Предмет та методи екологічних досліджень. Об'єкт вивчення екології взаємодія живих систем

Абіотичні фактори (неживої природи)

Біотичні фактори (жива природа)

Антропогенні фактори (пов'язані людину на природу)

3. Концентрація солей

4Тиск

6.Рух повітряних мас

1.Вплив організмів чи популяцій одного виду один на одного

2.Взаємодія особин чи популяцій різних видів

1. прямий вплив людини на організми та популяції,

Екологічні системи.

2. вплив людини

на середовище проживання

Предмет, завдання та об'єкти вивчення екології, структура сучасної екології. Коротка історія розвитку

Екологія (грец. oikos - житло, місцеперебування, logos - наука) - біологічна наука про взаємини між живими організмами та середовищем їх проживання. Цей термін було запропоновано 1866 р. німецьким зоологом Ернстом Геккелем. Становлення екології стало можливим після того, як були накопичені обширні відомості про різноманіття живих організмів на Землі та особливості їхнього способу життя в різних місцеперебуваннях і виникло розуміння, що будова, функціонування та розвиток всіх живих істот, їх взаємини з довкіллям підпорядковані певним закономірностям, які необхідно вивчати.

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 і 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 (нафти, газу, кольорових металів та ін.), погіршується стан ґрунтів, водного та повітряного басейнів, відбувається опустелювання величезних територій, ускладнюється боротьба з хворобами та шкідниками сільськогосподарських культур. Антропогенні зміни торкнулися практично всіх екосистем планети, газового складу атмосфери, енергетичного балансу Землі. Це означає, що діяльність людини вступила у суперечність із природою, внаслідок чого у багатьох районах світу порушилася її динамічна рівновага.

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.

У коло проблем екології включено також питання екологічного виховання та освіти, морально-етичні, філософські та навіть правові питання. Отже, екологія стає наукою як біологічної, а й соціальної.

Методи екології поділяються на польові (вивчення життя організмів та їх співтовариств у природних умовах, тобто тривале спостереження в природі за допомогою різної апаратури) та експериментальні (експерименти в стаціонарних лабораторіях, де є можливість не тільки варіювати, але й строго контролювати вплив на живі організми будь-яких факторів за заданою програмою). У цьому екологи оперують як біологічними, а й сучасними фізичними і хімічними методами, використовують моделювання біологічних явищ, т. е. відтворення в штучних екосистемах різних процесів, які у живої природі. За допомогою моделювання можна вивчити поведінку будь-якої системи з метою оцінки можливих наслідків застосування різних стратегій та методів управління ресурсами, тобто для екологічного прогнозування.

Для вивчення та прогнозування природних процесів широко використовується також метод математичного моделювання. Такі моделі екосистем будуються на основі численних відомостей, накопичених у польових та лабораторних умовах. При цьому правильно побудовані математичні моделі допомагають побачити те, що важко чи неможливо перевірити в експерименті. Однак сама по собі математична модель не може бути абсолютним доказом правильності тієї чи іншої гіпотези, але вона служить одним із шляхів аналізу реальності.

Поєднання польових та експериментальних методів дослідження дозволяє екологу з'ясувати всі аспекти взаємин між живими організмами та численними факторами навколишнього середовища, що дозволить не тільки відновити динамічну рівновагу природи, а й управляти екосистемами.

* Екологія - це наука, яка займається вивченням умов існування живих організмів та повного взаємозв'язку між середовищем та організмами. З самого початку екологія розвивалася як окрема складова галузь біологічної науки в тісному зв'язку з іншими природничими науками - фізикою, хімією, географією, геологією, математикою.

Держава вкладає величезні гроші в охорону природи, фінансові групи пропонують забезпечення контракту компаніям, які цю функцію виконують, але не можна охороняти природу, використовувати її абсолютно не знаючи, як вона влаштована, а також за якими законами вона розвивається і існує, як реагує на різні впливу людини, які допустимі навантаження на природні системи дозволяє собі суспільство у тому, щоб їх зруйнувати. Все це є своєрідним предметом екології.

Необхідно знати, що головним предметом екології є структура чи сукупність зв'язків між середовищем та організмами. Основний об'єкт вивчення в екології - це окремі екосистеми, тобто єдині природні комплекси, які були утворені довкіллям і живими організмами. Крім цього, до сфери її компетенції також входить вивчення видів організмів (так званий організмовий рівень), їх популяції, тобто сукупностей особин єдиного виду (так званий популяційно-видовий рівень) та загалом біосфери (особливий біосферний рівень). Головною, традиційною частиною екології як окремої біологічної науки є загальна екологія, що вивчає загальні закономірності взаємин окремих живих організмів та середовища (включаючи і саму людину як біологічну істоту).

У складі екології прийнято виділяти такі основні розділи:

• - аутекологію, яка досліджує індивідуальні зв'язки окремого організму з усім довкіллям;
• - популяційну екологію, головним завданням якої є вивчення динаміки та структури популяцій окремих видів. Популяційну екологію прийнято також розглядати як окремий розділ аутекології;
• - синекологію (біоценологію), що займається вивченням взаємовідносин угруповань, популяцій, а також екосистем з середовищем.

Для всіх напрямків найголовнішим є вивчення виживання у навколишньому середовищі живих істот і, природно, перед ними стоять завдання виключно біологічної властивості – вивчити різні закономірності адаптації організмів до певного навколишнього середовища, саморегуляцію, а також стійкість біосфери та екосистем.

