ЛЕКЦИЯ 1. ЭКОЛОГИЯ КАК НАУКА Экология как биологическая
advertisement
ЛЕКЦИЯ 1. ЭКОЛОГИЯ КАК НАУКА 1. Экология как биологическая наука 2. Виды экологических дисциплин 3. Основные экологические проблемы современности 1. Экология как биологическая наука Человек интересовался экологией с практической точки зрения с самых ранних периодов своей истории. В примитивном обществе каждый индивидуум, для того чтобы выжить, должен был иметь определенные знания об окружающей среде, о силах природы, о растениях и животных, которые его окружали. Фактически цивилизация возникла тогда, когда человек научился использовать огонь и другие средства, позволившие ему изменять среду своего обитания. Подобно всем другим областям знания экология развивалась непрерывно, но неравномерно. Труды Гиппократа, Аристотеля и других древнегреческих философов содержат сведения явно экологического характера. Однако греки не знали слова «экология». Термин этот недавнего происхождения. Он был предложен, немецким биологом Эрнстом Геккелем в 1869 г. Многие великие деятели «биологического Возрождения» (XVIII—XIX вв.) внесли свой вклад в эту область, хотя название «экология» долгое время не употреблялось. Например, Антон ван Левенгук, более известный как один из первых микроскопистов начала XVIII в., был также пионером в изучении «пищевых цепей» и регулирования численности популяций – двух важных разделов современной экологии. Как самостоятельная наука экология сформировалась приблизительно к 1900 г. но лишь в последние десятилетия это слово приобрело особую популярность. В наши дни каждый остро осознает важность наук о среде для поддержания и повышения уровня современной цивилизации. Экология быстро становится отраслью науки, теснейшим образом связанной с повседневной жизнью каждого человека, будь то мужчина, женщина или ребенок. Слово «экология» образовано от греческого ойкос, что означает «дом» или «жилище». Термин «экология» (от греч. oikos – жилище, местообитание и logos – наука) предложил Э. Геккель в 1866 г. для обозначения биологической науки, изучающей взаимоотношения животных с органической и неорганической средами. Обычно экологию определяют как науку об отношениях организмов или групп организмов к окружающей их среде, или как науку о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания. Поскольку экология занимается преимущественно биологией групп организмов и функциональными процессами на суше, в море и в пресных водах, определение этой области исследований как науки о структуре и функциях природы будет более соответствовать ее современному направлению, причем человечество рассматривается как часть природы. Чтобы лучше понять предмет и задачи экологии, рассмотрим отношение 1 этой последней к другим областям биологии. Сейчас слово «экология» для многих означает «совокупность человека и окружающей среды». Но давайте вначале рассмотрим более традиционное, академическое положение экологии в семье наук. Остановимся вкратце на том, как подразделяется «наука о жизни» – биология. Если представить себе структуру биологии в виде «слоеного пирога», то его можно разрезать на куски двумя разными способами, как показано на рис. 1. Можно делить его по горизонтали – тогда мы получим «фундаментальные» науки, изучающие основные, фундаментальные свойства жизни (морфология, физиология, генетика, теория эволюции, молекулярная биология и биология развития). Мы можем также делить его по вертикали и получим так называемые «таксономические» науки, изучающие морфологию, физиологию, экологию и т. д. определенных организмов (крупные – зоология, ботаника и бактериология, а подразделения, более узкие – фикология, протозоология, микология, энтомология, орнитология и т. д.). Экология относится к фундаментальным разделам биологии и как таковая является составной частью каждого и всех таксономических подразделений. Определяя экологию «фундаментальную» науку, необходимо сформулировать и обосновать ее общие принципы. Лучше всего можно определить содержание современной экологии исходя из концепции уровней организации, которые составляют своего рода «биологический спектр», как это показано на рис. 2. Сообщество, популяция, организм, орган, клетка и ген – главные уровни организации жизни. Взаимодействие с физической средой (энергией и веществом) на каждом уровне обусловливает существование определенных функциональных систем. Под системой подразумевается именно «упорядоченно взаимодействующие и взаимозависимые компоненты, образующие единое целое». Системы, со- 2 держащие живые компоненты (биологические системы, или биосистемы), можно выделять на любом из уровней, представленных на рис. 2, или на любом промежуточном уровне, удобном или полезном