Конспект лекций по "Экологии"

     В разработку физиологических основ  экологии растений, продолжая традиции К.А. Тимирязева, много ценного  внес Н.А. Максимов.

     В 30-40-х годах появились новые сводки по экологии животных с изложением теоретических проблем общей экологии: К. Фридерикса (1930), Ф. Боденгеймера (1938) и др. Большая роль в развитии общей экологии принадлежит Д.Н. Кашкарову, опубликовавшему в 1933 г. сводку «Среда и сообщество», а позднее (1938) создавшему первый в нашей стране учебник по основам экологии животных. Разрабатывались биоценологические основы паразитологии ( В.В. Догель, Е.Н. Павловский, В.Н. Беклемишев). В России для экологии характерна практическая направленность, глубокая разработка прикладных аспектов.

     В 30-х годах оформилась новая область экологической науки - популяционная экология. Основоположником ее следует считать английского ученого Ч. Элтона. В своей книге «Экология животных» (1927) Элтон переключает внимание с отдельного организма на популяцию как единицу, которую следует изучать самостоятельно, так как на этом уровне выявляются свои особенности экологических адаптаций и регуляций. Центральными проблемами популяционной экологии стали проблемы внутривидовой организации и динамики численности.

     Представления о популяциях стали особенно энергично  развиваться в экологии после  того, как оформилась популяционная генетика, а в систематике стали рассматривать вид как сложную систему. Развитию популяционных исследований сильно способствовали также запросы практики - острая необходимость разработки основ борьбы с вредителями и конкурентами в сельском и лесном хозяйстве, истощение запасов ряда ценных промысловых животных, открытие роли некоторых диких животных в распространении паразитов и возбудителей болезней человека и домашнего скота.

     В развитие популяционной экологии в нашей стране большой вклад внесли С.А. Северцов, С.С. Шварц, Н.П. Наумов, Г.А. Викторов, работы которых во многом определяют современное состояние этой области науки.

     Начало  исследований популяций у растений было положено трудами Е.Н. Синской (1948), много сделавшей по выяснению экологического и географического полиморфизма видов. Ряд вопросов популяционной экологии растений разрабатывается в трудах Т.А. Работнова и А.А. Уранова и их последователей.

     Изучение  популяционных закономерностей по-новому помогло осознать роль видов в биоценозах, структурную организацию сообществ. Возникла плодотворная концепция «экологических ниш», тесно связывающая экологические и эволюционные вопросы. В ее разработке важная заслуга принадлежит западным ученым Дж. Гриннеллу, Ч.Т. Элтону, Р. Макартуру, Д. Xатчинсону и советскому исследователю Г.Ф. Гаузе.

     Параллельно развиваются и другие области  экологии, тесно связывающие эту  науку с традиционными областями  биологии. В развитие морфологической и эволюционной экологии животных большой вклад внес М.С. Гиляров, выдвинувший предположение, что почва послужила переходной средой в завоевании членистоногими суши (1949). Проблемы эволюционной экологии позвоночных животных нашли отражение в трудах С.С. Шварца.

     И.С. Серебряковым была создана новая, более глубокая классификация жизненных форм цветковых растений. Возникла палеоэкология, задача которой - восстановление картины образа жизни вымерших форм.

     С начала 40-х годов в экологии возник принципиально новый подход к исследованию природных экосистем. В 1935 г. английский ученый А. Тенсли выдвинул понятие экосистемы, а в 1942г. В. Н. Сукачев обосновал представление о биогеоценозе. В этих понятиях нашла отражение идея о единстве совокупности организмов с абиотическим окружением, о закономерностях, которые лежат в основе связи всего сообщества и окружающей неорганической среды, о круговороте вещества и превращениях энергии. Начались работы по точному учету продуктивности водных сообществ (Г.Г. Винберг, 1936). В 1942 г. американский ученый Р. Линдеман опубликовал статью с изложением основных методов расчета энергетического баланса экологических систем. С этого периода стали принципиально возможными расчеты и прогнозирование предельной продуктивности биоценозов в конкретных условиях среды.

     С развитием экосистемной и популяционной экологии более отчетливо стала вырисовываться специфика методов современной экологической науки. Основной инструмент экологического поиска представляют методы количественного анализа. Надорганизменные объединения (популяции, сообщества, экосистемы) управляются преимущественно количественными соотношениями особей, видов, энергетических потоков. Количественные изменения в структуре популяций и экосистем могут в корне переменить способы их функционирования, результаты деятельности. Развитие количественных методов исследования превращает экологию в точную науку, дает основы для математического моделирования, делает возможным научный прогноз. Это особенно важно для оценки устойчивости и продуктивности популяций и экосистем. В разработке теоретических основ биологической продуктивности, начиная с 50-х годов, принимают участие многие экологи, из которых особенно велики заслуги Г. Одума и Ю. Одума, Р. Уитеккера, Р. Маргалефа и других ученых. В нашей стране это направление наиболее успешно развивается в трудах гидробиологов и геоботаников.

     Развитие  экосистемного анализа привело к возрождению на новой экологической основе учения о биосфере, принадлежащего крупнейшему естествоиспытателю XX в. В.И. Вернадскому, который в своих идеях намного опередил современную ему науку. Биосфера предстала как глобальная экосистема, стабильность и функционирование которой основаны на экологических законах обеспечения баланса вещества и энергии. Такой подход позволил ученым разных стран, работавшим с 1964 г. по общей Международной биологической программе (МБП), подсчитать максимальную биологическую продуктивность всей нашей планеты, т.е. тот природный фонд, которым располагает человечество, и максимально возможные нормы изъятия продукции для нужд растущего населения Земли.

