Нові напрямки в екології. Сучасні напрями науки «Екологія» та їх значення

Як формувалася та розвивалася наука екологія?

Екологія як наука своїм корінням сягає в далеке минуле. Поступово людство накопичувало дані про взаємозв'язок живих організмів із середовищем їх проживання, робилися перші наукові узагальнення. До 60-х років. ХІХ ст. відбувалося зародження та становлення екології як науки. І лише в 1886 р. німецький біолог Ернст Геккель виділив екологічні знання в самостійну галузь біологічної науки, запропонувавши для неї і саму назву - екологія. Слово «екологія» походить від двох грецьких слів: oikos, що означає будинок, батьківщина, іlogos – поняття, вчення. У буквальному значенні екологія - це «домознавство», «наука про місце проживання».

На початку XX століття стало ясно, що предметом екології повинні бути не тільки біологічні об'єкти, але і все природне середовище в сукупності та активній взаємодії всіх її компонентів. Великий внесок у становлення сучасної екології було зроблено найбільшим російським вченим XX ст. В. І. Вернадським. Веррнадський Володимир Іванович – великий російський та радянський природознавець українського походження, мислитель та громадський діяч XX століття. Детальніше див: http://ua.wikipedia.org/wiki/Біосфера

В.І. Вернадський (1863-1945)

Він першим вказав на те, що живі організми не тільки пристосовуються в процесі біологічної еволюції до природних умов, але й у свою чергу дуже сильно впливають на формування геологічного та геохімічного вигляду Землі. Вченим було створено фундаментальне вчення про біосферу див.: http://ua.wikipedia.org/wiki/Біосфера як про цілісну оболонку Землі, в якій живі організми забезпечують існування біосфери.

Сучасне поняття «екологія» має ширше значення, ніж у перші десятиліття розвитку цієї науки. Загальну увагу до екології призвело до розширення спочатку досить чітко позначеної Ернстом Геккелем області знань (виключно біологічних) на інші природничі і навіть гуманітарні науки. В цілому, екологія в сучасному розширеному розумінні далеко вийшла за межі біологічної праматері – біоекології. Приблизно з 50-х років. XX ст. екологія стала перетворюватися на комплексну науку, що вивчає закони існування живих систем у їх взаємодії з навколишнім середовищем. У 70-ті роки стала відбуватися швидка екологізація природознавства та значної частини людинознавства. Виникло щонайменше 50 різних галузей екології (наприклад - спеціальна екологія, геоекологія, геоінформатика, прикладна екологія, екологія людини; ці галузі, у свою чергу, також поділяються на підгалузі). Умовно напрями екології можна розділити на дві основні частини - загальна, або фундаментальна, екологія, що вивчає всю живу природу в цілому, і соціальна екологія, що вивчає взаємозв'язки людського суспільства з природою. Вони визначають правила та прийоми раціонального природокористування, охорони навколишнього середовища.

Як ви вважаєте, чому всі люди планети повинні усвідомити необхідність раціонального природокористування?

Екологія як комплекс наук тісно пов'язана з такими науками, як біологія, хімія, математика, географія, фізика, епідеміологія, біогеохімія

Видатний вчений академік Н.М. Моїсеєв Діяльність видатного вченого кінця XX століття М.М.Моїсеєва має ряд спільних рис з науковою та суспільною діяльністю академіка А.Д. Сахаров, який еволюціонував від видатного радянського вченого-ядерника до не менш видатного громадського діяча та правозахисника, для якого права і свободи людини стали найвищою цінністю і його громадянською позицією, так і академік. Н.М. Моїсеєв поступово перейшов від теоретичних розробок військової ракетної техніки в радянську епоху до природничих (математичних) і гуманітарних досліджень стану і прогнозу розвитку біосфери і суспільства в умовах посилення антропогенного впливу на неї і загрози глобальної екологічної кризи, що насувається. Не без впливу Н.В. Тимофєєва-Ресовського Н.М. Мойсеєв почав займатися вивченням біосфери як єдиної цілісної системи. Саме інтерес до філософських проблем та питань екологічної освіти, в яких академік «бачив ключ до цивілізації наступного століття», спонукали Н.М. Мойсеєва повністю присвятити себе питанням глобалізації та енвайроментальним, політологічним та соціоекономічним проблемам сучасності. Після багаторічних емпіричних досліджень у ВЦ АН СРСР з використанням математичних розрахунків антропогенного впливу на біосферу та на основі філософських узагальнень взаємодії природи, людини та суспільства М.М. Мойсеєв сформулював і ввів у науковий обіг поняття «екологічний імператив», який означає «ту межу допустимої активності людини, яку вона не має права переступати за жодних обставин». Цей імператив як закон, вимога, безумовний принцип поведінки має об'єктивний характер, є базовою категорією та фундаментом нового історико-філософського спрямування – філософії екології. Ефект «ядерної ночі» та, як наслідок, «ядерної зими», продемонстрований у ВЦ АН СРСР математичним моделюванням за безпосередньою участю Н.М. Моїсеєва, застеріг політиків США та СРСР від гонки ядерних озброєнь внаслідок неможливості застосування ядерної зброї з урахуванням наслідків цього застосування. Після цього проблеми антропогенного на біосферу і наслідки цього життя людини стали професійним науковим інтересом Н.Н. Моїсеєва. Постійні міркування у цьому напрямі виділили його серед вітчизняних теоретиків у галузі соціальної екологи та екологічної філософії. До його експертних висновків та думок стали прислухатися в російських урядових та зарубіжних наукових колах. Пильну увагу вчених та громадськості до особистості Н.М. Моїсєєва, його наукової спадщини пояснюється тим, що він був одним з небагатьох відомих російських вчених і громадських діячів, що вдало поєднували активну громадську діяльність і глибоке природничо, філософське та соціально-економічне осмислення «проблеми взаємодії людини, природи та суспільства, тобто. екології в її сучасному розумінні, як науки про власний будинок - біосферу та правила життя людини в цьому будинку». Великі роботи останнього десятиліття минулого століття та життя самого М.М. Моїсеєва «Агонія Росії. Чи має вона майбутнє? Спроба системного аналізу проблеми вибору» (1996), «Цивілізація на зламі» (1996), «Світова спільнота та доля Росії» (1997), «Доля цивілізації. Шлях розуму» (1998), «Універсум. Інформація. Суспільство» (2001) та ряд інших склали суть його наукової спадщини та основу екологічної філософії, що надала глибокого соціально-екологічного, по-своєму нового гуманістичного змісту вітчизняної філософії, екології, історії, політології та інших наук про суспільство та людину. вважав, що «сьогодні поняття «екологія» найближче до первісного розуміння грецького терміна, як науки про свій будинок, тобто. про біосферу, особливості її розвитку та роль людини в цьому процесі.

Н.М. Моїсеєв (1917-2000)

В даний час найчастіше в масовій свідомості людей екологічні питання зводяться насамперед до питань охорони навколишнього середовища. Багато в чому таке зміщення сенсу відбулося завдяки все більш відчутним наслідкам впливу людини на навколишнє середовище, проте необхідно розділяти поняття ecological («що стосується науки екології») і environmental («що стосується довкілля»).

Найбільш загальні закони екології сформульовані американським екологом Баррі Коммонером (1974) у вільній белетристичній формі, у вигляді афоризмів.

Перший закон Коммонера.

Все пов'язане з усім. Це закон про все живе та неорганічне в біосфері. Він звертає нашу увагу на загальний зв'язок процесів та явищ у природі, застерігає людину від необдуманого на окремі частини екосистем. Руйнування екосистем (наприклад, осушення боліт, вирубування лісів, забруднення водойм та багато іншого) може призвести до непередбачених наслідків

Другий закон Коммонера.

Все має кудись подітися. Це закон про господарську діяльність людини, відходи від якої мають включатися до природних процесів, не порушуючи природні круговороти речовин та енергії, не викликаючи загибелі екосистем.

Третій закон Коммонера.

Природа "знає" краще. Це закон про розумне природокористування, тобто здійснюється тільки на основі знань про закони природи. Не можна забувати, що людина - теж біологічний вигляд, що вона - частина природи, а не її володар. Це означає, що неможливо «підкорити» природу, необхідно дбати про збереження її цілісності, ніби співпрацюючи з нею. До того ж пам'ятатимемо, що наука не має повної інформації про багато механізмів функціонування природних процесів. А це означає, що природокористування має бути не лише науково обґрунтованим, а й дуже обачним.

Четвертий закон Коммонера. Ніщо не дається задарма. Це також закон про раціональне природокористування. Глобальна екосистема є єдине ціле, у якого всі перетворення як речовин, і енергії підпорядковуються суворим математичним залежностям. Тому доводиться платити енергією за додаткове очищення відходів, добривом – за підвищення врожаю, санаторіями та ліками – за погіршення здоров'я людини тощо.