Структура сучасної екології. Сучасна екологія має складну та розгалужену структуру. Близько 90 напрямів (розділів та підрозділів) сформувалися протягом останніх десятиліть та являють собою галузі людської діяльності, де відбуваються процеси екологізації. Наука про навколишнє середовище (мегаеко-логія, загальна екологія, панекологія, неоекологія) поєднує два основних напрямки: теоретичний (класичний) та прикладний. Класична екологія охоплює усі розділи сучасної біоекології. Залежно від рівня та предмета досліджень розрізняють аутекологію (екологія організмів), демекологію (екологія популяцій), синекологію (екологія угруповань). Крім того, сюди відносяться такі напрямки, як палеоекологія, теорія заповідної справи, основи біоіндикації, радіаційна екологія, екологічна токсикологія та ін. Прикладна екологія вивчає механізми руйнування біосфери, методи запобігання цим процесам, способи раціонального природокористування. Прикладна екологія складається з трьох основних блоків - геоекологічного, техноекологічного та соціоекологічного, кожен з яких має низку відгалужень. Зокрема, геоекологія вивчає екологічні аспекти функціонування сфер Землі (атмосфери, гідросфери, літосфери, педосфери), включає ландшафтну та геологічну екологію. Техноекологія вивчає та класифікує техногенні забруднення навколишнього середовища, вміння запобігати їх та боротися з наслідками негативних по відношенню до природи дій людини. Вона з'ясовує екологічні наслідки впливу різних видів господарської діяльності на навколишнє середовище. У блоці техноекології виділено такі напрями, як стандартизація у сфері охорони навколишнього середовища та екотехніка. Соціоекологічний блок розглядає особливості сучасних взаємин суспільства та природи та способи їх гармонізації. Він охоплює екологічну освіту, культуру, право, політику, менеджмент, бізнес, етнічну та демографічну екологію, урбоекологію, екологію людини. Економіка природокористування та національна та глобальна екополітика є одними з основних узагальнюючих розділів екології. Економіка природокористування вивчає методи найбільш ефективного використання людиною природних умов та природних ресурсів з метою підтримки динамічної рівноваги біосфери. Національна екополітика базується на міжнародній стратегії сталого розвитку, що проголошена на Міжнародній конференції ООН з навколишнього середовища та розвитку, що відбулася в Ріо-де-Жанейро, та враховує національні особливості сучасних екологічних проблем та підходи до їх вирішення. Місце сучасної екології та системи наук. Наука про навколишнє середовище об'єднав у собі окремі напрями та підрозділи природничих, гуманітарних та технічних наук. Тому її можна віднести до комплексної інтегруючої науки, що розвивається на перетині зазначених трьох основних наукових напрямів та залучає до наукового арсеналу їх теоретичні та практичні напрацювання. Екологія, яка за своїм походженням є природною наукою, набуває гуманітарно-технологічних рис у процесі еволюційного розвитку та трансформується у міждисциплінарний напрямок

Коротка історія екології.Екологія - це наука про зв'язки, що підтримують стійкість життя у навколишньому середовищі. Життя - найскладніше явище в навколишньому світі. Її вивчає безліч наук, що складаються разом у диференційовану і багатопланову систему біології. Однак і досягнення багатьох інших, не біологічних наук (наприклад, механіки, оптики, колоїдної хімії, фізичної географії і т. д.) роблять свій внесок у розуміння життя. Екологія в цій багатоликій системі знання про природу займає своє, особливе місце. У центрі її уваги як біологічні об'єкти, а й ті умови, які необхідні їхнього існування. Тому екологія, маючи коріння в біології, вторгається і в інші галузі знання, намагаючись осягнути закони взаємодії живих та неживих систем. Як окрема наука екологія почала оформлятися лише півтора століття тому і пройшла бурхливий шлях розвитку, протягом якого сприяла формуванню уявлень про складність і водночас упорядкованість організації життя Землі.

Уявлення у тому, що живі істоти як реагують зміни навколишнього середовища, а й матеріально взаємодіють із нею, сформувалися ще давнину. Природно, що у різні часи суть цих поглядів була різною. «Течуть наші тіла, як струмки, і матерія вічно оновлюється в них, як вода в потоці», - писав давньогрецький філософ Геракліт. «Життя – це вихор, – стверджував відомий зоолог початку XIX століття Ж. Кюв'є, – напрям якого постійно і який захоплює завжди молекули того ж сорту, але де індивідуальні молекули входять і постійно виходять таким чином, що форма живого тіла для нього більш істотна, ніж матерія». У науці міцно утвердилося уявлення, що обмін речовин є однією з фундаментальних характеристик життя. З філософської точки зору живі організми відносяться до так званих відкритих систем, які підтримують себе за рахунок потоків речовини та енергії з навколишнього середовища. На питання про значущість обміну речовин для живої природи вперше спробував відповісти у середині минулого століття відомий фізик Е. Шредінгер. Він показав, що таким чином організми компенсують збільшення ентропії (тобто переходу молекул тіла в хаотичний стан за рахунок теплового руху), підтримуючи впорядкованість своєї організації, і цим протистоять смерті.

Інші фундаментальні властивості життя, що стосуються зв'язків із навколишнім середовищем, - це здатність до відображення та адаптацій, тобто реакції на зміну умов та можливість підлаштовування до них у певних рамках. У цих реакціях велике значення мають як матеріально-енергетичні, а й інформаційні потоки. Таким чином, зв'язки, що підтримують життя на Землі, невипадково виявилися об'єктом уваги окремої науки - екології. Наука екологія сформувалася не відразу і мала тривалу передісторію розвитку. Її відокремлення є природним етапом зростання знань про природу.