для исследования. Например, мы можем рассматривать не только системы генов, органов и т. д., но также системы «паразит-хозяин», что соответствует промежуточному уровню между популяцией и сообществом. Экология изучает преимущественно те системы, которые расположены в правой части приведенного спектра, т. е. системы выше уровня организмов. Термин популяция (от лат. рориlus— народ), первоначально применявшийся для ооозначения групп людей, в экологии приобрел более широкое значение и относится к группе особей любого вида организмов. Точно так же сообщество в экологическом смысле (иногда говорят «биотическое сообщество») включает все популяции, занимающие данную площадь. Сообщество и неживая среда функционируют совместно как экологическая система, или экосистема. Сообществу и экосистеме приблизительно соответствуют часто употребляемые в европейской и русской литературе термины биоценоз и биогеоценоз. Самая крупная и наиболее близкая к идеалу «самообеспечения» биологическая система, известная нам, – это биосфера, или экосфера; она включает все живые организмы Земли, находящиеся во взаимодействии с физической средой Земли, в результате чего эта система, через которую проходит поток энергии от мощного ее источника, Солнца, и которая переизлучает в космическое пространство, поддерживается в состоянии устойчивого равновесия. Отметим, что в приведенном выше «спектре» нет четких границ или разрывов даже между уровнями организма и популяции. Основные формы существования видов животных, растений и микроорганизмов в естественной среде обитания – это внутривидовые группировки (популяции) или многовидовые сообщества (биоценозы). Поэтому современная экология изучает взаимоотношения организмов и среды на популяционнобиоценотическом уровне. Конечной целью экологических исследований является выяснение путей, с помощью которых вид сохраняется в постоянно меняющихся условиях среды. Процветание вида заключается в поддержании оптимальной численности его популяций в биогеоценозе. Таким образом, основным содержанием современной экологии является исследование взаимоотношений организмов друг с другом и со средой на популяционно-биоценотическом уровне и изучение жизни биологических макросистем более высокого ранга: биогеоценозов (экосистем) и биосферы, их продуктивности и энергетики. Предмет исследования экологии – это биологические макросистемы (популяции, биоценозы, экосистемы) и их динамика во времени и пространстве. Из содержания и предмета исследований экологии вытекают и ее основные задачи, которые могут быть сведены к изучению динамики популяций, к учению о биогеоценозах и их системах. Структура биоценозов, на уровне формирования которых, как было отмечено, происходит освоение среды, способству3 ет наиболее экономичному и полному использованию жизненных ресурсов. Поэтому главная теоретическая и практическая задача экологии заключается в том, чтобы вскрыть законы этих процессов и научиться управлять ими в условиях неизбежном индустриализации и урбанизации нашей планеты. 2. Виды экологических дисциплин Однако все, о чем шла речь выше, касается только части современной экологии – так называемой биоэкологии. Когда-то этот термин имел широкое распространение, но позже его применение сузилось. В настоящее время в связи с проникновением экологии практически во все отрасли науки, культуры и хозяйства представляется целесообразным восстановить этот термин, под которым следует подразумевать часть общей экологии, входящей в группу общих биологических наук. Именно биоэкологии в основном и посвящен настоящий курс. Современная экология неоднородна и разделена на массу дисциплин, объединенных в 3 блока: «биоэкология», «экосистемы и земные сферы», «человек и природа»: - радиационная экология; 1. Биоэкология: - экология микроорганизмов; - экология грибов; - экология растений; - экология животных; - палеоэкология. 2. Экосистемы и земные сферы: - экология тундр и арктических пустынь; - лесная экология; - экология степей; - экология пустынь; - экология гор; - экология островов; - экология континентальных вод; - экология морских побережий, лиманов и эстуариев; - экология океана; - космическая экология; - экология атмосферы; - экология гидросферы; - экология почв; - экология литосферы; - химическая экология; - ландшафтная экология; - глобальная экология. 3. Человек и природа: - археоэкология; - историческая экология; - экология человека; - экология города; - инженерная экология; - сельскохозяйственная экология; - промысловая экология; - рекреационная экология; - экология и медицина; - экология и культура; - экология и мораль; - экология и право; - экологическое обучение и воспитание; - экологическое прогнозирование; - экология и экономика; - экология и политика. 