Людина гордо назвала себе homo sapiens, що, як відомо, означає Людину розумну. Проте чи розумна сьогодні його взаємодія із природою? Людина здатна і повинна усвідомити свою величезну відповідальність за всіх, хто живе на Землі. Таке його призначення: збереження життя планети. Головне завдання нашого часу – це турбота про здоров'я та цілісність усієї системи «природа-людина». Це завдання під силу лише всьому людству. Планета у нас загальна, і людина зобов'язана забезпечити спільне існування та розвиток (коеволюцію) з усім, хто живе на ній. Н.М. Мойсеєв писав, що майбутнє людства визначається багатьма обставинами. Проте визначальними у тому числі є два.

Перше: люди повинні знати закони розвитку біосфери, знати можливі причини її деградації, знати те, що людям «дозволено» і де та фатальна риса, яку людина не повинна переступати за жодних обставин. Іншими словами, екологія - точніше, та сукупність наук, якою вона є, повинна розробити Стратегію у взаєминах Природи та людини, цією Стратегією повинні володіти всі люди.

Такий спосіб поведінки людей Н.М. Мойсеєв назвав коеволюцією Природи та суспільства. Це поняття є синонімом розвитку суспільства, яке узгоджено із законами розвитку біосфери. Необхідною умовою при цьому є поінформованість суспільства про реальний стан справ, позбавлення його можливих ілюзій та екологічної освіти.

Нині багато говорять та пишуть про необхідність виховання екологічної культури людей. Як Ви розумієте сенс поняття «екологічна культура»?

Друга, не менш важлива обставина, без якої говорити про майбутнє людства безглуздо, полягає в необхідності утвердження на планеті такого громадського порядку, який міг би реалізувати цю систему обмежень, ця друга умова відноситься вже до гуманітарної сфери. Його виконання вимагатиме особливих зусиль суспільства та нової його організації.

Про це попереджав В.І. Вернадський ще на початку ХХ століття. Він з тривогою говорив про те, що одного разу настане час, коли людям доведеться взяти на себе відповідальність за подальший розвиток і природи, і людини. Такий час настав.

Щоб створити суспільство, здатне до такої відповідальності, необхідне дотримання жорстких правил та низки заборон - так званого екологічного імперативу. Поняття про нього було запропоновано та розвинене Н.М. Мойсеєвим. Екологічний імператив має безумовним пріоритетом збереження живої природи, видової різноманітності планети, захист навколишнього середовища від надмірного забруднення, несумісного з життям. Введення екологічного імперативу означає, що деякі види людської діяльності та ступінь впливу людини на навколишнє середовище в цілому мають бути строго обмеженими та контрольованими.

Вирубування тропічних лісів

Таким чином, людство поставлене перед гострою необхідністю знайти такий спосіб свого розвитку, за допомогою якого можна було б узгоджувати потреби людини, її активну діяльність із можливостями біосфери.

Чому всім людям на планеті потрібно вивчати основи екології?

Це з гостротою глобальних проблем, залежністю стану природи від кожного жителя Планети, і навіть стрімким приростом інформації, швидким старінням знань.

Як писав М.М. Мойсеєв, «ствердження освіти, основу якого лежить ясне розуміння місця людини у Природі, є насправді головне, що належить зробити людству вже найближче десятиліття» (1). Моїсеєв Н.М. Думаючи про майбутнє, чи нагадування моїм учням необхідність єдності дій, щоб вижити // У кн.: Мойсеєв Н.М. Заслін середньовіччям. - М.: Тайдекс Ко, 2003. - 312 с. (Бібліотека журналу «Екологія та життя»).

Які можливості Ви бачите у своєму повсякденному житті, щоб дотримуватися принципу екологічного імперативу?
Подумайте, чому реалізація обмежень та заборон екологічного імперативу зустрічає у суспільстві суттєві перешкоди?

Деякі вчені та журналісти зазначають, що останнім часом у Росії поняття "екологія" і все, що з ним пов'язане, виявилося дискредитованим. Погіршення стану довкілля та серйозні екологічні проблеми, як це не парадоксально, поступово втрачають у суспільній свідомості свою актуальність, перестають хвилювати і турбувати людей. Із чим може бути пов'язана така тенденція?

Протягом багатьох років людина чує, що вона живе в умовах не просто критичних, а практично "несумісних із життям", коли катастрофи підстерігають його на кожному кроці, це часто породжує байдужість. Воно виникає як природна реакція на звичну інформацію. Це посилюється тим, що різкі зміни відбуваються непомітно для кожної людини (або людина їх не помічає). Все трапляється десь "не тут" та "не з ним".

Наскільки розумно ведеться висвітлення екологічних проблем засобами масової інформації?

Найчастіше екологічна проблематика представлена ​​як випадкова, уривчаста, необ'єктивна і часто суперечлива інформація, якою нас справно постачають ЗМІ, а реакція зводиться до здивування і млявого інтересу (мовляв, про що вони там знову?). А прослухавши чергову новину, можна спокійно від неї відмахнутися і повернутися до своїх повсякденних справ, не замислюючись про те, що екологічне неблагополуччя буває десь далеко.

Ставлення до екологічної проблематики з боку ЗМІ часто недостатньо серйозне та продумане. Наведемо фрагмент розмови з гостем телевізійної програми «Екологічні проблеми сьогодення» вченим-екологом Т. А. Пузановою. Ось лише маленький фрагмент розмови з гостем телевізійної програми «Екологічні проблеми сьогодення» вченим-екологом Т. А. Пузановою.
Відео 1.

Розв'язно-недбала реакція провідних програми дуже типова для ілюстрації відносин як ЗМІ, так і значної частини населення до висвітлення екологічної тематики.

Публікації на екологічну тему зазвичай з'являються хвилями – у зв'язку з лихом, у зв'язку з екологічною датою, у зв'язку з акціями протесту тощо. Скажімо, про трагедію Чорнобиля, як правило, раз на рік: у річницю катастрофи, або через соціальні проблеми ліквідаторів аварії (2) Орєхова І. «Екологічні проблеми в інформаційному полі»: див.: http://www.index. org.ru/journal/12/orehova.html

Зробимо висновки.

Більш ніж за 100 років свого розвитку екологія перетворилася на одну з найактуальніших сучасних наук. За цей період у результаті господарської діяльності людини наша планета за низкою ключових екологічних параметрів вийшла за межі тієї природної мінливості, яка відбувалася протягом останнього півмільйона років. Зміни, що відбуваються нині - за масштабами та темпами безпрецедентні.
Відео 2.

Екологія дозволяє не тільки оцінити масштаби катастрофи, що загрожує Землі, але й виробити рекомендації та правила, які допоможуть її уникнути. Екологія - наука, спрямована у майбутнє, вона націлена на передачу Природи, нашого спільного будинку дітям та онукам у такому стані, щоб у ньому збереглося все необхідне для життя людей.

Для цього важливим є як подальший розвиток екології, так і широке екологічне просвітництво людей у ​​всьому світі.

Предмет та завдання сучасної екології. Місце екології у системі знань.

Екологія (від грец еко-проживання, житло, будинок, майно і логос- поняття, вчення, наука) - наука про взаємодії живих організмів та їх угруповань між собою і з навколишнім середовищем.

Об'єктами екології є переважно системи вище рівня організмів, тобто вивчення організації та функціонування надорганізмових систем: популяцій, біоценозів (спільнот), біогеоценозів (екосистем) та біосфери загалом. Іншими словами, головним об'єктом вивчення в екології є екосистеми, тобто єдині природні комплекси, утворені живими організмами та місцем існування.

Завдання екології змінюються залежно від рівня організації живої матерії, що вивчається. Популяційна екологія досліджує закономірності динаміки чисельності та структури популяцій, і навіть процеси взаємодій (конкуренція, хижацтво) між популяціями різних видів. У завдання екології співтовариств (біоценології) входить вивчення закономірностей організації різних угруповань, або біоценозів, їх структури та функціонування (кругообіг речовин та трансформація енергії в ланцюгах живлення).

Головне ж теоретичне та практичне завдання екології - розкрити загальні закономірності організації життя і на цій основі розробити принципи раціонального використання природних ресурсів в умовах дедалі більшого впливу людини на біосферу.

Взаємодія людського суспільства та природи стала однією з найважливіших проблем сучасності, оскільки становище, яке складається у відносинах людини з природою, часто стає критичним: вичерпуються запаси прісної води та корисних копалин погіршується стан ґрунтів, водного та повітряного басейнів, відбувається спустошення величезних територій, ускладнюється з хворобами та шкідниками сільськогосподарських культур.

Для вирішення цих глобальних проблем і насамперед проблеми інтенсифікації та раціонального використання, збереження та відтворення ресурсів біосфери екологія поєднує у науковому пошуку зусилля ботаніків, зоологів та мікробіологів, надає еволюційному вченню, генетиці, біохімії та біофізиці їхньої справжньої універсальності.

Якщо зобразити ієрархічну схему наук, то на 1 рівні виявиться філософія, яка поділяється на філософію природи, суспільства та мислення. Екологічні науки є серед усіх підрозділів наукових знань. Серед наук – біологія, геоекологія, серед гуманітарних наук – соціоекологія, серед наук про мислення – неосферологія, серед технічних наук – інженерна екологія. Сучасна екологія у зв'язку з посиленням впливу людського суспільства на навколишнє середовище є складною міждисциплінарною наукою, що вивчає складні проблеми взаємодії з навколишнім середовищем.

