 |
Лекционный материал. Контрольные вопросы.
|
|
|
|
Лекционный материал. Контрольные вопросы.
по дисциплине «Экология и технический прогресс»
Лекция 1. Введение
- Предмет экологии.
- Разделы экологии.
- История развития науки.
- Значение науки в наше время.
1. Наука о взаимоотношении организмов с окружающей средой по предло-жению Э. Геккеля (1866 г. ) получила название «экология».
Экология (от греч. «ойкос» -дом, жилище, и«логос» -учение) -наука,
изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между
организмами и средой, в которой они обитают. Изначально она развивалась как
составная часть биологической науки, в тесной связи с другими естественными
науками. Экология как самостоятельная наука окончательно сформировалась к
концу XIX века. Вместе с тем накопление сведений о зависимости животных и
растений от внешних условий началось с древних времен.
Сейчас понятие «экология» приобрело универсальный смысл. Оно ис-
пользуется тогда, когда хотят обратить внимание на условия существования и
развития различных систем независимо от их природы. Экология распалась на
ряд научных дисциплин, часто далеких от первоначального ее понимания. На-
блюдается большое разнообразие в толковании термина «экология». В узком
смысле этого термина – экология – наука, изучающая взаимоотношения живых
организмов и условий среды, в которой они существуют.
Предмет науки – живые организмы и их взаимодействие с окружающей
средой.
2. Сегодня экология – междисциплинарная наука. В широком смысле – гло-бальная экология. Задачи глобальной экологии – изучение законов взаи-модействия природы и общества и оптимизации этого взаимодействия. Актуальность этой проблемы привела к «экологизации» всех наук и дру-гих отраслей человеческой деятельности, то есть к обязательному учету ими законов и требований экологии.
|
|
|
По Реймерсу, 1994 – теоретическая и прикладная экология
| теоретическая | прикладная |
| общие закономерности организации | изучает механизмы разрушения био- |
| жизни на основе общих законов, уче- | сферы человеком, способы предот- |
| ния о биосфере и положений эколо- | вращения этого процесса, разрабаты- |
| гии человека | вает принципы рационального при- |
| родопользования на основе теорети- | |
| ческой экологии |
В XXI веке экология возведена в ранг обобщающей науки, которая вклю-чает в себя экологические направления самых различных наук. Так, например, на стыке экологии с другими науками получили развитие такие новые направ-
ления, как инженерная экология, геоэкология, математическая экология, сельскохозяйственная экология , промышленная экология, космическая эко-логия и т. д.
Экологическими проблемами Земли как планеты занимается глобальная экология, объектом изучения которой является биосфера как глобальная экоси-стема (экосфера), а взаимоотношениями в системе «человеческое общество - природа» - социальная экология. Одним из новых самостоятельных ответвле-ний экологии человека становится быстро развивающаяся отрасль - здоровьес-
берегающие образовательные технологии в школе, рассматривающая вопро-
сы приобретения человеком навыков здорового образа жизни.
Экология тесно связана с политикой, экономикой, правом (включая и ме-ждународное право), психологией, педагогикой и т. п.
Экология использует широкий набор методов исследования:
- Метод наблюдения и описания (заключается в сборе и описании фак-тов);
- Сравнительный метод (основан на анализе сходства и различий изу-чаемых объектов);
|
|
|
- Метод эксперимента (делает возможным изучать явления природы в заданных условиях);
- Исторический метод (изучает ход развития исследуемого объекта);
- Метод моделирования (позволяет описывать сложные природные яв-ления относительно простыми моделями);
Задачи экологической науки состоят в следующем:
- разработка теории и методов оценки устойчивости экологических сис-тем на всех уровнях, включая биосферный;
- исследование проблем популяционной экологии, экологии биотиче-ских сообществ, сохранения биоразнообразия в природе, регулирую-щего воздействия биоты на окружающую среду;
- изучение и прогнозирование изменений биосферы под влиянием при-родных и антропогенных факторов и оценка экологических последст-вий этих изменений;
- оценка состояния и динамики природных ресурсов и экологических последствий их потребления;
- разработка и совершенствование методов управления качеством окру-жающей среды;
- формирование биосферного мышления и экологического сознания у людей, выработка норм экологической этики и морали;
- оптимизация экономических, социальных и иных решений для обеспе-чения экологически безопасного устойчивого развития общества и го-сударства.
Жизнь на нашей планете не хаотична. Она представляет собой строго упорядоченную систему, состоящую как бы из нескольких уровней:
1. Молекулярный. На этом уровне осуществляются такие процессы жиз-недеятельности, как обмен веществ и превращение энергии, передача на-следственной информации.
2. Клеточный. Клетка является элементарной структурной и функциональ-ной единицей живого.