3. Основные экологические проблемы современности В настоящее время экологические проблемы современности по своим масштабам условно могут быть разделены на локальные, региональные и глобальные, а среди большинства международных экологических конфликтов можно выделить четыре категории: распределение водных ресурсов, загрязнение морей, чистота воздуха, чистота воды. 4 Завод, сбрасывающий без очистки в реку свои промышленные стоки, вредные для здоровья людей, хищническая рубка векового лесного массива, ненормированные выбросы вредных веществ в атмосферу в результате работы промышленноего предприятия – все это примеры локальных экологических проблем. Примером региональных экологических проблем может служить проблема Полесья – болотистого края с недавно проведенной масштабной мелиорацией. Неправильный, неэкологичный подход к выбору мелиорируемых объектов и ненаучные методы проведения мелиорации привели к тому, что южная часть Беларуси выведена из состояния экологического равновесия. Шли под сведения леса, спрямлялись реки, уничтожались гнездовья водоплавающих птиц. В результате пропали озера, уничтожен лес, постоянно распахивались торфяники. Все это привело к черным пылевым бурям, которые периодически в апреле-мае закрывают горизонт. Верхний слой торфа сносится ветром и обнажаются подстилающие пески. Если учесть, что болота – санитары агроэкосистем, т.е. играют важную роль как регуляторы гидрологического режима территорий, запасают влагу в период таяния снегов и осенних осадков, а также питают ручьи и реки в сухие периоды года, то пример экологической катастрофы налицо. Однако антропогенное воздействие на природу достигло таких масштабов, что возникли проблемы глобального характера, о которых в начале XX в. никто не мог даже подозревать. К основным глобальным экологическим проблемам современности, находящимся в поле зрения человечества в начале XXI в. относятся: - изменение климата Земли, парниковый эффект (глобальное антропогенное потепление); - разрушение озонового экрана, возникновение так называемых «озоновых дыр», снижающих защитные возможности атмосферы против поступления к поверхности Земли опасной для живых организмов жесткой коротковолновой ультрафиолетовой радиации; - химическое загрязнение атмосферы, и, как следствие этого, образование кислотных осадков; - демографический взрыв, относительное перенаселение Земли в некоторых регионах, чрезмерная урбанизация; - загрязнение почв, уменьшение их площадей; - загрязнение Мирового океана и изменение свойств океанических вод за счет нефтепродуктов, насыщения их углекислым газом атмосферы; - загрязнение поверхностных вод суши; - радиоактивное загрязнение локальных участков с тенденцией его расползания по поверхности Земли; - опустынивание обширных территорий; - истребление лесного покрова Земли, уменьшение площадей тропических и северных лесов, сокращение площади тропических лесов и северной тайги основных источников поддержания кислородного баланса планеты; 5 - продолжающееся накапливание на поверхности Земли бытового мусора и всякого рода твердых и жидких отходов, управление отходами, образуемыми в процессе человеческой деятельности; - уменьшение биологического разнообразия флоры и фауны и устойчивости экосистем; - замусоривание околоземного комического пространства, последствия которого до конца пока не осмыслены, если не считать реальную опасность космическим аппаратам, включая спутники связи, локации поверхности Земли и другие, широко использующиеся в современных системах взаимодействия между людьми и государствами; - изменение геохимии ландшафтов в связи с теплоэнгергетикой, перераспределением элементов между недрами и поверхностью Земли в результате горнометаллургического передела (например, концентрация тяжелых металлов) или извлечения на поверхность аномальных по составу высокоминерализованных подземных вод и рассолов; - нарушение глобального и регионального экологического равновесия, соотношения экологических компонентов в прибрежной части суши и моря; - освобождение в результате всех вышеуказанных процессов экологических ниш и заполнение их иными видами; - исчерпание многих месторождений минерального сырья и постепенный переход от богатых ко все более бедным рудам; - усиление социальной нестабильности, как следствия все большей дифференциации разнообеспеченных слоев населения многих стран, возрастания уровня вооруженности их населения, криминализации, природных экологических катаклизмов. Таковы основные насущные экологические проблемы современности. Решение их, а значит, и спасение жизни на Земле, зависит не только от профессиональных экологов, но также и от всех жителей планеты. 6