Історія розвитку сучасної екології.

З перших кроків свого розвитку людина нерозривно пов'язана з природою. Він завжди знаходився в тісній залежності від рослинного та тваринного світу, від їх ресурсів і був змушений повсякденно зважати на особливості розподілу та способу життя звірів, риб, птахів та ін.

ж у найдавніших з відомих нам писемних джерелах не тільки згадуються різні назви тварин і рослин, але повідомляються деякі відомості про їхній спосіб життя. Очевидно, автори цих рукописів звертали увагу до представників живої природи як з допитливості, а й під враженням їх значення життя людей: полювання диких звірів і птахів, рибальства, захисту посівів від шкідливих тварин тощо.

Великий вплив на світогляд вчених сучасної доби зробили давньогрецькі вчені. Так, наприклад, Аристотель у своїй "Історії тварин" розрізняв водних і сухопутних тварин, що плавають, літають, повзають. Його увагу привертали такі питання, як приуроченість організмів до місцепроживання, поодиноке чи зграйне життя, відмінності в харчуванні тощо. буд. ".

Дивовижні відкриття, які принесли з собою подорожі у віддалені країни та великі географічні відкриття епохи Відродження, послужили поштовхом для розвитку біології. Вчені та мандрівники не лише описували зовнішню та внутрішню будову рослин, а й повідомляли відомості про залежність рослин від умов вирощування або обробітку. Відомий англійський хімік Роберт Бойль виявився першим, хто здійснив екологічний експеримент; він опублікував результати порівняльного вивчення впливу низького атмосферного тиску різних тварин.

Великий внесок у формування екологічних знань зробили такі видатні вчені, як шведський дослідник природи Карл Лінней і французький дослідник природи Жорж Бюффон у працях яких підкреслювалося провідне значення кліматичних факторів.

Важливі спостереження, які вплинули на розвиток екології, були виконані вченими Російської Академії наук у ході експедиційних досліджень, що проводяться з другої половини XVIII ст. (Крашенинников, Лепехін, Паллас)

Великий вплив на розвиток екологічної науки вплинув французький автор першого еволюційного вчення Жан Батист Ламарк, який вважав, що найважливішою причиною пристосувальних змін організмів, еволюції рослин та тварин є вплив зовнішніх умов середовища. Також велике значення у розвитку екології мають Рульє, який вважав, що найважливіша причина у пристосуванні тварин, рослин є вплив умов довкілля.

Огромную роль зіграли праці Дарвіна – підстави вчення про еволюцію органічного світу.

Термін «екологія» ввернув Ернст Геккель 1866 р. Як самостійна наука «екологія сформувалася на початку 20 в. Великий внесок зробили Тимірязєв, Докучаєв, Сукачов. Вернадський створює вчення про біосферу. У другій половині 20 ст. Відбувається своєрідна «екологізація» сучасної науки. Це з усвідомленням величезної ролі екологічних знань. У вивченні різноманітних процесів велику допомогу надають експериментальні методи, досліджуються вплив різних умов на організми та їх реакція.

В даний час в екології виділяють низку наукових галузей та дисциплін: популяційна екологія, географічна екологія, хімічна екологія, промислова екологія, екологія рослин, тварин, людини.

Таким чином, сучасна екологія - універсальна комплексна наука, що бурхливо розвивається, що має велике практичне значення для всіх жителів нашої планети. Екологія - наука майбутнього, і, можливо, саме існування людини залежатиме від прогресу цієї науки.

Основні напрями у сучасній екології.

Сучасна екологія включає наступні напрямки До складу сучасної екології входять:

- загальна (класична) екологія, що вивчає взаємодії біологічних систем з навколишнім середовищем;

– геоекологія, що досліджує екосистеми високих рівнів, до біосферного включно; інтереси геоекології зосереджені на аналізі структури та функціонування ландшафтів (природних комплексів географічного рангу)

- Глобальна екологія, що вивчає загальні закони функціонування біосфери як глобальної екологічної системи;

– соціальна екологія, що розглядає взаємини у системі «суспільство – природа»;

- Прикладна екологія, що вивчає механізми впливу людини на біосферу, способи запобігання негативного впливу та його наслідків, що розробляє принципи раціонального використання природних ресурсів. Вона базується на законах, правилах та принципах екології та природокористування.

Одним із напрямів сучасної екології є економічна екологія, пов'язана з використанням природних ресурсів.

Класична екологія вивчає біологічні системи, тобто займається дослідженням органічного світу на рівнях особин, популяцій, видів, угруповань. У зв'язку з цим виділяють:

– аутекологію (екологію особин) – встановлює межі існування особини (організму) у навколишньому середовищі, вивчає реакції організмів на вплив факторів середовища

- Демокологію (екологію популяцій) - вивчає природні групи особин одного виду - популяції, умови їх формування, внутрішньопопуляційні взаємини, динаміку чисельності;

- Ейдекологію (екологію видів) - вивчає вигляд як певний рівень організації живої природи.

– синекологію (екологію співтовариств) – вивчає асоціації популяцій різних видів рослин, тварин та мікроорганізмів, їхню взаємодію з навколишнім середовищем

1.3. Розділи та напрямки екології

В екології відповідно до рівня організації живого об'єктивно виділяються розділи, що вивчають органічний світ на рівні особини (організму), популяції, виду, біоценозу, екосистеми (біогеоценозу) і біосфери (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 – Рівні організації матерії (за М. І. Ніколайкін, 2004)

Останнім часом в екології прийнято виділяти розділи в залежності від конкретного біологічного об'єкта (екологія рослин, екологія тварин, екологія мікроорганізмів), середовища, місцеперебування організмів (екологія суші, екологія озера, моря, екологія ґрунту, гідросфери), рівня організації живого. Одним із розділів екології є екологія людини. В екології людини виділяють два важливі напрямки. Одне пов'язано з впливом природного середовища та його компонентів на антропосистему (всі структурні рівні людства, всі групи людей та індивідууми), інше випливає із необхідності вивчати наслідки антропогенної діяльності.

Сучасна екологія включає такі напрями (рисунок 1.3). До складу сучасної екології входять:

- загальна (класична) екологія, що вивчає взаємодії біологічних систем з навколишнім середовищем;

– геоекологія (ландшафтна екологія), що досліджує екосистеми (геоекосистеми) високих рівнів, до біосферного включно; інтереси геоекології зосереджені на аналізі структури та функціонування ландшафтів (природних комплексів географічного рангу), взаємовідносин їх складових біотичних та відсталих (абіотичних, неживих) компонентів, впливу суспільства на природні складові;

- Глобальна екологія, що вивчає загальні закони функціонування біосфери як глобальної екологічної системи;

– соціальна екологія, що розглядає взаємини у системі «суспільство – природа»;

- Прикладна екологія, що вивчає механізми впливу людини на біосферу, способи запобігання негативного впливу та його наслідків, що розробляє принципи раціонального використання природних ресурсів. Вона базується на законах, правилах та принципах екології та природокористування.

Малюнок 1.3 – Структура сучасної екології

Одним із напрямів сучасної екології є економічна екологія, пов'язана з використанням природних ресурсів. Успішно розвивається інженерна екологія, що вирішує питання усунення негативних наслідків втручання людини у природні спільноти.

При всьому різноманітті в сучасній екології можна виділити три гілки: загальна екологія (класична екологія), геоекологія та прикладна екологія.

Класична екологія вивчає біологічні системи, тобто займається дослідженням органічного світу на рівнях особин, популяцій, видів, угруповань. У зв'язку з цим виділяють:

– аутекологію(екологію особин) – (від грец. аutos – сам) – встановлює межі існування особини (організму) у навколишньому середовищі, вивчає реакції організмів на вплив факторів середовища. Аутекологія як жива система розглядає окремий живий організм – рослина, тварина чи мікроорганізм. Термін «аутекологія» було запроваджено швейцарським ботаніком К. Шретером у 1896 р.;

– демекологію(Екологію популяцій) - (Від грец. Demos - Народ) - вивчає природні групи особин одного виду - популяції, умови їх формування, внутрішньопопуляційні взаємини, динаміку чисельності;

– ейдекологію(Екологію видів) – (від грец. Eidos – образ, вид) – вивчає вигляд як певний рівень організації живої природи. У цьому напрямку проведено недостатньо наукових досліджень;

– синекологію(екологію угруповань) – (від грец. sin – разом) – вивчає асаціації популяцій різних видів рослин, тварин та мікроорганізмів, їх взаємодію з навколишнім середовищем. Термін запроваджено К. Шретером 1902 р.

Екологія - наука про навколишнє середовище та процеси, що відбуваються в ній.

У складі загальної екології виділяють такі основні розділи:

Аутекологію, що досліджує індивідуальні зв'язки окремого організму (види) з навколишнім середовищем;

Популяційну екологію (демоекологію), завдання якої входить вивчення структури і динаміки популяцій окремих видів. Популяційну екологію розглядають як спеціальний розділ аутекології;

Синекологія (біоценологія) - вивчає взаємовідносин популяцій, спільнот та екосистем з середовищем

Для всіх цих напрямів головним є вивчення виживання живих істот у навколишньому середовищі та завдання перед ними стоять переважно біологічної властивості-вивчити закономірності адаптації організмів та їх угруповань до навколишнього середовища, саморегуляцію, стійкість екосистем та біосфери тощо.

