Характеристика основных разделов общей экологии

Министерство  образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное автономное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

«Северный  (Арктический) федеральный университет имени  М.В. Ломоносова»

Экология (от греческого οικος – дом, обиталище  и λόγος – учение) – наука  о взаимоотношениях растительных и  животных организмов и образуемых ими  сообществ между собой и окружающей их неорганической средой (средой обитания), о связи в надорганизменных системах, о структуре и функционировании этих систем, условиях развития и равновесия этих систем. Инструментами этого  познания являются наблюдение, проведение опытов, выдвижение теорий, объясняющих  явления. Отношения между человеком  и природой также являются предметом  изучения экологии. Термин «экология» в 1866 г. ввел немецкий эволюционист Эрнст Геккель. Э. Геккель считал, что экология должна изучать различные формы борьбы за существование [4,6].

В качестве самостоятельной науки  экология сформировалась в середине ХIХ столетия после того, как накопились сведения о разнообразии биологической  жизни на Земле и о свойственном различным растительным и животным организмам особом образе жизни. Известно, что тот или иной вид животных или растений встречается не повсеместно. Одни растения растут только по берегам  водоемов, другие — только в водоемах, третьи — под покровом леса или  в степях. Растения или животные живут в одних местах, что обусловлено  наличием необходимых условий существования. И не встречаются в других. Это - относится к наиболее простому положению экологии - зависимость биологической жизни от окружающей геофизической среды неразрывна. Как только появились первые научные сочинения по флоре, описание каждого вида стали сопровождаться кратким указанием места его произрастания. А в зоологии обязательно для исследуемых видов животных описывался образ их жизни. Наличие таких сведений в экологии характеризует фактические условия окружающей среды. Упорядочить комплекс, каким является окружающая среда и обитающие в ней животные, необычайно сложно. В таких случаях познание систем осуществляется от простого к сложному. При этом в экологии используются три подхода при изучении биологических объектов разной степени сложности - это аут-, синэкология и экология популяций [1, 4].

1. Аутэкология.

            В начале экология изучала отдельные организмы, в том числе и то, как различные факторы действуют на изолированную особь и какова ответная реакция особи на факторы воздействия. Т.е., преобладало аутэкологическое направление. Изучался отдельный организм вне целостной системы («аут» — вне). Аутэкология — это экологическая дисциплина, изучающая взаимоотношения отдельно взятого организма с окружающей его средой. На этой первой ступеньке познания преобладал лабораторный эксперимент, например, в токсикологических исследованиях.

Аутэкология, изучающая отношения организмов к условиям среды, – наиболее старый раздел общей экологии. По существу как аутэкологию понимал экологию       Э. Геккель. Аутэкологом был и Ч. Дарвин – автор теории приспособления организмов к условиям среды путем естественного отбора [2,10].

Аутэкология исследует отношения организмов к условиям среды на уровне видов, что необходимо как для изучения популяций (это позволяет вынести  «за скобки» те признаки, которые  характерны для всех популяций одного вида), так и для изучения экосистем, элементами которых являются виды.           

 Задача  аутэкологии - выявление физиологических,  морфологических и прочих приспособлений (адаптаций) видов к различным  экологическим условиям: режиму  увлажнения, высоким и низким  температурам, засолению почвы (для  растений). В последние годы у  аутэкологии появилась новая  задача - изучение механизмов реагирования  организмов на различные варианты  химического и физического загрязнения  (включая радиоактивное загрязнение)  среды.           

 Теоретическую  основу аутэкологии  составляют ее законы.            

  Первый закон аутэкологии - закон оптимума: по любому экологическому фактору любой организм имеет определенные пределы распространения (пределы толерантности).            

 Как правило,  в центре ряда значений фактора,  ограниченного пределами толерантности,  лежит область наиболее благоприятных  условий жизни организма, при  которых формируется самая большая  биомасса и высокая плотность  популяции. Напротив, у границ  толерантности расположены зоны  угнетения организмов, когда падает плотность их популяций и виды становятся наиболее уязвимыми к действию неблагоприятных экологических факторов, включая и влияние человека.           

 Второй  закон аутэкологии - индивидуальность  экологии видов: каждый вид  по каждому экологическому фактору  распределен по-своему, кривые распределений  разных видов перекрываются, но  их оптимумы различают. По этой  причине при изменении условий  среды в пространстве (например, от сухой вершины холма к  влажному логу) или во времени  (при пересыхании озера, при  усилении выпаса, при зарастании  скал) состав экосистем изменяется  постепенно           

 Третий  закон аутэкологии - закон лимитирующих (ограничивающих) факторов: наиболее  важным для распределения вида  является тот фактор, значения  которого находятся в минимуме  или максимуме. Например, в степной  зоне лимитирующим фактором развития  растений является увлажнение (значение  находится в минимуме) или засоление  почвы (значение находится в  максимуме), а в лесной - ее обеспеченность  питательными элементами (значения  находятся в минимуме).

              Законы аутэкологии широко используются в сельскохозяйственной практике, например, при выборе сортов растений и пород животных, которые наиболее целесообразно выращивать или разводить в конкретном районе [1, 23].

            2. Синэкология (от греч. syn – вместе) -

 раздел  экологии, изучающий ассоциации  популяций разных видов растений, животных и микроорганизмов (биоценозы), пути их формирования и их  взаимодействие с окружающей  средой. В отдельное научное направление  синэкология выделена на Международном  ботаническом конгрессе 1910 г.  Термин «синэкология» предложил  швейцарский ботаник К. Шретер (1902 г.).

                В природе популяции разных видов объединяются в макросистемы более высокого ранга – так называемые сообщества, или биоценозы Биоценоз (от греч bios – жизнь, koinos общий) – это совокупность –популяций растений, животных и микроорганизмов, живущих совместно в одних и тех же условиях среды.

В 1935 г. А. Тенсли предложил понятие «экосистема» для любой совокупности организмов и неорганических компонентов, в которой может поддерживаться круговорот вещества. Он считал экосистемы «основными природными единицами на поверхности Земли», в которые входит «не только комплекс организмов, но и весь комплекс физических факторов, образующих среду». Таким образом, экосистема – это любая совокупность взаимодействующих живых организмов и условий среды, функционирующая как единое целое за счет обмена веществом, энергией и информацией.

Пространство  с более или менее однородными  условиями, заселенное тем или иным сообществом организмов (биоценозом), называется биотопом (от греч. topos –  место). Если определить биотоп как  место существования биоценоза, то биоценоз можно рассматривать  как исторически сложившийся  комплекс организмов, характерный для  данного, конкретного биотопа. Любой  биоценоз образует с биотопом целостность, единство, биологическую систему  еще более высокого ранга –  биогеоценоз. Термин «биогеоценоз»  предложил в 1940 г. В.Н. Сукачев.

По определению  В.Н. Сукачева (1880–1967), биогеоценоз –  «это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных  явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая свою, особую специфику взаимодействий этих слагающих ее компонентов и  определенный тип обмена веществом  и энергией их между собой и  другими явлениями природы и  представляющая собой внутренне  противоречивое единство, находящееся  в постоянном движении, развитии» [3, 11].

3. Экология популяций (демэкология) –

изучает структуру популяций и ее изменение под воздействием экологических факторов. Демэкология (от др. греч.– народ), экология популяций – раздел общей экологии, изучающий динамику численности популяций, внутрипопуляционные группировки и их взаимоотношения. В рамках демэкологии выясняются условия, при которых формируются популяции. Демэкология описывает колебания численности различных видов под воздействием экологических факторов и устанавливает их причины, рассматривает особь не изолированно, а в составе группы таких же особей, занимающих определённую территорию. Демэкология дает представление о понятии вида, популяция – форма существования вида, ее структура (половая, возрастная) и свойства. Понятие о рождаемости и смертности, динамика численности, кривые выживания, роста, зависимость плотности от трофического уровня, колебания и регуляция численности, и зависимость ее от рождаемости, смертности, выживаемости, условий среды, отношения между особями и популяциями. Территориальное поведение. Группировки, приспособительное поведение.

Популяция – совокупность особей одного вида, способная обмениваться генетической информацией, занимающая определенную территорию и более или менее  изолированная в пространстве и  времени от других особей этого же вида.

Как биологическая  единица, популяция обладает определенной структурой и функциями. Структура  популяции – определенное количественное соотношение особей разного возраста, пола, размера, разных генотипов и  их распределение в пространстве.

Возрастная  структура популяции определяет общую рождаемость и смертность популяции. Например, в быстрорастущих популяциях рождаемость очень высока, то есть значительную долю составляют молодые особи, способные к самовоспроизведению. Половая структура популяции  отражает соотношение полов в  популяции. В большинстве популяций  соотношение самцов и самок примерно 1:1. Функции популяции тождественны функциям других биотических систем: рост, развитие, способность к самовоспроизведению, способность поддерживать существование  в постоянно изменяющихся внешних  условиях.

В зависимости  от размеров занимаемой территории, различают 3 типа популяций:

Элементарная (локальная) популяция – совокупность особей вида, занимающих небольшой  участок однородной территории. В  зависимости от характера условий  в биогеоценозе, любой вид распадается  на несколько элементарных популяций. Чем однообразнее условия, тем меньше количество элементарных популяций  у каждого вида. В природе особи  элементарных популяций часто смешиваются, поэтому границы между ними стираются.