1. ПОНЯТИЕ ОБ ЭКОЛОГИИ, ЭКОСИСТЕМАХ И БИОСФЕРЕ. НООСФЕРА ПО ВЕРНАНДСКОМУ
Экология (от греч. Οικος — дом, жилище, хозяйство, обиталище, местообитание, родина и λόγος — понятие, учение, наука) — наука, изучающая взаимоотношения живой и неживой природы. Термин впервые предложил в книге «Общая морфология организмов» в 1866 году немецкий биолог Эрнст Геккель. Подавляющее большинство современных исследователей считает, что экология - это наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают. Более общее определение дал американский эколог Одум : «экология - это междисциплинарная область знаний, наука об устройстве многоуровневых систем в природе, обществе и их взаимосвязи».
Экология как наука решает следующие задачи:
· изучает законы и закономерности взаимодействия организмов со средой обитания;
· изучает формирование, структуру и функционирование надорганизменных биологических систем (популяция, биоценоз, биогеоценоз (экосистема), биом, биосфера);
· изучает законы и закономерности взаимодействия надорганизменных биологических систем (популяция, биоценоз, биогеоценоз (экосистема), биом, биосфера) с окружающей средой;
Решение задач, стоящих перед экологией, позволит достичь поставленных перед ней целей:
· разработка оптимальных путей взаимодействия общества и природы с учетом законов существования природы;
· прогнозирование последствий воздействия общества на природу с целью предотвращения негативных результатов.
Для решения задач она использует как собственные методы, так и методы других наук. Собственные методы экологии можно разделить на три группы: полевые , лабораторные и экспериментальные.
Экология тесно связана с такими науками, как биология, химия, математика, география, физика, эпидемиология. В последнее время активно о себе заявляют междисциплинарные комплексные области исследования.
По размерам объектов изучения экология подразделяется на следующие дисциплины: аутоэкология, популяционная экология, синэкология, ландшафтная экология, глобальная экология (мегаэкология, учение о биосфере Земли)
По отношению к предметам изучения она подразделяется на экологию микроорганизмов, грибов, растений, животных и человека; а также сельскохозяйственную, промышленную (инженерную) и общую (как теоретически обобщающую дисциплину).
С учетом среды и компонентов различают экологию суши, пресных водоемов, морей, Крайнего Севера, высокогорий, химическую (геохимическую, биохимическую).
По подходам к предмету выделяют аналитическую и динамическую экологию.
С точки зрения фактора времени рассматривают историческую и эволюционную экологию (в том числе археоэкологию).
В экологии человека выделяют социальную экологию. Центральная проблема современной экологии – это поиск оптимального взаимодействия в системе «человек –окружающая среда». Экология приобретает черты очень актуального мировоззрения, превращается в учение о выборе путей выживания человеческой популяции.
Современная экология в своей структуре имеет следующие разделы: общая экология, геоэкология, биоэкология, экология человека, социальная экология, прикладная экология.
Каждый раздел имеет свои подразделения и связи с другими частями экологии и смежными науками. Экология и охрана природы тесно связаны между собой, но если экология - это фундаментальная наука, то охрана природы относится непосредственно к практике.
Экосистемой называют совокупность продуцентов, консументов и детритофагов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей их средой посредством обмена веществом, энергией и информацией таким образом, что эта единая система сохраняет устойчивость в течение продолжительного времени.
Для естественной экосистемы характерны три признака:
· экосистема обязательно представляет собой совокупность живых и неживых компонентов;
· в рамках экосистемы осуществляется полный цикл, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие;
· экосистема сохраняет устойчивость в течение некоторого времени, что обеспечивается определенной структурой биотических и абиотических компонентов.
Главные экосистемы суши, называются наземными экосистемами, или биомами. Экосистемы гидросферы называются водными экосистемами. Экосистема состоит из различных абиотических и биотических компонентов.
Абиотические, компоненты экосистемы включают различные физические (солнечный свет, тень, испарение, ветер, температура, водные течения.) и химические факторы (макроэлементы -С, О, Н, N, P, S, Ca, Mg, K, Na, и микроэлементы - Fe ,Cu, Zn, Cl).
