Методы, задачи экологической науки

Общая экология

Экология (греч. oikos — жилище, местопребывание, logos — наука)— биологическая наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания. Этот термин был предложен в 1866 г. немецким зоологом Эрнстом Геккелем. Становление экологии стало возможным после того, как были накоплены обширные сведения о многообразии живых организмов на Земле и особенностях их образа жизни в различных местообитаниях и возникло понимание, что строение, функционирование и развитие всех живых существ, их взаимоотношения со средой обитания подчинены определенным закономерностям, которые необходимо изучать.

Объектами экологии являются преимущественно системы выше уровня организмов, т. е. изучение организации и функционирования надорганизменных систем: популяций, биоценозов (сообществ), биогеоценозов (экосистем) и биосферы в целом. Другими словами, главным объектом изучения в экологии являются экосистемы, т. е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания.

Задачи экологии меняются в зависимости от изучаемого уровня организации живой материи. Популяционная экология исследует закономерности динамики численности и структуры популяций, а также процессы взаимодействий (конкуренция, хищничество) между популяциями разных видов. В задачи экологии сообществ (биоценологии) входит изучение закономерностей организации различных сообществ, или биоценозов, их структуры и функционирования (круговорот веществ и трансформация энергии в цепях питания).

Главная же теоретическая и практическая задача экологии — раскрыть общие закономерности организации жизни и на этой основе разработать принципы рационального использования природных ресурсов в условиях все возрастающего влияния человека на биосферу.

Взаимодействие человеческого общества и природы стало одной из важнейших проблем современности, поскольку положение, которое складывается в отношениях человека с природой, часто становится критическим: исчерпываются запасы пресной воды и полезных ископаемых (нефти, газа, цветных металлов и др.), ухудшается состояние почв, водного и воздушного бассейнов, происходит опустынивание огромных территорий, усложняется борьба с болезнями и вредителями сельскохозяйственных культур. Антропогенные изменения затронули практически все экосистемы планеты, газовый состав атмосферы, энергетический баланс Земли. Это означает, что деятельность человека вступила в противоречие с природой, в результате чего во многих районах мира нарушилось ее динамическое равновесие.

Для решения этих глобальных проблем и прежде всего проблемы интенсификации и рационального использования, сохранения и воспроизводства ресурсов биосферы экология объединяет в научном поиске усилия ботаников, зоологов и микробиологов, придает эволюционному учению, генетике, биохимии и биофизике их истинную универсальность.

В круг проблем экологии включены также вопросы экологического воспитания и просвещения, морально-этические, философские и даже правовые вопросы. Следовательно, экология становится наукой не только биологической, но и социальной.

Методы экологии подразделяются на полевые (изучение жизни организмов и их сообществ в естественных условиях, т. е. длительное наблюдение в природе с помощью различной аппаратуры) и экспериментальные(эксперименты в стационарных лабораториях, где имеется возможность не только варьировать, но и строго контролировать влияние на живые организмы любых факторов по заданной программе). При этом экологи оперируют не только биологическими, но и современными физическими и химическими методами, используютмоделирование биологических явлений, т. е. воспроизведение в искусственных экосистемах различных процессов, происходящих в живой природе. Посредством моделирования можно изучить поведение любой системы с целью оценки возможных последствий применения различных стратегий и методов управления ресурсами, т. е. для экологического прогнозирования.

Для изучения и прогнозирования природных процессов широко используется также метод математического моделирования. Такие модели экосистем строятся на основе многочисленных сведений, накопленных в полевых и лабораторных условиях. При этом правильно построенные математические модели помогают увидеть то, что трудно или невозможно проверить в эксперименте. Однако сама по себе математическая модель не может служить абсолютным доказательством правильности той или иной гипотезы, но она служит одним из путей анализа реальности.

История развития экологии как науки.

