Экология как наука

Земля — удивительная и красивая планета. Она является домом для огромного числа живых организмов. Живые организмы на Земле не могут жить отдельно друг от друга. За миллионы лет существования между ними установились постоянные и сложные взаимоотношения. Кроме того, живые организмы тесно связаны и с окружающей их неживой природой.

О том, что численность животных зависит от урожая семян и плодов, которыми они питаются, точно знали охотники уже более 8-10 тысяч лет назад. И земледельцы того времени видели зависимость растений от внешних условий. В рукописных книгах Китая и Вавилона встречаются наблюдения за живой и неживой природой. Теофраст, которого считают отцом ботаники, большое внимание в своих трудах уделял влиянию внешней среды на живые организмы.

Плиний старший, который жил в Древнем Риме,  в своем трактате "Философия природы" многие природные процессы описывал с настоящих экологических позиций.

Сегодня в центре внимания человечества -экология. Название науке дал Эрнст Геккель в 1866 г. В конце XIX в. экология представляла собой науку о приспособлении организмов к условиям окружающей среды, и только через 100 лет она сформировалась в экологическое мировоззрение.

Геккель в трактате «Естественная история миротворения» писал: «Экология — общая наука об отношениях организмов к окружающей среде, куда относятся все условия их существования».

В наше время это наука изучает условия существования живых организмов, взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают, и роль человека в природе.

Задачи экологии разнообразны.

Во-первых, это большая исследовательская работа.

Необходимо выявить влияние среды на строение, жизнедеятельность и поведение организмов в связи с  деятельностью человека, а также исследовать, как организмы приспосабливаются к новым условиям среды.

Сейчас экологи ставят перед собой задачу создать научную базу для рационального пользования природными ресурсами.

Актуально сегодня восстановление нарушенных природных систем, сохранение эталонных участков биосферы.

Экология занимается и формированием экологического мышления, сознания и культуры людей.

Для достижения своих целей экологи использует разные методы. Самым простым и наиболее доступным является полевой метод, который позволяет установить взаимосвязи живых организмов со средой. Этот метод использует наблюдение, измерение, описание и составление таблиц, схем. Использование экспериментальных методов включает постановку опытов, экспериментов, проведение анализа. Лабораторные методы ученые используют при проведении работ в лабораторных условиях. Большое внимание ученые уделяют методу моделирования. С его помощью исследуют не сам объект, а модель, у которой есть свойства этого объекта.

Более сложный и длительный по времени метод — мониторинг. Мониторинг считается комплексной системой наблюдений. Благодаря мониторингу делается прогноз изменений состояния окружающей среды под воздействием природных и антропогенных факторов.

В современном мире экология включает  различные научные дисциплины. Например, промышленная экология изучает влияние промышленности на окружающую среду. Сельскохозяйственная экология разрабатывает пути улучшения сельскохозяйственной продукции без причинения вреда природе. Значима медицинская экология, которая изучает болезни человека, связанные с экологическими проблемами. Экономическая экология занимается рациональным природопользованием и охраной окружающей среды. Существует и юридическая экология, которая разрабатывает систему законов по защите природы. Совсем недавно возникла социальная экология. Она рассматривает жизнь человека в социуме.

Для всех направлений экологии ключевым понятием является окружающая среда. Окружающая среда характеризует естественные природные условия и экологическое состояние определенной местности. Обычно этот термин используется для описания разнообразных природных условий на планете, включая живую и неживую природу, а также воздействие  человека. Все живые организмы взаимодействуют с факторами окружающей среды. Это взаимодействие складывалось эволюционно на протяжении многих лет.

Выдающийся русский физиолог Иван Михайлович Сеченов написал: «Организм без внешней среды, поддерживающей его существование, невозможен; поэтому в научное определение организма должна входить и среда, влияющая на него».

Значение среды экологи рассматривают в двух направлениях. Живые организмы получают из среды вещества для обеспечения жизни, а различные среды ограничивают распространение организмов по земному шару. Высокие температуры и отсутствие воды в пустыне препятствуют обитанию в ней большинства организмов. Из-за сильного холода в северных районах обитают только самые выносливые виды. На Земле существует четыре среды обитания.

Первая среда — водная. В водной среде произошло зарождение и развитие жизни. Вторая среда называется наземно-воздушная. В этой среде возникли организмы всех царств живой природы. Постепенно преобразование поверхности земли живыми организмами привело к созданию третьей — почвенной — среды обитания.  А многие организмы сами стали четвертой — организменной — средой обитания.

В последнее время экологи стали выделять еще одну — антропогенную — среду. Антропогенной средой назвали природную среду, которую либо изменил человек, либо косвенно воздействовал на нее.

Какой бы ни была благоприятной среда обитания, в одиночку организм существовать не может. Рано или поздно он погибнет и на этом прекратится эволюционное развитие его рода. Поэтому в экологии рассматривается еще и понятие популяции. Изучение жизни отдельных популяций, определение их структур, выявление причин изменений представляют собой материал для популяционной экологии.

В наше время на Земле существуют организмы, которых человеку сложно встретить. Эти редкие виды скрыты от глаз человека, многие люди о них даже не слышали. И только экологи изучают популяции редких организмов, могут наблюдать за ними. Среди таких животных — речной дельфин Байджи. Это речное млекопитающее обитает только в реке Янцзы. В 2006 г. исследователи установили, что это очень маленькая популяция из 13 особей. Популяция будет сохранена на Земле только благодаря экологическим мероприятиям.

Более известна уникальная популяция черепах на острове Пинта. Можно сказать, что этот вид умер. Последний оставшийся в живых представитель этого вида — самец Одинокий Джордж. Этой черепахе больше 100 лет, она стала своеобразным живым символом борьбы за сохранность Галапагосских островов.

Сейшельская белохвостая летучая мышь составляет очень маленькую популяцию. Когда-то популяция этих рукокрылых была большой, но изменение человеком их естественной среды заметно отразилась на мышах. Сегодня их популяция — около ста особей. Задача популяционной экологии — не допустить вымирания этого вида.

Красный волк считался вымершим еще с 1980 г. Но человек успел сохранить в неволе 20 особей. С тех пор популяция хищника увеличилась до 207 волков. Это пример успешной экологической работы.

Кроме того, экологи изучают не только причины сокращения и вымирания видов, но и их чрезмерное распространение. Например, очень интересно выявить причины численности красноклювого ткача, который распространился в Африке. Его численность достигает 10 миллиардов.

Более сложным для изучения является вопрос экологии сообществ. Сообщества различаются  видовым разнообразием. Любое сообщество состоит из  животных, растений, грибов, микроорганизмов. Если все эти организмы занимают территорию с одинаковыми условиями окружающей среды, то это биоценоз.

Пространство, в котором находится биоценоз, называют биотопом.

Все биогеоценозы образуют самую крупную экологическую систему Земли — биосферу. Биосфера включает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Все эти сферы населены живыми организмами. Процессы, которые протекают в данных границах, изучает глобальная экология.

Важное место в науке уделяется антропогенному фактору. Человек является частью биосферы и оказывает на нее существенное воздействие. Часто хозяйственная деятельность человека носит разрушительный для природы характер. Чтобы это не привело к непоправимым последствиям, необходимо знать законы природы.

Современная экология строится на законах, правилах, принципах, которые формировались многие годы. Основные проблемы взаимодействия человека и природы отражают четыре положения, которые сформулировал американский биолог Барри Коммонер в книге «Замыкающийся круг».

Первый закон экологии: все связано со всем.

Этот закон отражает существование тесных связей в биосфере между всеми живыми организмами и окружающей средой.

Примером служит ситуация в Азовском море. Пятьдесят лет назад продуктивность Азовского моря была в 25 раз больше, чем в Черном море. Но когда человек стал активно использовать воды Дона и Кубани для хозяйственных нужд, возросла соленость воды. Это привело к увеличению числа медуз, которых раньше здесь вообще не было. Нарушилось экологическое равновесие Азовского моря. Медузы поедали планктон, которым раньше питалась мелкая рыба, которую, в свою очередь, поедали более крупные рыбы. Уловы ценных пород рыб сократилось и стали меньше, чем в Черном море.

Второй закон экологии: все должно куда-то деваться. Действие этого закона — одна из главных причин экологического кризиса. Коммонер рассматривает это на примере ртути, которая содержится в бытовых приборах. Ртуть проходит свой путь в окружающей среде. Мусорный контейнер — мусоросжигательная фабрика — атмосфера — водоем — бактерии — зоопланктон — рыба — человек.

Третий закон экологии: природа знает лучше, что делать, а люди должны решить, как сделать это еще лучше.

Главным критерием этого закона является биологический круговорот веществ. Все, что образуется организмами в природе, разлагается природными ферментами. Человек же, вопреки этому закону, создал вещества, которые не могут быть обезврежены природой, например полиэтилен. Выход один — найти приемлемый для природы и достойный для человечества компромисс.

Четвертый закон экологии: ничто не дается даром.

Ученый Коммонер считает, что биосфера представляет собой единое целое, в рамках которого любой выигрыш сопровождается потерями. Например, при выращивании зерна из почвы извлекаются химические элементы. Если в нее не вносить удобрения, то урожаи снижаются.

Таким образом, экология изучает основные принципы устройства биосферы. Энергетический баланс, сложившийся круговорот веществ, многообразие видов и биологических сообществ, популяционная стабильность и приспособленность живых организмов к среде обитания — это все составляет основу экологической науки.