Предисловие

Дисциплина «Экология» изучает общие законы функционирования экосистем, среду обитания живых существ, проблемы взаимодействия человека с природой. Целью изучения дисциплины является всестороннее рассмотрение экологических основ рационального природопользования, современного состояния природных ресурсов, окружающей природной среды и их охрана. Задачей дисциплины является – формирование экологического мышления у будущих специалистов.

Защита окружающей природной среды от деградации и за­грязнения стала в настоящее время ключевой проблемой как для общества в целом, так и для каждой отдельной семьи. Явный де­фицит соответствующих знаний у большинства граждан приво­дит к неприемлемым крайностям. С одной стороны, часто на­блюдается полное пренебрежение к экологической безопасно­сти, с другой — преувеличенный страх и необоснованное отрицательное отношение ко многим видам производственной деятельности. Вместе с тем многие факторы в быту и производстве, представляющие действительно серьёзную угрозу для природных экосистем и здоровья людей, остаются вне поля зрения и граждан, и администрации.

Таким образом, современный специалист любого профиля дол­жен обладать не только определенным комплек­сом и уровнем специальных знаний, но и опреде­ленным уровнем экологического мировоззрения и мышления, который позволит анализировать и оценивать собственную производственную дея­тельность относительно ее воздействия на природную среду, обеспечит понимание глубинных про­цессов этого взаимодействия и позволит прини­мать обоснованные решения. Основой для разви­тия экологического мышления и мировоззрения может служить знание и понимание основных задач и методов экологии, понятий и законов экологии, законов взаимодействия живых организмов и неживой природы, четкие представ­ления о биосфере и ее эволюции, факторах, способ­ствующих превращению биосферы в ноосферу и техносферу.

История становления экологии как науки

Ныне слово «экология» стало весьма популярным, этот термин не­редко употребляют в сочетании с такими словами, как общество, куль­тура, семья, здоровье и т.д. Наиболее часто применяют это слово, ука­зывая на неблагополучное состояние окружающей нас природы.

Экология своими корнями уходит в далекое прошлое. По­требность в знаниях, определяющих «отношение живого к окружающей его органической и неорганической среде» воз­никла очень давно. Достаточно вспомнить труды Аристоте­ля (384—322 до н. э.), Плиния (23—79 н. э.), Р. Бойля (1627—1691) и др., в которых обсуждалось значение сре­ды обитания в жизни организмов и приуроченность их к оп­ределенным местообитаниям, чтобы убедиться в этом.

В истории развития экологии можно выделить три ос­новных этапа.

Первый этап — зарождение и становление экологии как науки (до 60-х гг. XIX в.). На этом этапе накапливались данные о взаимосвязи живых организмов со средой их обита­ния, делались первые научные обобщения.

В этот же период Ж.-Б. Ламарк (1744—1829) и Т. Маль­тус (1766—1834) впервые предупреждают человечество о воз­можных негативных последствиях воздействия человека на природу.

Второй этап — оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний (после 60-х гг. XIX в.). Начало этапа озна­меновалось выходом работ русских ученых К. Ф. Рулье (1814—1858), Н. А. Северцова (1827—1885), В. В. Докучаева (1846—1903), впервые обосновавших ряд принципов и поня­тий экологии, которые не утратили своего значения и до на­стоящего времени. Поэтому не случайно, американский эко­лог Ю. Одум (1975) считает В. В. Докучаева одним из осно­воположников экологии. В конце 70-х гг. XIX в. немецкий гидробиолог К. Мёбиус (1877) вводит важнейшее понятие о биоценозе как о закономерном сочетании организмов в оп­ределенных условиях среды.

Неоценимый вклад в развитие основ экологии внес Ч. Дарвин (1809—1882), вскрывший основные факторы эво­люции органического мира. То, что Ч. Дарвин называл «борь­бой за существование», с эволюционных позиций можно трак­товать как взаимоотношения живых существ с внешней, абиотической средой и между собой, т.е. с биотической средой.

