Современная экологическая обстановка в отдельных странах и регионах оставляет желать лучшего. Миссия нашего сайте — обеспечить русскоязычных жителей планеты Земля актуальной информацией о защите окружающей среды, экологической безопасности и экологии в целом.

Полезные ресурсы и публикации:
-

М.Э. Гусельников, В.Н. Стройнова
Биоэкология

Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2002. – 104 с.

Предыдущая

1. Экология как наука

Предмет изучения экологии

          Экология – это наука, изучающая взаимосвязи между организмами и окружающей их средой, а также условия существования этих организмов. Как наука экология зародилась во второй половине XIX в., после научных трудов естествоиспытателей, биологов, зоологов: Дарвина, Геккеля, Гумбольдта, Рулье.  Экология относится к естественным наукам, использует достижения и методы познания физики, химии, математики. Например, развитие живых систем подчиняется законам термодинамики открытых систем, круговорот веществ  описывается законами химии, законы наследственности, миграция животных, динамика популяций описаны с помощью теории вероятностей. Кроме того, экология включает элементы геологии и геофизики (эволюция Земли), биологии (законы развития живых организмов), генетики (законы наследственности живых организмов), физиологии и социологии человека.

Со времени своего рождения эта наука претерпела существенные изменения и продолжает бурно развиваться в наши дни. В настоящее время предмет экологии как науки составляют следующие компоненты:

1.  Живые системы и их взаимодействие со средой обитания.

2.  Природа в целом и взаимодействие ее с обществом.

3.  Особый общенаучный подход к исследованию проблем взаимодействия организмов, биосистем и среды (экологический подход).

4.  Научные и практические проблемы взаимоотношений человека и природы (экологические проблемы).

Структура экологии. Системность жизни

Структуру современной экологии иллюстрирует рис.1.1. Современную экологию представляют четыре больших раздела: биоэкология, геоэкология, прикладная экология, социальная экология. В нашем курсе будет кратко изучаться каждый из этих разделов. Учеными установлено, что жизнь на Земле имеет системное строение. То есть жизнь существует в форме самоподдерживающихся и саморегулирующихся систем. Поскольку жизнь на Земле имеет системное строение, для экологии характерно исследование своих объектов как СИСТЕМ. Причем живые системы являются незамкнутыми (открытыми) и подчиняются законам термодинамики открытых систем. СИСТЕМА - это множество одинаковых элементов, взаимодействующих друг с другом и образующих целостное единство. Выделяют материальные и абстрактные системы. Материальные системы разделяются на неорганические (физика, химия, геология) и органические живые (биологические, социальные, экосистемы, популяции, организмы). Абстрактные системы: логические, языковые, математические. Системы характеризуются иерархией и упорядоченностью элементов. Количественные меры порядка - информация I, энтропия S. Причем I пропорционально 1/S. Сама система может быть частью более сложной системы (подсистема). Или в нее могут входить как составные части другие системы (надсистема). Пример систем в физике: система с распределенными параметрами, с сосредоточенными параметрами, система взаимодействующих тел.

Общесистемные законы

Как мы будем изучать экологию? Живые системы отличаются размером,  способами  взаимодействия  с  окружающей  средой,   способами внутренних связей. В общем случае системы различаются степенью организации. Биосфера Земли имеет более высокую организацию, чем популяция. Существует определенная иерархия систем - подчиненность сверху вниз.  В наших лекциях мы будем продвигаться сверху вниз - от биосферы до организма, от высокого уровня организации систем к низкому. Все системы области распространения жизни на Земле – БИОСФЕРЫ - представлены на рис. 1.2. Они подчиняются законам физики, химии, генетики, экологии. Все живые незамкнутые системы подчиняются теории систем и законам термодинамики открытых систем.

Основные из них: закон подобия части и целого, закон необходимого разнообразия, закон минимума диссипации энергии.

ЗАКОН ПОДОБИЯ ЧАСТИ И ЦЕЛОГО: часть является миниатюрной копией целого, поэтому все части одного уровня иерархии систем похожи. Например, модель атома Резерфорда похожа на солнечную систему, или сложный многоклеточный организм похож на одноклеточный, поскольку генетически каждая клетка содержит информацию об организме.

ЗАКОН НЕОБХОДИМОГО РАЗНООБРАЗИЯ. Никакая система не может состоять из абсолютно идентичных элементов. Например, атомы в кристаллической решетке различаются положениями в решетке; электроны на одной орбите - направлениями спина (принцип Паули).

ПРАВИЛО КОНСТРУКТИВНОЙ ЭМЕРДЖЕНТНОСТИ: надежная система может быть сложена из ненадежных элементов или подсистем, неспособных к самостоятельному существованию. Например, муравейник или пчелиный рой.

ТЕОРЕМА СОХРАНЕНИЯ УПОРЯДОЧЕННОСТИ: в открытых системах (каковыми являются все живые системы) энтропия не возрастает, а падает до определенной постоянной величины S0 > 0 либо остается постоянной. Следовательно, информация I возрастает до определенной величины I0 > 0 или остается постоянной. То есть система стремится сохранить упорядоченность, используя приток энергии из окружающей среды.

ЗАКОН МИНИМУМА ДИССИПАЦИИ ЭНЕРГИИ или ЭКОНОМИИ ЭНЕРГИИ: если процесс может развиваться в нескольких направлениях, допускаемых законами термодинамики, то процесс пойдет в направлении минимального рассеяния энергии (или минимального роста энтропии).

Эти всеобъемлющие законы справедливы для любых систем, как живых, так и неживых.

При изучении экологии используются следующие основные термины и определения:

БИОСФЕРА - это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества, которая находится с ними во взаимодействии.  Учение о биосфере разработал в 1926 г. академик Вернадский. Он понимал под биосферой область существования живого вещества.