Зарождение экологических знаний1-ый этап - накопление фактического материала и первый опыт его систематизации. Истоки экологии прослеживаются в глубокой древности. Уже в примитивном первобытном обществе происходило познание окружающей среды. Наскальные рисунки (о способах культивирования растений, лове животных, обрядах, о повадках животных образе их жизни, о сроках сбора растений, о местах произрастания растений, о способах выращивания и ухода за ними) это ничто иное, как первые сведения, в том числе и экологического характера (рис 1.1., 1.2). Рис 1.1 Лов животных Рис 1.2 Повадки животныхМножество интересных сведений об экологическом мышлении того времени оставили нам древние египетские, индийские, тибетские и античные источники. В рукописных книгах Вавилонии, например, есть описания способов обработки почвы, указывается время посева культурных растений, перечисляются птицы и животные, вредные для земледелия. В древнейших китайских хрониках (IV –II вв. до н.э.) описываются условия произрастания различных сортов культурных растений. В священной книге персов «Зендавеста» (VI – V вв. до н.э.) даются такие советы о необходимости беречь полезных животных, охранять огонь, храмы и воду, не осквернять землю нечистыми веществами и тщательно ее обрабатывать. Древнерусское произведение «Слово о полку Игореве» насыщено упоминаниями о повадках зверей и птиц. В трудах ученых античного мира – Гераклита (530 – 470 до н. э.), Гиппократа (460 – 370 до н. э.), Аристотеля (384 –322 до н. э.) и других – было сделано множество обобщений экологических факторов. Аристотель (IV в. до н. э.) в своей «Истории животных» описал более 500 видов известных ему животных, рассказал об их поведении и классифицировал их, разделяя на водных, сухопутных и земноводных. В трудах его ученика - Теофраста Эрезийского (372 – 287 до н. э.), который считается «отцом ботаники», имеется много сведений по экологии растений. В «Исследованиях о растениях» он сообщает наблюдения о зависимости формы роста растений от климата, почвы и способов возделывания. Теофраст впервые разделил изучаемые растения на деревья, кустарники, полукустарники и травы (первые представления о жизненных формах). Поэт и ученый Дpевнего Рима Лукpеций Каpа (1 век до н. э.) писал: Пеpвый посева пpимеp и обpазчик пpививки pастений Был непосpедственно дан пpиpодою, все создающей: Ягоды, желуди, вниз упадавшие наземь с деpевьев, Густо pоясь у коpней, своевpеменно все выpастали. Это и подало мысль пpививать к деpевьям отpостки И на полях насаждать молодые отводки pастений. Всячески стали затем обpабатывать милое поле И замечали тогда, что на нем, от ухода за почвой, Диких pастений плоды получались нежнее и слаще, День ото дня заставляли леса отходить на высоты И по долинам места уступать возделанным пашням…Таким образом, элементы экологического воззрения на природу, на живые организмы можно обнаружить буквально на заре становления ботаники, зоологии и сельского хозяйства. В начале нашей эпохи (I в н. э.) древнегреческий врач Диоскорид в своем сочинении «О лекарственных средствах», описывая более 600 растений, группировал их по внешним, морфологическим признакам и указывал их зависимость от мест произрастания и распространения. В средние века интерес к изучению природы ослабевает. Феодальная разобщенность, низкий уровень производства и господство религии не способствовали развитию биологических наук. В этот период (затянувшийся почти на целое тысячелетие), лишь единичные труды сообщают научные знания. Большинство сведений имеют прикладной характер и содержат описания целебных трав (Авиценна, 980-1037 гг.), природы далеких стран (Марко Поло, XIII в., Афанасий Никитин, XV в.). Началом новых веяний в науке в период позднего средневековья явились труды Альберта Великого (Альберт фон Больштедт, 1193 – 1280 гг.). В своих книгах о растениях он придает большое значение условиям их местообитания, где помимо почвы важное место уделяет «солнечному теплу», рассматривая причины «зимнего сна» у растений; размножение и рост организмов ставит в неразрывную связь их питанием. Географические открытия в эпоху Возрождения (XV в.) и колонизация новых стран явились толчком к развитию биологических наук. Накопление и описание фактического материала – характерная черта естествознания этого периода. В трудах многих естествоиспытателей имели место явные свидетельства экологических знаний (о разнообразии живых организмов, их распространении, в выявлении особенностей строения растений и животных, живущих в условиях той или иной среды). Появляется необходимость разобраться во всем многообразии флоры и фауны, оценить возможное хозяйственное значение открытых учеными экзотических видов. Первыми систематиками стали – А. Цезальпино (1519 – 1603), Д. Рей (1623 – 1705), Ж. Турнефор (1656 – 1708), К. Геснер (1516-1565), У. Альдрованди (1522-1605) и др.. Известный английский химик Р. Бойль (1627 – 1691), изучавший влияние низкого атмосферного давления на различных животных, является первым ученым, осуществившим экологический эксперимент. А. Левенгук (1632 –1723), более известный как один из первых микроскопистов, был пионером в изучении пищевых цепей и регуляции численности организмов. Э. Дарвин (1731 – 1802) изучал изменчивость организмов под влиянием различных внешних условий среды и излогал свои представления в