Учебник по экологии для технических специальностей - Н.И. Николайкин. Учебник по экологии для технических специальностей - Н.И. Никола. Технические науки и по специальностям в области 650000 Техника и технологии е издание, стереотипное москва 2004
 Скачать 4.61 Mb.
|
|
1.3. Развитие современной экологии 25 1.3.2. Экология в системе естественных науки ее структура Современная экология — это фундаментальная наука о природе, являющаяся комплексной и объединяющая знание основ нескольких классических естественных наук биологии, геологии, географии, климатологии, ландшафтоведения и др. Согласно основным положениям этой науки, человек является частью биосферы как представитель одного из биологических видов итак же, как и другие организмы, не может существовать без биоты, те. без совокупности живущих ныне на Земле биологических видов, которые и составляют среду обитания человечества. Экологические системы, как и живые системы других уровней организации, являются весьма сложными, характеризуются нелинейной динамикой и их поведение в математических моделях описывают такие современные науки, как динамическая теория систем и синергетика. В моделировании экосистем определенную роль сыграли также представления кибернетики (науки об управлении) о теории регулирования, об устойчивости и неустойчивости, об обратных связях. В наше время термином экология все чаще обозначают совокупность взаимоотношений природы и общества. Рассматривая структуру современной экологической науки, примерно соответствующую структуре естественнонаучной дисциплины в высших учебных заведениях, можно выделить три основные ветви экологии. Первая ветвь Общая экология, или биоэкология, — это изучение взаимоотношений живых систем разных рангов (организмов, популяций, экосистем) со средой и между собой. Эту часть экологии в свою очередь подразделяют наследующие разделы аутэкологию, те. изучение закономерности взаимоотношений организмов отдельного вида со средой обитания (см. гл. 2, 3 и разд. 8.1); • демэкологию или экологию популяций (см. гл. 4 и разд. 8.2); синэкологию, те. экологию сообществ (см. гл. 5); • экосистемную и биосферную экологию (см. гл. 6, 7). Вторая ветвь Геоэкология — это изучение геосфер, их динамики и взаимодействия (см. разд. 7.2), геофизических условий жизни, факторов (те. ресурсов и условий) неживой окружающей среды, действующей на организмы. 26 Глава 1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ЭКОЛОГИИ Третья ветвь Прикладная экология — это аспекты инженерной, социальной, экономической охраны среды обитания человека, проблем взаимоотношений природы и общества, экологических принципов охраны природы (см. разд. 8.3, гл. 9 и 10). 1.3.3. Экология как мировоззрение Экологический кризис, в состоянии которого находится сейчас наша планета, является следствием не только роста населения, но и кризиса сознания. Так, если в XVIII—XIX вв. и ранее в сознании человечества преобладало понятие долга, нравственного, семейного, государственного, религиозного, тов вв. большое распространение получили идеалы потребления, комфортабельной, приятной жизни. Человечество на этом путине достигло счастья, однако потеряло возможность жить в ладу с природой и с самим собой. В результате к концу XX в. термин экология перешагнул границы университетских аудиторий и превратился в политический лозунги в обозначение определенного типа мировоззрения. Для специалиста, занимающегося экологией, неприемлем термин окружающая среда, поскольку предметом экологии является природа, а также взаимодействия и взаимоотношения организмов в ней, но никак не среда, окружающая и обслуживающая человека. Если большая часть XX в. прошла под флагом эйфории от технологических успехов, то теперь человек понял, что он дитя природы, а не ее хозяин и властелин сама возможность жизни человека на планете обеспечивается сложившейся в биосфере за тысячелетия скоординированной жизнедеятельностью всех биологических видов. Такое мировоззрение может быть названо биоцентрическим, в отличие от антропоцентрического, в котором в центре природы и мироздания стоит человек, и от социоцентрического, в котором центром и целью жизни самого человека является тоталитарная социальная или производственная система. В трудах выдающегося гуманиста XX в. А. Швейцера (1875—1965) — немецко-французского мыслителя, теолога и миссионера — биоцентрическая точка зрения выражена в словах благоговение перед жизнью, которые, по-видимому, представляют собой единственно приемлемую этическую основу взаимоотношений человека и живой природы. 1.4. Экологические проблемы России 27 Научные представления и математические модели, которые были упомянуты ранее, послужили основанием для современной футурологии и различных социально-экономических прогнозов. В соответствии с произошедшими изменениями в мировоззрении и науке все чаще акцентируют внимание на концепции русской классической школы биологов и экологов, направленной на изучение явлений коэволюции в природе, ив том числе возможности сопряженной эволюции человека и биосферы. Эта концепция разработана в трудах В. И. Вернадского, Н. В. Тимофеева-Ресовского и философской школы русских кос- мистов, те. исследователей, которые, с одной стороны, изучали естественные законы существования биосферы, ас другой стороны, философски осмысливали цель жизни человека и человечества в целом. 1.4. Экологические проблемы России Движение за охрану природы зародилось в России еще дог, причем существовали различные взгляды на его необходимость. Одна из концепций, основывающаяся преимущественно на эстетических и этических критериях, представлена в работах А. П. Семенова-Тянь-Шанского. Основа этой концепции — в убежденности, что человечество представляет собой элемент, само существование которого разрушает присущую природе гармонию. В другой концепции (ГА. Кожевникова и В. В. Станчин- ского) природа представлена как некая четкая структура, характеризующаяся взаимозависимостью между составляющими ее биологическими компонентами и относительной равновесностью, а человечество рассматривалось как нечто чуждое гармоничными исконно существующим природным системам. Приверженцы этой концепции были глубоко обеспокоены тем, что цивилизация с больпюй скоростью разрушает равновесие в природных системах и рискует разрушить саму себя. Сторонники третьей, утилитарной концепции исповедовали принцип устойчивого урожая и максимальной эффектив- 1 Футурология (от лат futurum — будущее и греч logos — учение) — комплексная дисциплина, основывающаяся на данных общественных и естественных науки ставящая целью предвидение будущего развития человечества и отдельных сфер жизни общества. 28 Глава 1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ЭКОЛОГИИ ности использования природных ресурсов. Они были склонны к узкому толкованию понятия ресурсы и руководствовались критериями сиюминутной хозяйственной выгоды. Живое делили на полезное и вредное и последнее обрекали на истребление. Прагматики не учитывали целостность экологических систем и были восприимчивы к целями методам, навязываемым политическим руководством. Впервые годы советской власти возобладал экологический подход к охране природы. Были организованы заповедники, представлявшие собой уникальные учреждения, с функциями центров экологических исследований, а также эталонов определенных природных зон. Несмотря на первоначальные успехи, положение экологически ориентированной охраны природы не было по-настояще му устойчивым. Главными препятствиями стали новые приоритеты и задачи пятилетних планов. Появились идеи преобразования и покорения природы. Был сформирован образ человека как венца эволюции. Прогресс в развитии человечества стали отождествлять сего полным господством над всем ходом жизни на планете. Преобразовательский пафос стал проявлением крайнего антропоцентризма. Природу превратили в противника, которого следует победить в процессе созидания рукотворной окружающей среды. Результатом этого стало превращение лесозаготовительных работ в тотальное уничтожение лесных экосистем в х гг.), разработка проектов по повороту рек, проведение работ по акклиматизации различных промысловых животных и по мелиорации (осушению) ценных болотных экосистем, освоение целины, а также множество иных проектов, приведших к уничтожению многих естественных экосистем России. Справедливости ради следует заметить, что многие развитые страны к середине XX в. достаточно преуспели в деле покорения природы как на территории своих стран, таки в колониях. В настоящее время Россия активно участвует в работе международных конференций и организаций по охране окружающей среды, присоединилась к многочисленным международным соглашениям в этой области. Усилиями средств массовой информации и экологов в сознание людей ив государственную практику России внедряют понятие экологической безопасности как элемента государственной и личной безопасности. Важное место в программе действий в области экоразвития занимает всеобщее экологическое 1.4. Экологические проблемы России 29 образование, первостепенное значение которого, а также бытовой и производственной экологической культуры определяет следующая формула Анализ положения России на экологической карте мира показывает, что она является одной из восьми стран, состояние природной среды в которой определяет состояние биосферы в целом. Помимо России, к числу таких стран относят США, Японию, Германию, Китай, Индию, Индонезию и Бразилию. Несмотря на печальные последствия проводившихся преобразований природы и длительного экстенсивного развития, в России сохранились достаточно большие нетронутые деятельностью человека экосистемы (в основном на севере ив Сибири. По современным данным ООН Россия находится на четвертом месте в мире по видовому разнообразию наземных экосистем. Она имеет 99 заповедников и 33 национальных парка (к сожалению, занимающих всего 2% территории страны. Это — наследство будущих поколений россиян, шанс на сохранение жизнеспособности страны. По другим важнейшим показателям состояния природной среды и человеческой популяции в России, а именно по средней продолжительности жизни и по показателю здоровья населения, страна находится на значительно более низком уровне. Экономические и социальные кризисы последних лет, низкая культура производства привели к тому, что по показателю здоровья населения Россия занимаете место, по средней продолжительности жизни женщине, а мужчине место в мире. Здоровье природной среды и здоровье населения России необходимо внести в число приоритетов государственной политики нашей страны. Столь же необходимо грамотное отношение к проблемам здоровья каждого отдельного человека. Именно эти обстоятельства послужили причиной введения в программы общего обязательного образования вузов России самостоятельной дисциплины Экология. 30 Глава 1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ЭКОЛОГИИ Контрольные вопросы и задания 1.1. Что такое экология Кто ввел в науку термин экология 1.2. Перечислите этапы исторического развития экологии как науки. Какова роль отечественных ученых в ее становлении и развитии 1.3. Кто был основателем научной систематики растений и животных 1.4. В чем особенности современных представлений об экологии 1.5. Какой вклад в развитие экологии внесли ученые древнего мира 1.6. Когда впервые люди получили мощный рычаг воздействия на природу 1.7. Почему каждому члену общества необходима экологическая культура и экологическое образование 1.8. Чем отличается биоцентрическое и антропоцентрическое мировоззрения в экологии 1.9. Каковы основные причины конфликта между обществом и природой в современных условиях 1.10. Почему возрос общественный интерес к экологии в конце XX в ГЛАВА ОРГАНИЗМ И СРЕДА ОБИТАНИЯ Жизнь — активное поддержание и самовоспроизведение специфической структуры, идущее с затратой полученной извне энергии. Жизнь на Земле существует в виде отдельных организмов, и независимо от строения и размеров, организмы всегда обособлены от окружающей их среды, при этом постоянно находятся во взаимодействии с ней. Для живого характерен ряд свойств, которые в совокупности делают живое живым. Такими свойствами являются самовоспроизведение, целостность и дискретность, рост и развитие, обмен веществ и энергии, наследственность и изменчивость, раздражимость, движение, внутренняя регуляция, специфичность взаимоотношений со средой. Живой организм — целая биологическая система, состоящая из взаимозависимых и соподчиненных элементов, взаимоотношения которых и особенности строения определены их функционированием как целого. Главные отличия живых организмов — способность к саморегуляции (сохранению строения, состава и свойств) и способность к самовоспроизведению (многократному повторению своих характеристик в поколениях. По определению акад. МВ. Волькенштейна Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот. Клетка — основная структурно-функциональная единица всех живых организмов, элементарная живая система. Она может существовать как отдельный организм (бактерии, простейшие, некоторые водоросли и грибы, таки в составе тканей многоклеточных организмов. Лишь вирусы представляют собой неклеточные формы жизни. Со времен Аристотеля организмы прежде всего подразделяют на растения и животных, клетки которых принципиально одинаковы. В современной науке — систематике, описываю 32 Глава 2. ОРГАНИЗМ И СРЕДА ОБИТАНИЯ щей все разнообразие живой природы, выделяют ряд таксонов наиболее крупные из которых — бактерии, простейшие, грибы, растения и животные в пределах каждого царства — типы, классы и более мелкие таксоны — группы организмов, различающихся по структуре тела и органов и по способам осуществления жизненных функций. Тем не менее большинство современных ученых признает необходимость выделения таксона более высокого ранга. Это, во-первых, прокариоты (от лат pro — перед, раньше, вместо и греч karyon — ядро) — только одноклеточные организмы, не имеющие истинного ядра, ограниченного мембраной. К ним относятся бактерии, включая архе- и цианобактерии. Аналогом ядра служит структура, состоящая из белков, дезоксирибонуклеиновой (ДНК) и рибонуклеиновой (РНК) кислот. Они лишены хлоропластов, митохондрий и аппарата Гольджи. Во-вторых, это эукариоты — одно- и многоклеточные организмы, имеющие в клетках истинное ядро. К ним относятся все остальные организмы. Деление на прокариотов и эукариотов характерно и для самых древних организмов. 2.1. Состав клетки Живые тела наряду с веществами, распространенными в неживой природе, содержат множество веществ, характерных только для живых организмов (табл. 2.1). Таблица 2. 1 Химический состав клетки (%) Неорганические соединения Вода Неорганические вещества 70—80 1,0—1,5 Органические соединения Белки Углеводы Липиды (жиры) Нуклеиновые кислоты АТФ и другие низкомолекулярные органические вещества 10—20 0,2—2,0 1,0—5,0 1,0—2,0 0,1—0,5 АТФ — аденозинтрифосфорная кислота. Таксон — группа организмов, связанных той или иной степенью родства и достаточно обособленная, чтобы ей можно было присвоить определенную таксономическую категорию какого-либо ранга (вид, род, семейство и т. д. 2 . 1 . Состав клетки 33 Из числа существующих на Земле химических элементов всеми необходимыми свойствами для того, чтобы быть структурными компонентами живого вещества, обладают лишь соединения углерода. Уникальная способность углерода создавать углерод-углеродные связи, составлять полимерные цепи и кольца, содержащие как одинарные, таки кратные угле род-углеродные химические связи, позволяет образовывать огромное количество разнообразных органических соединений. Подобным свойством образовывать химические связи с самим собой обладают еще два элемента — сера и кремний, однако они сильно уступают углероду. В результате построение живого вещества на основе преимущественно серы или кремния невозможно. Тем не менее кремний- и серосодержащие органические соединения в живой природе многочисленны и играют важную роль. Среди неорганических веществ, входящих в состав клетки, первое место занимает вода. Ее роль чрезвычайно велика большинство химических процессов протекает только вводных растворах, вода обеспечивает терморегуляцию, многие вещества поступают в клетку и выводятся из нее в виде водных растворов. Биогенные элементы — химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и необходимые им для жизнедеятельности. В составе живого вещества более 70 элементов периодической системы Д. И. Менделеева, причем больше всего около 98% по массе) в клетках кислорода, водорода и углерода. К числу так называемых универсальных элементов (присутствующих в клетках всех организмов) относятся азот, кальций, калий, фосфор, магний, сера, хлор, натрий. Свыше 30 металлов (Al, Fe, Сии др) и неметаллов (I, Br, F, В, содержащихся в клетках в малых количествах (обычно тысячные доли процента и ниже) и исключительно необходимых для жизнедеятельности клеток (см. закон Ю. Либиха в разд. 3.2.1), называют микроэлементами. Сравнение химического состава живого и косного вещества Земли — земной коры и вод Мирового океана показывает несоответствие распространенности химических элементов в косных компонентах и живом веществе (рис. 2.1, а—г). Так, в земной коре содержание углерода враз ниже, чем в живом веществе, а кремния, наоборот, намного больше. 2 Экология 34 Глава 2. ОРГАНИЗМ И СРЕДА ОБИТАНИЯ мг/кг 10 5 10 4 10 3 ю ю мг/кг 10 5 ю 10 3 ю ю мг/кг ю ю 10 3 ю ю а) мг/кг Ю Ю 10 3 ю ю НОС Са Кг) Рис 2.1. Распространенность химических элементов в живом веществе а, атмосфере (б гидросфере, литосфере (е) (по В. Лархеру) Недостаток или недоступная для усвоения организмом форма в окружающей природной среде какого-либо необходимого для жизнедеятельности химического элемента ограничивает рост и размножение живых организмов. В живых клетках обнаруживают следы практически всех элементов, присутствующих в ОС. Различия входе геологиче- 2.2. Обмен веществ 35 ской истории и почвообразующих процессов в отдельных областях Земли привели к формированию биогеохимических провинций — областей на поверхности Земли, резко отличающихся по содержанию каких-либо химических элементов, например урановые и ториевые провинции (см. разд. 3.1.1.1). Значительная недостаточность или избыточность содержания химического элемента в среде вызывает в пределах данной биогеохимической провинции соответствующие эндемии — специфические заболевания растений, животных и человека (см. разд. 8.1.5). |