Тема 2. Общая экология.

2.1. Основные понятия экологии

Природа развивается по определенным законам. Законы развития природы – законы более высокого порядка, чем законы развития общества. Они начали формироваться с появлением жизни на планете, 4,5 млрд. лет тому назад. В силу их действия человек появился и может существовать на Земле. Законы экологии являются объективными, и действуют независимо от наших знаний о них. Законы общества написаны людьми для собственного социального и экономического удобства, организации и обеспечения общежития, носят субъективный характер. Законы экологии являются объективными.

Знание и соблюдение законов развития природы в деятельности человека и общества имеет решающее значение, для сохранения устойчивого развития. Учет законов природы при планировании и осуществлении экологически вредной деятельности и их соблюдение должно служить основным критерием экологической обоснованности и допустимости такой деятельности.

Компоненты внешней среды, способные оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы на протяжении хотя бы одной фазы индивидуального развития, называются экологическими факторами.

Не все экологические элементы являются экологическими факторами для конкретного организма или конкретной группы организмов. К факторам относятся только те элементы, изменение которых вызывает ответную реакцию данного организма или данной группы организмов вплоть до исчезновения их по каким-либо причинам из среды обитания.

Все экологические факторы можно разделить на две категории:

• факторы живой природы – биотические или биогенные.

• факторы неживой или косной природы – абиотические или абиогенные.

Человек в своей деятельности не только меняет режимы природных экологических факторов, но и создает новые, например, синтезирует новые химические соединения, ядохимикаты, удобрения, лекарства, синтетические материалы и др. Такие факторы называются антропогенными и характеризуют совокупность воздействий деятельности человека на окружающую среду.

К абиотическим факторам относятся: (физические,. космические, климатические, почвенные); химические (компоненты воздуха, воды, почвы)).

К биотическим факторам относятся: (зоогенные (влияние животных); фитогенные (влияние растений); микробогенные (влияние микроорганизмов)).

Любой экологический фактор динамичен, изменчив во времени и пространстве. Однако каждому живому организму требуются строго определенные уровни, количества (дозы) экологических факторов, а также определенные пределы их колебаний. Если режимы всех экологических факторов соответствуют наследственно закрепленным требованиям организма, т.е. генотипу, то он способен выживать и давать жизнеспособное потомство. Требования и устойчивость того или иного организма к экологическим факторам определяют его ареал обитания.

В основе экологических знаний лежит понятие экологическая система (экосистема). Термин «экологическая система» (экосистема) был сформулирован в 1935 г. американским ботаником А. Тенсли. «Экосистема – это безразмерные, устойчивые системы живых и неживых компонентов, в которых совершается внешний и внутренний круговорот веществ и энергии».

В настоящее время экосистемы стали главными объектами изучения экологии и под ними сегодня понимают природный феномен, в котором живое организмы взаимодействуют с неживой природой по определенным законам.

Экосистема представляет собой сложную систему, состоящую из различных видов живых организмов, постоянно взаимодействующих друг с другом и окружающей их неживой природой, таким образом, что может сохранять неопределенно долгое время.

Любая сложная система обладает определенными свойствами, часть из которых присущи любой системе:

- Иерархичность – состоит из отдельных частей, которые в свою очередь представляют более простые системы, со всеми присущими им свойствами;

- Организованность – каждая система имеет определенную структуру, определяемую формой пространственно-временных связей или взаимодействий между элементами системы;

- Упорядоченность – имеет соподчинение со своими частями и последовательное усложнение;

- Гетерогенность – система не может состоять из элементов, лишенных индивидуальности (нижний предел разнообразия – не менее двух элементов – протон и нейтрон, он и она);

- Эмергентность – нельзя свести свойства системы к сумме свойств отдельных элементов, из которых она состоит. По отдельным деталям системы нельзя судить о ее действии в целом, т.к. решающее значение имеют взаимосвязи между элементами. Совместное действие двух или более различных факторов на организм почти всегда отличается от суммы их раздельных эффектов;

- Наличие среды – выделение системы всегда делит ее мир на две части – саму систему и ее среду;

- Способность к самосохранению – определяется преобладанием внутренних взаимосвязей в системе над внешними;

- Развитие или эволюция системы – под действием внешних факторов возникают изменения поведения систем – реакция систем, которые могут носить приспособительный (адаптивный) характер. Если такие адаптивные изменения со временем закрепляются в системе, повышая ее устойчивость, мы говорим о развитии или эволюции системы;

- Самоорганизация – все экосистемы эволюционируют в сторону усложнения в стороны усложнения их организации и образования подсистем в структуре системы.

