Вступ. Визначення, предмет і завдання сучасної екології. Основні методи екологічних досліджень

Вступ. Визначення, предмет, завдання й значення екології. Основні методи екологічних досліджень. Історичний нарис виникнення,становлення і розвитку екології. Сучасний стан і структура екології, зв'язок з ін. дисциплінами.

Предмет і завдання сучасної екології.

Екологія, подібно до генетики, відносно молода біологічна наука. Вона сформувалася лише всередині XIX сторіччя, коли остаточно стало зрозумілим, що неможливо вивчати живі організми у відриві від їхнього середовища існування. Саму назву "екологія" у 1866 році запропонував видатний німецький біолог, природознавець Ернст Геккель.

Сучасна екологія XXI ст. — це одна з головних фундаментальних комплексних наук про виживання на планеті Земля, завданням якої є пізнання зако­нів розвитку і функціонування біосфери як цілісної системи під впливом природної і, головне, антропогенної діяльності, а також про визначення шляхів і засобів еколо- гоекономічно збалансованого співіснування техносфери і біосфери. Стисліше:

екологія XXI ст. — комплекс наук про будову, функціонування, взаємозв’язки багато­компонентних і багаторівневих систем у Природі й Суспільстві та засоби кореляції взаємного впливу техносфери і біосфери з метою збереження людства і біосфери.

Основний об’єкт досліджень — екосистеми планети всіх рівнів та їх елементи.

Основний предмет досліджень — взаємозв’язки між живими організмами, їх гру­пами різних рангів, живими і неживими компонентами екосистем, а також особли­вості впливу природних і антропогенних чинників на функціонування екосистем та біосфери в цілому.

Мета досліджень — визначення оптимальних шляхів координації гармонійного еколого-економічно збалансованого співіснування техносфери й біосфери, принци­пів і критеріїв ефективної локальної, регіональної та глобальної екополітики.

Основні завдання сучасної екології:

вивчення загального стану сучасної біосфери (біологічних систем усіх рівнів), умов його формування, причин і обсягів змін під впливом різних природних і антропогенних чинників;

прогнозування динаміки стану екосистем і біосфери в цілому в часі й просторі

розроблення шляхів гармонізації взаємовідносин людського суспільства і Природи з урахуванням основних екологіч­них законів, збереження здатності біосфери до саморегуляції і самовідновлення.

Центральним завданням сучасної екології, як зазначалося вище, залишається до­слідження живої компоненти біосфери, пізнання всіх процесів функціонування життя.

Найважливіші біоекологічні принципи:

• адаптація (здатність живих організмів пристосовуватися й існувати в певних умовах навколишнього середовища завдяки комплексу морфологічних, фізіо­логічних та популяційних особливостей);

• еволюція (полягає в незворотних змінах живих організмів);

• зворотні зв’язки (біосистеми самопідтримуються та саморегулюються завдяки наявності в них різноманітних зворотних зв’язків);

• біологічна ієрархія (полягає в наявності у біосистемах різних рангів та можли­востей їхнього впорядкування в ієрархічні структури, де кожний вищий еле­мент ієрархії базується на нижчих);

• дискретність (жива матерія завжди існує в розчленованому на дискретні еле­менти вигляді — особини рослин і тварин);

• найпростіша конструкція (оптимальність), коли з усіх можливих конструкцій біосистем у природі реалізується найпростіший за організацією, що свідчить про прагнення екосистем до мінімізації витрат речовини та енергії;

• адекватність (біологічні системи відповідають за своєю конструкцією та функ­ціями тому абіотичному середовищу, в якому вони існують).

Екологія сьогодні - це розгалужена система наук.

Структура сучасної екології зображена на рис.

Сучасну екологію можна чітко розділити на теоретичну та практичну. В теоретичній (загальній) екології розрізняють такі напрями: вчення про екологічні фактори (аутекологія), популяційну екологію (деметоекологія) та біогеоценологію (синекологія).