2. Який внесок у біологію вклав до. Лінней, ф. Реді, д. Еррел?

Карл Лінней-шведський вчений-природознавець, створив єдину систему класифікації тварин і рослин, запровадив таксонометричні категорії.

Реді у своїй праці «Досліди про розмноження комах» (1668) зумів експериментально спростувати уявлення, що існують живі організми, що самозароджуються в нечистотах. Інша його робота «Спостереження над тваринами, що живуть у живих тварин» (1684) також була пов'язана з полемікою навколо можливості мимовільного зародження організмів. Він описав будову стрічкових і круглих черв'яків, а також органи розмноження у самок і самців аскарид. Проте роботи Реді мали істотне значення для спростування помилкової гіпотези самозародження організмів, тим самим він намітив правильний напрямок для майбутніх дослідників у цій галузі.

Еррел-першовідкривач бактеріофагів, яких детально описав і запропонував використовувати для лікування інфекційних захворювань.

3. Який внесок у загальну біологію вклав л. Пастер, ч. Дарвін, м. Мендель?

Пастер став одним із основоположників мікробіології та імунології. Його роботи в галузі будови кристалів та явища поляризації лягли в основу стереохімії, створив технологію пастеризації.

Дарвін один із перших продемонстрував, що всі види живих організмів еволюціонують у часі, довів, що основною рушійною силою є природний відбір та мінливість.

4. Який внесок у загальну біологію вклав Івановський, А.І. Опарін?

Опарин вперше висловив припущення про склад первинної атмосфери Землі та про можливість утворення органічних сполук з неорганічних під дією потужних електричних розрядів.

Іванівський

5. Назвіть рівні організації живої матерії відповідно до ієрархії.

мікросвіт - світ атомів і елементарних частинок - гранично малих об'єктів, що безпосередньо не спостерігаються, розмірність від 10-8 см до 10-16 см, а час життя - від нескінченності до 10-24 с.

макросвіт - світ стійких форм і пропорційних людині величин: земних відстаней і швидкостей, мас і обсягів; розмірність макрооб'єктів співвідносна з масштабами людського досвіду – просторові величини від часток міліметра до кілометрів і часові виміри від часток секунди до років.

мегасвіт – світ космосу (планети, зіркові комплекси, галактики, метагалактики); світ величезних космічних масштабів та швидкостей, відстань вимірюється світловими роками, а час мільйонами та мільярдами років

Тема: Предмет, завдання та проблеми екології, як науки. (2 години)

Знати: Зміна взаємовідносин людини та природи з розвитком господарської діяльності; сучасні екологічні проблеми; закони Бери коммонера; методи екологічних досліджень

Вміти: Визначати місце людини як біологічного організму в живій природі, оцінювати наслідки нерозумного втручання людини в рівновагу, що існує в природі.

1 Поняття екології

2 Основні складові екології

3 Предмет вивчення екології

4 Основні методи екології

Дз: 1 Хван Т.А., Хван П.А. «Основи екології» серія «середня професійна освіта» - Ростов НД: «Фенікс», 2003-256 с., Стор. 5-8 читати

2 Криксунов Є. А., Пасічник Е, А, «Екологія» 10-11 класи: Підручник для освітніх навчальних закладів-нове видання-М. «Дрофа», 2000-256с. , стор 3-15, читати

1. Термін «екологія», від грецького ейкос - будинок, вмістище, логос-наука, що означають буквально «наука про будинок»

Екологія-наука, що вивчає закономірності взаємовідносин організмів та довкілля їх існування, закони розвитку існування біогеоценозів як комплексів взаємодіючих живих і неживих компонентів у різних ділянках біосфери.

Екологія тісно пов'язана з іншими біологічними дисциплінами: - Зоологія

Ботаніка

Зоогеографія

Етологія

(поведінка тварин)

2. Основні складові екології:

1 природні фактори

2 населення

3 популяційна екологія- вивчення життя окремих популяцій, визначення причин їх змін.

4 біоценоз (спільнота) - стійке біологічне утворення, т.к. має здатність до самопідтримання своїх природних властивостей та видового складу при зовнішніх впливах, що викликаються звичайними змінами кліматичних та інших факторів.

5 екологія спільноти

6 біотоп - життєвий природний простір, що займає співтовариство

7 екосистема-біотоп разом із спільнотою, у яких тривалий час підтримуються стійкі взаємодії між елементами живої та не живої природи. Кордони між екосистемами розмиті. Це самостійний об'єкт - у ній є все, що потрібно для її існування.

8 Біосфера-сукупність всіх екосистем Землі. У ньому протікають дуже складні процеси. Усі живі організми тісно взаємопов'язані між собою та зі своїм оточенням, що складається з елементів неживої природи.

9 Глобальна екологія- вивчення біосфери.

10 Екологія людини - ставить у центр уваги людини.

Доведено, що використання людиною природних багатств за повного незнання законів природи часто призводить до тяжких, непоправних наслідків. Вчені констатують, що на загрозу забруднення наражається більшість водойм країни. Забруднена атмосфера і порушені умови життя в більшості великих міст і навколо н

Вже зараз у деяких районах країни мешканці стурбовані навіть не так охороною природи, як відновленням нормальних умов життя.

Тому основи екології як науки про наш спільний будинок-Землю, має знати кожна людина планети. Знання основ екології допоможуть розумно будувати своє життя і суспільству та окремій людині.

3. Предмети вивчення екології:

1 Фізіологія окремого організму у природних умовах

2 Поведінка окремих організмів

3 Народжуваність

4 Смертність

5 Міграції

6 Внутрішні відносини

7 Міжвидові відносини

8 Потік енергії

9 Кругообіг речовин

4. Основні методи екології

1 Польові спостереження

2 Експерименти у природних умовах

3 Моделювання процесів і ситуацій, які у популяціях і біоценозах, з допомогою обчислювальної техніки.

4Математичне моделювання

5 Кількісна оцінка досліджуваних і прогнозованих явищ, що уможливлює науковий прогноз.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ:

Для контролю основних знань за темою №1 та самоперевірки:

1 Що вивчає екологія?

2 Екологія. Чому це слово, ще нещодавно відоме лише фахівцям-біологам, нині набуло загальної популярності?

3. Яка роль екології нині?

4. Чому потрібно вивчати екологію?

5. Як взаємопов'язані людина та довкілля?

6. Як змінилися взаємини людини та природи, у міру розвитку людської цивілізації?

7. Коли виникла екологія як наука. З чим це пов'язано?

8. Чому зараз екологія набула такого важливого значення?

9 Хто ввів термін «ноосфера», що означає?

10. Які наукові напрями екології вам відомі?

11. Який взаємозв'язок існує між екологією та охороною природи?

ПЕРЕЛІК ЗАВДАНЬ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ СТУДЕНТІВ, ПІСЛЯ ВИВЧЕННЯ ТЕМИ №1.

1. Наведіть приклади позитивного та негативного впливу діяльності людини на природне середовище у нашому регіоні.

2. На основі матеріалів з курсу історії та біології підготуйте розповідь про те, які відносини складалися між первісною людиною та природою.

ЕКОЛОГІЧНІ ПОНЯТТЯ:

(запам'ятайте та вмійте їх пояснити)

Екологія

Біосфера

Середовище проживання

Екологія спільноти

Екосистема

Населення

Біоценоз

Ноосфера

Географічна екологія

Популяційна екологія

Промислова екологія

Хімічна екологія

Екологія рослин, тварин, людини.

« ОСНОВИ ЕКОЛОГІЇ»

ТЕМА « СЕРЕДОВИЩЕ, ЯК ЕКОЛОГІЧНЕ ПОНЯТТЯ. ФАКТОРИ СЕРЕДОВИЩА. ВІДПОВІДНІСТЬ МІЖ ОРГАНІЗМАМИ І СЕРЕДОВИЩЕМ ЇХ ПРОЖИВАННЯ» . (2 години)

Знання: Терміни «фактори середовища», «умови існування». Закони оптимальної та обмеженої дії факторів середовища, неоднозначність факторів та їх взаємна дія на організм, основні положення теорії Ч.Дарвіна, про паралельну та конвергентну еволюцію.

Вміння: Визначати оптимальну та обмежену дію факторів Фреди, наводити приклади пристосування організмів до різних умов проживання, розрізняти різноманітні життєві форми рослин і тварин.

1 середа як екологічне поняття

2 екологічні фактори

3 екологічні умови

Домашнє завдання:

1 Криксунов Є.А., Пасічник В.В., Екологія 10-11 класи, Підручник для загальноосвітніх навчальних закладів-4-е видання-М.: «Дрофа», 2000-256с.: Іл. Стор. 18-12, читати.

2. Хван Т.А., Хван П.А., Основи екології, серія «Середня професійна освіта», - Ростов Н/Д: «Фенікс», 2003.-256с.: Стор.8-12, читати.