Накопичення відомостей про спосіб життя, залежність від зовнішніх умов, характер розподілу тварин та рослин почалося дуже давно. Перші спроби узагальнення цих відомостей ми зустрічаємо у працях античних філософів. Аристотель (384-322 до н. е.) описав понад 500 видів відомих йому тварин і розповів про їхню поведінку: про міграції, зимову сплячку, будівельну діяльність, способи самозахисту і т. п. Учень Аристотеля, «батько ботаніки» Теофраст Ерезійський ( 371-280 до н.е.) навів відомості про залежність форми та росту рослин від різних умов, ґрунту та клімату.

У середні віки інтерес до вивчення природи слабшає та замінюється пануванням богослов'я та схоластики. Великі географічні відкриття за доби Відродження, колонізація нових країн послужили поштовхом до розвитку систематики. Опис рослин та тварин, їх зовнішньої та внутрішньої будови, різноманітності форм – головний зміст біологічної науки на ранніх етапах її розвитку. Перші систематики - А. Цезальпін (1519-1603), Д. Рей (1623-1705), Ж. Турнефор (1656-1708) та інші повідомляли і про залежність рослин від умов вирощування чи вирощування. Аналогічні відомості накопичувалися і про поведінку, звички, спосіб життя тварин. Поступово до таких відомостей почали виявляти особливий інтерес.

Опис життя тварин та рослин отримали назву «природної історії» організмів. У XVIII ст. відомий французький дослідник природи Ж. Бюффон (1707-1788) випустив 44 томи «Природної історії», де він вперше стверджував, що вплив умов (їжі, клімату, гніту одомашнення і т. п.) може стати причиною зміни («виродження») самих видів.

Крім накопичення відомостей про окремі види, почали формуватися уявлення та про глобальні залежності у розподілі рослин та тварин. Цьому послужили матеріали, що збираються під час подорожей, присвячених вивченню далеких країн. У XVIII ст. багато таких подорожей було організовано і незвіданими краями Росії. У працях С. П. Крашенінникова (1711-1755), І. І. Лепехіна (1740-1802), П. С. Палласа (1741-1811) та інших російських географів і натуралістів вказувалося на зв'язок зміни клімату, рослинності та тварини світу на великих просторах країни. Перші спроби виявити загальні закономірності у впливі клімату на рослинність земної кулі належать німецькому натуралісту А. Гумбольдту. Його праці (1807) започаткували розвиток нового напряму в науці - біогеографії. А. Гумбольдт ввів у науку уявлення про те, що «фізіономія» ландшафту визначається зовнішнім виглядом рослинності. У подібних кліматичних умовах у рослин різних таксономічних груп виробляються подібні «фізіономічні» форми, і за розподілом і співвідношенням цих форм можна судити про специфіку фізико-географічного середовища. З'явилися перші спеціальні роботи, присвячені впливу кліматичних факторів на поширення та біологію тварин, наприклад, книга німецького зоолога К. Глогера про зміни забарвлення птахів під впливом клімату (1833). Бергман виявив географічні закономірності у зміні розмірів теплокровних тварин (1848). А. Декандоль у «Географії рослин» (1855) узагальнив усі накопичені відомості про вплив окремих факторів середовища (температури, вологості, світла, типу ґрунту, експозиції схилу) на рослини та звернув увагу на їхню підвищену пластичність у порівнянні з тваринами. Уся перша половина ХІХ ст. характеризувалася наростанням інтересу до взаємодії організмів із «умовами». Ще в 1809 р. у «Філософії зоології» французький дослідник природи Ж.Б. Ламарк проголосив ідею еволюції всього живого світу, його незмінного розвитку від простого до складного. Однією з причин різноманітності форм на шляху цього розвитку він вважав «вплив умов», необхідність для всього живого пристосовуватись до умов середовища. Важливу роль умов у виживанні та змінах видів підкреслював і інший відомий французький зоолог Ж. Сент – Ілер (1772–1844).

Ідеї ​​«єдності» організмів з умовами їхнього життя розвивав і палко захищав професор Московського університету К. Ф. Рульє (1814-1858). Він пропагував необхідність особливого напряму в зоології, присвяченого всебічному вивченню життя тварин, їх складних відносин із навколишнім світом, наголошуючи на ролі цих відносин у долі видів. К. Ф. Рульє вперше звернув увагу на подібність зовнішньої будови у різних видів, що ведуть подібний спосіб життя в тому чи іншому середовищі («земляні», «водні», «повітряні» та ін.), започаткувавши вивчення життєвих форм у тваринному світі . Виділяючи «явлення життя особини» та «явлення життя спільного» (у тому числі «життя в товаристві» та «життя в суспільстві»), він, по суті, намітив низку майбутніх підрозділів екології. Рульє глибоко вплинув на напрям і характер робіт своїх учнів, які склали в подальшому блискучу плеяду російських натуралістів-екологів (Н. А. Северцов, А. Ф. Міддендорф, А. Н. Бекетов та ін).

У 1859 р. з'явилася книга Ч. Дарвіна «Походження видів шляхом природного відбору, або збереження сприятливих порід у боротьбі життя». Ч. Дарвін показав, що «боротьба за існування» в природі, під якою він мав на увазі всі форми суперечливих зв'язків видів із середовищем, призводить до природного відбору, тобто є рушійним фактором еволюції. Стало зрозуміло, що взаємини самих живих істот і їх зв'язки з неорганічними компонентами середовища («боротьба за існування») - велика самостійна область досліджень. Тому не випадково, що невдовзі після виходу у світ книги Ч. Дарвіна було зроблено спроби оцінити сутність і назвати цей новий напрямок.