Важливо зазначити, що кожен із напрямів екологічних наук має свою специфіку, своє коло вирішуваних екологічних питань, свої методи й масштаби досліджень, конт­ролю та менеджменту, але завдання в усіх одне: визначити характер і обсяги забруд­нень довкілля, пов’язаних з конкретним видом діяльності людини, ступінь їх небез­печності, можливості нейтралізації, шляхи екологізації виробництва, підвищення ефек­тивності охорони природи, економії та відтворення природних ресурсів. Як видно зі схеми, різнопланові екологічні дослідження мають завершуватися узагальненням еколо­гічної інформації, отриманої в усіх блоках, для розроблення і реалізації планів та про­грам раціонального природокористування на локальному, регіональному і глобальному рівнях, створення наукових засад економіки природокористування, а також для фор­мування регіональної і національної екологічної політики, укладання міжнародних про­грам, угод, договорів у сфері природокористування, охорони довкілля та екологічної освіти, тобто визначення тактики і стратегії еколого-безпечного розвитку людства, збе­реження біосфери і життя на Землі.

Біоекологія займається формуванням уявлень про екологію як економіку приро­ди на основі вивчення потоків речовини, енергії та інформації в життєдіяльності організмів, їх груп та біологічних систем. Вона є праматір’ю і головною складовою сучасної екології.

Біоекологія — основа всієї сучасної екології. Її головна частина — екологія при­родних біологічних систем (аутекологія, демекологія, синекологія, біогеоценологія). Друга складова — екологія таксономічних груп; третя — еволюційна екологія.

Геоекологія вивчає специфіку взаємовідносин організмів і середовища їх існу­вання в різних географічних зонах, на суші і в океані, в тундрі, тайзі і тропіках, у горах і пустелях тощо; дає екологічну характеристику різних географічних регіонів, областей, районів, ландшафтів; розглядає екологічні наслідки ендо- і екзогенних гео­логічних процесів, видобутку корисних копалин; займається екологічним картогра­фуванням (нині існує ще кілька визначень геоекології (В.Боков, І.Черваньов, І.Дедю, В.Некос), які суттєво близькі до вищезазначеного).

Екологія природних сфер досліджує екологічні процеси, що відбуваються на територіях, де вплив людини ще не відіграє вирішальної ролі у функціонуванні еко­систем (заповідні території, позашельфові зони океанів і морів, пустелі, великі лісові масиви, гори, де антропогенні забруднення мінімальні або в межах допустимих для функціонування біоти норм).

Соціальна екологія — розділ сучасної екології, де вивчається специфічна роль людини в довкіллі не як біологічного виду, а як соціальної істоти, відмінності цієї ролі від ролі інших живих істот. Вона вивчає шляхи оптимізації взаємовідносин людсь­кого суспільства з природою. Тісно пов’язана з етнографією і соціологією.

Соціоекологія займається формуванням екологічної свідомості, екологічної культури за допомогою нових методів і підходів екологічної освіти та виховання, вивченням і фор­муванням законів про екологічне природокористування, визначенням принципів і кри­теріїв екологічного менеджменту, контролю й бізнесу, соціально-екологічним моніторин­гом, формуванням основ локальної, регіональної та глобальної екологічної політики.

Техноекологія — найбільший за обсягом блок прикладних екологічних напрямів (відповідно, дисциплін), пов’язаних із такими об’єктами людської діяльності, як енер­гетика, промисловість, транспорт, військова справа, сільське господарство, космос. Займається вивченням обсягів, механізмів і наслідків впливу на довкілля та здоров’я людини різних галузей і об’єктів діяльності, особливостей використання ними при­родних ресурсів; розробкою регламентацій природокористування і технічних засобів охорони природи; проблемами утилізації відходів виробництва та відтворення зруй­нованих екосистем; екологізацією виробництв.

Сформувалися такі дисципліни, як екологічні біохімія, морфологія та фізіологія (вивчають біохімічні, морфологічні та фізіологічні адаптації організмів до умов довкілля). Еволюційна екологія досліджує еволюцію окремих систематичних одиниць, екосистем та біосфери в цілому в зв'язку зі зміною умов довкілля.