1 Поверхня Землі її суша, води і все, що оточує, це повітряний простір, населений живими організмами біосфера (або область життя)

Сама біосфера є закономірним продуктом еволюції Землі. Живе речовина грає величезну роль приоброазованиях нашої планети. Таких висновків дійшов ВМ. Вернадський, дослідивши хімічний склад та хімічну еволюцію земної кори. Він довів, що вони не можуть бути об'єднані лише геологічними причинами, без урахування ролі живої речовини у геохімічній міграції атомів. Біосферу можна як машину, що складається з мільйонів складових частин (вуглець, азот, мінерали, розчини, вода). Всі процеси в біосфері залежать від вирішального фактора-енергії (сонячне випромінювання), яка забезпечує кліматичні особливості та склад, розподіл живих організмів. Живі організми не просто залежать від променистої енергії сонця, а виступають як гігантський акумулятор (накопичувач) і унікальний трансформатор (перетворювач) цієї енергії.

Біосфера характеризується високою різноманітністю природних умов, що залежать від широти та рельєфу місцевості, від сезонних змін клімату. Але основне джерело різноманітності біосфери – це діяльність самих живих організмів.

Між організмами та навколишньою їх неживою природою відбувається безперервний обмін речовин.

Вчені вважають, що в біосфері представлено понад 2 мільйони живих організмів і мільярди особин, певним чином поширених у просторі. Діяльність живих організмів створює дивовижне розмаїття навколишньої природи, що є гарантією збереження життя Землі.

У межах біосфери можна виділити 4 основні довкілля - водне середовище, наземно-повітряне, ґрунт і середовище, утворене самими живими організмами.

Середовище проживання - сукупність факторів та елементів, що впливають на організм у місці його проживання.

2 Екологічні чинники- будь-які зовнішні чинники, які мають пряме чи посереднє впливом геть чисельність і географічне розподіл тварин і рослин.

Екологічні чинники дуже різноманітні як за своєю природою, так і за впливом на живі організми.

1 абіотичні

2 біотичні

3 антропогенні

Абіотичні – фактори неживої природи, насамперед кліматичні (сонячне світло, температура, вологість повітря) та місцеві (рельєф, властивості ґрунту, солоність, плин, вітер тощо). Ці фактори можуть впливати на організм 2-ма способами.

1. прямо (безпосередньо) - світло, тепло, вода.

2. побічно (зумовлює дію прямих чинників)- рельєф.

Біотичні - всілякі форми впливу живих організмів один на одного (запилення комахами рослин, поїдання одних організмів іншими, конкурентність між ними за їжу, простір)

Види біотичних факторів:

2 непрямі

Антропогенні - ті фактори діяльності людини на навколишнє середовище, змінюють умови проживання живих організмів або безпосередньо впливають на окремі види рослин та тварин (забруднення)

Діяльність людини надає на природу 2-а типи впливу:

1 пряме (споживання, розмноження та розселення людиною, як окремих видів, так і створення цілих біоценозів).

2 непряме (зміна довкілля організмів: клімат, режим річок, стан земель і т.д.)

Будь-яка особина, населення, співтовариство відчуває у собі дію багатьох чинників, але деякі з них є життєво важливими. Такі фактори називають лімітуючими або обмежують. Відсутність цих чинників чи його концентрація вище чи нижче критичного рівня унеможливлює освоєння середовища особинами цього виду.

Відповідно до цього, для кожного біологічного виду існує:

1 оптимум фактора (величина, найбільш сприятлива для розвитку та існування)

2 межі витривалості

КЛАСИФІКАЦІЯ ВИДІВ ЩОДО ЗМІН ЕКОЛОГІЧНИХ ФАКТОРІВ

1 широкопристосовані – види, що переживають значне відхилення від оптимальної величини (евритопні)

2 вузькопристосовані (стенотопні) - види, що переживають лише незначне відхилення від оптимальної норми.

Здатність видів освоювати різні довкілля характеризуються величиною екологічної валентності.

3 ЕКОЛОГІЧНІ УМОВИ - абіотичні фактори середовища, які змінюються в часі і просторі, на які організми реагують по-різному, залежно від їх сили.

Умови середовища накладають певні обмеження на організми.

До найважливіших факторів, що визначають умови існування організмів, відносять:

1 температура

2 вологість

5атмосферний тиск

6висота над рівнем моря

ТЕМПЕРАТУРА:

Будь-який організм здатний жити лише в межах певного інтервалу температури. У міру того як температура наближається до меж інтервалу, швидкість вивчених процесів уповільнюється і потім вони зовсім припиняються-організм гине.

Межі температурної витривалості різних організмів різні. Існують організми, здатні виносити коливання температури в широких межах (тигр переносить однаково добре як сибірський холод, струм та спеку тропічних областей Індії).

Але є види, які можуть жити у більш менш вузьких температурних умовах (тропічні рослини-орхідеї).

У наземно-повітряному середовищі і навіть у багатьох ділянках водного середовища температура не залишається постійною і може сильно змінюватись в залежності від сезону року або від часу доби. Деякі тварини здійснюють тривалі міграції у місця з більш

відповідним кліматом.

ВОЛОГІСТЬ:

У фізиці вологість вимірюється кількістю водяної пари в повітрі. Однак найбільш простим показникам, що характеризують вологість тієї чи іншої місцевості,

є кількість опадів, що випадають тут протягом року чи іншого періоду часу.

Рослини витягують воду із ґрунту за допомогою коренів. Лишайники можуть уловлювати

водяна пара з повітря.

Багато тварин п'ють воду (ссавці), деякі комахи через покриви тіла всмоктують їх у рідкому чи пароподібному стані.

Є тварини, які отримують воду в процесі окислення жирів (верблюд).

Світло необхідне живої природи, тому що служить єдиним джерелом енергії:

Рослини

світлолюбні теплолюбні

Тварини (реакція на світ)

1 позитивна негативна

2 нічні денні

Світло служить сигналом до перебудови процесів, що протікають в організмі, що

дозволяє їм відповідати походження зміни зовнішніх умов.

Має непряму дію: посилюючи випаровування, збільшує сухість.

Сильний вітер сприяє охолодженню. Ця дія виявляється важливою в холодних місцях, на високогір'ях або полярних областях.

ПЕРЕЛІК ЕКОЛОГІЧНИХ ПОНЯТТІВ (ЗАПАМ'ЯТАТИ І ВМІТИ ЇХ ПОЯСНИТИ)

1 кругообіг речовин

2 склад ґрунту

4 абіотичні фактори

5 біотичні фактори

6 антропогенні фактори

7 умови середовища: температура, вологість, світло

8 вторинні кліматичні фактори

9 забруднення речовини

ПЕРЕЛІК ПИТАНЬ ДЛЯ САМОПРОВІРКИ:

1. У чому проявляється вплив живих організмів на довкілля?

2Які види впливу живих організмів вам відомі?

3. Яка роль рослин у житті нашої планети?

4 Що таке умови середовища?

5. Який вплив має температура різні види організмів?

6. Яким чином тварини та рослини одержують необхідну їм воду?

7. Який вплив має на організми освітленість?

8. Як проявляється вплив на організми забруднюючі речовини?

ПЕРЕЛІК ЗАВДАНЬ ДЛЯ САМОПІДГОТОВКИ:

1 на підставі знань з курсу біології наведіть приклади, що показують вплив організмів на різні середовища життя

2 опішіть сезонні зміни умов, що найбільш помітно впливають на життя рослин у нашій місцевості

ЕКОЛОГІЯ (від грец. oikos - будинок, житло, місцеперебування і логос - слово, вчення), наука про відносини живих організмів і утворених ними угруповань між собою і з навколишнім середовищем.

Термін «екологія» запропонований у 1866 Е. Геккелем. Об'єктами екології можуть бути популяції організмів, види, спільноти, екосистеми та біосфера в цілому. Із сірий. 20 ст. у зв'язку з впливом людини на природу, що посилився, екологія набула особливого значення як наукова основа раціонального природокористування та охорони живих організмів, а сам термін «екологія» - ширший зміст.

З 70-х років. 20 ст. складається екологія людини, чи соціальна екологія, вивчає закономірності взаємодії нашого суспільства та довкілля, і навіть практичні проблеми її охорони; включає різні філософські, соціологічні, економічні, географічні та інші аспекти (напр., Екологія міста, технічна екологія, екологічна етика та ін). У цьому сенсі говорять про «екологізацію» сучасної науки. Екологічні проблеми, породжені сучасним суспільним розвитком, викликали низку суспільно-політичних рухів («Зелені» та ін.), що виступають проти забруднення навколишнього середовища та інших негативних наслідків науково-технічного прогресу.

ЕКОЛОГІЯ (від грец. oikos - будинок, житло, місцеперебування і... логія), наука, що вивчає взаємозв'язки організмів з навколишнім середовищем, тобто сукупністю зовнішніх факторів, що впливають на їх зростання, розвиток, розмноження та виживання. До певної міри умовно ці чинники можна розділити на «абіотичні», або фізико-хімічні (температура, вологість, довжина світлового дня, вміст мінеральних солей у ґрунті та ін.), та «біотичні», обумовлені наявністю або відсутністю інших живих організмів (в в тому числі є об'єктами харчування, хижаками або конкурентами).