сочинениях, написанных в форме дидактических поэм («Ботанический сад», «Храм природы, «Зоономия»). Например, в «Храме природы» он, например, пишет: И меж растений царствует война. Деревья, травы – вверх растут задорно, За свет и воздух борются упорно, А корни их, в земле неся свой труд, За почву и за влажность спор ведут. К. Линней (1707 – 1778) опубликовал диссертацию «Экономия природы» (1974 г.), в которой изложил свои взгляды на взаимоотношения живых организмов и влияния на их жизнь условий внешней среды. Но наибольшая заслуга Линнея в том, что он предложил бинарную (двойную) номенклатуру (обозначил для каждого вида растений, животных и микроорганизмов двойное латинское название; первое слово - название рода, второе – видовая принадлежность) и наиболее удачную классификацию растений и животных. За 120 лет до появления теории Дарвина великий швед поставил человека первым в классе млекопитающих вместе с обезьянами и полуобезьянами. В системе Линнея человек получил свое научное имя Homo sapiens – человек разумный. Большое влияние на формирование экологических взглядов имел капитальный труд Ж. Б. Ламарка (1744-1829) - «Философия зоологии» (1809), в котором он затронул проблему воздействия внешних условий на «действия и привычки» животных. Ламарку принадлежит одно из первых высказываний, относящихся к сфере социальной экологии. Он впервые обратил серьезное внимание на специфическую роль человека и ее возможные катастрофические последствия. Ламарк писал: «Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека как бы заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для обитания». В 18 веке много фактов экологического содержания было собрано и русскими учеными: С. П. Крашенинниковым (1711-1755), И. И. Лепехиным (1740-1802), П. С. Палласом (1741 – 1811) и другими географами и натуралистами. С. П. Крашенинников на примере природы Камчатки провел множество наблюдений над образом жизни зверей, птиц, рыб и опубликовал их в книге «Описание земли Камчатки», получившей мировую известность. И. И. Лепехин описал растительные ландшафты, свойственные пустыням, умеренным и северным зонам страны, обратив внимание на сходство растений высокогорий и тундры; указал на зависимость растительности от качества почвы и климатических условий; установил связь численности, распределения, плодовитости и миграции белки-кедровки и других обитателей тайги от урожая кедра и др. П. С. Паллас подробно описал образ жизни 151 вида млекопитающих и 425 видов птиц и такие биологические явления, как миграции, спячка, взаимоотношения родственных видов и т.п. П.С. Палласа считают одним из основателей экологии животных. Накопление фактов в процессе великих географических открытий сменилось периодом детальной обработки собранных материалов. Сопоставление сведений о флоре, фауне, различных областей земного шара, установление сходств и различий в их составе приводит к появлению нового, прогрессивного учения об изменчивости видов. Вместе с тем экологических идей как таковых еще нет, лишь начала складываться экологическая точка зрения на изучаемые явления природы. Дальнейшему развитию экологического мышления способствовало появление в начале 19 столетия - биогеографии. Пионером в этом деле принято считать - А. Гумбольдта (1769 –1859), который в 1807 году опубликовал работу «Идеи географии растений». В этой работе А. Гумбольдт, на основе своих многолетних наблюдений в Центральной и Южной Америке, Центральной Европы, Сибири, Алтае, Китае, показал влияние климатических условий (особенно температурного фактора), на распространение растений. Он обосновал идею горизонтальной зональности и вертикальной поясности растительности, ввел понятие о физиономических типах организмов. Его труды сыграли огромную роль в развитии биологических, физико-географических и прикладных наук. Уже при его жизни вышло несколько работ по географии растений, географии животных, по экологической географии, которые развивали и конкретизировали его идеи. Серьезные исследования в области, изучающей влияние на растения внешних условий и воздействие растений на окружающую среду были сделаны отцом и сыном Декандолями. О. П. Декандоль – отец (1778-1841) в своей книге «Очерк начальной географии растений (1820) впервые дал определение таким важным понятиям, как «местообитание», «местонахождение», «полезные температуры». А. Декандоль - сын (1806-1893) в «Географии растений» (1855) привел классификацию местообитаний, основываясь на многообразии факторов внешней среды: температуры, света, влажности, качества почвы. В тесном единстве с окружающей средой рассматривал организмы профессор Казанского университета Э. А. Эверсман (1794-1860). Он четко делил факторы среды на абиотические и биотические, изучал взаимоотношения между особями одного и разных видов, при этом особое внимание ученый обращал на биоценотические связи между растениями и животными.
В середине 19 века большое влияние на развитие экологического направления биологической науки в России оказал профессор Московского университета К. Рулье (1814-1885). Будучи крупным биологом, зоологом, он сформулировал принцип, лежащим в основе всех наук о живом, - принцип исторического единства организма и окружающей среды. Рулье подчеркивал, что ни один из организмов не может существовать независимо от окружающей среды, причем среда изменяется организмами, а изменения организмов контролируется средой. Он изложил целый ряд общих и частных положений биоценологии и положил начало непосредственному внедрению знаний экологии в практику. Его статья «О земляном черве, поедавшем озимь в 1846 году» содержит важный теоретический материал о агротехнических, механических, химических и биологических средствах борьбы с вредителем. Статья оказалась отличным руководством для ученых-практиков. Кроме того, К. Рулье, считал человеческую деятельность важным экологическим фактором, вносящим большие изменения в природу. Таким образом, начало 19 века знаменуется появлением экологического направления в исследованиях фитогеографов, ботаников и зоологов. Ученые анализировали закономерности организмов и среды, взаимоотношения между организмами, явления приспособляемости и приспособленности. 2-ой этап – обособление науки экологии как новой области знаний о природе. Выход в свет в 1859 книги «Происхождение видов» (1859) и победа эволюционного учения Ч. Дарвина (1809- 1882) в биологии открывают новый период в истории экологии - ее отделение от других наук и превращение в науку об адаптации организмов. В этот период появляется много работ о роли температуры, влажности, света в жизни растений и животных, широко изучаются повадки и поведение животных в разных условиях среды, разрабатываются системы жизненных форм. Кто именно ввел сам термин «экология» в научный обиход – точно не известно. Пальма первенства отдается немецкому биологу Э. Геккелю. В 1866 году молодой профессор в своем капитальном труде «Всеобщая морфология организмов», классифицируя разделы биологии, впервые употребил термин «экология» В дословном переводе с греческого «экология» обозначает науку о доме (ойкос - дом, жилище; логос - учение). «Под экологией, - писал Геккель, - мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической, и, прежде всего – его дружественных или враждебных взаимоотношений с теми животными и растениями, с которыми оно прямо или косвенно вступает в контакт. Одним словом, экология – это изучение всех сложных взаимоотношений, которые Дарвин называет условиями, порождающими борьбу за существование». В разделе «Экология и хорология» Геккель пишет: «Под экологией мы подразумеваем общую науку об отношениях организма к окружающей среде, куда мы относим все «условия существования» в широком смысле этого слова. Они частично органической, частично неорганической природы; поскольку они, как мы отмечали выше, оказывают влияние на форму организмов, то тем самым они заставляют их приспосабливаться к этим условиям». Однако не только накопление фактов о полезных приспособлениях организмов к среде обитания составило содержание науки экологии в этот период. Внимание ученых все больше и больше привлекали связи, которые существуют между живыми организмами, населяющими ту или иную территорию. Так, в целях выяснения условий ведения устричного хозяйства на производственной основе датским гидробиологом К. Мебиусом (1825-1902) было проведено большое экологическое исследование, давшее начало новому направлению в изучении природных явлений - биоценотические исследования. Мебиус не только установил наличие органических сообществ и предложил для них название «биоценоз» (этот термин получил распространение в научной литературе на немецком и русских языках, а в англоязычных странах этому понятию соответствует термин «сообщество»), но и сумел раскрыть многие закономерности их формирования и развития. Он одним из первых применил к исследованию объектов живой природы особый подход, который получил в наши дни название системного подхода. Этот подход ориентирует исследователя на раскрытие целостных свойств объектов и механизмов, их обеспечивающих, на выявление многообразных связей в биологической системе и разработку эффективной стратегии ее изучения.
Много наблюдение и теоретических обобщений было проведено в этот период по экологии растений. Основоположником этой области биологических знаний называют Е. Варминга (1841-1924). Характеризуя действия факторов среды обитания, он показывает, что условия жизни определяют не только внешний облик организма, но и его анатомическое строение и вводит понятие «жизненная форма». В качестве важных условий среды ученый называет совместную жизнь растений с растениями и животными, отмечает влияние человека. Всю растительность Варминг делит на сообщества гидрофитов, ксерофитов, мезофитов и галофитов и среди них выделяет более мелкие единицы – формации. Продолжением этого направления исследований флоры стала книга немецкого ботаника О. Друде «Экология растений» и развитие такого нового направления как «учение о видах-индикаторах», т.е. о растениях – показателях содержания в почве определенных химических элементов. Экология растений официально была признана в 1910 г. на III Всемирном ботаническом конгрессе в Брюсселе. На этом же конгрессе ученые поставили вопрос о разделении экологии растений на два отдела: экологию особей и экологию сообществ. По предложению швейцарского ботаника К. Шретера первая часть экологии была названа аутэкологией (от греч. аут – «сам»), вторая – синэкологией (от греч. приставки син – «вместе»). Это деление было принято и в зооэкологии. В России на основе указанного деления была выделена новая наука – фитоценология (геоботаника). Все главные положения новой наука были разработаны Г. Ф. Морозовым (1867 – 1920) и В. Н. Сукачевым (1880 –1967) на основе учения о лесе. В работах ученых подробно излагаются вопросы о строении и составе фитоценоза, специфике его фитосреды, о взаимоотношениях между растениями, о смене растительных сообществ и причинах их вызывающих. В. В. Докучаев (1846 – 1903) дал определение понятия «почва» и изложил учение о почве, которая по его представлению является результатом совокупной деятельности грунта, климата, растений и животных, возраста страны, рельефа. Положения, выдвинутые им, остаются общепринятыми и в настоящее время. В эти годы наблюдается дальнейшее развитие экологии организмов. В своих исследованиях ученые начинают применять (помимо метода полевых наблюдений) экспериментальный метод (особенно при выявлении способностей организмов переживать такие неблагоприятные условия как засуха и недостаток освещения). Исследования экологических свойств организмов позволяет ученым по-новому подойти к вопросу о жизненных формах. Последние начинают рассматриваться как способ приспособления к среде существования. Кроме того, появляется представление о человеке как «ведущей геологической силе». К. Шретер в 1913 г. предлагает разделить все факторы среды на пять групп: почвенные, климатичекие, биогенные, антропогенные и филогенетические. Заметным становятся исследования, посвященные количественному учету организмов. Так большое значение имел труд американского ученого В. Шелфорда «Животные сообщества умеренной Америки на примере района Чикаго» (1913), в котором доказана необходимость количественного учета животных и даны примеры методик полевых экологических исследований. Кроме того, в 20-30е годы 20 века, в ходе интенсивного развития экспериментальной и теоретической экологии, были сформулированы основные задачи изучения популяций и обществ, были установлены математические законы, описывающие динамику популяций взаимодействующих групп особей. Появились такие основополагающие концепции, как «пирамида чисел», «цепь питания», «пирамида биомасс». Таким образом, в начале 20 века экологические исследования - широки и многообразны, и идут в трех основных направлениях: изучение экологии отдельных организмов, фитоценотические и биоценотические. Причем в странах Европы и Северной Америки начинают складываться экологические школы. «Московская школа» возглавляемая В. В. Алехиным на базе изучения степей и пустынь разрабатывает вопросы динамики в жизни сообществ. «Ленинградская школа» во главе с В. Н. Сукачевым, сформированная на базе учения о лесе, разрабатывает вопросы смены растительных сообществ. В Казанском университете работами С. И. Коржинского и А. Н. Гордягина определилась геоботаническая «Казанская школа». В Англии вопросы геоботаники интенсивно исследовались в Кембриджском университете профессором А. Тенсли (1871 – 1955). В области популяционной экологии животных и биогеоценологии работал профессор Оксфордского университета Ч. Элтон с учениками. Профессор В. Тишлер (Германия) занимался вопросами сельскохозяйственной экологии и биоценологии. В США Ю. Одум развивал экологию как науку о биосфере и экосистемах. К середине 20 века в экологии складываются две важные тенденции: первая - экология начала наконец-то применять строго научный подход, вторая - экология начала все более распылять свои усилия по слишком многим направлениям. Прежде всего, это связано с бурным развитием молодых наук, отпочковавшихся от классических химических, физических, биологических и других. На этом этапе развития экологии остро чувствуется нехватка базовой единицы изучения. У других оформившихся наук такая единица присутствовала. В физике это был атом, в гистологии - ткань, в физиологии - орган, в цитологии - клетка. Отсутствие четко определяемой единицы изучения несколько тормозило развитие экологии. Такой единицей изучения становится экосистема. Ее определяют как ограниченное во времени и пространстве единство, включающее не только все обитающие в нем организмы, но и физические характеристики климата и почв, а также все взаимодействия между различными организмами и между этими организмами и физическими условиями. Термин «экосистема» впервые был предложен английским экологом А. Тенсли в 1935 году но, представления о ней возникли значительно раньше. Концепция экосистемы согласуется с общей теорией систем Людвига фон Берталанфи (1901 – 1971), согласно которой целое представляет собой нечто большее, чем сумма составляющих его элементов, поскольку главная характеристика целого – взаимодействие, протекающее между его различными элементами. Огромное влияние на развитие экологии оказали работы выдающегося русского геохимика В. И. Вернадского (1863-1945), который посвятил себя изучению процессов, протекающих в биосфере, и разработал теорию, названную им биохимией. В 1926 году В. И. Вернадский опубликовал книгу под названием «Биосфера», которая ознаменовала рождение новой науки о природе, о взаимосвязи с ней человека. В этой книге биосфера предстала как глобальная экосистема, стабильность и функционирование которой связаны с балансом вещества и энергии. Эти идеи существенно обогатили содержание экологии. В. И. Вернадский показал, что химическое состояние наружной коры нашей планеты всецело находится под влиянием жизни и определяется живыми организмами (живое вещество) и неживой природой (косное вещество). Им впервые было раскрыто грандиозное обратное влияние жизни на абиотическую (неживую) среду (атмосферу, гидросферу, литосферу) и формирование в результате этого исторического процесса особых биокосных природных тел, таких как почва. Впервые вся живая оболочка планеты предстала как единое целое – могучее, сложное и в то же время хрупкое образование. Эти обобщения Вернадского ориентировали ученых мира на сотрудничество в области экологии и разработку международных научных программ с целью сохранения жизни на планете. Большое число исследований, проходивших в начале 20 века, повлекли за собой дальнейшую дифференциацию в экологии. Формируются новые разделы - экология популяций, прикладные науки - учение о лесе, агрофитоценология, экологическая физиология, экология насекомых, гидробиология и др. В 30-е годы появляется большое количество отдельных статей, журналов и книг на экологическую тематику. Журналы: «Экология животных» - Англия, «Растение и среда», «Полевая геоботаника», «Журнал экологии и биоценологии» - СССР и др. Учебники: «Организм и сообщество» - Д. Н. Кашкаров (1933), «Экология растений» - Г. И. Поплавская (1937), «Экология животных» - Ч. Элтон, (1934) и др. Экология входит в перечень обязательных учебных дисциплин при подготовке биологов и географов в университетах нашей страны и за рубежом (Англия, Германия, США). Таким образом, первая половина 20 века стала важным этапом в развитии экологии с точки зрения накопления сведений по самым разнообразным экологическим направлениям и разработки основных теоретических вопросов. При этом многие экологические проблемы и в нашей стране, и за рубежом оставались предметом споров и дискуссий.
3-ий этап – современная экология. С 60-х гг. 20 века начался новый период в развитии экологии, который характеризовался бурным ростом экологических исследований. Постоянно нарастает масса информации по различным экологическим проблемам, создаются фундаментальные труды, посвященные как узкоспециальным проблемам, так и широкомасштабным, многие теоретические вопросы экологии становятся делом целых научных институтов. В нашей стране наиболее известными экологами этого времени стали: М. И. Будыко, Н. Ф. Реймерс, В. Н. Сукачев (в области общих вопросов экологии); В. В. Плотников, Т. А. Роботнов, И. Г. Серебряков (в области экологии растений; А. Г. Банников, Г. А Новиков, С. С. Шварц (в области экологии животных); В. П. Алексеев, Т. И. Алексеева, З. И. Барбашова (в области экологии человека); Г. А. Кузнецов, В. А. Лось, Н. М. Мамедов (в области социальной экологии) и др. Наиболее известные иностранные ученые: Д. Даррел, Р. Дажо, Б. Небел, Б. Коммонер, П. Ревелль, Ч. Ревелль, Г. Одум, Ю. Одум, Р. Уиттекер и др. Значимые моменты в развитии современной экологии 1. Дифференциация знаний и появление узкоспециализированных направлений (социальная экология, прикладная экология и др.). 2. Превращение в общебиологическую науку (например, закономерности, обнаруженные фитоэкологами, являются существенными и в зооэкологии). 3. Унифицирование в терминологии и в определениях целого ряда экологических понятий. Способствовали этому многочисленные симпозиумы по экологическим вопросам, тесные контакты, Международная биологическая программа (МБП) - 1968 г. 4. Появление концепции структурных уровней организации природных систем (разработана при совместном сотрудничестве философов и биологов). Согласно этой концепции различают несколько уровней организации живого: суборганизменный (молекулярный, клеточный, тканевой, органный), организменный, надорганизменный (популяционный, видовой, биоценотический, биогеоценотический и биосферный). В область компетенции экологии вошли организменный, популяционный, биоценотический, биогеоценотический (экосистемный), экосферный (биосферный) уровни (рис. 1.4). 5. Трансформация экологии из науки о жизни природы в науку о структуре природы, о работе живого покрова Земли в целостных экосистемах. Экология начала выявлять пути управления биологическими ресурсами биосферы и вопросами из возобновления; решать задачи прогнозирования продуктивности биогеоценозов; производить моделирование оптимальных экосистем; стала научной основой охраны природы и рационального природопользования. 6. Определение «места» и функциональной значимости живых организмов в экосистемах. Растения - продуценты (производители органического вещества), животные - консументы (потребители органического вещества). Микроорганизмы - редуценты (разлагатели органического вещества). 7. Появление новых методов в практике экологических исследований (мониторинг, моделирование, прогнозы, экспресс-контроль и др.). 8. Развитие теории экологической грамотности. Учебная дисциплина «Экологии» введена в содержание обучения в общеобразовательных школах и в высших учебных заведениях. 9. Разработка стратегии защиты жизнеспособности планеты, которая направлена на обеспечение устойчивого развития человечества, сохранение лесов, вод, почвы, атмосферы и биологического разнообразия. Таким образом, современная экология, превратилась из сугубо биологической дисциплины в отрасль знаний, занимающуюся сложнейшими вопросами современности (политическими, идеологическими, экономическими, этическими и др.) и явилась своеобразным узлом, в котором объединяются различные направления науки и человеческой практики.