Термін «екологія» запровадив відомий німецький зоолог Еге. Геккель (1834-1919), який у своїх працях «Загальна морфологія організмів» (1866) та «Природна історія миротворення» (1868) вперше спробував дати визначення сутності нової науки. Слово "екологія" походить від грецького слова oikos, що означає "житло", "місцеперебування", "притулок". Еге. Геккель визначав екологію як «загальну науку про відносини організмів до довкілля, куди ми відносимо у сенсі всі умови існування. Вони частково органічної, частково неорганічної природи, але і ті, і інші… мають дуже велике значення для форм організмів, оскільки змушують пристосовуватися себе». За Еге. Геккелю, екологія є науку про «домашній побут» живих організмів, покликана досліджувати «всі ті заплутані взаємини, які Дарвін умовно позначив як «боротьбу існування». Серед інших назв нової науки у ХІХ ст. Найчастіше вживалася назва «економія природи». Цей термін наголошував на проблемі природного балансу, «рівноваги видів», яка і зараз є одним із найважливіших питань екології.

Ч. Дарвін виокремив три основних напрями у боротьбі існування організмів: відносини з фізичним середовищем, з особинами свого виду, з особинами інших видів. Виживають і дають потомство не всі особи, що народилися, а лише ті, які здатні витримати натиск середовища. Теорією природного відбору Ч. Дарвін переключив увагу зі зв'язків «організм - середовище» те що, що відбувається серед безлічі організмів у боротьбі існування. Тим самим він фактично заклав основи популяційного мислення, проте в екології, що зароджувалася, ці ідеї отримали розвиток тільки в XX ст.

Основним напрямом науки, що оформилася, продовжувало залишатися вивчення адаптації видів до умов існування, причому будь-який організм розглядався як типовий представник свого виду. Однак накопичення даних призвело до розуміння складнішої організації життя. У 1877 р. німецьким гідробіологом К. Мебіусом (1825-1908) було висунуто концепцію біоценозу. На основі вивчення устричних банок Північного моря він обґрунтував уявлення про біоценоз як глибоко закономірне поєднання організмів у певних умовах середовища. Біоценози, чи природні співтовариства, по Мёбиусу, зумовлені тривалої історією пристосування видів друг до друга і подібної екологічної обстановці. Таким чином, оформилося уявлення, що жива природа, крім видів, представлених організмами, складається з надорганізмових систем, що закономірно складаються - біоценозів, поза якими організми не можуть існувати, оскільки потребують зв'язків один з одним. У надрах екології стало виокремлюватися особливе - біоценотичний напрям, завданням якого було вивчення закономірностей формування та функціонування співтовариств.

Вивчення угруповань зажадало розробки методів кількісного обліку, оцінки співвідношень видів у біоценозах. Вперше це було зроблено гідробіологами для планктону (Гензен, 1887), а потім – для донної фауни. На початку XX ст. кількісні методи обліку почали застосовувати і до наземної фауни.

Особливе місце у біоценотичних дослідженнях зайняло вивчення рослинного покриву. Вивчаючи за А. Гумбольдтом закономірності розподілу рослин за кліматичним зонам, ботаніки стали докладніше пов'язувати набір видів тварин і їх вигляд з умовами місцепроживання. У 90-х роках з'явилося зведення датського ботаніка Е. Вармінга «Ойкологічна географія рослин», який розвивав уявлення про життєві форми видів та типи рослинного покриву. У той же час оформляється вчення про рослинні угруповання - фітоценози, яке незабаром відокремилося в окрему область ботанічної екології. Велику роль цьому зіграли праці російських учених З. І. Коржинського і І. До. Пачосского, назвав нову науку «фітосоціологією». Серед західних ботаніків її розвитку сприяли роботи А. Кернера, А. Гризебаха та ін. Пізнє вчення про фітоценози трансформувалося у фітоценологію та геоботаніку. На прикладі рослин було розкрито багато принципів організації угруповань. Американський ботанік Ф. Клементс у 1910-1911 pp. розробив концепцію динаміки фітоценозів, що стала основою подальших уявлень про закони формування та розвитку співтовариств.

Для розвитку ідей загальної біоценології у першій половині XX ст. велике значення мали в нашій країні фітоценологічні дослідження Г. Ф. Морозова, В. Н. Сукачова, Б. А. Келлера, Л. Г. Раменського, В. В. Альохіна, А. П. Шеннікова та ін, за кордоном - К. Раункієра в Данії, Г. Дю Ріє у Швеції, І. Браун-Бланці у Швейцарії. Були створені різноманітні системи класифікації рослинності на основі морфологічних (фізіономічних), еколого-морфологічних, динамічних та інших особливостей співтовариств, розроблено уявлення про екологічні індикатори, вивчено структуру, продуктивність, динамічні зв'язки фітоценозів.

