Экология и ее виды

 

Эксперимент может носить и самостоятельный характер. Например, результаты изучения экологических  связей насекомых дают возможность  установить факторы, влияющие на скорость развития, плодовитость, выживаемость ряда вредителей (температура, влажность, пища). В экологическом эксперименте трудно воспроизвести весь комплекс природных условий, но изучить влияние  отдельных факторов на вид, популяцию  или сообщество вполне возможно. Примером экологических экспериментов широких  масштабов могут служить исследования, проводимые при создании лесозащитных полос, при мелиоративных и различных  сельскохозяйственных работах. Знание при этом конкретных экологических  особенностей многих растений, животных и микроорганизмов позволяет  управлять деятельностью тех  или иных вредных или полезных организмов. В современных условиях экологические исследования играют существенную роль в решении ряда теоретических и практических задач. Динамика численности организмов, сезонное развитие, расселение и акклиматизация полезных и вредных видов, прогнозы размножения и распространения - вот основные в настоящее время  экологические проблемы. Разработка их требует рационального сочетания  полевых, лабораторных и экспериментальных  исследований, которые должны взаимно  дополнять и контролировать друг друга.

 

Математические методы и  моделирование. При экологическом  исследовании, которое обычно поводится  на определённом количестве особей, изучаются  природные явления во всём их разнообразии: общие закономерности, присущие макросистеме, её реакции на изменение условий  существования 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  определить достоверность тех или  иных результатов (степень отклонения их от нормы, случайные отклонения или  закономерности) и получить объективное  представление о всей популяции. Однако как только было установлено, что все биологические системы, в том числе и надорганизменные макросистемы, обладают способностью к саморегуляции, ограничиваться методами математической статистики стало невозможно. Поэтому в современной экологии широко применяются методы теории информации и кибернетики, тесно связанные с такими областями математики, как теория вероятности, математическая логика, дифференциальные и интегральные исчисления, теория чисел, матричная алгебра.

 

В последнее время широкое  распространение получило моделирование  биологических явлений, т.е. воспроизведение  в искусственных системах 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 искусственного кровообращения, искусственная почка, искусственные лёгкие, протезы, управляемые  биотоками мышц, и др. В различных  областях биологии широко применяются  так называемые живые модели. Несмотря на то что различные организмы отличаются друг от друга сложностью структуры и функции, многие биологические процессы у них протекают практически одинаково. Поэтому изучать их удобно на более простых существах. Они то и становятся живыми моделями. В качестве примера можно привести зоохлореллу, которая служит моделью для изучения обмена веществ; моделью для исследования внутриклеточных процессов являются гигантские растительные и животные клетки и т.д. Основной задачей биологического моделирования является экспериментальная проверка гипотез относительно структуры и функции биологических систем. сущность этого метода заключается 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 свойства их сходны. В противном случае полученные результаты могут оказаться недостоверными, не свойственными оригиналу.

2. Учение В.И. Вернедского о бисофере. Структура биосферы.

Введение

 

 

Имя Владимира Ивановича  Вернадского широко известно в нашей  стране и за рубежом. В Москве имеется  проспект Вернадского.1 «Его имя носит  один из крупнейших в Академии наук институт геохимии и аналитической  химии. При президиуме Академии наук существует комиссия по разработке научного наследия академика В.И. Вернадского, которая издает свой «Бюллетень». Отделения  этой комиссии работают в Санкт-Петербурге и Киеве. В Московском, Санкт-Петербургском, Киевском и Симферопольском университетах учреждены стипендии имени В.И. Вернадского. Общественные научные центры по изучению творчества этого выдающегося мыслителя и применению его учения к решению задач сегодняшнего дня существую в разных городах России и СНГ - Ростове-на-Дону, Иванове, Одессе, Ереване, Симферополе, а за рубежом - в Праге, Ольденбурге и Берлине» . Когда его избирали почетным членом научных учреждений, то это было почетно и для самого Вернадского, однако не в меньшей мере и для тех учреждений, которые его избирали. Со времени расцвета его научного творчества прошло уже более полувека, срок очень большой, однако в течение его не было ни одного ученого, который мог бы сравняться с ним. Стать новым Вернадским очень трудно, но тем не менее нашим молодым ученым падать духом не следует. Дорога для них открыта широко. Если поставить вопрос, будет ли кто-нибудь из них вторым Вернадским, то положительный ответ дать трудно. Конечно, в природе все бывает, и надежды терять не надо. Самое важное это то, что каждый из нас может повысить качество своей работы, может добиться новых, необходимых результатов, следуя примеру Вернадского, изучая методику его работы, применяя особенности этой работы”.

 

Так говорил выдающийся геолог нашего времени, лауреат Ленинской  премии академик Дмитрий Васильевич Наливкин на 100-летнем юбилее Вернадского  в 1963 году.

Понятие о биосфере

 

 

Существуют два  основных понятия «биосфера», одно из которых известно со времени появления  данного термина. Это понимание  биосферы как совокупности всех живых  организмов на земле. В.И. Вернадский, изучивший  взаимодействие живых и неживых  систем, переосмыслил понятие биосферы. Он понимал биосферу как сферу  единства живого и неживого.

 

Такое толкование определило взгляд Вернадского на проблему происхождения  жизни. Из нескольких вариантов.

 

1) жизнь возникла  до образования Земли или была  занесена на нее; 

 

2) жизнь зародилась  после образования Земли;

 

3) жизнь возникла  вместе с формированием Земли  - В.И. Вернадский придерживался  последнего и считал, что нет  убедительных научных данных, что  живое когда-либо не существовало  на нашей планете. 

 

Жизнь оставалась в  течение геологического времени  постоянно, менялась только ее форма. Иными  словами, биосфера была на Земле всегда.

 

Понятие биосфера вошло  в науку до некоторой степени  случайно. Около ста лет назад, в 1875 году, австрийский геолог Эдуард Зюсс, говоря о различных оболочках  земного шара, впервые употребил  этот термин в последней главе  своей небольшой книги о происхождении  Альп. Однако эта концепция не сыграла  заметной роли в развитии научной  мысли до тех пор, пока в 1926 году не были опубликованы две лекции русского минералога Владимира Ивановича  Вернадского. Концепция биосферы, которую  мы принимаем сейчас, в основном опирается на идеи Вернадского, развитые им спустя 50 лет после работ Зюсса. Сам Вернадский считал, что впервые  к понятию биосферы подошел французский  натуралист Жан Батист Ламарк, в  чьих работах можно обнаружить немало геохимических идей, пусть и архаично изложенных.

 

Биосферой называется та часть земного шара, в пределах которой существует жизнь. Однако такое  определение порождает ряд вопросов и требует уточнений. Пропуская  через фильтр воздух, взятый на больших  высотах, можно найти в нем  споры бактерий и грибов. Но этот «аэропланктон», очевидно, не имеет активного метаболизма. Даже на поверхности Земли немало мест, слишком холодных, слишком жарких или слишком сухих, для того чтобы там могли существовать организмы с активным метаболизмом. Но и в таких местах всегда можно найти споры. Таким образом, оболочка Земли, называемая биосферой, имеет неправильную форму, т. к. она окружена некоей «парабиосферной» областью, в которой жизнь присутствует только в покоящемся состоянии. В настоящее время живой организм может, конечно, существовать далеко за пределами естественной биосферы, находясь в космическом корабле или скафандре. Такие искусственные места обитания можно рассматривать как участки биосферы, вырванные из нее и временно заброшенные в космос.

 

Что же характерно для  биосферы как особой оболочки земного  шара?

 

Для биосферы характерно не только присутствие живого вещества. Она обладает также следующими тремя  особенностями:

 

во-первых, в ней  в значительном количестве содержится жидкая вода;

 

во-вторых, на нее падает мощный поток солнечной энергии;

 

в-третьих, в биосфере проходят поверхности раздела между  веществами,

 

находящимися в трех фазах - твердой, жидкой и газообразной. Все это служит предпосылкой для активного обмена веществом и энергией, в котором большую роль играют организмы. Биосфера - главная арена жизни и хозяйственной деятельности человека.

 

Во-вторых, на нее падает мощный поток энергии от Солнца. Наконец, в-третьих, в биосфере имеются  поверхности раздела между веществами, находящимися в жидком, твердом и  газообразном состояниях.

 

Учение В.И Вернадского  о биосфере

 

 

Одним из выдающихся естествоиспытателей, который посвятил себя изучению протекающих  в биосфере процессов, был академик В.И. Вернадский. Он стал основоположником научного направления, названного им биогеохимией, которое легло в основу современного учения о биосфере.

 

До появления работ  В. И. Вернадского роль живых организмов на Земле представлялась ученым очень  скромной. Действительно, казалось бы, какое может быть сравнение последствий  их жизнедеятельности с мощью  внутренних сил планеты, вздымающих высочайшие горы, разверзающих океанские  пучины, перемещающих целые континенты.