Немецкий биолог-эволюционист Э. Геккель (1834—1919) первый понял, что это самостоятельная и очень важная об­ласть биологии и назвал ее экологией (1866).

Как самостоятельная наука экология окончательно офор­милась в начале XX столетия. В этот период американский уче­ный Ч. Адаме (1913) создает первую сводку по экологии, пуб­ликуются другие важные обобщения и сводки (В. Шелфорд, 1913, 1929; Ч. Элтон, 1927; Р. Гессе, 1924; К. Раункер, 1929 и др.). Крупнейший русский ученый XX в. В. И. Вернадский соз­дает фундаментальное учение о биосфере.

В 30-е и 40-е гг. экология поднялась на более высокую ступень в результате нового подхода к изучению природных систем. Сначала А. Тенсли (1935) выдвинул понятие об эко­системе, а несколько позже В. Н. Сукачев (1940) обосновал близкое этому представление о биогеоценозе. Следует отме­тить, что уровень отечественной экологии в 20—40-х гг. был одним из самых передовых в мире, особенно в области фун­даментальных разработок. В этот период в нашей стране ра­ботали такие выдающиеся ученые, как академик В. И. Вер­надский и В. Н. Сукачев, а также крупные экологи В. В. Станчинский, Э. С. Бауэр, Г. Г. Гаузе, В. Н. Беклемишев, А. Н. Фор­мозов, Д. Н. Кашкаров и др.

Во второй половине XX в. в связи с прогрессирующим загрязнением окружающей среды и резким усилением воз­действия человека на природу экология приобретает особое значение.

Начинается третий этап (50-е гг. XX в. — до настояще­го времени) — превращение экологии в комплексную науку, включающую в себя науки об охране природной и окружаю­щей человека среды. Из строгой биологической науки эко­логия превращается в значительный цикл знания, вобрав в себя разделы географии, геологии, химии, физики, социологии, экономики, права и др.

В это же время появляется новый вид природо­охранной деятельности — рациональное использование при­родных ресурсов.

В 50-е г. дальнейшее развитие производительных сил в стране, усиление негативного влияния человека на природу обусловили необходимость создания еще одной формы, ре­гулирующей взаимодействие общества и природы, — охра­ны среды обитания человека. В этот период принимаются республиканские законы об охране природы, которые про­возглашают комплексный подход к природе не только как к источнику природных ресурсов, но и как к среде обитания человека. К сожалению, еще торжествовала лысенковская псевдонаука, канонизировались слова И. В. Мичурина о не­обходимости не ждать милости от природы.

В 60—80-е гг. в СССР практически ежегодно принимались правительственные постановления об усилении охраны приро­ды (об охране бассейна Волги и Урала, Азовского и Черного морей, Ладожского озера, Байкала, промышленных городов Кузбасса и Донбасса, Арктического побережья). Продолжался процесс создания природоохранного законодательства, издава­лись земельные, водные, лесные и иные кодексы.

Эти постановления и принятые законы, как показала практика их применения, не дали необходимых результа­тов — губительное антропогенное воздействие на природу продолжалось. Сегодня Россия переживает тяжелый эко­логический кризис.

Общая характеристика и структура современной экологии

Экология (от греч. «ойкос» — дом, жилище и «логос» — учение) — наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают. Изначально экология развивалась как составная часть биологической науки, в тесной связи с дру­гими естественными науками — химией, физикой, геологи­ей, географией, почвоведением, математикой.

Предметом изучения экологии является совокупность или струк­тура связей между организмами и средой. Главный объект изучения в экологии — экосистемы, т. е. единые природ­ные комплексы, образованные живыми организмами и сре­дой обитания. Кроме того, в область ее компетенции входит изучение отдельных видов организмов (организменный уро­вень), их популяций, т. е. совокупностей особей одного вида (популяционно-видовой уровень) и биосферы в целом (био­сферный уровень).