3. Тканевый. Ткань-совокупность структурно сходных клеток, а такжесвязанных с ними межклеточных веществ, объединенных выполнением определенных функций.
4. Органный. Орган-часть многоклеточного организма, выполняющая оп-ределенную функцию или функции. (В настоящее время часто выделяют единый «онтогенетический» уровень, включающий клеточный, тканевый и органный уровни организации. )
5. 0рганизменный. Организм-реальный носитель жизни, характеризую-щийся всеми ее признаками.
|
|
|
6. Популяционно-видовой. Популяция-совокупность особей одного вида, образующих обособленную генетическую систему и населяющих про-странство с относительно однородными условиями обитания. Вид - сово-купность популяций, особи которых способны к скрещиванию с образо-ванием плодовитого потомства и занимают определенную область гео-графического пространства (ареал).
7. Биоценотический. Биоценоз-совокупность организмов разных видовразличной сложности организации, обитающих на определенной терри-тории. Если при этом учитываются и абиотические факторы среды оби-тания, то говорят о биогеоценозе.
8. Биосферный. Биосфера-оболочка Земли, структура и свойства которойв той или иной степени определяются настоящей или прошлой деятель-ностью живых организмов.
Все вышесказанное можно представить в виде схемы (рис. 1).
Как видно из рис. 1, предметом изучения экологии являются объекты ор-ганизменного, популяционно-видового, биоценотического и биосферного уров-ней организации в их взаимодействии с окружающей средой.
Необходимо отметить, что биосферный уровень организации живой ма-терии часто не выделяют, поскольку биосфера представляет собой биокосную систему, включающую не только живое вещество, но и неживое.
Таким образом, жизнь одновременно проявляется на разных уровнях ее организации. Организмы обязательно входят в состав видовых популяций, ко-торые не существуют в природе вне биоценозов, а биоценозы являются состав-ной частью и главной действующей силой экосистем, поддерживая в природе круговорот веществ.
17 18
| Вселенная | ||
| Галактика | ||
| Супер- | Солнечная система | |
| макромир, | Земля | |
| или кос- | ||
| мос | ||
| Биосфера (единое целое, охватывающее всю со- | ||
| (очень | вокупность населяющих Землю организмов и | |
| большой) | среду их обитания) | |
| Экосистемы (единый природный или природно- | ||
| антропогенный комплекс, функциональное це- | ||
| лое) |
|
|
|
| Сообщества (биоценозы) (группировки живых | Область эко- | |||
| организмов, обитающих в различных биотиче- | логии | |||
| ских единицах – в лесу, на лугу и т. д. ) | ||||
| Макромир | Популяции (совокупность особей данного вида, | |||
| (обычный) имеющих общий генофонд и населяющих опре- | ||||
| деленную территорию) | ||||
| Организмы (любое живое существо, целостная | ||||
| система) | ||||
| Органы | ||||
| Ткани | ||||
| Клетки (элементарная живая частица) | ||||
| Микромир | Молекулы | |||
| (очень ма- | ||||
| ленький) | Атомы | |||
| Элементарные частицы | ||||
Рис. 1. Иерархия природных систем (по А. А. Горелову, 2002) Современная экология - это наука, познающая основы устойчивости жиз-
ни на всех уровнях ее организации. Экология является научной основой гра-мотных взаимоотношений общества и природы, рационального использования
природных богатств и тем самым поддержания на Земле условий для жизни че-ловечества. Используя ее законы, человечество может найти пути не только выживания, но и дальнейшего процветания на планете.
Связь экологии с другими науками. (Составление таблицы совместно сучащимися):
| Таблица 1 | |||
| Наука | Пример | Практическое значение | |
| Физическая география | |||
| Климатология | |||
| Этология | |||
| Морфология | |||
| Биогеография | |||
| Физиология | |||
| Химия | |||
3. История развития экологии как науки и значение экологического образо-вания в настоящее время
Как отдельная наука экология начала оформляться всего около полутора столетий назад и прошла бурный путь развития. Ее обособление представляет собой естественный этап роста знаний о природе. Накопление сведений об об-разе жизни, зависимости от внешних условий, характере распределения живот-ных и растений началось очень давно. Первые попытки обобщения этих сведе-ний мы встречаем в трудах античных философов.
Задание. Для дальнейшей работы необходимо начертить таблицу и помере рассказа ее заполнять:
|
|
|
| Ученый | Вклад в науку |
Аристотель (384-322 до н. э. ) описал свыше 500 видов известных ему жи-вотных и рассказал об их поведении: о миграциях, зимней спячке, строительной деятельности, способах самозащиты и т. п.
Ученик Аристотеля, «отец ботаники» Теофраст Эрезийский (371-280 до н. э. ) привел сведения о зависимости формы и роста растений от разных усло-вий, почвы и климата.
