Лекция Введение в экологию. Вопросы к теме Объект изучения экологии взаимодействие живых систем
 Скачать 73 Kb.
|
|
Лекция № 1. Введение в экологию. Вопросы к теме: Объект изучения экологии — взаимодействие живых систем. История развития экологии. Методы, используемые в экологических исследованиях. Роль экологии в формировании современной картины мира и в практической деятельности людей. Значение экологии в освоении профессий и специальностей среднего профессионального образования. 1. Объект изучения экологии – взаимодействие живых систем: Термин «экология» («ойкос» - дом, жилище; «логос» - наука) ввел Э. Геккель. Экология– наука, изучающая взаимоотношения организмов с окружающей их органической и неорганической средами. Экология - взаимоотношения организмов между собой и окружающей их средой, с учетом изменений, вносимых деятельностью человека. Современная экология изучает организмы не только как отдельные виды, но и их взаимоотношения между собой и со средой на популяционно-биоценотическом уровне. Содержание экологии: исследования взаимоотношений организмов друг с другом и со средой на макросистемном (популяционно-биоценотическом) уровне: уровне популяций, сообществ, биогеоценозов, экосистем и, наконец, биосферы. Определения: Популяция – любая совокупность особей одного вида, способная обмениваться генетической информацией, обладающая особой внутренней структурой и существующая неопределённо длительное время на данной территории. Биоценоз (сообщество) – любая совокупность организмов различных видов, существующая в одном и той же местообитании и взаимодействующая посредством пищевых (трофических) и пространственных взаимоотношений. Биогеоценоз (экосистема) – биоценоз (сообщество) + биотоп (окружающая среда). Биосфера – область распространения жизни на планете Земля; область, заселенная живыми организмами в настоящем или прошлом. Предмет экологии: биологические макросистемы (популяции, биоценозы, биогеоценозы, экосистемы), их динамика во времени и пространстве. Задачи экологии: 1) Изучение структуры и динамики популяций и биогеоценозов; 2) Раскрытие сущности процессов, протекающих в биологических макросистемах; 3) Умение ими управлять с максимальной пользой для человека, без нанесения ущерба системе. 2. История развития экологии: Как дисциплина биологии выделилась в середине 19 века, как отдельная наука – конец 19 - начало 20 века. 1) Первые экологические сведения – древнеегипетские, древне индийские, древнекитайские и древнеевропейские источники – 6-4 вв. до н.э. – сведения об образе жизни и изменениях численности животных и растений. 2) Древняя Греция и Древний Рим: Гиппократ – влияние факторов среды на здоровье людей; Аристотель – классификация животных по образу жизни и питанию; Плиний Старший – труд «Естественная история». Все сведения носили сумбурный характер. 3) Средние века и эпоха Возрождения: В связи с накопившимися данными в ходе путешествий и исследований – ряд трудов: Карл Линней – основы научной систематики (бинарная номенклатура); Жан Бюффон – «Естественная история» (13 томов) – связи организма с внешней средой, влияние климатических факторов на организмы. Жан-Батист Ламарк – значение внешних условий в эволюции животных и растений Русские естествоиспытатели: М.В. Ломоносов – влияние среды на организмы. А. Каверзнев – «О перерождении животных» - изучал изменчивость животных под влиянием внешних и внутренних факторов. А. Болотов – классификация местообитаний растений. 4) 19 век: Выделение самостоятельных биологических дисциплин – география животных и география растений. А. Гумбольдт – «Идеи о географии растений» - использовал экологическую терминологию – жизненные формы растений, ассоциации, изолинии и т.д. Карл Рулье – основоположник экологии животных (более 160 работ). Доказывал, что развитие органического мира обусловлено воздействием изменяющейся внешней среды. Северцов – ученик Рулье. 1855г. – диссертация «Периодические явления в жизни зверей, птиц и гад Воронежской губернии» – первое детальное экологическое исследование в мировой зоологической литературе. Бекетов – ученик Рулье – создал школу русских фитогеографов. 1896г. – «География растений». Э.Геккель (1866г.) – ввел термин экология. К. Мебиус – учение о биоценозах (1877г.) Е. Варминг (1895г.) – ввел термин «экология» в ботанику. 