Стрімке зростання населення земної кулі поставило проблему потенціалу харчових ресурсів. В екології – це насамперед проблема біологічної продуктивності. У 60-ті роки розвиток науки та запити практики викликали до життя Міжнародну біологічну програму (МШП). Вперше біологи різних країн об'єднали зусилля на вирішення спільного завдання - оцінки продукційної потужності біосфери. Ці дослідження дозволили підрахувати максимальну біологічну продуктивність всієї нашої планети, т. е. той природний фонд, який має людство, і максимально можливі норми вилучення продукції потреб населення Землі. Кінцевою метою МШП було виявлення основних закономірностей якісного та кількісного розподілу та відтворення органічної речовини на користь найбільш раціонального використання їх людиною. Для оцінки масштабів впливу людської діяльності на біосферу в 70-х роках за МШП послідувала нова міжнародна програма «Людина та біосфера». Її результатом стали перелік і характеристика найважливіших глобальних екологічних проблем, які становлять загрозу як благоденства, а й самого виживання людства Землі. Міжнародне співробітництво в галузі глобальних екологічних досліджень продовжується. Постійно діє кілька всесвітніх наукових програм, у тому числі «Зміни клімату», «Біорізноманіття» та інші. Проблема охорони природи, її розумного та раціонального використання на основі екологічних законів стає однією з найважливіших для людства. Екологія є основною теоретичною базою для вирішення цієї проблеми. Основним практичним результатом розвитку екосистемної екології стало ясне усвідомлення, наскільки велика залежність людського суспільства від стану природи на нашій планеті, необхідності перебудовувати економіку відповідно до екологічних законів. Таким чином, зародившись як «природна історія» видів, основним об'єктом уваги якої були відносини «організм – середовище», екологія пройшла низку етапів розвитку, сформувавши уявлення про складну систему зв'язків органічного світу та поступово охопивши всі основні рівні організації життя. З екологічних позицій життя Землі виражена одночасно на чотирьох основних рівнях: організм - населення - біоценоз - екосистема. Носії життя - організми різного ступеня складності, від клітини бактерій до багатоклітинних рослин і тварин, обов'язково є членами будь-якої видової популяції. У свою чергу, життя будь-якої популяції неможливе поза біоценозами, т.е. е. зв'язків з популяціями інших видів. Біоценоз є складовою екосистеми і забезпечує своє існування потоками речовини і з навколишнього середовища. Уся ця складна система життя підтримується зв'язками організмів. Таке уявлення про організацію життя робить застарілими нещодавно ще гострі дебати про те, який із її рівнів є головним об'єктом у вивченні екології. Розвиток науки показав, що зв'язки організмів із середовищем є механізмом стійкості як самих живих істот, а й усіх надорганізмних систем, поза якими їхнє життя неможливе. Тому екологія, як і раніше, залишається «наукою про зв'язки», як писав про неї Е. Геккель, але охоплює незмірно більше поле наших знань про структуру і функціонування живої природи, включаючи людське суспільство. Разом з розвитком змісту екології розвиваються методи дослідження. Основний інструмент екологічного пошуку є методами кількісного аналізу. Надорганізмні об'єднання (популяції, спільноти, екосистеми) керуються переважно кількісними співвідношеннями особин, видів, енергетичних потоків. Кількісні зміни в структурі популяцій та екосистем можуть докорінно змінити способи та результати їх функціонування. Поряд із звичайними в біології методами спостережень, польових обліків, лабораторних та польових експериментів, спеціальних прийомів упорядкування матеріалів тощо виникли і множаться способи математичного аналізу екологічних ситуацій. У 20-х роках минулого століття американський вчений А. Лотка та італієць В. Вольтерра започаткували математичне моделювання біотичних відносин. Спочатку математичні формули, покликані відобразити природні зв'язки, будувалися з урахуванням небагатьох логічних умоглядних припущень. Вони погано відбивали реальну дійсність, але дозволяли зрозуміти деякі принципи взаємодії видів. Пізніше розвинулося так зване імітаційне моделювання, при якому в модель закладаються багато реальних параметрів систем, що вивчаються, і принципи їх функціонування, а потім, змінюючи змінні, спостерігають стан об'єктів за різних умов. Такі моделі використовуються для прогнозування змін у популяціях, спільнотах чи екосистемах і дають хороші результати за достатньої повноти вихідних даних. Розробляються і моделі дослідницького характеру, у яких програються можливі варіанти, дозволяють зрозуміти характер досліджуваних залежностей. Математичне моделювання відносять до «теоретичної екології», яка супроводжує розвиток науки, перевіряючи, розвиваючи і деталізуючи концепції, що висуваються. Нині екологія є розгалужену систему наук. Центральним її ядром є загальна екологія з чотирма основними підрозділами, що відповідають вивченню зв'язків на різних рівнях організації життя: аутекологія або екологія організмів, популяційна екологія, біоценологія та екосистемна екологія. Популяційну та біоценотичну екологію часто об'єднують під загальною назвою «синекологія», оскільки загальне їхнє завдання – вивчення спільного життя організмів (грец. син – разом). Існує велике поле приватної екології, що вивчає специфіку взаємин із середовищем у різних груп організмів (екологія рослин, тварин, грибів, мікроорганізмів і дрібніше - птахів, комах, риб тощо). У зв'язку з розвитком екологічних ідей виявився цілий ряд нових розділів в інших біологічних науках та з'явилися нові науки екологічного змісту. Фізіологічна екологія виявляє закономірності фізіологічних змін, які у основі адаптації організмів. У біохімічній екології увага спрямована на молекулярні механізми пристосувальних реакцій організмів за змін середовища. Палеоекологія вивчає екологічні зв'язки вимерлих організмів та давні спільноти, еволюційна екологія – екологічні механізми перетворення популяцій, морфологічна екологія – закономірності будови органів та структур організмів залежно від умов проживання, геоботаніка – особливості складання та розподілу фітоценозів. Екологічною наукою є і гідробіологія, яка на різних рівнях вивчає екосистеми водойм. Екологічні розділи з'явилися й у науках Землі (наприклад, екологія ландшафтів, глобальна екологія, геоекологія тощо.), й у науках про суспільство (наприклад, соціальна екологія). Існує велика навчальна та науково популярна вітчизняна література, яка знайомить читача з основними питаннями сучасної екології. В останні роки з'явилися загальні зведення І. А. Шилова (1997), Н. К. Христофорової (1999). Російською мовою перекладені книги Ю. Одума (1975, 1976), В. Лархера (1978), Р. Ріклефса (1979), М. Бігона, Дж. Харпера, К. Таусенда (1979), Р. Уіттекера (1980), Еге. Піанки (1981), Т. Міллера (1990), Б. Небела (1992), Р. Маргалефа (1992) та інших авторів. Багато робіт присвячено прикладній екології. Екологічне мислення стає необхідним вирішення найнагальніших завдань нашого життя. У зв'язку з цим сучасна екологія далеко вийшла за межі суто академічної навчальної дисципліни. Необхідність екологічного та природоохоронного навчання та виховання підростаючого покоління очевидна. У міжнародній сфері працюють спеціальні комісії ЮНЕСКО, ЮНЕП та інші організації, завданням яких є пропаганда та впровадження екологічних підходів у різні сфери практичної діяльності. Основна мета міжнародних зусиль - запобігти екологічній кризі, що загрожує людству, і забезпечити подальший розвиток і благополуччя суспільства.