В Средние века интерес к изучению природы ослабевает и заменяется господством богословия и схоластики. В эпоху Возрождения великие геогра-фические открытия, колонизация новых стран послужили толчком к развитию систематики. Описание растений и животных, их внешнего и внутреннего строения, разнообразия форм - главное содержание биологической науки на ранних этапах ее развития.
Первые систематики - А. Цезальпино (Чезальпино) (1519-1603), Д. Рей
(1623-1705), Ж. Турнефф (1656-1708) и другие - исследовали зависимость раз-вития растений от условий произрастания или возделывания. Аналогичные
19 20
сведения накапливались и о поведении, повадках, образе жизни животных. По- строения у разных видов, ведущих сходный образ жизни в той или иной среде
степенно к таким сведениям начали проявлять особый интерес. («земляные», «водные», «воздушные» и др. ), положив начало изучению жиз-
Описание жизни животных и растений получило название «естественной ненных форм в животном мире. Выделяя «явления жизни особи» и «явления
истории» организмов. В XVIII веке известный французский естествоиспытатель жизни общей», он по существу наметил ряд будущих подразделений экологии.
Ж. Бюффон (1707-1788) выпустил 44 тома «Естественной истории», где он К. Ф. Рулье глубоко повлиял на направление и характер работ своих учеников,
впервые утверждал, что влияние условий (пищи, климата, гнета одомашнива- которые составили в последующем блестящую плеяду русских натуралистов-
ния и т. п. ) может стать причиной изменения («вырождения») самих видов. экологов (Н. А. Северцов, А. Ф. Миддендорф, А. Н. Бекетов и др. ).
Помимо накопления сведений об отдельных видах начали формироваться В 1859 г. появилась книга Ч. Дарвина «Происхождение видов путем есте-
представления и о глобальных зависимостях в распределении растений и жи- ственного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за
вотных по земному шару. Этому послужили материалы, собираемые во время жизнь». Ч. Дарвин показал, что «борьба за существование» в природе, под ко-
путешествий. В XVIII веке много таких путешествий было организовано и по торой он подразумевал все формы противоречивых связей видов со средой,
неизведанным краям России. В трудах С. П. Крашенинникова (1711-1755), И. И. приводит к естественному отбору, то есть является движущим фактором эво-
Лепехина (1740-1802), П. С. Палласа (1741-1811) и других российских геогра- люции. Стало ясно, что взаимоотношения самих живых существ и связи их с
фов и натуралистов указывалось на связь изменения климата, растительности и неорганическими компонентами среды - большая самостоятельная область ис-
животного мира на обширных пространствах страны. Первые попытки выявить следований. Поэтому не случайно, что вскоре после выхода в свет книги
общие закономерности влияния климата на растительность земного шара при- Ч. Дарвина были сделаны попытки оценить сущность и назвать это новое на-
надлежат немецкому естествоиспытателю А. -Г. Гумбольдту. Его труды (1807) правление.
положили начало развитию нового направления в науке - биогеографии. А. По Э. Геккелю (1868), экология представляет собой науку о «домашнем
Гумбольдт ввел в науку представление о том, что «физиономия» ландшафта быте» живых организмов, она призвана исследовать «все те запутанные взаи-
определяется внешним обликом растительности. В сходных климатических ус- моотношения, которые Дарвин условно обозначил как «борьбу за существова-
ловиях у растений разных таксономических групп вырабатываются сходные ние».
«диагностические» формы, и по распределению и соотношению этих форм Среди других названий новой науки в XIX веке часто употреблялся тер-
можно судить о специфике физико-географической среды. мин «экономика природы». Этот термин подчеркивал проблему естественного
Появились первые специальные работы, посвященные влиянию климати- баланса, «равновесия видов», которая и сейчас является одним из важнейших
ческих факторов на распространение и биологию животных, например книга вопросов экологии.
немецкого зоолога К. Глогера об изменениях окраски птиц под влиянием кли- Основным направлением оформившейся науки продолжало оставаться
мата (1833). К. Бергман выявил географические закономерности в изменении изучение адаптации видов к условиям существования, причем любой организм
размеров теплокровных животных (1848). А. Декандоль в «Географии расте- рассматривался как типичный представитель своего вида. Однако накопление
ний» (1855) обобщил все накопленные сведения о влиянии отдельных факторов данных привело к пониманию более сложной организации жизни. В 1877 г. не-
среды (температуры, влажности, света, типа почвы, экспозиции склона) на рас- мецким гидробиологом К. Мёбиусом (1825-1908) была выдвинута концепция
тения и обратил внимание на их повышенную пластичность по сравнению с биоценоза. На основе изучения устричных банок Северного моря он обосновал
животными. Вся первая половина XIX века характеризовалась нарастанием ин- представление о биоценозе как глубоко закономерном сочетании организмов в
тереса к взаимодействию организмов с «условиями». Еще в 1809 в «Философии определенных условиях среды. Биоценозы, или природные сообщества, по Мё-
зоологии» французский естествоиспытатель Ж. -Б. Ламарк провозгласил идею биусу, обусловлены длительной историей приспособления видов друг к другу и
эволюции всего живого мира, его постоянного развития от простого к сложно- к сходной экологической обстановке. В недрах экологии стало вычленяться
му. Одной из причин разнообразия форм на пути этого развития он считал особое биоценотическое направление, задачей которого было изучение законо-
«влияние условий», необходимость для всего живого приспосабливаться к ус- мерностей формирования и функционирования сообществ.