Предмет екології

У центрі уваги екології - те, що безпосередньо пов'язує організм із навколишнім середовищем, дозволяючи жити у тих чи інших умовах. Екологів цікавить, наприклад, що споживає організм і що виділяє, як швидко він росте, у якому віці приступає до розмноження, скільки нащадків виробляє світ, і яка ймовірність у цих нащадків дожити до певного віку. Об'єктами екології найчастіше є окремо взяті організми, а популяції, біоценози, і навіть екосистеми. Прикладами екосистем можуть бути озеро, море, лісовий масив, невелика калюжа або навіть стовбур дерева, що гниє. Як найбільшу екосистему можна і всю біосферу.

У сучасному суспільстві під впливом засобів масової інформації, екологія часто трактується як суто прикладне знання про стан довкілля людини, і навіть - як саме цей стан (звідси такі безглузді висловлювання як «погана екологія» того чи іншого району, «екологічно чисті» продукти або товари). Хоча проблеми якості середовища для людини, безумовно, мають дуже важливе практичне значення, а вирішення їх неможливе без знання екології, коло завдань цієї науки набагато ширше. У своїх роботах фахівці-екологи намагаються зрозуміти, як влаштована біосфера, яка роль організмів у кругообігу різних хімічних елементів та процесах трансформації енергії, як різні організми взаємопов'язані між собою та з середовищем свого проживання, що визначає розподіл організмів у просторі та зміну їх чисельності у часі . Оскільки об'єкти екології - це, як правило, сукупності організмів або навіть комплекси, що включають поряд з організмами неживі об'єкти, її визначають іноді як науку про надорганізмові рівні організації життя (популяції, співтовариства, екосистеми і біосферу), або як науку про живий вид біосфери.

Історія становлення екології

Термін «екологія» був запропонований в 1866 німецьким зоологом і філософом Е. Геккелем, який, розробляючи систему класифікації біологічних наук, виявив, що немає ніякої спеціальної назви для галузі біології, що вивчає взаємовідносини організмів з середовищем. Геккель визначав також екологію як «фізіологію взаємовідносин», хоча «фізіологія» розумілася при цьому дуже широко - як вивчення різних процесів, що протікають в живій природі.

У наукову літературу новий термін входив досить повільно і більш менш регулярно став використовуватися тільки з 1900-х років. Як наукова дисципліна екологія формувалася в 20-му столітті, але передісторія її сягає 19, і навіть 18 століття. Так, вже у працях К. Ліннея, який заклав основи систематики організмів, було уявлення про «економію природи» - сувору впорядкованість різних природних процесів, спрямованих на підтримку певної природної рівноваги. Розумілася ця впорядкованість виключно в дусі креаціонізму – як втілення «задуму» Творця, який спеціально створив різні групи живих істот для виконання різних ролей у «економії природи». Так, рослини повинні служити їжею травоїдним тваринам, а хижаки повинні не дозволяти травоїдним розмножуватися в дуже великій кількості.

У другій половині 18 ст. на зміну уявленням природної історії, невіддільним від церковних догматів, стали приходити нові ідеї, поступовий розвиток яких призвів до тієї картини світу, що й сучасної наукою. Найважливішим моментом була відмова від суто зовнішнього опису природи і перехід до виявлення внутрішніх, часом прихованих зв'язків, що визначають її природний розвиток. Так, І. Кант у своїх лекціях з фізичної географії, прочитаних в університеті Кенігсберга, наголошував на необхідності цілісного опису природи, який враховував би взаємодію процесів фізичних і тих, що пов'язані з діяльністю живих організмів. У Франції, на початку 19 в. Ж. Б. Ламарк запропонував свою, значною мірою умоглядну концепцію круговороту речовин Землі. Живим організмам при цьому приділялася дуже важлива роль, оскільки передбачалося, що тільки життєдіяльність організмів, що призводить до створення складних хімічних сполук, здатна протистояти природним процесам руйнування та розпаду. Хоча концепція Ламарка була досить наївною і не завжди відповідала навіть тодішньому рівню знань у галузі хімії, в ній були передбачені деякі ідеї щодо функціонування біосфери, що отримали розвиток вже на початку 20 століття.

Безумовно, предтечею екології можна назвати німецького дослідника природи А. Гумбольдта, багато робіт якого зараз з повним правом вважаються екологічними. Саме Гумбольдту належить заслуга у переході від вивчення окремих рослин до пізнання рослинного покриву як деякої цілісності. Заклавши основи «географії рослин», Гумбольдт як констатував відмінності у розподілі різних рослин, а й намагався їх пояснити, пов'язуючи з особливостями клімату.

Спроби з'ясувати роль тих інших чинників у розподілі рослинності робилися та інші вченими. Зокрема, це питання досліджував О. Декандоль, який наголосив на важливості не тільки фізичних умов, а й конкуренції між різними видами за загальні ресурси. Ж. Б. Буссенго заклав основи агрохімії, показавши, що всі рослини потребують азоту ґрунту. Він з'ясував, що з успішного завершення розвитку рослині необхідне певну кількість тепла, яку можна оцінити, підсумовуючи температури кожного дня на весь період розвитку. Ю. Лібіх показав, різні хімічні елементи, необхідні рослині, є незамінними. Тому якщо рослині не вистачає якогось одного елемента, наприклад, фосфору, то недолік його ніяк не може бути компенсований додаванням іншого елемента - азоту або калію. Це правило, яке стало відомим як «закон мінімуму Лібіха», відіграло важливу роль при впровадженні в практику сільського господарства мінеральних добрив. Своє значення воно зберігає і в сучасній екології, особливо при вивченні факторів, що обмежують розподіл чи зростання чисельності організмів.

Визначну роль підготовці наукового співтовариства до сприйняття надалі екологічних ідей мали роботи Ч. Дарвіна, передусім його теорія природного добору як рушійної сили еволюції. Дарвін виходив з того, що будь-який вид живих організмів може збільшувати свою чисельність у геометричній прогресії (за експоненційним законом, якщо користуватися сучасним формулюванням), а оскільки ресурсів для підтримки зростаючої популяції незабаром починає бракувати, то між особами обов'язково виникає конкуренція (боротьба за існування ). Переможцями у цій боротьбі виявляються особини, найбільш пристосовані до даних конкретних умов, тобто зуміли вижити та залишити життєздатне потомство. Теорія Дарвіна зберігає своє неминуче значення й у сучасної екології, нерідко задаючи напрямок пошуку певних взаємозв'язків і дозволяючи зрозуміти суть різних «стратегій виживання», використовуваних організмами тих чи інших умовах.

У другій половині 19 століття дослідження, які по суті були екологічними, стали проводитися в багатьох країнах, причому як ботаніками, так і зоологами. Так, у Німеччині, в 1872 р. виходить капітальна праця Августа Гризебаха (1814-1879), що вперше дав опис основних рослинних угруповань усієї земної кулі (ці роботи були видані і російською мовою), а в 1898 р. - велике зведення Франца Шимпера (1856-1901) "Географія рослин на фізіологічній основі", в якій наведено безліч докладних відомостей про залежність рослин від різних факторів середовища. Ще один німецький дослідник - Карл Мебіус, вивчаючи відтворення устриць на мілинах (так званих устричних банках) Північного моря, запропонував термін «біоценоз», яким позначив сукупність різних живих істот, що мешкають на одній території і тісно взаємопов'язані між собою.

На рубежі 19 і 20 століть саме слово «екологія», яке майже не використовувалося в перші 20-30 років після того, як воно було запропоновано Геккелем, починає вживатися все частіше і частіше. З'являються люди, які називають себе екологами і прагнуть розвивати саме екологічні дослідження. У 1895 р. датський дослідник Й. Е. Вармінг публікує навчальний посібник з «екологічної географії» рослин, невдовзі перекладений німецькою, польською, російською (1901 р.), а потім і англійською мовою. У цей час екологія найчастіше сприймається як продовження фізіології, лише перенесла свої дослідження з лабораторії у природу. Основна увага приділяється цьому вивченню на організми тих чи інших чинників довкілля. Іноді, однак, ставляться нові завдання, наприклад, виявити загальні, регулярно повторювані риси у розвитку різних природних комплексів організмів (спільнот, біоценозів).

Важливу роль у формуванні кола проблем, що вивчаються екологією, та у становленні її методології відіграло, зокрема, уявлення про сукцесію. Так, США Генрі Каульс (1869-1939) відновив детальну картину сукцесії, вивчаючи рослинність на піщаних дюнах біля озера Мічиган. Ці дюни утворилися в різний час, і тому на них можна було знайти спільноти різного віку - від наймолодших, представлених небагатьма трав'янистими рослинами, які здатні рости на зибучих пісках, до найбільш зрілих, що є справжніми змішаними лісами на старих закріплених дюнах. Надалі концепцію сукцесії детально розробляв інший американський дослідник – Фредерік Клементс (1874–1945). Спільноту він трактував як найвищою мірою цілісне освіту, чимось нагадує організм, наприклад, як і організм, що зазнає певного розвитку - від молодості до зрілості, та був і старості. Клементс вважав, що й на початкових етапах сукцесії різні спільноти однієї території можуть сильно відрізнятися, то більш пізніх вони стають дедалі більше подібними. Зрештою, виявляється так, що для кожної області з певним кліматом та ґрунтом характерно лише одне зріле (кліматне) співтовариство.