Методы изучения в экологии весьма разнообразны, и все они используются в рамках системного подхода. Экологическая практика охватывает собой множество приемов и методов исследований, адекватных многообразию направлений экологии и потому перечислим основные из них:

1) эксперимент (лабораторные опыты);

2) наблюдение;

3) моделирование (математические модели).

В изучении многообразных процессов, которые происходят в живой природе, прежде всего, используются экспериментальные методы. В лабораторных опытах исследуются влияния разных условий на организмы, выясняются их реакции на заданные воздействия. Изучая отношения организмов со средой обитания в искусственных условиях, можно глубже разобраться в происходящих явлениях природы. Однако экология отнюдь не является лабораторной наукой. Совершенно очевидно, что взаимосвязи живых организмов с окружающей их средой могут быть изучены наиболее полно лишь в природе. Но это дело нелегкое, особенно если учесть, до какой степени сложна даже самая простая среда. Поэтому в экологии натурные наблюдения и эксперименты занимают самое важное место. В то же время невозможность экспериментальной проверки нередко заставляет экологов переводить наблюдаемые факты на язык математики. Математический анализ (моделирование) позволяет выделять из всей совокупности отношений организма и среды самые важные объекты и связи, чтобы глубже понять природу этих явлений. Конечно, при этом не надо забывать, что математические модели представляют собой лишь приблизительное отображение природных явлений.

Как правило, в экологических исследованиях эти и другие применяемые методы исследований используются совместно или комплексно.

Основной, традиционной частью экологии как биологической науки является общая (фундаментальная) экология, которая изучает об­щие закономерности взаимоотношений любых живых орга­низмов и среды (включая человека как биологическое суще­ство).

В составе общей экологии выделяют следующие основ­ные разделы:

аутэкологию, исследующую индивидуальные связи отдель­ного организма (особи) с окружающей его средой (влияние на организм экологических факторов – температура, свет, влажность, рельеф, ветер, почва и т.п.);

популяционную экологию (демоэкологию), в задачу которой входит изучение структуры и динамики популяций отдель­ных видов, их взаимовлияние и влияние на них окружающей среды;

синэкологию (биоценологию), изучающую структуру и закономерности функционирования сообществ живых организмов и экосистем, а также их взаимоотношения со средой. Частью синэкологии является глобальная экология, объект изучения которой – вся биосфера Земли. Несколько обособленным направлением синэкологии является биогеоценология, изучающая экосистемы определенного пространственного масштаба – экология пустынь, океана, тундры, высокогорий, саванны и т.п.

Для всех этих направлений главным является изучение выживания живых существ в окружающей среде и задачи перед ними стоят преимущественно биологического свойст­ва — изучить закономерности адаптации организмов и их со­обществ к окружающей среде, саморегуляцию, устойчивость экосистем и биосферы, и т. д.

Знания, полученные в рамках изучения общей экологии и приложенные к анализу системы «общество-природа», сформировали новое направление – прикладная экология. Структура прикладной экологии ещё не устоялась. обычно в ней выделяют следующие основные направления:

промышленная экология – изучает воздействие разных отраслей промышленности (горной, пищевой, металлургической, химической и других), коммунального хозяйства и сферы услуг на окружающую среду;

химическая экология (экологическая токсикология) – изучает действие токсических химических веществ на живые организмы, их популяции и экосистемы; закономерности миграции токсикантов в природных средах;

радиоэкология – изучает миграцию в природе и воздействие на организмы естественных и искусственных радиоактивных веществ;

инженерная экология – занимается разработкой инженерных решений (очистные сооружения; энергосберегающие, малоотходные и безотходные технологии; более экологичные виды топлива), направленных на охрану окружающей среды и здоровья человека;

сельскохозяйственная экология – изучает функционирование искусственных экосистем (полей, садов) и оптимизацию управления такими системами;