- Неравномерность развития – периоды постепенного накопления незначительных изменений иногда прерываются резкими качественными скачками (точка бифуркации, расщепления прежнего пути эволюции). В этот период система может погибнуть или начать функционировать на качественно новом уровне (появление новых веществ, организмов и т.д.);

- Любая реальная система может быть описана аналоговой или знаковой моделью системы.

По характеру связей и возможности обмениваться со средой веществом и энергией системы делятся на: замкнутые (обмен не возможет); открытые (обмен возможен).

Все естественные экосистемы являются открытыми, динамическими системами, т.к. осуществляют переносы вещества, энергии и информации между внутренними элементами и элементами среды. В качестве примеров экосистем можно привести лесные, водные, воздушные и иные экосистемы.

По протяженности экосистемы могут занимать большие и малые пространства (от биосферы в целом или космического пространства до строения атома или клетки), малые экосистемы могут быть частью больших, и часто бывает трудно провести границу между отдельными системами. Экология сейчас концентрирует свое внимание на изучении взаимосвязей и взаимовлияний всех систем, положении человека в биосфере, его роли в развитии глобальных экологических катастроф, путях их преодоления.

Для изучения экосистем, в том числе и биосферы как глобальной экосистемы, в настоящее время применяют два основных подхода: аналитический (изучают отдельные части системы); синтетический (вначале изучают всю систему в целом).

Оба подхода дополняют друг друга.

Самой крупной экосистемой, предельной по размерам и масштабам является биосфера. Термин биосфера (от греч. «био» - жизнь, «сфере» - шар) – «область жизни, пространство на поверхности земного шара, в котором распространены живые существа», введен в 1875 году австрийским геологом Э. Зюссом.

Однако развернутое учение о биосфере было разработано русским ученым Вернадский В.И.. Он распространил понятие биосферы не только на живые организмы, но и на их среду обитания. Биосфера, по Вернадскому В.И., - это область распространения жизни, включающая наряду с организмами и среду их обитания. Деятельность живых организмов объединяет все геосферы Земли (атмосферу, литосферу и гидросферу) в целостную единую систему, связанную обменом веществ и энергии.

В настоящее время биосфера является термодинамической оболочкой с температурой от +50С до 50С и давлением около 1 атм. Она включает нижнюю часть атмосферы, гидросферу (океаны, моря, озера, реки) и верхнюю часть литосферы. В литосфере жизнь сконцентрирована ближе к поверхности, обычно на глубине до 8-10 м, но иногда находят жизнь на глубине до 2-5 км. Проникновение живых организмов вглубь ограничивается высокой температурой и давлением, отсутствием света. В гидросфере жизнь простирается на всю ее глубину (свыше 11 км). Здесь ограничивающими факторами являются давление толщи воды и отсутствие света. В пределах атмосферы жизнь возможна на высоте до 20-25 км, где обнаружены лишь бактерии и их споры, поднимаемые вихревыми потоками с поверхности земли. Ограничивающими факторами могут быть излучения, низкая температура, дефицит кислорода и воды. Наиболее благоприятные условия для жизни - у поверхности воды и суши, поэтому здесь максимально сконцентрировано живое вещество.

Биосфера включает: живое вещество, образованное совокупностью организмов; биогенное вещество, которое создается и перерабатывается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, нефть, каменный уголь, известняки и др.); косное вещество, которое образуется без участия живых организмов (продукты тектонической деятельности, метеориты); биокосное вещество, образующееся в результате совместной деятельности организмов и абиогенных процессов (почва).

Биосфера стремится к поддержанию устойчивого состояния, которое обеспечивается динамикой популяций, реализацией жизненных различных стратегий организмов и занимаемых ими экологических ниш, сукцессией сообществ, функцией живого вещества, биотическими круговоротами, соблюдением принципа эквивалентности.

В процессе взаимодействия человеческого сообщества с биосферой происходит появление еще одной оболочки Земли, включающей результат общественного развития – язык, культуру, религию, хозяйственную деятельность. Она получила название ноосферы. В ходе эволюции биосферы выработались два типа питания автотрофные и гетеротрофные. В зависимости от характера питания в биосфере строится пирамида питания, состоящая из нескольких трофических уровней (от греч. «трофе» – питание). Низший занимают автотрофные организмы (питающиеся самостоятельно), для которых характерны фиксация световой энергии и использование простых неорганических соединений для построения сложных органических веществ. Это - прежде всего растения. На более высоком уровне располагаются гетеротрофные организмы (питающиеся другими), использующие в пищу биомассу растений, для которых характерны утилизация, перестройка и разложение сложных веществ. Затем идут гетеротрофы второго порядка, питающиеся гетеротрофами первого порядка и т.д.