде – животных, расте- ниях, других племенах, силах природы – были жизненно необходимы первобытному человеку, т.к. помогали выжить в весьма враждебном мире. Важнейшей вехой в развитии человечества стало освоение огня и других природных явлений, а также создание орудий, позволявших человеку преобразовывать среду своего обитания, что и положило начало возникновению человеческой цивилизации. 6 Наука как специфическая сфера общественного сознания начала оформляться в Античном мире. Труды Гиппократа, Аристотеля, других мыслителей того времени содержат массу сведений экологи- ческого плана. В эпоху Средневековья научная деятельность в стра- нах Европы подвергалась запретам, накопление научного знания практически прекратилось, многое было утрачено. В это время есте- ствознание (а значит и исследования экологической направленности) в той или иной степени развивались в странах Востока. Многие работы натуралистов эпохи Возрождения носили явно эко- логический характер. Примером могут служить исследования Анто- ни ван Левенгука (начало XVII века) сообществ микроорганизмов виноградного сока на разных стадиях его сбраживания. Великое Княжество Литовское в это время являлось одним из наиболее разви- тых государств Европы. До нас не дошли какие-либо значимые науч- ные труды в области естествознания, но первые шаги в области появ- ления экологического права сделаны были здесь. В Российской империи, к которой отошла территория современной Беларуси после трех разделов Речи Посполитой, в 18–19 столетиях естествоиспытатели-натуралисты активно вели работу по описанию природы Восточной Европы и Северной Азии. Среди прочих огром- ный вклад в изучение животного вида внесли П.С. Паллас, К.М. Бэр, М.А. Мензбир, А.Ф. Миддендорф. Основоположником собственно экологического направления в естествознании в России был профес- сор Московского университета К.Ф. Рулье (1814–1858), который призывал изучать живые организмы в их взаимоотношениях с окру- жающей средой, так как: «Ни одно органическое существо не живет само по себе; каждое вызывается к жизни и живет постольку, по- скольку находится во взаимодействии с относительно внешним для него миром». Первой собственно экологической научной работой в России считается магистерская диссертация «Периодические явления в жизни зверей, птиц и гад Воронежской губернии» (1855) его учени- ка Н. А. Северцова. Однако экологические исследования вплоть до XIХ века не дифференцировались среди прочих отраслей так называ- емых естественноисторических наук. Собственно термин экология был предложен выдающимся биоло- гом Эрнестом Геккелем в 1866 г. Термин биоценоз ввел в 1877 г. Немецкий гидробиолог К. Мѐбиус. Оформление экологии в самосто- ятельную дисциплину произошло на рубеже двадцатого столетия, однако этот термин оставался малоупотребимым. Окончательно 7 утвердился он лишь после Второй мировой войны. Первые советские экологические работы рубрицировались по направлению биоценоло- гия. Автором первого отечественного учебника по экологии живот- ных был проф. Д.Н. Кашкаров. Массовый поворот к различным аспектам экологии, особенно при- родоохранным, в сознании населения произошел в развитых капита- листических странах Европы и Северной Америки в конце шестиде- сятых годов ХХ века. С этого времени широкие массы населения стали проявлять озабоченность проблемами загрязнения среды оби- тания, охраны природы, вопросами потребления ресурсов сырья и энергии, ростом народонаселения. Широким фронтом развернулись отныне щедро финансируемые экологические научные исследования. Стали организовываться экологические научно-исследовательские центры, кафедры экологии в ВУЗах, началась подготовка собственно специалистов-экологов. В странах социалистического лагеря этот процесс не принял лавинообразного характера. Новые научные учреждения организовывались постепенно, изредка открывались ка- федры в университетах. Осознание широкими массами населения стоящих перед обществом экологических проблем произошло лишь в конце восьмидесятых годов, особенно после аварии на Чернобыль- ской АЭС. На Беларуси в довоенные годы научные исследования в области экологии животных были начаты на кафедре зоологии Белорусского государственного университета в 1921 г. под руководством первого заведующего кафедрой проф. А.В. Федюшина. В 20–30-е годы боль- шой вклад в развитие зоологической науки в республики внес акаде- мик ВАСХНИЛ и АН БССР Н.М. Кулагин. В послевоенное время прогресс в области экологической науки тесно связан с именем из- вестного гидробиолога, член-корреспондента АН СССР Г.Г. Винбер- га – одного из основоположников продукционной экологии. Профес- сор Г.Г. Винберг многие годы заведовал кафедрой зоологии беспо- звоночных БГУ, в результате его активной научно-педагогической деятельности была создана белорусская школа гидробиологов. В по- следующем исследования в области экологии животных в республи- ке концентрировались в Институте зоологии Академии наук, кото- рый многие годы возглавлял академик АН СССР/РАН и АН БССР Л.М. Сущеня. В 1974 г. на базе кафедры зоологии беспозвоночных БГУ была организована кафедра общей экологии, гидробиологии и охраны природы, одна из первых университетских экологических 8 кафедр в СССР. Экологические исследования в БГУ успешно осу- ществлялись на этой кафедре, а также в проблемной научно-иссле- довательской лаборатории экспериментальной биологии, а затем – в лаборатории гидроэкологии, возглавляемой член-корреспондентом НАН Беларуси А.П. Остапеней. ФАКТОРИАЛЬНАЯ ЭКОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ С точки зрения экологической науки, среда – это тела и явления (объекты и процессы), с которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях. Под факторами среды, то есть экологическими факторами под- разумеваются любые элементы среды, способные оказывать на жи- вые организмы то или иное влияние. Например, воздействие на жи- вотных космического нейтринного излучения, пронизывающего Зем- ной шар, никак не проявляется. Ввиду этого, его можно исключить из числа элементов среды, относящихся к числу экологических факто- ров, действующих на рассматриваемой планете в данное время. В свою очередь, организм реагирует на экологический фактор спе- цифическими приспособительными реакциями. Способность к адап- тации, приспособлению – фундаментальное свойство органической жизни. Эта способность обеспечивает возможность живым организ- мам выжить в конкретных условиях их обитания. Существует большое число различных классификаций экологиче- ских факторов. Так, факторы среды можно разделить на: факторы неживой природы, т.е. абиотические; факторы живой природы, т.е. биотические. Под абиотическими факторами понимается воздействие материи (в форме вещества и/или полей) и ее основных характеристик (тем- пература, величина ускорения свободного падения и т.п.). Среди прочих выделяются следующие группы абиотических факторов: климатические (температура, вода/влага, свет, атмосферное давление, ветер и др.); эдафические (механический состав, влагоемкость, воздухопро- ницаемость, плотность почвы); орографические (рельеф местности, высота над уровнем моря, экспозиция склона); химические – газовый состав воздуха и наличие химических за- грязнений; состав воды – содержание растворенных веществ и взве- 9 сей; кислотность, осмотическое давление и состав почвенных рас- творов; химический состав грунта). Климатические факторы являются одними из важнейших, опреде- ляющих условия обитания животных на суше. Данные обычных ме- теорологических наблюдений дают представление о макроклимате определенной территории. Те же показатели для отдельного биотопа позволяют нам судить о его мезоклимате. Соответственно, мезокли- мат северного и южного склонов одного и того же холма будет раз- личаться. Понятие микроклимата относится к малых размеров (площадью до десятков квадратных дециметров) участкам поверхно- сти почвы, растительного покрова и т.п. Например, полуденная тем- пература коры на северной и южной сторонах ствола дерева в сол- нечный день может различаться на десятки градусов. Биотические факторы – это разного рода воздействия живых ор- ганизмов, в том числе особей своего вида. Под микробиогенными факторами подразумевается деятельность бактерий, вирусов, риккет- сий и других микроскопических организмов; микогенными –грибов; фитогенными – растительных организмов; зоогенными – деятель- ность животных организмов. Несколько в стороне стоит антропиче- ский (антропогенный) фактор как специфическая деятельность че- ловека. Другие системы классификации экологических факторов основаны на иных критериях. Например, можно разделить факторы на зави- сящие от численности (плотности) организмовине зависящиеот таковой. Так, региональный макроклимат практически не зависит от состава и плотности животного населения региона. В то же время, животные могут существенно влиять на микроклиматические усло- вия. Например, при тотальном объедании хвои или листвы деревьев насекомыми при вспышках массового размножения в лесу изменяет- ся ветровой режим, влажность, динамика температуры на уровне крон и у поверхности почвы. Из-за выпадения отдельных растений древостой может изреживаться, а групп – образоваться прогалины. Эти изменения неизбежно скажутся на последующих поколениях этих же насекомых, а также их конкурентах и энтомофагах. С практической точки зрения полезна дифференцировка экологиче- ских факторов по периодичности их действия. Именно этот критерий лежит в основе классификации, предложенной проф. А. С. Мончад- ским, который предложил выделять следующие их группы: 10 первичные периодические – явления, связанные с вращением Земли и Луны (смена времен года, параметры солнечной радиации, приливно-отливные явления, определяемые положением Луны отно- сительно Земли); вторичные периодические, являющиеся следствиями действия первичных периодических (суточный ход температуры, влажности, освещенности, динамика кормовых ресурсов и т.п.); непериодические – факторы, не имеющие правильной циклич- ности (стихийные явления, механический и химический состав поч- вы, орографические факторы как таковые, залповые выбросы вулка- нического вещества, а также техногенных ксенобиотиков и т.п.). Эволюционно у живых организмов выработались приспособления к действию периодических факторов. Неблагоприятное воздействие непериодических факторов зачастую оказывается фатальным, по- скольку, живые организмы не в состоянии выработать соответству- ющие адаптации вследствие непредсказуемости их проявления. По пространственно-временному параметру можно выделить ста- бильные и лабильные экологические факторы. Значения первых (например, уровень гравитации, содержание азота в атмосферном воздухе) константно в течение весьма продолжительных периодов времени. Действие вторых подвержено выраженным изменениям во времени и пространстве. Изменения во времени могут быть: |