Структура современной экологии как науки. Задачи современной экологии.

Со времен Э. Геккеля представление о содержании предмета «Экология» (биологическая наука, изучающая взаимоотношения животных с органической и неорганической средами), претерпело ряд уточнений, конкретизаций и многократно расширилось. Однако до сих пор нет чёткого, строгого и единого определения.Определений понятия «экология» в современной научной литературе множество. И почти все они концентрируют внимание на взаимоотношениях между живыми организмами и средой их окружения.
Одно из определений: Экология (от греч. «ойкос» – жилище, местообитание, «логос» – учение) - наука, которая изучает закономерности существования, формирования и функционирования биологических систем всех уровней - от организмов до биосферы и их взаимоотношение с внешними условиями. Объектом исследования в экологии являются и единичные особи (организмы), и группы особей (популяции, виды и их сообщества, т.е. биоценозы и экосистемы), а также отдельные факторы среды и в целом окружающая среда. К числу объектов экологического изучения принадлежат дикие и разводимые человеком растения, животные и сам человек как организм, его природная и социальная среды жизни. Современная экология это комплексная (междисциплинарная) наука, которая синтезирует данные естественных и общественных наук о природе и взаимодействии природы и общества (схема. 1. 1). Схема. 1. 1 Структура современной экологии. Главным из всех направлений современной экологии является изучение выживания живых существ в окружающей среде. Поэтому основной, частью экологии как биологической науки является общая экология (биоэкология), которая изучает закономерности взаимоотношений живых организмов, популяций и сообществ друг с другом и окружающей средой. В составе биоэкологии выделяют следующие разделы: - аутэкология (экология особей) - изучает влияние экологических факторов на отдельные организмы (вид, особь); - демоэкология (экология популяций) - изучает структуру и динамику популяций отдельных видов; - синэкология (биогеоценология, экология экосистем) - изучает законы существования и свойства сложных сообществ организмов как единых систем. - глобальная экология - изучает биосферу как глобальную экосистему, образованную из совокупности биогеоценозов (экосистем). По конкретным объектам исследования в биоэкологии различают экологию растений, экологию животных, экологию микроорганизмов и др. Раздел - геоэкология изучает биосферные оболочки Земли (атмосферу, литосферу, гидросферу) и требует интеграции геологии и географии, почвоведения и геохимии, гидрогеологии и гидрологии и др. в единую систему знаний. По конкретным средам исследования в геоэкологии различают экологию суши, экологию пресных вод, экологию моря, экологию высокогорий и др.Прикладная экология представлена комплексом дисциплин, связанных с различными областями человеческой деятельности. На стыке экологии с другими отраслями знаний развиваются такие направления как сельскохозяйственная экология, промышленная экология, химическая экология, промысловая экология, медицинская экология, природопользование и др. Все эти направления изучают сложные проблемы взаимодействия человека с окружающей средой, разрабатывают способы предотвращения разрушения биосферы человеком и разрабатывают принципы рационального природопользования. В конце 20 века появилась и существует - социальная экология, которая изучает взаимоотношения в системе «человеческое общество-природа» и определяет: специфическую роль человека в системах различного ранга, отличие этой роли от роли других живых существ, пути оптимизации взаимоотношений человека со средой, теоретические основы рационального природопользования. Экология человека, рассматривает взаимодействие человека как биосоциального существа с окружающей его природной, социальной и культурной средами. В ее рамках развиваются: экология города, экология народонаселения, аркология (архитектурная концепция, предложенная итальянским архитектором П. Солери в 1919 г.; он предложил решать урбанистические проблемы 20 века путем строительства гигантских вертикальных сооружений способных вмещать миллионы жителей). Таким образом, в последние десятилетия современная экология фактически вышла за рамки только биологии и переживает колоссальное развитие в различных направлениях. Отсюда вытекает многообразие объектов, методов и средств экологических исследований, многие из которых, оказываются, заимствованы из смежных областей знаний. Задачи современной экологииn разработка общей теории устойчивости биологических систем; n изучение экологических механизмов адаптации живых организмов к окружающей среде; n исследование регуляции численности популяций; n изучение биологического разнообразия и механизмов его поддержания; n исследование процессов, протекающих в биосфере, с целью поддержания ее устойчивости; n моделирование состояния экосистем и глобальных биосферных процессов; n прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий в окружающей среде под влиянием деятельности человека; n улучшение качества окружающей природной среды; сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов.