Рослинним угрупованням чимало уваги приділялося і в Росії. Так, Сергій Іванович Коржинський (1861-1900), вивчаючи кордон лісової та степової зон, підкреслив, що крім залежності рослинності від кліматичних умов, не менш важливим є і вплив самих рослин на фізичне середовище, їх здатність робити його більш придатним для проростання інших видів. У Росії (а потім і в СРСР) для розвитку досліджень рослинних угруповань (або інакше кажучи - фітоценології) важливе значення мали наукові праці та організаторська діяльність В. Н. Сукачова. Сукачов одним із перших почав експериментальні дослідження конкуренції та запропонував свою класифікацію різних типів сукцесії. Він постійно розробляв вчення про рослинні угруповання (фітоценози), які трактував як цілісні утворення (у цьому був близький до Клементса, хоча ідеї останнього дуже часто критикував). Пізніше, вже в 1940-х роках, Сукачов сформулював уявлення про біогеоценоз - природний комплекс, що включає не тільки рослинне співтовариство, але також ґрунт, кліматичні та гідрологічні умови, тварин, мікроорганізми тощо. Дослідження біогеоценозів в СРСР нерідко вважали самостійною наукою біогеоценологією. Нині біогеоценологія зазвичай сприймається як частина екології.

Для перетворення екології на самостійну науку дуже важливими були 1920-1940-ті роки. У цей час публікується низка книг з різних аспектів екології, починають виходити спеціалізовані журнали (деякі з них існують досі), виникають екологічні суспільства. Але найголовніше – поступово формується теоретична основа нової науки, пропонуються перші математичні моделі та виробляється своя методологія, що дозволяє ставити та вирішувати певні завдання. Тоді ж оформляються два досить різних підходи, що існують і в сучасній екології: популяційний - динаміці чисельності організмів, що приділяє основну увагу, і їх розподілу в просторі, і екосистемний - концентрується на процесах круговороту речовини і трансформації енергії.

Розвиток популяційного підходу

Однією з найважливіших завдань екології популяції було виявлення загальних закономірностей динаміки чисельності популяцій - як окремо взятих, так і взаємодіючих (наприклад, конкурують за один ресурс або пов'язаних відносинами «хижак-жертва»). Для вирішення цього завдання використовувалися прості математичні моделі - формули, що показують найбільш ймовірні зв'язки між окремими величинами, що характеризують стан популяції: народжуваністю, смертністю, швидкістю зростання, щільністю (числом особин на одиницю простору), та ін. Математичні моделі дозволяли перевіряти наслідки різних припущень, виявивши необхідні та достатні умови для реалізації того чи іншого варіанта популяційної динаміки.

У 1920 р. американський дослідник Р. Перль (1879-1940) висунув так звану логістичну модель популяційного зростання, що передбачає, що в міру збільшення щільності популяції швидкість її зростання знижується, стаючи рівною нулю при досягненні деякої граничної щільності. Зміна чисельності популяції у часі описувалося таким чином S-подібною кривою, що виходить на плато. Перль розглядав логістичну модель як універсальний закон розвитку будь-якої популяції. І хоча невдовзі з'ясувалося, що це далеко не завжди так, сама ідея про наявність деяких основних принципів, що виявляються в динаміці багатьох різних популяцій, виявилася дуже продуктивною.

Впровадження у практику екології математичних моделей розпочалося з робіт Альфреда Лотки (1880-1949). Свій метод він сам називав «фізичною біологією» - спробою впорядкувати біологічне знання за допомогою підходів, які зазвичай застосовуються у фізиці (у тому числі - математичних моделей). Як один із можливих прикладів він запропонував просту модель, що описує пов'язану динаміку чисельності хижака і жертви. Модель показала, що й вся смертність у популяції жертви визначається хижаком, а народжуваність хижака залежить тільки від забезпеченості його кормом (тобто числа жертв), чисельність і хижака, і жертви робить правильні коливання. Потім Лотка розробив модель конкурентних відносин, а також показав, що в популяції, що збільшує свою чисельність за експонентом, завжди встановлюється постійна вікова структура (тобто співвідношення часток особин різного віку). Пізніше їм було запропоновано методи розрахунку низки найважливіших демографічних показників. Приблизно в ці ж роки італійський математик В. Вольтерра, незалежно від Лотки, розробив модель конкуренції двох видів за один ресурс і показав теоретично, що два види, обмежені у своєму розвитку одним ресурсом, не можуть стійко співіснувати - один вид неминуче витісняє інший.

Теоретичні дослідження Лотки та Вольтерри зацікавили молодого московського біолога Г. Ф. Гаузе. Він запропонував свою, набагато зрозумілішу біологам, модифікацію рівнянь, що описують динаміку чисельності конкуруючих видів, і вперше здійснив експериментальну перевірку цих моделей на лабораторних культурах бактерій, дріжджів та найпростіших. Особливо вдалими були досліди щодо конкуренції між різними видами інфузорій. Гаузе вдалося показати, що види можуть співіснувати тільки в тому випадку, якщо вони обмежені різними факторами, або, інакше кажучи, якщо вони займають різні екологічні ніші. Це правило, яке отримало назву «закону Гаузе», тривалий час слугувало відправною точкою в обговоренні міжвидової конкуренції та її ролі у підтримці структури екологічних спільнот. Результати робіт Гаузе були опубліковані у низці статей та книзі «Боротьба за існування» (1934), яка за сприяння Перла вийшла англійською мовою в США. Книга ця мала величезне значення для подальшого розвитку теоретичної та експериментальної екології. Вона кілька разів перевидавалася і досі часто цитується у науковій літературі.

Вивчення популяцій відбувалося у лабораторії, а й у польовий обстановці. Важливу роль у визначенні загальної спрямованості таких досліджень відіграли роботи англійського еколога Чарлза Елтона (1900-1991), особливо його книга «Екологія тварин», опублікована вперше у 1927, а потім неодноразово перевидавалась. Проблема динаміки чисельності висувалась у цій книзі як одна з центральних для всієї екології. Елтон звернув увагу на циклічні коливання чисельності дрібних гризунів, що відбувалися з періодом у 3-4 роки, а, обробивши багаторічні дані про заготівлю хутра в Північній Америці, з'ясував, що зайці та рисі теж демонструють циклічні коливання, але піки чисельності спостерігаються приблизно раз на 10 років. Багато уваги Елтон приділяв вивченню структури співтовариств (припускаючи, що ця структура суворо закономірна), а також ланцюгам харчування і так званим «пірамідам чисел» - послідовному зменшенню чисельності організмів у міру переходу від нижніх трофічних рівнів до вищих - від рослин до травоїдних, а від травоїдних до хижаків. Популяційний підхід у екології тривалий час розвивався переважно зоологами. Ботаніки ж більше досліджували співтовариства, які найчастіше трактували як цілісні та дискретні утворення, між якими досить легко провести кордони. Проте, вже у 1920-ті роки окремі екологи висловлювали «єретичні» (на той час) погляди, за якими різні види рослин можуть по-своєму реагувати на певні чинники довкілля, які розподіл зовсім необов'язково має збігатися з розподілом інших видів тієї самої спільноти. З цього випливало, що межі між різними спільнотами можуть бути дуже розмиті, а саме виділення їх умовне.

Найбільш чітко такий, що випереджає свій час, погляд на рослинну спільноту був розвинений російським екологом Л. Г. Раменським. У 1924 у невеликій статті (що стала класичною) він сформулював основні положення нового підходу, підкресливши, з одного боку, екологічну індивідуальність рослин, а з іншого - «багатомірність» (тобто залежність від багатьох факторів) і безперервність всього рослинного покриву. Незмінними Раменський вважав лише закони поєднання різних рослин, які й слід було вивчати. У США незалежні подібні погляди приблизно в ті ж роки розвивав Генрі Аллан Глісон (1882-1975). У його «індивідуалістичної концепції», висунутої як антитези уявленням Клементса про співтовариство як аналог організму, також підкреслювалася незалежність розподілу різних видів рослин друг від друга і безперервність рослинного покриву. По-справжньому роботи з вивчення популяцій рослин розгорнулися лише 1950-х і навіть 1960-х роках. У Росії безперечним лідером цього напряму був Тихін Олександрович Работнов (1904-2000), а у Великій Британії - Джон Харпер.