 

В. И. Вернадский доказал, что, как бы слаб ни был каждый организм в отдельности, все они, вместе взятые, на протяжении длительного отрезка  времени выступают как мощный геологический фактор, играющий существенную роль в жизни нашей планеты. Геологическая деятельность живых организмов проявляется как следствие следующих их особенностей: они теснейшим образом связаны с окружающей средой и взаимодействуют с ней в процессе обмена веществом и энергией; обмен веществ организмов со средой осуществляется в процессе биологического круговорота; суммарный эффект результатов деятельности организмов проявляется на протяжении очень длительных (в сотни миллионов лет) отрезков времени. Таким образом, приоритет в разработке теоретических основ учения о биосфере принадлежит отечественным ученым.

 

По определениям ученых, возраст Земли равен приблизительно 5 млрд. лет. Наиболее древние следы  живых организмов найдены в Южной  Африке (Восточный Трансвааль), в  толще горных пород, возраст которых  равен 3,2 млрд. лет. Эти организмы  напоминали современных нитчатых бактерий. Ученые даже дали им название - эобактериум изолятум. Таким образом, можно считать, что биосфера Земли возникла около трех миллиардов лет назад.

 

Наземные организмы  появились около 400 млн. лет назад. Это были первые примитивные растения. С появлением на суше живых организмов и возникновением растений начинается важнейший этап в истории развития биосферы. С этого периода началось их быстрое распространение по планете, и в настоящее время Землю  населяет огромное количество разнообразнейших растительных и животных организмов.

 

В 19 веке в России постепенно складывалось представление о единстве человека и природы, о тех проблемах, с которыми неизбежно столкнется человечество при необузданном стремлении всецело подчинить себе природу.

 

Вообще идея цельного знания, основанного на органической полноте жизни, принадлежит русской  философии. Она легла в основу направления общественной жизни, получившего  название «русский космизм». Именно тогда в научной среде засверкали имена психолога и физиолога И. М. Сеченова, химика Д. И. Менделеева, почвоведа В. В. Докучаева, основоположника космонавтики К. Э. Циолковского. К плеяде этих выдающихся ученых принадлежит и В. И. Вернадский.

 

В 1926 году Вернадский опубликовал в Ленинграде книгу  под названием «Биосфера», которая  ознаменовала рождение новой науки  о природе, о взаимосвязи с  ней человека. В этой работе биосфера впервые показана как единая динамическая система, населенная и управляемая  жизнью, живым веществом планеты. «Биосфера - организованная, определенная оболочка земной коры, сопряженная  с жизнью». В работах по биосфере ученый показал, что взаимодействие живого вещества с веществом косным есть часть большого механизма земной коры, благодаря которому происходят разнообразные геохимические и  биогенные процессы, миграции атомов, осуществляется их участие в геологических  и биологических циклах.

 

В.И. Вернадский впервые  показал, что химическое состояние  наружной коры нашей планеты всецело  находится под влиянием жизни  и определяется живыми организмами, с деятельностью которых связан великий планетарный процесс - миграция химических элементов в биосфере. Эволюция видов, отмечал ученый, приводящая к созданию форм жизни, устойчива  в биосфере и должна идти в направлении  увеличения биогенной миграции атомов.1«Она исходит из солнца в форме лучистой энергии. Но именно живые организмы, совокупность жизни, превращают эту космическую лучистую энергию в земную, химическую и создают бесконечное разнообразие нашего мира. Это живые организмы, которые своим дыханием, своим питанием, своим метаболизмом, своей смертью и своим разложением, постоянным использованием своего вещества, а главное, длящейся сотни миллионов лет непрерывной сменой поколений, своим рождением, размножением порождают одно из грандиознейших планетных явлений, не существующих нигде, кроме биосферы»

 

Биосфера представляет собой сложнейшую планетарную оболочку жизни, населенную организмами, составляющими  в совокупности живое вещество. Это  самая крупная (глобальная) экосистема Земли - область системного взаимодействия живого и косного вещества на планете.

 

Решающее отличие  живого вещества от косного заключается в следующем:

 

* изменения и процессы  в живом веществе происходят  значительно быстрее, чем в  косных телах. Поэтому для характеристики  изменений в живом веществе  используется понятие исторического,  а в косных телах геологического  времени. Для сравнения отметим,  что секунда геологического времени  соответствует примерно ста тысячам  лет исторического;

 

* в ходе геологического  времени возрастают мощь живого  вещества и его воздействие  на косное вещество биосферы. Это воздействие, указывает В.И.) Вернадский, проявляется прежде всего "в непрерывном биогенном токе атомов из живого вещества в косное вещество биосферы и обратно";