Основы экологии

Термин “ экология ” был введен немецким зоологом Э. Геккелем в 1866 году. Экология стала самостоятельной научной дисциплиной ещё в начале XX века. Экология (греч. ойкос - дом, жилище, родина; логос – наука, учение) – это наука о взаимоотношениях организмов и их сообществ с окружающей средой, в том числе и с другими организмами. Экология изучает организацию и функционирование надорганизменных систем: популяций, биоценозов и биогеоценозов.

Экология включает в себя экологию: особей (аутэкологию; аутос - сам), популяций (демэкологию, демос - народ), сообществ (синэкологию, син - вместе). В состав экологии входят также экология растений и животных.

Аутэкология изучает взаимоотношения между особями вида и средой обитания, а синэкология - между видами, в составе биоценозов. Первая изучает адаптации особей к среде обитания, а вторая раскрывает внутривидовую и межвидовую борьбу за существование.

Один из важнейших принципов экологии: чем больше разнообразия, тем больше устойчивость биосферы. Единство живых существ происходит, благодаря паутинообразной цепи питания.

Законы экологии. Основные законы экологии следующие. 1. Закон минимума. Закон гласит, что урожайность растительности и продуктивность животных определяет те факторы, которое поступают в минимальном количестве. 2. Закон толерантности. Закон гласит, что избыток какого – либо фактора (тепло, свет, вода) ограничивает развитие организма. 3. Недонаселенность и перенаселенность могут оказывать лимитирующее влияние в развитии экосистем. 4. Принцип исключения конкурента. Два вида, занимающие одну нишу, не могут сосуществовать неограниченно долго. 5. Закон однонаправленности потока энергии. Энергия, которую получает продуценты, необратимо передаётся консументам первого и второго порядков, а затем редуцентам. Обратно поступает не более 0,24%, поэтому нельзя говорить о круговороте энергии. 6. Закон экологической корреляции. В экосистеме, все входящие в нее виды функционально соответствуют друг другу. Уничтожение одного вида в конечном итоге ведет к исчезновению взаимосвязанных других видов.

Структуры экологических систем. Все экологические системы являются открытыми системами, которые обмениваются с окружающей средой веществом, энергией и информацией. Наименьшей единицей экологии являются организмы определённого вида, которые взаимодействуют между собой внутри вида и с окружающей средой. На надорганизменном уровне различают биоценозы и биогеоценозы. Более крупные экосистемы считаются биомом. Биом включает в свой состав живые системы и неживые факторы на обширной территории. Биом – это совокупности к–л живых организмов разного вида. Биом – это крупная региональная экосистема, характерным ландшафтом. Ещё более крупное, чем биом - это биосфера. Биосфера охватывает всё живое и косное вещество на поверхности нашей планеты. В экосистеме выделяют два уровня трофической связи: автотрофные и гетеротрофные. К автотрофам относятся растения. К гетеротрофам относятся все растительноядные, плотоядные организмы и микроорганизмы. Автотрофные организмы производят органические вещества из CO₂ и H₂O, при помощи солнечного света. К гетротрофным организмам относятся фаготрофы (гр. фагос – пожирающий, трофа – пища), сапротрофы (мертвоеды), фаги – пожирающие клетки, сапрофиты (гр. сапрос – гнилой и фитон – растение), сапрофаги – питающиеся трупами и навозами. К трупоедам также относятся гиены, грифы, жуки-мертвоеды, личинки мух.

Вопросы для самоконтроля

1. Кто и когда ввел в науку термин “ экология ”?

2. Что представляет собой наука – экология?

3. Что изучает экология?

4. Какие науки, включает в себя, экология?

5. Что изучает аутэкология?

6. Что изучает синэкология?

7. От чего зависит устойчивость биосферы?

8. К чему приводят паутинообразные цепи питания?

9. О чем гласит экологический закон - закон минимума?

10. О чем гласит экологический закон - закон толерантности?

11. К чему приводит недонаселенность и перенаселенность экологических систем?

12. Что утверждает п ринцип исключения конкурента?

13. О чем свидетельствует закон одно направленности потока энергии?

14. О чем свидетельствует закон экологической корреляции?

15. Почему все экологические системы называют открытыми системами?

16. Что является наименьшей единицей экологии?

17. Чем отличается биоценоз от биогеоценоза?

18. Что такое биом?

19. Из чего состоит биосфера?

20. Какие уровни трофической связи выделяют в экосистемах?

21. Какие организмы относятся к автотрофам?

22. Какие организмы относятся к гетеротрофам?

Управление в экосистемах. Экосистемы связаны с информационными сетями. Регулирование в них осуществляется с помощью физических и химических процессов. Регулирование поддерживает динамического равновесия, которого излагал американский физиолог Уолтер Кенон в виде принципа гомеостаза (гр. хомойос - подобный, стазис – состояние). Согласно этим принципом, все важнейшие параметры организма: температура, частота пульса, дыхания, состав крови и кровяное давление и др. поддерживаются на постоянном уровне, благодаря обратным сигналам, поступающим из органов к головному мозгу. Гомеостаз - это состояние динамического равновесия природной системы, путем саморегуляции во всех ее звеньях. Этот термин используется для организменного и популяционного уровней организации. Для экосистемы используется термин экологического равновесия.