     Основным  практическим результатом развития экосистемной экологии явилось ясное осознание, сколь велика зависимость человеческого общества от состояния природы на нашей планете, необходимости перестраивать экономику в соответствии с экологическими законами. Движение, которое лучше всего назвать как «всеобщая озабоченность проблемами окружающей среды», внезапно развернулось в течение двух лет, с 1968 по 1970 г. Казалось, все вдруг заинтересовались загрязнением среды, окружающей природой, ростом народонаселения, вопросами потребления пищи и энергии. Об этом свидетельствовали подробные материалы по проблемам окружающей среды в широкой прессе. Рост общественного интереса оказал глубокое влияние на академическую экологию. До 1970 г. на экологию смотрели главным образом лишь как на одно из подразделений биологии. Экологи входили в штат биологических факультетов, курсы экологии, как правило, имелись только в программе подготовки биологов. Хотя и сейчас экология уходит своими корнями в биологию, она уже вышла из ее рамок, оформившись в принципиально новую интегрированную дисциплину, связывающую физические и биологические явления и образующую мост между естественными и общественными науками.

     На  современном этапе развития экология обязана изучать не только связи организмов и законы функционирования надорганизменных систем, но и обосновывать рациональные формы взаимоотношений природы и человеческого общества. Растет социальная роль экологических знаний. Основные цели развития фундаментальных исследований в области экологии определяются острыми народнохозяйственными проблемами: необходимостью интенсифицировать производство и повышать экономическую эффективность использования природных ресурсов, сохраняя при этом состояние окружающей среды. На первый план выдвигаются вопросы биологической продуктивности и стабильности природных и искусственных сообществ. Эти проблемы могут быть решены только совместными усилиями экологов всех стран, поэтому широко реализуется международное сотрудничество в области глобальной экологии. В настоящее время ясно осознана опасность экологического кризиса, возможности катастрофических неравновесных преобразований планетарной системы в связи с широкой экстенсивной хозяйственной деятельностью человека. Возможности предотвращения этого кризиса могут быть найдены только на основе развития экологических знаний. Действенная сила экологических знаний помогает правильно эксплуатировать природные ресурсы, управлять численностью популяций, находить новые решения сельскохозяйственных проблем, новые принципы организации промышленных производств.

     Современная экология представляет собой разветвленную  систему наук. Она делится на общую  экологию, изучающую закономерности связи со средой, присущие всем группам организмов, и на частные направления, по экологической специфике отдельных групп (экология микроорганизмов, растений, млекопитающих, птиц, рыб, насекомых и т. п.). В ней выделяются такие области, как аут- и синэкология, экология популяций. Физиологическая экология выявляет закономерности физиологических изменений, лежащих в основе адаптации организмов. В последние годы развивается биохимическая экология, внимание которой направлено на молекулярные механизмы приспособительных преобразований в организмах в ответ на изменение среды. Палеоэкология изучает экологические связи вымерших групп, эволюционная экология - экологические механизмы преобразования популяций, морфологическая экология - закономерности строения органов и структур в зависимости от условий обитания. Основной предмет геоботаники - закономерности сложения и распределения фитоценозов. Экологической наукой является гидробиология. Выделяют также экологию наземных экосистем, экологию ландшафтов и т. д. Особую область составляет математическая экология, задачей ее является перевод эмпирически накопленных сведений и закономерностей в математические модели, которые позволяют прогнозировать состояние и поведение популяций и сообществ. В последнее время развивается экология человека, включающая в себя и целый ряд социальных проблем.  

     Иерархия  уровней организации .

     Вероятно, лучше всего можно определить содержание современной экологии, исходя из концепции уровней организации  жизни, которые составляют своеобразный «биологический спектр», как это показано на рис. 1.  

     Биотические            Гены Клетки Органы Организм Популяции  Сообщества

     компоненты               ß          ß           ß               ß                  ß                  ß

               +              

     Абиотические                             вещество               ~~~        энергия

     компоненты

               =                        ß          ß           ß               ß                   ß                  ß

     Биосистемы           генети- клеточ- системы системы   популяцион- экосистемы

                                    ческие   ные       органов   организ-  ные системы

                                   системы системы                мов 

      Рис. 1. Спектр уровней организации. 

     Сообщество, популяция, организм, орган, клетка и  ген - основные уровни организации жизни; на рис. 1. они расположены в иерархическом порядке - от крупных систем к малым (иерархия - это расположение ступенчатым рядом). На каждой ступени, или уровне, в результате взаимодействия с окружающей физической средой (энергией и веществом) возникают характерные функциональные системы. Под системой мы будем подразумевать упорядочено взаимодействующие и взаимозависимые компоненты, образующие единое целое.

     Экология  изучает главным образом те системы, которые расположены в правой части биологического спектра, т. е. системы выше уровня организма. В экологии значение термина популяция, первоначально обозначавшего группу людей, расширено и обозначает группы особей любого вида организмов. Точно так же сообщество (иногда называемое еще биотическим сообществом) в экологическом смысле включает все популяции, занимающие данный участок. Сообщество и неживая среда функционируют совместно, образуя экологическую систему, или экосистему. Сообществу и экосистеме приблизительно соответствуют часто употребляемые в европейской и русской литературе термины биоценоз и биогеоценоз. Биом - удобный и широко используемый термин, обозначающий крупную региональную или субконтинентальную биосистему, характеризующуюся каким-либо основным типом растительности или другой характерной особенностью ландшафта, например биом лиственных лесов умеренного пояса. Самая крупная и наиболее близкая к идеалу в смысле «самообеспечения» биологическая система, которую мы знаем, - это биосфера, или экосфера, она включает все живые организмы Земли, находящиеся во взаимодействии с физической средой Земли как единое целое, чтобы поддерживать эту систему в состоянии устойчивого равновесия, получая поток энергии от Солнца.