4. Экология
В буквальном смысле слово «экология» означает науку о «доме» (от греч. «ойкос» — жилище, местообитание).
Как входящая в биологический цикл, экология — наука о местообитании живых существ, их взаимоотношении с окружающей средой.
Экология изучает организацию и функционирование надорганизменных систем различных уровней:
Популяций,
Сообществ,
Экосистем.
Термин «экология» предложил немецкий зоолог Э. Геккель в 1866 году, но подлинного расцвета эта наука достигла в XX веке, и ее развитие далеко не закончено.
Если учение о биосфере сразу подняло биологию с уровня отдельных видов к целостности высшего порядка, то экология изучает различные уровни целостности, промежуточные между организменным и глобальным.
Выделяют аутоэкологию, которая исследует взаимодействие отдельных видов со средой, и синэкологию, которая изучает сообщества. Сообществом, или биоценозом, называют совокупность растений и животных, населяющих участок среды обитания.
Совокупность сообщества и среды носит название экологической системы, или биогеоценоза.
Основные понятия аутоэкологии:
популяция,
местообитание,
экологическая ниша.
Популяцией называется группа организмов, относящихся к одному или близким видам и занимающая определенную область, называемую местообитанием.
Совокупность условий, необходимых для существования популяции, носит название экологической ниши. Экологическая ниша определяет положение вида в цепях питания.
В зависимости от характера питания строится пирамида питания, состоящая из нескольких трофических уровней.
Низший занимают автотрофные организмы, питающиеся неорганическими соединениями, прежде всего растения.
На более высоком уровне располагаются гетеротрофные организмы, использующие в пищу биомассу растений.
Затем идут гетеротрофы второго порядка, питающиеся гетеротрофами первого порядка, т. е. травоядными животными и т. д.
Пирамида питания связана с круговоротом вещества в биосфере, который выглядит следующим образом:
Р
астения
Первичные
потребители
Б
актерии
и грибы, разлагающие органические
Вторичные
потребители соединения
Один из важнейших принципов экологии — принцип устойчивости, в соответствии с которым чем больше трофических уровней и чем они разнообразнее, тем устойчивей биосфера.
Экология показала также, что живой мир — не совокупность живых существ, а единая система, сцементированная множеством цепочек питания и иных взаимоотношений.
Если даже небольшая часть его погибнет, погибнет и все остальное. В то же время, как писал Н. Винер, «сообщество простирается лишь до того предела, до которого простирается действительная передача информации» (Н. Винер. Кибернетика...- С. 230).
К важным выводам экологии можно отнести следующие, отмечавшиеся еще Вернадским:
Каждый организм может существовать только при условии постоянной тесной связи со средой, т. е. с другими организмами и неживой природой.
Жизнь со всеми ее проявлениями произвела глубокие изменения на нашей планете. Совершенствуясь в процессе эволюции, живые организмы все шире распространялись на планете, стимулируя перераспределение энергии и веществ.
Размеры популяции возрастают до тех пор, пока среда может выдерживать их дальнейшее увеличение, после чего достигается равновесие. Численность колеблется вблизи равновесного уровня.
Принцип равновесия играет в живой природе огромную роль. Равновесие существует между видами и смещение его в одну сторону, скажем, уничтожение хищников, может привести к исчезновению жертв, у которых не будет хватать пищи.
Естественное равновесие существует и между организмом и окружающей его неживой средой. Великое множество равновесий поддерживают общее равновесие в природе.
Равновесие в живой природе не статично, как равновесие кристалла, а динамично, представляя собой движение вокруг точки устойчивости.
Если эта точка не меняется, то такое состояние называется гомеостазом («гомео» — тот же, «стасис» — состояние).
Гомеостаз — механизм, посредством которого живой организм поддерживает параметры своей внутренней среды, противодействуя внешним воздействиям, на таком постоянном уровне, который обеспечивает нормальную жизнь.
Кровяное давление, частота пульса, температура тела — все это обусловлено гомеостатическими механизмами, которые работают настолько хорошо, что мы обычно их не замечаем.
В пределах «гомеостатического плато» действует отрицательная обратная связь, за пределами его — положительная обратная связь, и система гибнет.
В экосистемах необходим период эволюционного приспособления к условиям среды, который называется адаптацией. Только после него устанавливается надежный гомеостатический контроль.
Адаптация организма может быть:
структурной,
физиологической и
поведенческой.
К структурной адаптации относится:
изменение окраски,
изменение строения тела,
изменение органов и т. д. (например, бабочки под влиянием фабричного дыма из светлых становятся темными).
К физиологической адаптации относится, скажем, появление слуховой камеры у двуногой мыши, позволяющее иметь идеальный слух.
Пример поведенческой адаптации демонстрирует мотылек с полосатыми крыльями, садящийся на полосатые листья лилий так, чтобы его полоски были параллельны полоскам на листьях.
Механизм, ответственный за эволюцию живой природы, получил название гомеореза. Он дает возможность как бы перескакивать с одного устойчивого состояния на другое через неравновесные точки (как бы «с кочки на кочку»), тем самым проявляя такую отличительную особенность живых тел, как их способность поддерживать устойчиво неравновесное состояние.
По определению Э. Шредингера, «жизнь — это упорядоченное и закономерное поведение материи, основанное не только на одной тенденции переходить от упорядоченности к неупорядоченности, но и частично на существовании упорядоченности, которая поддерживается все время» (Э. Шредингер. Что такое жизнь? С точки зрения физика. - М., 1972.- С. 71).
Средством, при помощи которого организм поддерживает себя постоянно на достаточно высоком уровне упорядоченности (равно на достаточно низком уровне энтропии), является энергия, получаемая организмом из окружающей среды с продуктами питания.