Розвиток екосистемних досліджень

Термін «екосистема» був запропонований в 1935 видним англійським екологом-ботаніком Артуром Тенслі (1871-1955) для позначення природного комплексу живих організмів та фізичного середовища, в якому вони мешкають. Проте дослідження, які цілком можна назвати екосистемними, почали проводитися значно раніше, а безперечними лідерами тут були гидробиологи. Гідробіологія, а особливо - лімнологія з самого початку були комплексними науками, що мали справу відразу з багатьма живими організмами, та з їх середовищем. Вивчалися у своїй як взаємодії організмів, як їх залежність від середовища, а й, що менш важливо, - вплив самих організмів на фізичне середовище. Нерідко об'єктом досліджень для лімнологів було ціле водоймище, в якому фізичні, хімічні та біологічні процеси тісно взаємопов'язані. Вже на початку 20-го століття американський лімнолог Едвард Бердж (1851-1950) за допомогою суворих кількісних методів вивчає «дихання озер» - сезонну динаміку вмісту у воді розчиненого кисню, яка залежить як від процесів перемішування водної маси та дифузії кисню з повітря, і від життєдіяльності організмів. Істотно, що з останніх як виробники кисню (планктонні водорості), і його споживачі (більшість бактерій і всі тварини). У 1930-х роках великих успіхів у вивченні кругообігу речовини та трансформації енергії було досягнуто в Радянській Росії на Косинській лімнологічній станції під Москвою. Очолював станцію в цей час Леонід Леонідович Россолімо (1894-1977), який запропонував так званий «балансовий підхід», що приділяє основну увагу кругообігу речовин та трансформації енергії. В рамках цього підходу розпочав свої дослідження первинної продукції (тобто створення автотрофами органічної речовини) та Г. Г. Вінберга, використовуючи дотепний метод «темних і світлих склянок». Суть його в тому, що про кількість органічної речовини, що утворилася при фотосинтезі судять за кількістю кисню, що виділився.

Через три роки аналогічні виміри були здійснені в США Г. А. Райлі. Ініціатором цих робіт був Джордж Евелін Хатчінсон (1903-1991), який своїми власними дослідженнями, а також гарячою підтримкою починань багатьох талановитих молодих учених, вплинув на розвиток екології не тільки в США, а й у всьому світі. Перу Хатчинсона належить «Трактат з лімнології» - серія з чотирьох томів, що є найповнішим у світі зведенням по життю озер.

У 1942 в журналі «Еколоджі» вийшла стаття учня Хатчінсона, молодого і, на жаль, дуже рано померлого еколога - Раймонда Ліндемана (1915-1942), в якій було запропоновано загальну схему трансформації енергії в екосистемі. Зокрема, було теоретично продемонстровано, що при переході енергії з одного трофічного рівня на інший (від рослин до травоїдних тварин, від травоїдних – до хижаків) кількість її зменшується та організмам кожного наступного рівня виявляється доступною лише мала частина (не більше 10%) від тієї енергії, що була у розпорядженні організмів попереднього рівня.

Для самої можливості проведення екосистемних досліджень дуже важливим було те, що при колосальному розмаїтті форм організмів, що існують у природі, кількість основних біохімічних процесів, що визначають їхню життєдіяльність (а отже - і кількість основних біогеохімічних ролей!), дуже обмежена. Так, наприклад, різні рослини (і ціанобактерії) здійснюють фотосинтез, при якому утворюється органічна речовина і виділяється вільний кисень. А оскільки кінцеві продукти однакові, то можна підсумовувати результати активності одразу великої кількості організмів, наприклад, усіх планктонних водоростей у ставку, або всіх рослин у лісі, і таким чином оцінити первинну продукцію ставка чи лісу. Вчені, які стояли біля витоків екосистемного підходу, це добре розуміли, а розроблені ними уявлення лягли в основу тих великомасштабних досліджень продуктивності різних екосистем, які отримали розвиток у різних природних зонах вже в 1960-1970-х роках.

До екосистемного підходу примикає за своєю методологією та вивчення біосфери. Термін «біосфера» для позначення області на поверхні нашої планети, охопленої життям, було запропоновано наприкінці 19 століття австрійським геологом Едуардом Зюссом (1831-1914). Однак у деталях уявлення про біосферу як про систему біогеохімічних циклів, основною рушійною силою яких є активність живих організмів («живої речовини»), було розроблено вже в 1920-30-х роках російським ученим Володимиром Івановичем Вернадським (1863-1945). Що ж до безпосередніх оцінок цих процесів, їх отримання і постійне уточнення розгорнулося лише у другій половині 20-го століття, і триває досі.

Розвиток екології в останні десятиліття 20 століття

У другій половині 20-го ст. завершується становлення екології як самостійної науки, що має власну теорію та методологію, своє коло проблем, та свої підходи до їх вирішення. Математичні моделі поступово стають реалістичнішими: їх передбачення можуть бути перевірені в експерименті або спостереженнями в природі. Самі ж експерименти та спостереження дедалі частіше плануються та проводяться так, щоб отримані результати дозволяли прийняти або спростувати заздалегідь висунуту гіпотезу. Помітний внесок у становлення методології сучасної екології зробили роботи американського дослідника Роберта Макартура (1930-1972), який вдало поєднував у собі таланти математика та біолога-натураліста. Макартур досліджував закономірності співвідношення чисельностей різних видів, що входять в одне співтовариство, вибір хижаком найбільш оптимальної жертви, залежність числа видів, що населяють острів, від його розміру та віддаленості від материка, ступінь допустимого перекриття екологічних ніш співіснуючих видів та ряд інших завдань. Констатуючи наявність у природі певної повторюваної регулярності («патерну»), Макартур пропонував одну або кілька альтернативних гіпотез, що пояснюють механізм виникнення цієї регулярності, будував відповідні математичні моделі, а потім зіставляв їх з емпіричними даними. Свою думку Макартур дуже чітко сформулював у книзі «Географічна екологія» (1972), написаної ним, коли він був невиліковно хворий, за кілька місяців до своєї передчасної смерті.

Підхід, який розвивали Макартур та його послідовники, був орієнтований насамперед на з'ясування загальних принципів устрою (структури) будь-яких спільнот. Однак, у рамках підходу, що набув поширення дещо пізніше, у 1980-х рр., основна увага була перенесена на процеси та механізми, внаслідок яких відбувалося формування цієї структури. Наприклад, щодо конкурентного витіснення одного виду іншим, екологи стали цікавитися передусім механізмами цього витіснення і особливостями видів, які визначають результат їх взаємодії. З'ясувалося, наприклад, що при конкуренції різних видів рослин за елементи мінерального харчування (азот або фосфор) переможцем часто виявляється не той вид, який у принципі (за відсутності дефіциту ресурсів) може зростати швидше, а той, який здатний підтримувати хоча б мінімальне зростання при нижчої концентрації серед цього елемента.

Особливу увагу дослідники почали приділяти еволюції життєвого циклу та різним стратегіям виживання. Оскільки можливості організмів завжди обмежені, а кожне еволюційне придбання організмам доводиться чимось розплачуватися, між окремими ознаками неминуче виникають чітко виражені негативні кореляції (так звані «трейдоффи»). Не можна, наприклад, рослині дуже швидко зростати і водночас утворювати надійні засоби захисту від травоїдних тварин. Вивчення подібних кореляцій дозволяє з'ясувати, як у принципі досягається можливість існування організмів у тих чи інших умовах.

У сучасній екології, як і раніше, зберігають свою актуальність деякі проблеми, які вже мають давню історію досліджень: наприклад, встановлення загальних закономірностей динаміки великої кількості організмів, оцінка ролі різних факторів, що обмежують зростання популяцій, з'ясування причин циклічних (регулярних) коливань чисельності. У цій галузі досягнуто значного прогресу - багатьом конкретних популяцій виявлено механізми регуляції їх чисельності, зокрема і тих, які породжують циклічні зміни чисельності. Продовжуються дослідження взаємовідносин типу «хижак-жертва», конкуренції, і навіть взаємовигідного співробітництва різних видів - мутуалізму.

Новим напрямом останніх є так звана макроекологія - порівняльне вивчення різних видів у масштабах великих просторів (порівняних з розмірами континентів).

Величезний прогрес наприкінці 20-го століття досягнуто у вивченні круговороту речовин та потоку енергії. Насамперед це пов'язано з удосконаленням кількісних методів оцінки інтенсивності тих чи інших процесів, а також з зростаючими можливостями широкомасштабного застосування цих методів. Прикладом може бути дистанційне (із супутників) визначення вмісту хлорофілу в поверхневих водах моря, що дозволяє скласти карти розподілу фітопланктону для Світового океану і оцінити сезонні зміни його продукції.

Сучасний стан науки

Сучасна екологія - це наука, що швидко розвивається, характеризується своїм колом проблем, своєю теорією і своєю методологією. Складна структура екології визначається тим, що об'єкти її відносяться до дуже різних рівнів організації: від цілої біосфери та великих екосистем до популяцій, причому популяція нерідко сприймається як сукупність окремих особин. Масштаби простору та часу, в яких відбуваються зміни цих об'єктів і які мають бути охоплені дослідженнями, також варіюють надзвичайно широко: від тисяч кілометрів до метрів та сантиметрів, від тисячоліть до тижнів та доби. У 1970-ті роки. формується екологія людини. У міру тиску на довкілля зростає практичне значення екології, її проблемами широко цікавляться філософи та соціологи.