Экология. Предмет и методы

СОДЕРЖАНИ Е : Экология как биол огическая наука . Основы биоэколог ии. 3 Содержание , предмет и задачи экологии. 4 Структура современной экологии. 6 Методы экологических исследований. 7 Вывод 10 Литература 11 Экология как биологичес кая наука . Основы биоэкологии. Экология – один из срав нительно молодых и бурно развивающихся раздел ов биологии – изучает взаимоотношения органи змов между собой и со средой обитания . Взаимодействие организмов со средой рассматрив ает каждая биологическая наука . Экология затр агивает лишь ту его сторону , к от орая обусловливает развитие , размножение и вы живание особей , структуру и динамику популяци й , и сообществ. На определённом этапе развития наших представлений о природе произошло ид ейное сближение экологии с другими биологичес кими , да и не только биологиче скими , науками. Особенно тесные связи установилис ь между экологией и физиологией . В результ ате выделилось и успешно развивается новое направление – экологическая физиология . Эколог ические и физиологические методы исследований взаимно пронизывают обе эти на уки. Произошло сближение экологии и морфологии . Такие понятия , как «экологическая морфология» , «экологическая эмбриология» , стали уже привычными. Экология связана с систематикой . Последня я не может обойтись без экологического кр итерия , как и экология без объективной системы организмов для точного определения изучаемых видов. Существует взаимосвязь современной экологии с эволюционным учением и генетикой . Сейча с уже не вызывает сомнения тот факт , ч то в природе имеют место экологические ме ханизмы эволюции , ис следование которых во зможно лишь при совместной работе экологов , генетиков и эволюционистов. На базе экологии развиваются биогеография , молодая наука этология (наука о поведени и животных ), палеоэкология и т.д. Экологическая трактовка необходима и при решен ии определенных задач в области физиологии , морфологии , систематики , б иогеографии , поскольку любые биологические исслед ования в той или иной степени изучают жизнь животных и растений в природных условиях. Выясняя характер влияния физических факто ров седы н а организмы и ответные реакции последних , экология не обходится без таких небиологических наук , как климатология , метеорология , ландшафтоведение (физическая геогра фия ). Геоморфология и почвоведение также сблиз ились с экологией , поскольку многие процессы о б разования и разрушения почв происходят под влиянием деятельности сообществ животных и растений. В настоящее время , в век научно-технич еского прогресса , когда у человека появляются неограниченные возможности воздействия на пр ироду , экология приобретает особ енно важн ое значение . Достижения её успешно применяютс я в сельском и охотничье-промысловом хозяйств ах , медицине , ветеринарии , при проведении мероп риятий по охране природы , рациональном исполь зовании её ресурсов. В Декларации Верховного Совета Республики Бе ларусь о государственном суверенитете указывается , что наше государство самостояте льно устанавливает порядок организации на сво ей территории охраны природы , использования п риродных ресурсов и обеспечение народу респуб лики экологической безопасности. Очевид ная роль экологии и в р азработке ряда теоретических проблем , в частн ости тех , которые связаны с общими законом ерностями миграции вещества и энергии в б иосфере , с механизмами эволюционного процесса , с изменением структуры и организации живой материи. Сегодн я на повестке дня стоит проблема формирования экономической экологии , и ли экологической экономики , - науки о биологиче ских ресурсах , биоэкономики Мирового океана и суши . Успешно развивается и инженерная эк ология (прикладная биогеоценология ), решающая вопр о сы устранения отрицательных последст вий вмешательства человека в природные сообще ства . Актуальные проблемы взаимоотношений человек а , общества и природы в эпоху научно-техни ческого прогресса разрабатывает интенсивно разви вающаяся социальная экология (эколо г и я человека ). Несмотря на то , что существует немало классификаций биологических наук , каждая из них , хотя и не охватывает все биологи ческие науки (например , схема , предложенная Б.Г . Иоганзеном , табл . 1), даёт возможность определит ь место экологии среди дру гих дисципл ин. Таблица . 1. К лассификация биологических наук (по Б.