ЭКОСИСТЕМА - совокупность совместно обитающих различных видов организмов и условий их существования, находящихся в тесной непрерывной взаимосвязи друг с другом. Экосистема существует достаточно изолированно от остальной части биосферы. Она включает в себя ландшафт, водоемы, растения и животных. По размерам экосистемы могут быть разными - от дерева до Земли. Биосфера Земли называется глобальной экосистемой.

ПОПУЛЯЦИЯ - совокупность особей одного вида, находящихся во взаимодействии между собой, имеющая совместно произведенное потомство и населяющая одну территорию.  Популяция функционирует в одной экосистеме и является частью сообщества. Могут быть растительные и животные популяции.

СООБЩЕСТВО - совокупность  взаимодействующих между собой популяций, живущих в одних климатических условиях внутри одной экосистемы. Например, насекомые и суслики в степи служат пищей птицам и волкам.

ВИД – совокупность особей (живых организмов), способных иметь совместное, способное к репродуктивным функциям, потомство.

ЖИВОЙ ОРГАНИЗМ – состоит из органического вещества, отличается обменом веществ с окружающей средой и способностью к воспроизведению себе подобных.

Методы экологии как науки

При изучении экологии используются следующие методы:

1.  Описательный, когда наука описывает внешние связи и поведение объекта.  Реализовался начиная с античных времен в ботанике, географии, зоологии.

2.  Функциональный или метод “черного ящика”. Позволяет предсказать поведение выделенного объекта на основе наблюдения и анализа входных и выходных данных черного ящика. При этом отсутствует анализ внутренней структуры черного ящика.

3.  Аналитический подход. Изучается внутренняя структура объекта, состоящего из более простых элементов.

4.  Системный (экологический) подход является основным методом познания современной экологии как науки.

СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД - это метод научного познания, в основе которого лежит представление об изучаемых объектах как системах. Исследователь должен изучать типы связей внутри системы, взаимодействие систем с другими системами, строить общую теоретическую картину связей. Системный подход применяется не только в экологии, но и в кибернетике, технике, управлении, экономике. Пример системного подхода в экологии приведен на рис. 1.3. Экосистема мысленно расчленяется на объект и окружающую среду, при этом изучаются взаимодействия между ними - обмен веществом, энергией и информацией, их составные элементы, поведение и изменение системы со временем - динамика.

Эксперименты в экологии до сих пор имели отрицательные последствия для биосферы Земли. Например, вырубка лесов с целью приобретения пахотных земель привела к опустыниванию почв. Тысячи лет назад на месте Сахары была буйная растительность.

В наши дни особо важным компонентом предмета экологии как науки становится окружающая среда, а именно  экологические проблемы взаимодействия человека и окружающей среды. Экологические проблемы включают загрязнение окружающей среды, истощение пищевых и энергетических ресурсов биосферы, нарушение устойчивости и снижение разнообразия видов (Красная книга). Решением экологических проблем должны заниматься как отдельные люди, так и крупные организации.

Таким образом, современная экология как наука включает в себя не только методы изучения других естественных наук, но и формирует в сознании нынешнего поколения ответственность перед будущими поколениями за состояние окружающей среды и здоровье людей. Последнее связывает экологию с этикой, культурой, психологией.

Цели и задачи курса.

Курс лекций рассчитан на семестр и состоит из трех модулей:

1.  Биоэкология - 9 лекций.

2.  Влияние деятельности человека на биосферу - 5 лекций.

3.  Методы инженерной защиты окружающей среды - 3 лекции.

Цель курса: изучение основных законов экологии как науки, усвоение терминологии, изучение закономерностей поведения экосистем разного ранга,  осознание современных экологических проблем, знание методов защиты окружающей среды.

Задачи курса:

1. Необходимость бережного отношения к природе.

2. Знать основные термины и законы экологии.

3. Знать методы инженерной защиты окружающей среды.

4. Владеть принципами здорового образа жизни.

Тест

1. Живые системы подчиняются одновременно:

1. Закону подобия части и целого, первому началу термодинамики.

2. Второму началу термодинамики, теореме сохранения упорядочен-ности.

3. Закону необходимого разнообразия, теореме сохранения

упорядоченности.

2. Выберите дисциплину, входящую в состав экологии:

1. Химия.

2. Генетика.

3. Геоэкология.

3. Какие явления составляют предмет экологии как науки:

1. Жизнедеятельность человека.

2. Развитие растений.

3. Взаимоотношения живых организмов с окружающей средой.

4. Популяцией можно назвать:

1. Животный мир озера.

2. Стаю волков.

3. Растительность и животный мир тайги.

5. Экосистемой можно назвать:

1. Реку вместе с населяющими ее рыбами, водорослями и микро-организмами.

2. Стадо котиков на побережье Камчатки.

3. Сусликов в степи и питающихся ими ястребов.

6. Сообществом можно назвать:

1. Человеческую семью.

2. Биосферу Земли.

3. Львов и живущих поблизости антилоп.

7. Современная экология как наука использует в качестве метода познания:

1. Аналитический метод.

2. Метод „черного ящика".

3. Системный подход.

8. Выберите задачу нашего курса лекций:

1. Изучать флору и фауну российских заповедников.

2. Знать методы инженерной защиты окружающей среды.

3. Спасти мировой океан от нефтяных загрязнений.

4. Уменьшить газовое загрязнение атмосферы.

9. Выберите задачу нашего курса лекций:

1. Спасти голубого кита от вымирания.

2. Бережно относиться к природе.

3. Изобрести фильтр для очистки сточных вод.

Предыдущая