5) Конец 19 – начало 20 вв.: В.В. Докучаев – создал учение о природных зонах, основы геоботанических исследований, учение о ландшафтах – изучал взаимоотношения растительности и почвы. Г.Ф. Морозов – «Учение о лесе» (1920г.) – впервые применил экосистемный подход к изучению природных биокомплексов. Д.Н. Кашкаров и В.В. Станчинский – «Среда и общество», «Основы экологии животных». А. Тенсли (1935г.) – учение об экосистемах. В.Н. Сукачев (1942г.) – понятие о биогеоценозе как о едином комплексе организмов и абиотического (неживого) окружения. В.И. Вернадский – учение о биосфере как о глобальной экосистеме. Г.И. Поплавская – «Краткий курс экологии растений» (1937г., 1948г.) 6) Современные экологические исследования: Б.Г. Иоганзен – «Основы экологии» (1959г.) А.П. Шенников – «Экология растений» (1950г.), «Ведение в геоботанику» (1964г.) Н.П. Наумов – «Экология животных» (1955г, 1963г.) С.С. Шварц – «Эволюционная экология животных» (1969г.) Г.А. Новиков – «Экология животных» (1980г.), «Основы общей экологии и охраны природы» (1979г.) Т.А. Работнов – «Фитоценология» (1978г.) Т.К. Горышина – «Экология растений» (1978г.) Современная экология подразделяется на 3 структурные части: 1) Экология растений: а) Ботаническая экология – изучает взаимодействия растений с неорганической средой (воздействие физико-химических факторов на отдельные виды растений). б) Фитоценология – изучает взаимоотношения между растениями, связи в растительном сообществе. 2) Экология животных: а) Экология особей – изучает взаимодействия животных с неорганической средой (воздействие физико-химических факторов на отдельные виды животных). б) Экология популяций – изучает совокупности особей одного вида, структуру, динамику и отношения в популяциях. 3) Биогеоценология – объединяет экологию животных и растений, т.к. занимается изучением многочисленных отношений в животно-растительных сообществах. В экологии четко выделяются разделы, основывающиеся на следующей схеме: Особь → популяция → вид → сообщество (биоценоз) → биогеоценоз (экосистема) → биосфера. В связи с этими уровнями организации живой материи выделяют следующие разделы: 1) Аутэкология – экология особей. 1896г. – Шретер. - изучает взаимоотношения особей с внешней средой; морфофизиологические реакции и приспособления организмов к физико-химическим условиям окружающей среды. Пример: изучение отдельного экземпляра вида дуб в лесу – аутэкологическое исследование. 2) Демэкология – экология популяций. - изучает естественные группировки особей 1 вида (популяции). Задачи: выяснение условий, при которых формируются популяции; изучение взаимоотношений между особями в популяции, их организации, динамики, численности. 3) Эйдэкология – экология видов. - наименее разработанный раздел современной экологии, т.к. с аут- и демэкологических исследований традиционно переключаются на синэкологию (т.е. особь → популяция → биоценоз). 4) Синэкология – экология сообществ и экосистем. - изучает ассоциации популяций разных видов растений, животных и микроорганизмов, образующих биоценозы и экосистемы, их структуру, взаимоотношения между собой и окружающей средой. Являются общебиологическими исследованиям и объединяют аут-, дем- и эйдэкологию. 5) Глобальная экология – экология биосферы. Мало изученный раздел, т.к. на современном этапе трудно осуществим глобальные исследования и мониторинг планетарного масштаба. Методы, используемые в экологических исследованиях: Многообразие и сложность взаимосвязей и взаимозависимостей живых систем разных уровней организации и среды обитания обусловливают огромное разнообразие методов экологических исследований. При этом, нередко, бывают использованы специфические методы других биологических и небиологических наук. Например, физиологии, медицины, анатомии, морфологии, фенологии, биохимии, систематики, ритмологии, химии, физики, математики, статистики, социологии, климатологии и др. Для современных экологических исследований характерна ориентация на количественную оценку изучаемых объектов и процессов (учет численности организмов в единицах пространства и времени, встречаемости, возрастной и половой структуры популяций, плодовитости, продуктивности, заболеваемости, загрязненности среды, силы действия ее факторов, прогноз на будущее и т.