Сьогодні досить тісний зв'язок екології з практикою, адже практично немає сфери діяльності людини, яка б не була пов'язана з навколишнім середовищем (наприклад, промислова, медична, хімічна, агроекологія тощо). До практичної екології належить і геоекологія, яка розглядає екологічні аспекти геосфер: атмосфери, гідросфери, літосфери.

Інтенсивно розвивається і соціальна екологія, яка включає такі підрозділи, як екологічна освіта, екологічна культура, екологічне право та ін.

Екологія з урахуванням особливостей її структури створює фундамент для вирішення проблем в галузі раціонального природокористування та охорони навколишнього середовища (економіка природокористування).

Зв'язки екології з іншими науками

Розглянемо спочатку більш традиційне, академічне становище екології сім’ї біологічних наук. Зупинімося коротко на тому, як поділяється “наука про життя” — біологія. Якщо уявити собі структуру біології у вигляді “листкового пирога” (Ю.Одум), то цей пиріг можна поділити на шматки двома різними способами.

Якщо цей пиріг — конгломерат біологічних наук — розкраяти по горизонталі, то відокремляться фундаментальні науки, які вивчають основні, фундаментальні властивості життя. Це, передусім, морфологія, фізіологія, генетика, теорія еволюції, молекулярна біологія і біологія розвитку. Вертикальний розріз показує таксономічні підрозділи.

Американський еколог Б.Коммонер (1974) дуже вдало сформулював свої чотири “закони”, які, по суті, об’єднують у собі по кілька найважливіших закономірностей і екологічних особливостей природи. Це, радше, екологічні аксіоми:

• все пов’язано з усім;

• все повинно кудись подітися;

• ніщо не дається задарма;

• природа знає краще.

Перша аксіома підтверджує всезагальність зв’язків об’єктів і явищ у природі та в людському суспільстві. І природа, і суспільство перебувають в єдиній мережі систем­них взаємозв’язків. Важливі наслідки цих взаємозв’язків:

Друга аксіома (“все повинно кудись діватися”) свідчить про закони збережен­ня в природі. На відміну від людського виробництва, в природі не буває сміття. В біосфері завжди спостерігається кількісний баланс швидкостей синтезу живої речовини та її розкладання, що свідчить про високий ступінь замкненості коло- обігу речовини у біосфері. Діяльність людини викликала нагромадження в при­роді дедалі більшої кількості ксенобіотиків — синтетичних сполук, які стійкі у довкіллі, токсичні і, накопичуючись у величезних кількостях, становлять дедалі більшу загрозу для людства.

Третя аксіома (“ніщо не дається задарма”, або ж — “за будь-яке втручання і збитки природі треба платити”, або ж — “природа за все віддячить”) вказує на те, якою ціною дістається людству науково-технічний прогрес. В економіці природи, як і в економіці людини, не існує безкоштовних ресурсів. Все, що було взято людиною з природи, мусить бути їй повернуто, компенсовано. Невиконання цього закону не­минуче призводить до екологічної кризи.

Четверта аксіома (“природа знає краще”) свідчить про незрівнянні переваги природних конструкцій над людськими. Все, створене природою, пройшло над­звичайно жорсткий конкурс на місце в біосфері впродовж тисяч і мільйонів ро­ків природного добору та адаптацій. При цьому головним критерієм добору була вписаність у глобальний біотичний колообіг, збільшення його ефективності, за­повнення всіх екологічних ніш, виключення “мертвих зон” з мережі природних взаємозв’язків.

Методи екологічних досліджень. Екологія сьогодні виявляється тією точкою, в якій перехрещуються інтереси вчених різних природничих наук: систематиків, морфологів, генетиків, біохіміків, фізіологів, фізиків, хіміків, математиків, географів тощо. Внаслідок цього екологія вбирає в себе концепції та методики, притаманні різним дисциплінам.

Методологічною засадою сучасної екології є комплексне використання натур­них спостережень, вимірювань, експериментальних лабораторних досліджень, еко­логічного картування і моделювання. Більшості екологічних досліджень притаман­ний системний підхід. У сучасних екологічних дослідженнях широко використову­ють методи інших наук — хімії, фізики, геології, біології, математики. Ці методи можна об’єднати в кілька груп:

• Методи реєстрації та оцінки якості довкілля, насамперед різні типи екологічного моніторингу, зокрема біомоніторинг і біоіндикація, дистанційний аерокосмічний моніторинг.

• Методи кількісного обліку організмів і методи оцінки біомаси та продуктивності рослин і тварин.

• Вивчення особливостей впливу різних екологічних чинників на життєдіяльність організмів (як складні й тривалі спостереження в природі, так і, частіше, експе­рименти в лабораторних умовах — токсикологічні, біохімічні, біофізичні, фізіо­логічні та ін.).

• Методи вивчення взаємозв’язків між організмами в багатовидових угрупованнях.

• Методи математичного моделювання екологічних явищ і процесів, а також екоси­стем (останнє — набагато складніше), імітаційне моделювання; моделювання від локальних до регіональних і глобальних екологічних процесів і ситуацій.

• Створення геоінформаційних систем і технологій для розв’язання екологічних пи­тань різних масштабів і в різних сферах діяльності.

• Комплексний еколого-економічний аналіз стану різних об’єктів, територій, галу­зей виробництва.

• Геоекологічні методи дослідження, геоекологічний моніторинг.

• Технологічні методи екологізації різних виробництв з метою зменшення їх нега­тивного впливу на довкілля.

• Медико-екологічні методи вивчення впливу різних чинників на здоров’я людей.

• Методи екологічного контролю стану довкілля: екологічна експертиза, екологіч­ний аудит, екологічна паспортизація.

Вчені-екологи використовують різноманітні заходи: спостереження, ізотопні, спектрометричні, калориметричні, хроматографічні та інші фізичні та хімічні методи досліджень, методи дистанційного вимірювання, автоматичного контролю, визначення видового складу, методи екологічної індикації тощо. Методи екологічної індикації дають можливість визначити стан і властивості екосистем за видовим складом та співвідношенням між собою певних (еталонних) груп видів. Накопичення даних екологічних досліджень дає змогу передбачати спрямованість змін, які відбуваються в екосистемах та біосфері в цілому.

Зокрема, для проведення постійних спостережень широко застосовується метод екологічного моніторингу, який детально розглянемо пізніше. Екологічний моніторинг може бути локальним, регіональним чи глобальним (відповідно проводяться спостереження за змінами в певній місцевості, регіоні або в біосфері в цілому). Часто моніторинг проводять на базі заповідників, в еталонних ділянках ландшафтів. Він дає можливість спостерігати за функціональними (продуктивність, кругообіг речовин, потік енергії) та структурними (видове різноманіття, чисельність видів тощо) змінами, які відбуваються в певних екосистемах. Важливе значення для проведення моніторингу мають автоматичні та дистанційні пристрої, які допомагають отримати інформацію з ділянок, де проводити безпосередні спостереження важко або неможливо (напр., зона саркофагу Чорнобильської АЕС).

Важливе значення для екологічних досліджень має моделювання. За допомогою математичного моделювання можна моделювати взаємозв'язки організмів в екосистемах (харчові, конкурентні тощо), залежність змін чисельності популяцій та їх продуктивності від дії екологічних факторів та ін. Математичні моделі дають можливість прогнозувати варіанти перебігу подій, виділяти окремі зв'язки, комбінувати їх. Моделювання дозволяє визначити, яку кількість особин промислових тварин можна вилучати з природних популяцій, щоб не підірвати їх густину, прогнозувати спалахи чисельності шкідників, наслідки антропогенного впливу на окремі екосистеми та біосферу в цілому (напр., як збільшення концентрації СО2 в атмосфері буде впливати на окремі групи організмів та клімат планети взагалі).

Питання для самоперевірки

1. Коли виникла екологія, хто вважається її засновником ?

1. Як змінювався предмет вивчення екології протягом XX століття ?

1. Чому екологія вважається міждисциплінарною наукою ?

1. Які традиційні і нові методи екологічних досліджень ?

1. Які структурні блоки сучасної екології ?