Источники энергии экосистем. Традиционными источниками энергии являются: солнечное излучение, падающая вода, сила ветра, силы приливов и отливов, природное топливо. В экосистемах происходит постоянное преобразование солнечной энергии, сначала автотрофами (растениями), а затем гетротрофами (растительноядными и плотоядными). Около 10% солнечной энергии концентрируется в экосистемах в виде органических веществ. Для одной экосистемы Ю. Одум установил, что подающая энергия солнечного излучения за год равна 1700000 ккал/м², энергия, поглощаемая растениями равна 500 000 ккал/м², а энергия вырабатываемой растениями биомассы равна 21000 ккал/м².

Различить четыре типа экосистем. 1. Экосистемы, полностью зависящие от энергии солнечных лучей. 2. Экосистемы, получающие энергию кроме Солнца и от других природных источников. 3. Экосистемы, получающие энергию от Солнца и от ископаемого топлива (нефть, уголь, древесина и др.). 4. Индустриально-городские экосистемы, использующие энергию ископаемого топлива.

Переход на водородную энергетику устранит энергетический голод, так как запасы водорода в мировом океане огромны.

Концепция коэволюции. Русский ученый и революционер П. А. Кропоткин придерживался точки зрения, в соответствии с которой взаимопомощь является более важным фактором эволюции, чем борьба за выживание. Экологи разработали концепции коэволюции, т.е. совместной эволюции, которая смогла объяснить возникновение полов. Удивительная согласованность всех видов жизни есть следствие коэволюции. Концепция коэволюции объясняет эволюцию в системе «хищник – жертва». Оказывается, что оба компонента системы постоянно совершенствуются. Коэволюционное совершенствование организмов или видов способствует большому разнообразию в экосистемах. Паразиты защищают хозяев от других вредителей. Жгутиковые, живущие в кишечнике термитов, выделяют фермент, без которого термиты не могли бы переваривать древесину и расщеплять ее до состояния сахаров. Концепция коэволюции объясняет и факты альтруизма у животных: заботу о детях, повиновение вожакам, взаимопомощь в трудных ситуациях.

Коэволюция человека и биосферы. Потребляя нефть, газ и уголь, человек вносит в биосферу хаос. Если процесс потребления протекает темпом начала ХIX века, тогда согласно модели Форрестера катастрофы для человечества происходят через 70 лет. Главными причинами являются рост населения и загрязнения окружающей среды. Академик Вернадский утверждал необходимость коэволюции человека и биосферы и перехода к ноосфере.

Жизнь на Земле распространена тонкой пленкой. Каждому живому отведена экологическая ниша, где удовлетворяются его потребности в пище, где он выполняет свою функцию. Человечество стало могущественным преобразователем природы, наступило время управляемого развития биосферы.

Гипотеза Геи – Земли. Английский химик Джеймс Лавлок и американский микробиолог Линн Маргулис являются авторами гипотезы «Гея – Земля» (Гея – богиня Земли). Суть Гея – гипотезы состоит в следующем: Земля является саморегулирующейся системой, созданной биотой и окружающей средой, которые способны сохранять химический состав атмосферы, и тем самым поддерживать благоприятное для жизни постоянство климата. По Лавлоку, обитатели Земли обладают гомеостазом, противодействуя отклонениям, осуществляют саморегуляцию. При попадании в состояние стресса, маленькая флуктуация может переводить подобную систему к новому стабильному состоянию или же к уничтожению. По Маргулису, жизнь на Земле представляет собой сеть взаимозависимых связей, позволяющих планете действовать как саморегулирующаяся и самопроизводящаяся системе.

Экологический императив. Человечество должно соизмерить свои потребности с возможностями планеты. Эти требования довольно суровы,поэтому его называют экологическим императивом. Экологический императив порождает императив нравственности. Осознать нравственные императивы должны не только руководители различных рангов, но и каждый член человеческого общества. Человеку ради выживания всего человечества приходится починять свои индивидуальные интересы общественной необходимости. Ощущение принадлежности к природе и к человеческому обществу представляет собой нравственный императив.

Вопросы для самоконтроля

1. При помощи, каких процессов осуществляется регулирование в экосистемах?

2. Кто впервые изложил принцип гомеостаза?

3. Что происходит в организме, согласно принципу гомеостаза?

4. Что означает гомеостаз для природной системы?

5. Какой термин используется вместо гомеостаза для экологических систем?

6. Какие источники энергии существуют в природе?

7. Как происходит преобразование энергии в экосистемах?

8. В каком виде, концентрируются около 10% солнечной энергии в экосистемах?

9. Чем отличаются друг от друга, четыре основных типа экосистемы?

10. Переход, на какую энергетику устраняет энергетический голод?

11. Что считал Кропоткин, как важным фактором эволюции?