п.). По тому, как меняются показатели исследуемого объекта, можно судить о его состоянии на данный момент и выявить стабильность или тенденции к изменениям, скорость, размеры и направление изменений. Собственные методы экологии можно разделить на две группы:полевые, лабораторные. Полевые методыпредполагают изучение экологических явлений непосредственно в природе. Они помогают установить взаимосвязи организмов, видов и сообществ со средой, выяснить общую картину развития и жизнедеятельности биосистем. Полевые исследования имеют для экологии первостепенное значение, так как позволяют представить общую картину развития природы в конкретных условиях того или иного региона. Полевые методы, в свою очередь, могут быть маршрутными, стационарными, описательными и экспериментальными. Маршрутные методы используются для: выяснения наличия на исследуемой территории экологических объектов (например, тех или иных жизненных форм организмов, экологических групп, фитоценозов, охраняемых видов и др.); выявления разнообразия и встречаемости исследуемых экологических объектов. Приемами этой группы методов являются: прямое наблюдение; оценка состояния; измерение; описание (например, описание учетных площадок, отдельных представителей живого мира, фенофаз и т.п.); составление схем, карт и инвентаризационных списков исследуемых объектов. Стационарные методы - это методы длительного (сезонного, круглогодичного или многолетнего) наблюдения за одними и теми же объектами, требующие неоднократных описаний, замеров изменений, происходящих у наблюдаемых объектов. Эти методы обычно совмещают в себе полевые и лабораторные исследования. Описательные методы применяются при: регистрации основных особенностей изучаемых объектов; прямом наблюдении; картировании экологических явлений; инвентаризации ценных природных объектов. Эти методы являются ключевыми в экологическом мониторинге. Экспериментальные методы объединяют различные приемы прямого вмешательства в обычные характеристики исследуемых объектов. Производимые в эксперименте наблюдения, описания и измерения выявленных свойств объекта обязательно сопоставляются с такими же объектами, не задействованными в эксперименте. В экологическом эксперименте сравниваются проявления свойств изучаемого объекта в различных условиях окружающей среды. Эксперимент, поставленный в полевых условиях, может продолжиться в лаборатории. Лабораторные методы дают возможность изучить влияние комплекса факторов моделированной в лабораторных условиях среды на естественные или моделированные биологические системы и получить приблизительные результаты. Выводы, полученные в лабораторном экологическом эксперименте, требуют обязательной проверки в природе, т. к. в условиях лаборатории трудно применить весь комплекс факторов среды (но определить влияние одного-двух экологических факторов возможно). Кроме того, в последнее время широкое распространение метод моделирования экологических явлений в природе и обществе. Моделирование - метод опосредованного практического и теоретического оперирования объектом, когда исследуется не сам интересующий объект непосредственно, а вспомогательная искусственная или естественная система (модель), соответствующая свойствам реального объекта. Модель - мысленно представимая или материально реализованная система, которая, отражая или воспроизводя объект исследования, способна замещать его так, что ее изучение дает новую информацию об этом объекте. Модель может выполнять свою роль лишь тогда, когда степень ее соответствия объекту определена достаточно строго. Потребность моделирования в экологии возникает тогда, когда конкретное исследование самого объекта невозможно или затруднительно в силу: обилия (или скудости) фактических материалов о нем, дороговизны, требует слишком длительного времени. Любая модель всегда упрощена и отражает лишь общую суть процесса и имитирует реальность, но при этом моделирование позволяет исследовать процессы и явления, недоступные для непосредственного наблюдения. Так, методами имитационного моделирования (особенно с применением компьютеров) были получены достаточно надежные количественные прогнозы изменения численности популяции; устойчивости структуры экосистем и др. Имитационное моделирование широко используется при исследовании биосферы. И при этом для построения удовлетворительной модели достаточно учесть лишь четыре основных