Г . Иоганз ену ). Общие науки Частные науки Комплексные науки Систематика Морфология Физиология Экология Генетика Биогеогафия Эволюционное учение Микробиология Ботаника Зоология Антрополог ия Гидробиология Аэробиология Почвоведение Паразитология В основе комплексных наук лежит изучение условий жизни организмов . Поэтому в них значительно глу бже и шире развиваются экологические идеи , доминирует экологический подход при изучении конкретных явлений . Например , гидробиология изучает систематику , морфологию , физиологию (о бщие науки ) животных , растений и микроорганизм ов (частные науки ), обитающих только в водн ой среде. Следовательно , экология как общая биологи ческая наука также может быть расчлен ена на составные части : на экологию животн ых , экологию растений , экологию насекомых , экол огию лесных пород и т.д . но если для других наук индивидуум является найкрупнейшей единицей , то для экологии он – мельч айшая единица исследований . Экология – вполн е с а мостоятельный раздел биологии , имеющий свои содержание , предмет , задачи и методы исследования. Содержание , предмет и задачи экологии. Термин «эколо гия» (от греч . oikos – жилище , место обитания и logos – наука ) пред ложил Э . Геккель в 1866 г . для обозначен ия биологической науки , изучающей взаимоо тношения животных с органической и неорганиче ской средами . С того времени представление о содержании экологии претерпело ряд уточн ений , конкретизаций . Однако до сих по нет достаточно чёткого и строгого определения э кологии , и все ещё идут споры о том , что такое экология , следует ли её рассматривать как единую науку или же экология растений и экология животных – самостоятельные дисциплины . Не решён воп рос , относится ли биоценология к экологии или это обособленная обл а сть наук и . Не случайно почти одновременно появляются руководства по экологии , написанные с при нципиально разных позиций . В одних экология трактуется как современная естественная истори я , в других – как учение о структуре природы , в кото ром конкретные виды рассматриваются лишь как средства трансформации вещества и энер гии в биосистемах , в третьих – как уч ение о популяции и т.д. Нет необходимости останавливаться на всех существующих точках зрения относительно пред мета и содержания экологии . Важно лишь отм етит ь , что на современном этапе развит ия экологических представлений все более чётк о вырисовывается её суть . Экология – это наука , исследующая зак ономерности жизнедеятельности организмов (в любых её проявлениях , на всех уровнях интеграци и ) в их естественной с реде обитания с учётом изменений , вносимых в среду де ятельностью человека. Из этой формулировки можно сделать вы вод , что все исследования , изучающие жизнь животных и растений в естественных условиях , открывающие законы , по которым организмы объединяются в биологические системы , и устанавливающие роль отдельных видов в жизни биосферы , относятся к экологическим. Однако приведенное определение слишком пр остранно и недостаточно конкретно , хотя на первых этапах развития экологии один из вариантов его (экология – это наука об отношениях организмов друг с другом и со средой , наука о приспособлениях и т.п .) не только был принципиально верным , но и мог служить ориентиром при постан овке ряда исследований . В последнее время экологи при шли к принципиально важному обо бщению , показав , что условия среды осваиваются орга низмами на популяционно-биоценотическом уровне , а не отдельными особями вида . Это привело к интенсивному развитию учения о биологи ческих макросистемах (популяциях , биоценозах , биоге оценозах ), что оказало г ромадное влия ние на развитие биологии в целом и вс ех её разделах в частности . В результате стали появляться всё новые и новые о пределения экологии . Её рассматривали как нау ку о популяциях , о структуре природы , о динамике численности и т.д . Но все они , нес м отря на некоторую специфичност ь , определяют экологию как науку , исследующую законы жизни животных , растений и микроор ганизмов в естественной среде обитания с учётом роли антропических факторов. Основные формы существования видов животн ых , растений и микроо рганизмов в естес твенной среде обитания – это внутривидовые группировки (популяции ) или многовидовые сооб щества (биоценозы ). Поэтому современная экология изучает взаимоотношения организмов и среды на популяционно-биоценотическом уровне . Конечной целью эко л огических исследований я вляется выяснение путей , с помощью которых вид сохраняется в постоянно меняющихся усл овиях среды . Процветание вида заключается в поддержании оптимальной численности его популя ций в биогеоценозе. Следовательно , основным содерж анием с овременной экологии становится исследование взаимоотношений организмов друг с другом и со средой на популя ционно-биоценотическом уровне и изучение жизни биологических макросистем более высокого ранга : биогеоценозов (экосистем ) и биосферы , их п родуктивност