Методы экологических исследований.

Многообразие и сложность взаимосвязей и взаимозависимостей живых систем разных уровней организации и среды обитания обусловливают огромное разнообразие методов экологических исследований. При этом, нередко, бывают использованы специфические методы других биологических и небиологических наук. Например, физиологии, медицины, анатомии, морфологии, фенологии, биохимии, систематики, ритмологии, химии, физики, математики, статистики, социологии, климатологии и др. Для современных экологических исследований характерна ориентация на количественную оценку изучаемых объектов и процессов (учет численности организмов в единицах пространства и времени, встречаемости, возрастной и половой структуры популяций, плодовитости, продуктивности, заболеваемости, загрязненности среды, силы действия ее факторов, прогноз на будущее и т.п.). По тому, как меняются показатели исследуемого объекта, можно судить о его состоянии на данный момент и выявить стабильность или тенденции к изменениям, скорость, размеры и направление изменений. Собственные методы экологии можно разделить на две группы: полевые, лабораторные. Полевые методы предполагают изучение экологических явлений непосредственно в природе. Они помогают установить взаимосвязи организмов, видов и сообществ со средой, выяснить общую картину развития и жизнедеятельности биосистем. Полевые исследования имеют для экологии первостепенное значение, так как позволяют представить общую картину развития природы в конкретных условиях того или иного региона. Полевые методы, в свою очередь, могут быть маршрутными, стационарными, описательными и экспериментальными. Маршрутные методы используются для: выяснения наличия на исследуемой территории экологических объектов (например, тех или иных жизненных форм организмов, экологических групп, фитоценозов, охраняемых видов и др.); выявления разнообразия и встречаемости исследуемых экологических объектов. Приемами этой группы методов являются: прямое наблюдение; оценка состояния; измерение; описание (например, описание учетных площадок, отдельных представителей живого мира, фенофаз и т.п.); составление схем, карт и инвентаризационных списков исследуемых объектов. Стационарные методы - это методы длительного (сезонного, круглогодичного или многолетнего) наблюдения за одними и теми же объектами, требующие неоднократных описаний, замеров изменений, происходящих у наблюдаемых объектов. Эти методы обычно совмещают в себе полевые и лабораторные исследования. Описательные методы применяются при: регистрации основных особенностей изучаемых объектов; прямом наблюдении; картировании экологических явлений; инвентаризации ценных природных объектов. Эти методы являются ключевыми в экологическом мониторинге. Экспериментальные методы объединяют различные приемы прямого вмешательства в обычные характеристики исследуемых объектов. Производимые в эксперименте наблюдения, описания и измерения выявленных свойств объекта обязательно сопоставляются с такими же объектами, не задействованными в эксперименте. В экологическом эксперименте сравниваются проявления свойств изучаемого объекта в различных условиях окружающей среды. Эксперимент, поставленный в полевых условиях, может продолжиться в лаборатории. Лабораторные методы дают возможность изучить влияние комплекса факторов моделированной в лабораторных условиях среды на естественные или моделированные биологические системы и получить приблизительные результаты. Выводы, полученные в лабораторном экологическом эксперименте, требуют обязательной проверки в природе, т. к. в условиях лаборатории трудно применить весь комплекс факторов среды (но определить влияние одного-двух экологических факторов возможно). Кроме того, в последнее время широкое распространение метод моделирования экологических явлений в природе и обществе. Моделирование - метод опосредованного практического и теоретического оперирования объектом, когда исследуется не сам интересующий объект непосредственно, а вспомогательная искусственная или естественная система (модель), соответствующая свойствам реального объекта. Модель - мысленно представимая или материально реализованная система, которая, отражая или воспроизводя объект исследования, способна замещать его так, что ее изучение дает новую информацию об этом объекте. Модель может выполнять свою роль лишь тогда, когда степень ее соответствия объекту определена достаточно строго. Потребность моделирования в экологии возникает тогда, когда конкретное исследование самого объекта невозможно или затруднительно в силу: обилия (или скудости) фактических материалов о нем, дороговизны, требует слишком длительного времени. Любая модель всегда упрощена и отражает лишь общую суть процесса и имитирует реальность, но при этом моделирование позволяет исследовать процессы и явления, недоступные для непосредственного наблюдения. Так, методами имитационного моделирования (особенно с применением компьютеров) были получены достаточно надежные количественные прогнозы изменения численности популяции; устойчивости структуры экосистем и др. Имитационное моделирование широко используется при исследовании биосферы. И при этом для построения удовлетворительной модели достаточно учесть лишь четыре основных компонента - движущие силы, свойства, потоки и взаимодействие. Модели очень полезны, т. к. позволяют интегрировать все то, что известно о моделируемой ситуации. С их помощью можно выявить неточности в исходных данных об объекте, определить новые аспекты его изучения. Моделирование экологических явлений используется для практических прогнозов их динамики; исследования взаимосвязей видов и сообществ со средой; определения воздействия факторов; выбора путей рационального вмешательства человека в жизнь природы. Например, в 1971 г., по поручению Римского клуба, группа ученых разных стран создала имитационную компьютерную модель Ворлд-3 (World-3), с помощью которой были описаны перспективы роста численности населения планеты и мировой экономики в XXI в. В этой модели были задействованы многочисленные мировые данные о динамике роста населения на планете, об увеличении промышленного капитала, производства продуктов для питания, потребления ресурсов и загрязнения окружающей среды. Стратегия исследования заключалась в попытке путем упрощения смоделировать последствия действий этих факторов для принятия эффективных позитивных решений, способствующих сохранению биосферы и устойчивому развитию общества. Модели интегрируют в едином процессе экологического исследования междисциплинарный подход, математические, эмпирические и социологические методы. В последнее время, в изучении экологических связей и явлений широкое распространение получил социологический метод. В рамках, которого, осуществляется: опрос населения (массовый, групповой, индивидуальный); анкетирование; беседы с отдельными людьми для сбора экологических данных; анализ многолетних материалов здравоохранения, образования и т.п. Экологические исследования имеют большое значение в решении многих теоретических и практических задач существования природы, человека и общества. При этом необходимо рациональное сочетание различных методик, которые должны взаимно дополнять и контролировать друг друга.

Сочетание полевых и экспериментальных методов исследования позволяет экологу выяснить все аспекты взаимоотношений между живыми организмами и многочисленными факторами окружающей среды, что позволит не только восстановить динамическое равновесие природы, но и управлять экосистемами.