урбоэкология – изучает функционирование городских агломераций, их влияние на окружающую среду и здоровье человека, а также разрабатывает мероприятия по снижению негативного воздействия городов на среду;

медицинская экология - изучает влияние различных неблагоприятных факторов на здоровье человека;

охрана окружающей среды - комплексная дисциплина, направленная на разработку мер по снижению отрицательных последствий деятельности чело­века (разработка природоохранных законодательных актов и экономических механизмов рационального природопользования, развитие сети особо охраняе­мых природных территорий); включает в себя также экологическую экспертизу (разработка заключений о состоянии природных комплексов), экологический контроль (мероприятия по выявлению и пресечению незаконных деяний в отношении окружающей среды), экологическое прогнозирование (создание прогнозов развития ситуаций при различных сцена­риях воздействия – выявление, оценка и управление экологическими рисками), экологическое нормирование (разработка нормативов пре­дельных экологических нагрузок), экологический мониторинг (разработка сис­тем постоянного слежения за изменением природных комплексов);

социальная экология рассматривает разнообразные аспекты взаимодей­ствия человеческого социума и природы. Однако выделение ее в отдельное на­правление выглядит несколько искусственным, так как взаимодействие челове­ка и природы так или иначе рассматривается в фундаментальной и прикладной экологии. Н.Ф.Реймерс включил в социальную экологию экологическую психологию и экологическую социологию (анализ восприятия человеком и об­ществом природы), экологическое воспитание и экологическое образование (формирование экологического мышления и поведения), а также этноэкологию, экологию личности и экологию человечества.

Развитие экологии в настоящее время продолжается. И главная цель этого развития - решение такой экологической проблемы на Земле, как сохранение жизни. Решение же экологических проблем требует огромной работы во всех областях науки и техники. И теоретическим фундаментом всей природоохран­ной деятельности является наука экология. Только знание экологических зако­нов - законов развития природных и социальных процессов - позволит пола­дить с природой и разрешить социальные конфликты. Природоохранные меро­приятия, не обоснованные научно, бесполезны, а часто даже вредны, так как могут входить в противоречие с законами природы.

Уровни организации живой материи

Для того чтобы получить целостное представление об экологии, увидеть ее истоки и понять роль, которую она играет среди наук, изу­чающих живые организмы, следует предварительно ознакомиться с наи­более важными для любой биологической науки (каковой экология по сути своей является) общими принципиальными положениями.

Молекулярный уровень. Живая система при всей сложности ее организации состоит из биологических макромолекул: нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), белков, полисахаридов, а также других важных органических веществ. Следует подчеркнуть, что именно с молекулярного уровня начина­ются разнообразные и чрезвычайно сложные процессы, лежащие в основе жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и др.

Клеточный уровень. Клетка не только структурная и функцио­нальная единица любого живого организма, но и единица развития его. На клеточном уровне сопрягаются такие важнейшие процессы, как передача информации и превращение веществ и энергии.

Организменный уровень. Элементарной единицей организменного уровня является отдельная особь. Она рассматривается в развитии (от момента зарождения до прекращения существования) как живая система. В организме возникают системы органов, которые специа­лизируются для выполнения различных функций (пищеварения, ды­хания и т.д.).

Популяционно-видовой уровень. Популяция как совокупность орга­низмов одного и того же вида, объединенных общим местом обита­ния, является уже надорганизменной структурой. Важно подчерк­нуть, что именно в этой системе осуществляются элементарные эво­люционные преобразования.

Биогеоценотический уровень. Биогеоценоз — совокупность организ­мов разных видов и различной сложности организации во всем мно­гообразии связей с факторами среды их обитания. В течение со­вместного исторического развития организмов разных систематичес­ких групп возникают динамичные, довольно устойчивые сообщества.

Биосферный уровень. Поскольку биосфера есть совокупность всех биогеоценозов, охватывающая все явления жизни, она является выс­шим уровнем организации живой материи. На биосферном уровне происходят круговорот веществ и превращение энергии.