Вивчення закономірностей геосфери, пошук та розкриття зв'язків між природою та людиною, а також конструювання оптимальної моделі цієї взаємодії – ось чим займається наука екологія. Предмет та методи досліджень - які вони? Про це йтиметься далі.

Що таке екологія?

Це наука, від якої, насправді, залежить майбутнє всього людського суспільства. У XXI столітті криза у взаєминах між людиною та довкіллям загострилася до межі, тому головні цілі та завдання екології криються у пошуку шляхів вирішення цього конфлікту.

Назва дисципліни походить від двох грецьких слів: "ойкос" - "будинок, житло", і "логос" - "вчення". У 1866 році вперше згадується наука "екологія", предмет та завдання якої стосуються особливостей взаємодії спільностей живих організмів між собою, а також із навколишнім середовищем. Цей термін узвичаїв німецький вчений на сторінках книги "Загальна морфологія організмів".

У широкому розумінні предмет вивчення екології криється у взаємовідносинах організмів і навколишнього світу, а також у дослідженні структури та організації екосистем та популяцій, виділенні механізмів підтримування їх стійкості у просторово-часовому полі.

Суть екології XXI століття

Лише наприкінці ХІХ століття сформувалася наука екологія. Предмет і завдання їх у ті часи зводилися до вивчення взаємозв'язків живих організмів із довкіллям їх проживання. Насправді, такою вона залишалася до середини ХХ століття, зберігаючи риси суто біологічної дисципліни.

Ближче до кінця минулого століття екологія починає перетворюватися на одну з перших синтетичних (міждисциплінарних) наук. У наші дні вона зберегла свою грецьку назву. Щоправда воно, по суті своїй, не зовсім точно відображає основні завдання екології.

Сучасна екологія XXI століття - це наука про стратегії збереження та стабільного розвитку життя на Землі загалом. Таке головне покликання цієї дисципліни, що поєднала у собі теоретичні та практичні риси.

Екологія: предмет та завдання екології

Чи не основним у методологічному апараті будь-якої науки виступає її предмет та комплекс завдань. "Пізнання економіки природи," - такою уявлялася Ернсту Геккелю екологія. Предмет та завдання екології – які вони? Спробуємо розібратися у цьому питанні.

Для відповіді нього потрібно спиратися на відомий у науці принцип системності. Він передбачає розуміння як єдиних, цілісних систем. З принципу системності, об'єктом вивчення екології є екосистема (вірніше, екосистеми різних рангів).

Екологія у своєму розвитку покликана відповідати на два основні питання:

1. Яка структура екосистеми?
2. Як функціонує та розвивається екосистема.

Відповідно, вся екологія ділиться на два великі розділи: на структурну та динамічну. Причому обидві вони перебувають у тісній взаємодії.

Виходячи з загальнонаукового принципу системності, можна окреслити предмет вивчення цієї науки: це дослідження структури, особливостей, а також закономірностей функціонування екосистем різного рівня.

Які завдання ставить собі наука екологія? З них можна виділити такі:

1. Загальне та комплексне вивчення біосфери та її розвитку під впливом різних факторів.
2. Прогнозування динаміки стану екосистем у просторово-часовому полі.
3. Розробка шляхів оптимізації взаємовідносин між природою та людиною з метою покращення якості життя на планеті в цілому.

Місце екології у загальнонауковій системі знань

Сучасна екологія поєднує в собі елементи природних, гуманітарних, точних і біологія, географія, медицина, економіка, психологія, соціологія та раціональне природокористування - з цими та деякими іншими дисциплінами вона перебуває в тісній взаємодії.

Крім того, на стику екології з іншими близькими до неї науками сформувалися зовсім нові та цікаві дисципліни. Серед таких – біоекологія, геоекологія, інженерна екологія, ноосферологія тощо.

Структура сучасної екологічної науки

На сьогоднішній день відомо більше 100 напрямків в екологічній науці, кожен з яких займається вузькою проблематикою. Існує кілька класифікацій екології, кожна з яких побудована за своїми принципами. Найбільш детальною та обґрунтованою є структура, запропонована вченим М. Реймерсом.

Він пропонує розділяти екологічну науку на два великі блоки:

1. Теоретична екологія.
2. Прикладна екологія

Перша включає біоекологію з усіма її численними підрозділами, а також рекреацію. До блоку прикладної екології входить геоекологія, соціоекологія, біосферологія та інженерна екологія зі своїми відгалуженнями.

Дуже важливе місце в прикладному блоці займає інженерна екологія - наука про фактори та критерії. Її також часто називають техноекологією. Вона включає безліч дисциплін: екологія енергетики, екологія транспорту і комунікацій, екологія сільського господарства, космічна екологія, екологічна експертиза та інші.

Варто зазначити, що кожна з перерахованих вище дисциплін покликана вирішувати своє коло проблем і завдань. При цьому всі вони використовують напрацювання та досягнення інших екологічних дисциплін.

Завдання та методи екології

Для вирішення комплексу завдань екологічна наука використовує широкий набір різних методів. Їх можна уявити трьома основними групами:

1. Методи для збору інформації про стан та функціонування екосистем.
2. Методи опрацювання отриманої інформації.
3. Методи інтерпретації отриманих матеріалів та результатів.