компонента - движущие силы, свойства, потоки и взаимодействие. Модели очень полезны, т. к. позволяют интегрировать все то, что известно о моделируемой ситуации. С их помощью можно выявить неточности в исходных данных об объекте, определить новые аспекты его изучения. Моделирование экологических явлений используется для практических прогнозов их динамики; исследования взаимосвязей видов и сообществ со средой; определения воздействия факторов; выбора путей рационального вмешательства человека в жизнь природы. Например, в 1971 г., по поручению Римского клуба, группа ученых разных стран создала имитационную компьютерную модель Ворлд-3 (World-3), с помощью которой были описаны перспективы роста численности населения планеты и мировой экономики в XXI в. В этой модели были задействованы многочисленные мировые данные о динамике роста населения на планете, об увеличении промышленного капитала, производства продуктов для питания, потребления ресурсов и загрязнения окружающей среды. Стратегия исследования заключалась в попытке путем упрощения смоделировать последствия действий этих факторов для принятия эффективных позитивных решений, способствующих сохранению биосферы и устойчивому развитию общества. Модели интегрируют в едином процессе экологического исследования междисциплинарный подход, математические, эмпирические и социологические методы. В последнее время, в изучении экологических связей и явлений широкое распространение получил социологический метод. В рамках, которого,осуществляется: опрос населения (массовый, групповой, индивидуальный); анкетирование; беседы с отдельными людьми для сбора экологических данных; анализ многолетних материалов здравоохранения, образования и т.п. Экологические исследования имеют большое значение в решении многих теоретических и практических задач существования природы, человека и общества. При этом необходимо рациональное сочетание различных методик, которые должны взаимно дополнять и контролировать друг друга. Роль экологии в формировании современной картины мира и в практической деятельности людей: На сегодняшний день роль экологии в жизни и практической деятельности человека растет. Это связано с обострением экологической ситуации на Земле, вызванной ростом населения, большим потреблением энергии, обострением социальных противоречий. Дальнейшее развитие и даже существование современной цивилизации возможно только в гармонии с окружающей средой, что требует глубокого знания и соблюдения биологических закономерностей, широкого использования биотехнологии. Значение экологии в освоении профессий и специальностей среднего профессионального образования: Для будущих медицинских работников небезынтересными будут вопросы экологии популяций, сообществ и экосистем. Изучая экологию микроорганизмов, необходимо иметь в виду, что они не только обитатели, но и созидатели современной биосферы, и сами служат экологическим фактором практически для всех живых организмов, с которыми они взаимодействуют как косвенно, через процессы круговорота элементов, так и непосредственно, являясь комменсалами, симбионтами или паразитами. При изучении экологии патогенных микроорганизмов внимание ученых привлечено к вопросу о возможности их размножения, а, следовательно, и обитания в окружающей среде. Построенные на новых данных обобщения способствовали возврату в эпизоотологию и эпидемиологию представлений об особой группе инфекций. Предназначение дисциплины «Экология» обосновано необходимостью сохранения экологического благополучия на Земле, которое всецело зависит, прежде всего, от уровня экологических знаний. Человек в конкурентной борьбе за выживание в природной окружающей среде начал строить свои искусственные антропогенные экосистемы. На современном этапе он для удовлетворения своих все возрастающих потребностей вынужден изменять природные экосистемы и даже разрушать их, возможно, и не желая этого. Дисциплина призвана сформировать у обучающихся экологическую позицию, активизировать творческую деятельность студентов в учебном процессе с учетом современных тенденций и содействовать в овладении навыками проведения самостоятельных научных исследований. Основная цель в подготовке медицинских работников по дисциплине «Экология» состоит в том, чтобы дать студентам понятие об экологии в целом и ее влияние на человека. |