и и энергетики . Отсюда очевидно , что предме том исследования экологии являются биологические макросистемы (популяции , биоценозы , экосистемы ) и их динамика во времени и пространстве. Из содержания и предмета исследований экологии вытекают и её основные з адачи , которые мог ут быть сведены к изучению динамики попул яций , к учению о биогеоценозах и их си стемах . Структура биоценозов , на уровне формир ования которых , как было отмечено , происходит освоение среды , способствует наиболее эконом ичному и полному исполь зованию жизненных ресурсов . Поэтому главная теоретическая и практическая задача экологии заключается в том , чтобы вскрыть законы этих процессов и научиться управлять ими в условиях н еизбежной индустриализации и урбанизации нашей планеты. Структура совреме нной экологии. В процессе развития экологические исследования в ботанике и зоологии шли довольно специфическими п утями , что и привело к искусственному и не вполне обоснованному их разделению. В ботанике предметом экологии часто с читаются только взаимоотно шения растений с мёртвой седой , т.е . воздействия физико-химичес ких факторов на отдельные виды растений . В заимоотношения же между растениями , а , следова тельно , и их сообществами рассматриваются спе циальной наукой – фитоценологией . Изучением отношений в жив о тно-растительных сооб ществах занимается биогеоценология . Кроме того , экологию обычно подразделяют на аутэкологию (экологию особей ) и синэко логию (экологию сообществ ). Однако такое подраз деление не отображает специфики современной экологии , изучающей жизн ь на уровнях р азличных биологических макросистем . Поэтому Ю . Одум , к примеру , выделяет экологию видов , э кологию популяций , экологию сообществ и эколо гию экосистем . Н.П . Наумов предлагает три п одразделения : экологию особей , экологию популяций и экологию со о бществ . Г.А . Нов иков , также выделяя в экологии три подразд еления , первое называет экологией видов . Есть и другие мнения . Нет необходимости подробно анализировать все существующие точки зрения относительно ст руктуры современной экологии . Очевидно , чёткое р асчленение её – задача ближайшего будущего . Важно , что в экологии объективно выделяются подразделения , изучающие органический мир на уровне особи (организма ), популяции , вида , биоценоза , биогеоценоза (экосистемы ) и биосферы . В связи с этим уже можно чётко выделить : аутэкологию (экология особей ) , демэкологию (экология по пуляций ) , эйдэкологию (экология видов ) и синэ кологию (экология сообществ ). Задачей аутэкологии (от греч . autos – сам ) является установление пределов существования особи (орга низма ) и тех пред елов физико-химических факторов , которые организм выбирает из всег о диапазона их значений . Изучение реакций организмов на воздействия факторов среды позв оляет выявить не только эти пределы , но и физические , а также морфологические измен ения , характерные д л я данных особе й. Демэкология ( от греч . demos – народ ) изучает ест ественные группировки особей одного вида , т.е . популяции – элементарные надорганизменные макросистемы . Важнейшей задачей её является в ыяснение условий , при которых формируются поп уляции , а та кже изучение внутрипопуляцион ных группировок и их взаимоотношений , организ ации (структуры ), динамики численности популяций. Эйдэкология (от греч . eidos – образ , вид ), или экология видов , - наименее разработанное подразделение современной экологии . Вид как уровень организации живой природы , как надорганизменная биологическая макросистема еще не стал объектом экологических исследований . Это объясняется тем , что по мере разв ития экологии внимание и интерес исследовател ей с организма , т.е . с аутэкологии , перекл ючились на популяцию – дэмэкологию , а затем на биоценоз , биогеоценоз и биосферу в целом. Синэкология (от греч . syn – вместе ), или экология сообществ (биоценология ), изучает асс оциации популяций разных видов растений , живо тных и микроорганизмов , образующих биоценозы , пути формирования и развития последних , структуру и динамику , взаимодействие их с физико-химическими факторами среды , энергетику , про дуктивность и другие особенности . Базируясь н а аут -, дем -, и эйдэкологии , синэкология приобретает чётко выраже нн ый общебиологический характер . В основе аут -, дем -, и эйдэкологических исследований лежат особь (организм ), популяция и вид к онкретной группы живых существ (животные , раст ения , микроорганизмы ). Синэкологические же исследов ания направлены на изучение сложн о го многовидового комплекса взаимосвязанных организмов (биоценоз ), существующего в строго определённой физико-химической