Найпопулярніші методи, що використовуються в екології сьогодні: стаціонарного спостереження та експерименту, математичні, картографічні, а також метод моделювання. Особливо популярна сьогодні побудова математичних моделей. Для цього на основі видобутих "у полі" емпіричних фактів та матеріалів будується абстрактна модель екосистеми (за допомогою спеціальних символів). Потім, змінюючи значення деяких параметрів, можна легко спостерігати за тим, як поводитиметься (змінюватиметься) система.

На закінчення...

Майже півтора сторіччя тому виникла наука, від успішного розвитку якої сьогодні залежить майбутнє всього людства. Ім'я цієї науки – екологія. Предмет та завдання екології зводяться до вивчення особливостей та закономірностей функціонування екосистем, на основі чого розробляються стратегії стабільного розвитку життя на нашій планеті. Сучасній людині не треба доводити необхідність існування цієї науки.

Екологія тісно пов'язана з теорією еволюції. Завдяки природному відбору в процесі історичного розвитку органічного світу залишалися лише ті види, популяції та біоценози, які в боротьбі за існування виживали і пристосовувалися до навколишнього середовища, що змінюється. Екологія також пов'язана з такими біологічними дисциплінами, як ботаніка (екологія рослин), зоологія (екологія тварин), генетика, етологія (наука про поведінку тварин), фізіологія та ін.

Разом про те, поняття «екологія» нині трактується ширше. Воно охоплює всі сторони життя людини, її фізичний і духовний світ: інакше кажучи, це не просто наука, а світогляд. В останні роки вкрай посилюється соціальний аспект у визначенні екології, і її трактують як сукупність наукових та практичних проблем взаємодії людини та природного середовища.

Мал. 2. Ернст Геккель (1834 – 1919)

Термін « екологія»пропонований німецьким натуралістом Ернстом Геккелему працях «Загальна морфологія організмів» (1866 р.) та «Природна історія миротворення» (1868 р.) для позначення «загальної науки про відносини організмів до навколишнього середовища».

Передісторія екології як науки перегукується з працями багатьох дослідників природи XVIII - XIX ст. (К. Лінней, Ж.Б. Ламарк, Ж. Бюффон, Е.Ж. Сент-Ілер, А. Гумбольдт, Ч. Дарвін, К.Ф. Рульє, Н.А Северцов та багато інших), які вважали, що як будова та розвитку організмів, а й їх взаємовідносини із середовищем проживання підпорядковані певним закономірностям.

Усі розділи біології вивчають життя на молекулярному, клітинному чи организменном рівнях, оскільки індивід є найбільшою одиницею дослідження. Проте є й складніші форми організації живого. Групи подібних індивідуумів одного виду об'єднуються в популяції, популяції різних видів рослин і тварин об'єднуються в Спільноти, які у свою чергу утворюють із неживою природою біогеоценози (екосистеми)і загалом біосферупланети.

Отже, сучасна екологія вивчає життя, інтегроване в біологічні системи вищого рангу, ніж організм. Цим екологія відрізняється від інших галузей біології, які вона збагачує, але в жодному разі не розчиняється в них і не зникає як самостійна наука.

Екологія досліджує три основні рівні організації живої матерії: окремі особини, популяції та спільноти. Залежно від рівня змінюються і завдання екології.

Предметом дослідження екології є біологічні макросистеми: популяції, спільноти, екосистеми та їх динаміка у часі та просторі.

З об'єкта та предмета екології випливають і основні її завдання: вивчення динаміки популяцій та екосистем у часі та просторі. Головне теоретичне і практичне завдання екології полягає в тому, щоб керувати ними в умовах дедалі більшого впливу людини на навколишнє середовище. Екологія вивчає принципи та закони, що визначають тимчасові та просторові типи об'єднання організмів, потоки речовини та енергії через окремі трофічні рівні, закономірності функціонування екосистем та біосфери в цілому.

Розділи екології. Методи дослідження.

Розділи екології

На рівні розвитку суспільства екологія перетворилася на одну з провідних біологічних наук. Це значною мірою зумовлено тим, що вирішення проблем, пов'язаних із раціональним використанням природних ресурсів біосфери, можливе лише з екологічних позицій.

1. Аутекологія(грец. autos – «сам») – розділ екології, що вивчає дію різних факторів середовища на окремих особин.

2.Популяційна екологія- Розділ екології, що вивчає просторову структуру та динаміку (зміни) чисельності популяцій.

3. Синекологія(грец. syn – «разом» і koinos – «загальний») – розділ екології, що досліджує видовий склад співтовариств, їх просторову структуру та зміну у часі.

Методи дослідження

1. Польові дослідження, тобто. вивчення популяцій видів та їх співтовариств у природному середовищі проживання. Саме з допомогою польових методів можна встановити результати впливу організм конкретного комплексу чинників довкілля, виявити загальну картину розвитку виду певних умовах.

2. Метод експерименту.Головне його завданням є з'ясування (шляхом спостереження) причин існуючих природі взаємин. Шляхом експерименту (досвід порівнюється з контролем) вичленюється і аналізується роль окремих факторів за сталості всіх інших.

3. Метод моделювання біологічних явищ.Методи математичного моделювання застосовуються для екологічного прогнозування. Оскільки за умов науково-технічного прогресу вплив людини на довкілля неминуче, складання екологічного прогнозу необхідне. Це складне і відповідальне завдання, вирішити яке неможливо без багатостороннього математичного аналізу всіх аспектів взаємовідносин живих організмів із численними чинниками довкілля. Управління екосистемами на основі точно складених прогнозів – завдання майбутнього.