Биотические компоненты экосистемы подразделяются по способу питания на продуцентов (организмы, производящие органические соединения из неорганических) , консументов (организмы, получающие питательные вещества и необходимую энергию, питаясь живыми организмами - продуцентами или другими консументам) и редуцентов (организмы, получающие питательные вещества и необходимую энергию питаясь останками мертвых организмов).
Продуценты (зеленые растения) создают органические вещества в процессе фотосинтеза (химического процесса, возникающего в зеленых растениях, водорослях и многих бактериях, при котором вода и углекислый газ превращаются в кислород и продукты питания при помощи энергии солнечного света) или хемосинтеза (процесс преобразования неорганических соединений в питательные органические вещества за счет энергии химических реакций). Эти органические вещества используются продуцентами как источник энергии и как строительный материал для клеток и тканей организма.
Консументы подразделяются на: фитофаги – 1-го порядка, питающиеся исключительно живыми растениями; хищники (плотоядные) –2-го порядка, которые питаются исключительно фитофагами, 3-го порядка, питающиеся только плотоядными животными; эврифаги, которые могут поедать как растительную, так и животную пищу.
Редуценты подразделяются на: детритофаги – напрямую потребляют мертвые организмы или органические остатки. и деструкторы – разлагают мертвую органическую материю на простые неорганические соединения (процесс гниения и разложения).
Понятие биосферы возникло более ста лет назад. Австрийский геолог Эдуард Зюсс, говоря о различных оболочках земного шара, впервые употребил этот термин. В 1926 году были опубликованы лекции В.И. Вернадского, который определял термином те слои земной коры, которые подвергались в течение всей геологической истории влиянию живых организмов, и впервые отвёл живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая их деятельность не только в настоящее время, но и в прошлом.
В состав биосферы входят верхние слои литосферы, нижний слой атмосферы (тропосфера) и вся гидросфера, связанные между собой сложными круговоротами веществ и энергии.
Нижний предел жизни на Земле (3 км) ограничен высокой температурой земных недр, верхний предел (20 км) – жёстким излучением ультрафиолетовых лучей (всё, что находится ниже, защищено озоновым слоем). Тем не менее, на границах биосферы можно найти только микроорганизмы, наибольшая концентрация биомассы наблюдается у поверхности суши и океана, в местах соприкосновения оболочек. Организмы, составляющие биосферу, обладают способностью к размножению и распространению по планете.
Совокупная биомасса Земли составляет около 0,01% массы всей биосферы. 97 % из этого количества занимают растения, 3% – животные. Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зелеными растениями и 0,8% - животными и микроорганизмами. Напротив, в океане на долю растений приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов - 93,7% всей биомассы. Суммарная биомасса океана составляет всего 0,13% биомассы всех существ, обитающих на Земле.
Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы черпают из окружающей среды. Ограниченные количества живой материи воссоздаются, преобразуются и разлагаются. Ежегодно, благодаря жизнедеятельности растений и животных, воспроизводится около 10% биомассы.
Выделяют несколько уровней организации живой материи:
· Молекулярный. Любая живая система проявляется на уровне взаимодействия биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, полисахаридов, а также других важных органических веществ.
· Клеточный. Клетка - структурная и функциональная единица размножения и развития всех живых организмов, обитающих на Земле. Неклеточных форм жизни нет, а существование вирусов лишь подтверждает это правило, т.к. они могут проявлять свойства живых систем только в клетках.
· Организменный. Организм представляет собой целостную одноклеточную или многоклеточную живую систему, способную к самостоятельному существованию. Многоклеточный организм образован совокупностью тканей и органов, специализированных для выполнения различных функций.
· Популяционно-видовой. Под видом понимают совокупность особей, сходных по структурно-функциональной организации, имеющих одинаковый кариотип и единое происхождение и занимающих определенный ареал обитания, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство, характеризующихся сходным поведением и определенными взаимоотношениями с другими видами и факторами неживой природы.
· Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, создает популяцию как систему надорганизменного порядка. В этой системе осуществляются простейшие, элементарные эволюционные преобразования.
· Биогеоценотический. Биогеоценоз - сообщество, совокупность организмов разных видов и различной сложности организации со всеми факторами конкретной среды их обитания - компонентами атмосферы, гидросферы и литосферы.