среде , на рассмо трение с качественной и количественной точки их соотношения. На базе этих направлений формируются новые : глобальная экол огия , которая разрабатывает проблемы биос феры в целом , и социоэкология , которая изучает проблемы взаим оотношений природы и общества . При этом гр аницы между направлениями и разделами довольн о размыты : постоянно возникают направления на стыке таких отраслей экологии , как популяционная экология и биоценология , или фи зиологическая и популяционная экология . Все э ти направления тесно связаны с классическими отраслями биологии : ботаникой , зоологией , физи ологией . При этом пренебрежение традиционными натуралистичес к ими направлениями экологи и чревато негативными явлениями и грубыми методологическими ошибками , может привести к затормаживанию развития всех остальных направл ений экологии. Методы эк ологических исследований. Полевые , лаб ораторные и экспериментальные исс ледования. Экология , как было отмечено , и меет свою специфику : объектом её исследования служат не единичные особи , а группы о собей , популяции (в целом или частично ) и их сообщества , т.е . биологические макросистемы . Многообразие связей , формирующихся на уров не биологических макросистем , обусловливает разнообразие методов экологических исследований. Для эколога первостепенное значение имеют полевые исследования , т.е . изучение популяций видов и их сообществ в естественной обстановке , непосредственно в природе . При этом обычно используются методы физиологии , биохимии , анатомии , систематики и других би ологических , да и не только биологических наук . Наиболее тесно экологические исследования связаны с физиологическими . Однако между ни ми имеется принципиальная разни ц а . Физиология изучает функции организма и про цессы , протекающие в нём , а также влияние на эти процессы различных факторов . Эколо гия же , используя физиологические методы , расс матривает реакции организма как единого целог о на констелляцию внешних факторов, т.е . на совместное воздействие этих фа кторов при строгом учёте сезонной цикличности жизнедеятельности организма и внутрипопуляционн ой разнородности. Полевые методы позволяют установить резул ьтат влияния на организм или популяцию оп ределённого комплекса фак торов , выяснить общую картину развития и жизнедеятельности ви да в конкретных условиях. Однако наблюдения не могут дать вполн е точного ответа , например , на вопрос , како й же из факторов среды определяет характе р жизнедеятельности особи , вида , популяции или с ообщества . На этот вопрос можно ответить только с помощью эксперимента , задач ей которого является выяснение причин наблюда емых в природе отношений . В связи с эт им экологический эксперимент , как правило , нос ит аналитический характер . Экспериментальные мето д ы позволяют проанализировать влияние на развитие организма отдельных факторов в искусственно созданных условиях и таким образом изучить всё разнообразие экологическ их механизмов , обусловливающих его нормальную жизнедеятельность. На основе результатов анали тического эксперимента можно организовать новые полевы е наблюдения или лабораторные эксперименты . В ыводы , полученные в лабораторном эксперименте , требуют обязательной проверки в природе . Это даёт возможность глубже понять естественные экологические отноше н ия популяций и сообществ. Эксперимент в природе отличается от н аблюдения тем , что организмы искусственно ста вятся в условия , при которых можно строго дозировать тот или иной фактор и точ нее , чем при наблюдении , оценить его влиян ие. Эксперимент может носит ь и самост оятельный характер . Например , результаты изучения экологических связей насекомых дают возможно сть установить факторы , влияющие на скорость развития , плодовитость , выживаемость ряда вре дителей (температура , влажность , пища ). В экологическом экспер именте трудно воспроизвести весь комплекс природных услови й , но изучить влияние отдельных факторов н а вид , популяцию или сообщество вполне воз можно. Примером экологических экспериментов широких масштабов могут служить исследования , провод имые при создании лесозащитных полос , пр и мелиоративных и различных сельскохозяйственных работах . Знание при этом конкретных эколо гических особенностей многих растений , животных и микроорганизмов позволяет управлять деятельн остью тех или иных вредных или полезных организмо в. В современных условиях экологические иссл едования играют существенную роль в решении ряда теоретических и практических задач . Динамика численности организмов , сезонное развити е , расселение и акклиматизация полезных и вредных видов , прогнозы размножения и ра спространения – вот основные в настоящее время экологические проблемы . Разработка их требует рационального сочетания полевых , лабора торных и экспериментальных исследований , которые должны взаимно дополнять и контролировать друг друга. Математические ме тоды и моделирование . При экологическом исследовании , к оторое обычно поводится на определённом колич естве особей , изучаются природные явления во всём их разнообразии : общие закономерности , присущие макросистеме , её реакции на измене ние условий существовани я и др . Но каждая особь , индивидуум неодинаковы , отличны друг от друга . Кроме того , выбор особи из всей популяции носит случайный характер . И лишь применение методов математической статистики даёт возможность по случайному набору различных вариантов опред е лить достоверность тех или иных результатов (с тепень отклонения их от нормы , случайные о тклонения или закономерности ) и получить объе ктивное представление о всей популяции. Однако как только было установлено , чт о все биологические системы , в том числе и на дорганизменные макросистемы , обладаю т способностью к саморегуляции , ограничиваться методами математической статистики стало невоз можно . Поэтому в современной экологии широко применяются методы теории информации и к ибернетики , тесно связанные с такими обла с тями математики , как теория вероя тности , математическая логика , дифференциальные и интегральные исчисления , теория чисел , матрич ная алгебра. В последнее время широкое распространение получило моделирование биологических явлений , т.е . воспроизведение в иску сственных си стемах различных процессов , свойственных живой природе . Так , в «модельных условиях» были осуществлены многие реакции , протекающие в растении при фотосинтезе . Примером биологических моделей может служить и аппарат искусств енного кровообращения, искусственная почка , искусственные лёгкие , протезы , управляемые би отоками мышц , и др. В различных областях биологии широко применяются так называемые живые модели . Несм отря на то что различные организмы отлича ются друг от друга сложностью структуры и функц ии , многие биологические процессы у них протекают практически одинаково . Поэт ому изучать их удобно на более простых существах . Они то и становятся живыми м оделями . В качестве примера можно привести зоохлореллу , которая служит моделью для изу чения обмена в е ществ ; моделью для исследования внутриклеточных процессов являются гигантские растительные и животные клетки и т.д. Основной задачей биологического моделировани я является экспериментальная проверка гипотез относительно структуры и функции биологических сис тем . сущность этого метода заключа ется в том , что вместе с оригиналом , т. е . с какой-то реальной системой , изучается его искусственно созданное подобие – модель . В сравнении с оригиналом модель обычно упрощена , но свойс тва их сходны . В противном случае полу ченные результаты могут оказаться недосто верными , не свойственными оригиналу. В зависимости от особенностей оригинала и задач исследования применяются самые р азнообразные модели (рис . 1). Реальные (натурные , аналоговые ) модели , если таковые удаётся созда т ь , отражают самые существенные черты оригинала . Например , аквариум может служить мо делью естественного водоёма . Однако создание реальных моделей сопряжено с большими техниче скими трудностями , так как пока ещё не удаётся достичь точного воспроизведения ори г инала. Знаковая модель пр едставляет собой условное отображение оригинала с помощью математических выражений или п одобного описания. Наибольшее распространение в современных экологических исследованиях получили концептуальные и математические модели и их мн огочисленные разновидности . Разновидности концептуальных моделей характеризуются подробны м описанием системы (научный текст , схема системы , таблицы , графики и т.д .). Математические модели являются более эффективным методом изучения экологических систем , о с об енно при определении количественных показателей . Математические символы , например , позволяют с жато описать сложные экологические системы , а уравнения дают возможность формально определ ить взаимодействия различных их компонентов . Рис 1. Класси фикаци я моделей (по В.Д . Фёдорову и Т.Г . Гильманову , 1980 г .) ЛИТЕРАТУРА : 1. Радкевич В.А ., Эколог ия : Учебник . – 3-е изд ., переработано и д ополнено – Мн .: Высшая Школа , 1997 г. 2. Киселёв В.Н ., Основы экологии : Учебное пособие – МН .: 1998 г. 3. Черн ова Н.М ., Былова А . М ., Экология : Учебное пособие для студентов биологических специальностей пед . институтов – 2-е издание , переработанное – М .: Просвещение , 1988 г.