Екологічні фактори

Екологічні фактори- це чинники середовища, які впливають організм.

Середовище проживання- це все те, що оточує живий організм і прямо чи опосередковано впливає на його стан, розвиток, виживання, розмноження тощо.

Умови існування або умови життя, - сукупність необхідні життя елементів, тобто. комплекс екологічних чинників, без яких організм неспроможна існувати.

Усі пристосування до існування організмів у різних умовах виробилися вони історично. В результаті цього складного та тривалого процесу сформувалися специфічні для кожної географічної зони угруповання рослин та тварин.

Середовище проживання:

а) водна (кит);

б) повітряна (стриж);

в) підземна (крот);

г) наземна (заєць).

Мал. 3. Кіт Мал. 5. Крот

Мал. 4. Стриж Мал. 6. Заєць

Закономірності впливу абіотичних факторів на організми

Екологічні чинники надзвичайно різноманітні, і кожен вид, відчуваючи їхній вплив, відповідає на нього по-різному. Тим не менш, є загальні закони, яким підкоряються реакції реакції організмів на будь-який фактор середовища.

Головний із них - закон оптимуму: будь-який екологічний чинник має певні межі позитивного на живі організми.

При відхиленні цих меж знак впливу змінюється на протилежний. Наприклад, тварини та рослини погано переносять сильну спеку та сильні морози; Оптимальними є середні температури. Так само і посуха, і постійні зливи однаково несприятливі для врожаю. Закон оптимуму відбиває діапазон впливу кожного чинника на життєздатність організмів. На графіці він виражається симетричною кривою, що показує, як змінюється життєдіяльність виду за поступового збільшення впливу чинника.

У центрі під кривою – зона оптимуму. При оптимальних значеннях фактора організми активно зростають, харчуються, розмножуються. Чим більше відхиляється значення чинника праворуч чи ліворуч, тобто. у бік зменшення чи збільшення сили дії, тим не менш сприятливо для організмів. Крива, що відображає їхню життєдіяльність, різко спускається вниз по обидва боки від оптимуму. Тут розташовані дві зони песимуму. При перетині кривої з горизонтальною віссю є дві критичні точки. Це такі значення чинника, які організми не витримують, поза межами настає смерть. Відстань між критичними точками показує ступінь витривалості організмів зміну фактора. Умови, близькі до критичних точок, особливо тяжкі для виживання. Такі умови називають екстремальними.

Фактори, що знижують життєздатність організму, називаються такими, що обмежують або лімітують.

Властивість видів адаптуватися до того чи іншого діапазону факторів середовища називається екологічною пластичністю або екологічною валентністю. Екологічно непластичні види називаються стенобіонтними (грец. stenos – «вузький») (ліва та права частини графіка), а витривалі, пристосовані до широкого діапазону факторів середовища – еврибіонтними (грец. eyros – «широкий») (центральна крива).

Наприклад, стенофаги мають вузький спектр харчових об'єктів, а еврифаги харчуються різноманітною їжею; стенотопні види зустрічаються в одному місці проживання, а евритопні - у різноманітних.

Закон Мінімуму (Ю. Лібіх)

Мал. 8. Юстус Лібіх (1803 - 1873)

У 1840 р. німецький агрохімік Юстус Лібіх дійшов висновку, що витривалість організмів обумовлена ​​найслабшою ланкою в ланцюзі його екологічних потреб. Він встановив, що врожай зерна часто лімітується не тими поживними речовинами, які потрібні у великих кількостях (вуглекислий газ, вода та ін.), - оскільки такі речовини, як правило, є удосталь, - а тими, які необхідні в малих кількостях і яких у ґрунті недостатньо (наприклад, бор). Встановлена ​​закономірність отримала назву "правило Лібіха", або "закон мінімуму Лібіха".

Закон мінімуму Лібіха: у комплексі екологічних факторів сильніше діє той, який найбільш близький до межі витривалості розглянутого організму.

Закон Толерантності (В. Шелфорд)

Мал. 9. Віктор Шелфорд (1877 – 1968)

Але лімітуючим фактором може бути не лише недолік (мінімум), а й надлишок (максимум) екологічного фактора. Уявлення про лімітуючий вплив максимуму поряд з мінімумом розвинув В. Шелфорд у 1913 р. Виявлена ​​ним закономірність отримала назву «закон толерантності Шелфорда»

Закон толерантності Шелфорда: лімітуючим фактором процвітання може бути як мінімум, так і максимум екологічного фактора, діапазон між якими визначає величину толерантності (лат. tolerantia - «терпіння»), витривалості організму до цього фактора.

Обмежувальними чинниками можуть і біотичні чинники середовища. Наприклад, поширення бобових рослин в Арктиці обмежується не скільки низькими температурами, скільки відсутністю комах-запилювачів, зокрема джмелів. Саме з цієї причини немає бобових на Діксоні.

Численні польові дослідження, а також експерименти показують, що той самий фактор середовища має різне значення в житті спільно мешкаючих організмів різних видів. Понад те, кожен чинник неоднаково впливає різні функції організму. Так температура повітря від +40 до +45 ° С у пойкілотермних тварин (тобто не мають постійної температури тіла) сильно збільшує швидкість метаболізму, але гальмує їхню рухову активність.

Чинники середовища впливають на організм тварини в сукупності. Так оптимальна зона та межі витривалості організмів стосовно будь-якого фактора середовища можуть зміщуватися залежно від дії інших факторів. Зазначена закономірність одержала назву «взаємодія факторів». Наприклад, спеку легше переносити при сухому, а чи не при вологому повітрі; низькі зимові температури у поєднанні з підвищеною вологістю та сильними вітрами можуть бути вкрай несприятливими.

Останні матеріали розділу: