Экология как наука

          Таким образом, как и экосистема, биогеоценоз представляет собой единство биоценоза и его неживой среды обитания; при этом основой биогеоценоза является биоценоз. Понятия экосистемы и биогеоценоза внешне сходны, но, в действительности, они различны. Иначе говоря, любой биогеоценоз – это экосистема, но не любая экосистема – биогеоценоз.

           Экологическое равновесие - количественное и качественное соотношение естественных и измененных человеком экологических компонентов и природных процессов, приводящий к длительному существованию экосистемы определенного вида.

Экологическое равновесие характеризуется  относительной устойчивостью видового состава живых организмов, их численности, продуктивности, распределения в  пространстве, а также устойчивостью  сезонных изменений, круговорота веществ  и других биологических процессов  в экологической системе.

          Экологическая устойчивость - это способность экосистемы сохранять свою структуру и функциональные особенности при воздействии внешних и внутренних факторов.

          Стабильность - это способность экосистем сохранять свою структуру и функциональные свойства при воздействии внешних факторов. Устойчивость - это способность экосистемы возвращаться в исходное состоянию после воздействия факторов, выводящих ее из равновесия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Экологические  факторы

 

          Экологические факторы среды воздействуют на организм одновременно и совместно. Совокупное воздействие факторов (констелляция) в той или иной мере взаимоизаменяет характер воздействия каждого отдельного фактора.

Хорошо изучено влияние  влажности воздуха на восприятие животными температуры. С повышением влажности уменьшается интенсивность  испарения влаги с поверхности  кожи, что затрудняет работу одного из наиболее эффективных механизмов приспособления к высокой температуре. Низкие температуры также легче  переносятся в сухой атмосфере, имеющей меньшую теплопроводность (лучшие теплоизоляционные свойства). Таким образом, влажность среды  меняет субъективное восприятие температуры  у теплокровных животных, в том  числе у человека.

          В комплексном действии экологических факторов среды значение отдельных экологических факторов неравноценно. Среди них выделяют ведущие (главные) и второстепенные факторы.

          Ведущими являются те факторы, которые необходимы для жизнедеятельности, второстепенными - существующие или фоновые факторы. Обычно у разных организмов различные ведущие факторы, даже если организмы живут в одном месте. Кроме того, смену ведущих факторов наблюдают при переходе организма в другой период своей жизни. Так, в период цветения ведущим фактором для растения может быть свет, а в период формирования семян - влага и питательные вещества.

          Иногда недостаток одного фактора частично компенсируется усилением другого. Например, в Арктике продолжительный световой день компенсирует недостаток тепла.

          Различают три основные группы экологических факторов: абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотические  факторы

          К абиотическим факторам относятся разнообразные воздействия неживых (физико-химических) компонентов природы на биологические системы. Выделяют следующие основные абиотические факторы:

– световой режим (освещенность);

– температурный режим (температура);

– водный режим (влажность),

– кислородный режим (содержание кислорода);

– физико-механические свойства среды (плотность, вязкость, давление);

– химические свойства среды (кислотность, содержание разнообразных  химических веществ).

Кроме того, существуют дополнительные абиотические факторы: движение среды (ветер, течение воды, прибой, ливни), неоднородность среды (наличие убежищ).

Неблагоприятные факторы, вызывающие стресс, называются стрессорами.

         Иногда действие абиотических факторов приобретает катастрофический характер: при пожарах, наводнениях, засухах. При крупных природных и техногенных катастрофах может наступать полная гибель всех организмов.

Биотические факторы

          К биотическим факторам относятся разнообразные способы взаимодействия организмов между собой. Все взаимодействия организмов можно разделить на внутривидовые и межвидовые, прямые и косвенные.

Различают множество типов  парных взаимодействий:

1. Трофические – связанные  с питанием и потоками энергии:

– прямые: взаимодействия «хищник–жертва», «паразит–хозяин»;

– косвенные: конкуренция; трофический  симбиоз.

2. Топические – связанные  с изменением условий обитания:

– прямые топические: одни организмы  изменяют среду обитания для других;

– форические: перенос организмов одного вида организмами другого  вида;

– фабрические: организмы (или  их части) одного вида используются организмами  другого вида как строительный материал.

3. Информационно-сигнальные  – связанные с передачей информации:

– реципрокный альтруизм (взаимопомощь);

– мимикрия (миметизм, или подражание).

Антропогенные факторы

          Антропогенные факторы – это проявления деятельности человеческого общества, изменяющие среду обитания для разнообразных организмов.

Антропогенные факторы, как  правило, действуют косвенно, посредством  изменения действия абиотических и  биотических факторов. Например, при  рубках ухода в хвойно-широколиственных лесах создаются благоприятные  условия для большинства мелких воробьиных птиц, но вырубка дуплистых  деревьев снижает численность дуплогнездников (голубя–клинтуха, сов, мухоловок).

          В то же время, велико и прямое воздействие антропогенных факторов: вырубка лесов, браконьерская охота и рыбная ловля, изъятие из природы редких и ценных видов (например, с целью коллекционирования или продажи).

Выделяется несколько  типов антропогенных воздействий:

– Точечные воздействия  – например, отдельные источники  загрязнений.

– Линейные воздействия  – например, дороги, нефтепроводы, линии  электропередач.

– Воздействия на обширных территориях – например, распашка степей, вырубка лесов.

– Глобальные воздействия  – например, изменение содержания углекислого газа в атмосфере.

          Любой организм должен быть определенным образом приспособлен к воздействию специфических экологических факторов. Разнообразные приспособления организмов называются адаптации. Благодаря разнообразию адаптаций возможно распределение выживаемости организмов в зависимости от интенсивности действия экологического фактора.

          Значения экологического фактора, которые наиболее благоприятны для данного вида, называются оптимальными, или просто экологическим оптимумом. Те же значения фактора, которые неблагоприятны для данного вида, называются пессимальными, или просто экологическим пессимумом. Существует закон экологического оптимума, согласно которому выживаемость организмов достигает максимума при значениях данного экологического фактора, близких к его среднему значению.

          Действие экологических факторов на организмы непостоянно во времени. Поэтому в большинстве случаев наблюдается цикличность действия факторов и, соответственно, цикличность в жизнедеятельности организмов. Периодичность в действии факторов приводит к существованию биологических ритмов. Природные биоритмы делятся на внешние (экзогенные) и внутренние (эндогенные).

          Экзогенные ритмы имеют геофизическую природу. По величине периода колебаний выделяют суточные, приливно-отливные, месячные, годичные и более длительные биоритмы. Внешними факторами–сигналами могут быть: температура, освещенность, влажность.

          Эндогенные ритмы связаны с автоколебаниями в пределах одного организма (например, изменение температуры тела в течение суток). Эти ритмы, в значительной мере, являются генетически обусловленными. Иначе говоря, эндогенные ритмы являются физиологическими. Эндогенные ритмы контролируются системами обратных связей внутри организма.

          Фактор среды ощущается организмом не только при его недостатке. Проблемы возникают также и при избытке любого из экологических факторов. Из опыта известно, что при недостатке воды в почве ассимиляция растением элементов минерального питания затруднена, но и избыток воды ведет к аналогичным последствиям: возможна гибель корней, возникновение анаэробных процессов, закисание почвы и т. п. Жизненная активность организма также заметно угнетается при малых значениях и при чрезмерном воздействии такого абиотического фактора, как температура.

          Фактор среды наиболее эффективно действует на организм только при некотором среднем его значении, оптимальном для данного организма. Чем шире пределы колебаний какого-либо фактора, при котором организм может сохранять жизнеспособность, тем выше устойчивость, т. е. толерантность данного организма к соответствующему фактору (от лат. tolerantia - терпение). Таким образом, толерантность - это способность организма выдерживать отклонения экологических факторов от оптимальных для его жизнедеятельности значений.

 

 

 

 

 

 

4. Учение В.И.  Вернадского о биосфере

 

          Особое значение в области экологических исследований имеет разработка учения о биосфере, осуществлённая В.И. Вернадским.

          Представления о биосфере как «области жизни» и наружной оболочке Земли восходят к Ж. Б. Ламарку. Термин «биосфера» ввел австрийский геолог Эдуард Зюсс (1875), который понимал биосферу как тонкую пленку жизни на земной поверхности, которая в значительной мере определяет «лик Земли».   Однако целостное учение о биосфере разработал российский ученый Владимир Иванович Вернадский (1926).

           В настоящее время существует множество подходов к определению понятия «биосфера».

          Биосфера – это геологическая оболочка Земли, сложившаяся в ходе исторического развития органического мира.

Биосфера – это активная оболочка Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба.

          Биосфера – это оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяются совокупной жизнедеятельностью живых организмов; это самая большая из известных экосистем.

          В представлении В. И. Вернадского, человек - часть живого вещества, подчиненного общим законом организованности биосферы, вне которой оно существовать не может. Человек является частью биосферы, утверждал выдающийся ученый. Целью общественного развития должно быть сохранение организованности биосферы. Однако сохранение ее первичной организованности - "нетронутой природы" - не несет в себе творческого начала в мощную геологическую силу. "И перед ним, перед его мыслью и трудом становится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого приближаемся, и есть "ноосфера". Ноосфера представляет собой качественно новый этап эволюции биосферы, в котором создаются новые формы ее организованности как новое единство, возникающее в результате взаимодействия природы и общества. В ней законы природы тесно переплетаются с социально-экономическими законами развития общества, образуя высшую материальную целостность "очеловеченной природы".

          В.И. Вернадский, предугадавший наступление эпохи научно-технической революции в XX веке, основной предпосылкой перехода биосферы в ноосферу считал научную мысль. Материальным ее выражением в преобразуемой человеком биосфере является труд. Единство мысли и труда не только создает новую социальную сущность человека, но и предопределяет переход биосферы в ноосферу. "Наука есть максимальная сила создания ноосферы" - таково главное положение В. И. Вернадского в учении о биосфере, призывающем преобразовывать, а не разрушать ойкумену.

 

 

Структура биосферы

          Биосфера включает в свой состав как витасферу (совокупность живых организмов), так и суммарные результаты деятельности ранее существовавших организмов: атмосферу, гидросферу, литосферу.

Область, в которой регулярно  встречаются живые организмы,  называется эубиосфера (собственно биосфера). Общая толщина эубиосферы ≈ 12-17 км.

По отношению к эубиосфере выделяют следующие слои биосферы:

– апобиосфера – лежит  над парабиосферой – живые  организмы не встречаются;

– парабиосфера – лежит  над эубиосферой – организмы  попадают случайно;

– эубиосфера – собственно биосфера, где организмы встречаются  регулярно;

– метабиосфера – лежит  под эубиосферой – организмы  попадают случайно;

– абиосфера – лежит  под метабиосферой – живые  организмы не встречаются.

Аэробиосфера – включает нижнюю часть атмосферы. В состав аэробиосферы входят:

а) тропобиосфера – до высоты 6...7 км;

б) альтобиосфера – до нижней границы озонового экрана (20...25 км).

Озоновый экран – это  слой атмосферы с повышенным содержанием  озона. Озоновый экран поглощает  жесткое ультрафиолетовое излучение  Солнца, которое губительно действует  на все живые организмы. В последние  десятилетия в приполярных областях наблюдаются «озоновые дыры»  – области с пониженным содержанием  озона.

Гидробиосфера – включает всю гидросферу. Нижняя граница гидробиосферы  ≈ 6...7 км, в отдельных случаях  – до 11 км. К гидробиосфере относятся:

а) аквабиосфера – реки, озера  и другие пресные воды;

б) маринобиосфера – моря и океаны.

Террабиосфера – поверхность  суши. К террабиосфере относятся:

а) фитосфера – зона обитания наземных растений;

б) педосфера – тонкий слой почвы.

Литобиосфера. Нижняя граница  литобиосферы ≈ 2...3 км (реже – до 5...6 км) на суше и ≈ 1...2 км ниже дна океана. Живые организмы в составе  литобиосферы встречаются редко, однако осадочные породы в составе биосферы возникли под влиянием жизнедеятельности  организмов.