ловиям среды. Важную роль условий в выживании и изменении видов подчер- Изучение сообществ потребовало разработки методов количественного
кивал и другой французский зоолог Ж. Сент-Илер (1772-1844). учета, оценки соотношений видов в биоценозах. Впервые это было сделано
Идеи единства организмов с условиями их жизни развивал и горячо за- гидробиологами - при изучении планктона (Гензен, 1887), а затем донной фау-
щищал профессор Московского университета К. Ф. Рулье (1814-1858). Он про- ны. В начале XX века количественные методы учета стали применять и к на-
пагандировал необходимость создания особого направления в зоологии, по- земной фауне. Особое место в биоценотических исследованиях заняло изучение
священного всестороннему изучению жизни животных, их сложных отношений растительного покрова. Ботаники стали более подробно связывать набор видов
в судьбе видов. К. Ф. Рулье впервые обратил внимание на сходство внешнего и их облик с условиями местообитаний. В 90-х годах XIX в. появилась сводка
21 22
датского ботаника Е. Варминга «Ойкологическая география растений», разви-вающая представления о жизненных формах видов и типах растительного по-крова. В это же время оформляется учение о растительных сообществах - фито-ценозах, которое вскоре обособилось в отдельную область ботанической эколо-гии. Большую роль в этом сыграли труды российских ученых С. И. Коржинско-го и И. И. Пачосского, назвавшего новую науку «фитосоциологией». Среди за-падных ботаников ее развитию способствовали работы А. Кернера, А. Гризеба-ха и др. Позднее учение о фитоценозах трансформировалось в фитоценологию и геоботанику.
На примере сообществ растений были вскрыты многие принципы органи-зации природных сообществ вообще. Американский ботаник Ф. Клементе в 1910-1911 гг. разработал концепцию динамики фитоценозов, ставшую основой дальнейших представлений о законах формирования и развития сообществ.
В нашей стране для развития идей общей биоценологии в первой полови-не XX века большое значение имели фитоценологические исследования Г. Ф. Морозова, В. Н. Сукачева, Б. А. Келлера, Л. Г. Раменского, В. В. Алехина, А. П. Шенникова и др., за рубежом - работы К. Раункиера в Дании, Г. Дю Рие
в Швеции, И. Браун-Бланке в Швейцарии.
Были созданы разнообразные системы классификации растительности на основе морфологических, эколого-морфологических, динамических и других особенностей сообществ, разработаны представления об экологических инди-каторах, изучены структура, продуктивность, динамические связи фитоценозов.
В 20-е годы прошлого века начала оформляться новая область экологической науки - популяционная экология. Истоки этого направления - в демографии, описаниях роста народонаселения (от «популюс» - народ). Представления о по-пуляциях стали особенно энергично развиваться в экологии после того, как оформилась популяционная генетика, а в систематике вид стали рассматривать как сложную популяционную систему. Большую роль в развитии популяцион-ной экологии сыграли работы английского ученого Ч. Элтона (1900-1991).
В своей книге «Экология животных» (1927) Элтон рассматривает популяцию как единицу, которую следует изучать самостоятельно, так как на этом уровне выделяются свои особенности экологических адаптации и регуляций. Цен-тральными проблемами популяционной экологии стали проблемы внутривидо-вой организации и динамики численности видов.
В дальнейшем в развитие популяционной экологии в нашей стране боль-шой вклад внесли С. А. Северцов, Н. П. Наумов, С. С. Шварц, Г. А. Викторов, ра-боты и школы которых во многом определяют современное состояние науки в этой области.
Начало исследованиям популяций у растений было положено трудами Е. Н. Синской (школа Н. И. Вавилова), много сделавшей по выяснению экологи-ческого и географического полиморфизма видов.
Параллельно развиваются и другие области экологии, тесно связывающие эту науку с традиционными областями биологии. В развитие морфологической и эволюционной экологии животных большой вклад внес М. С. Гиляров, рас-
сматривающий почву как особую среду обитания и изучавший ее роль в завое-вании членистоногими суши. Проблемы эволюционной экологии позвоночных животных нашли отражение в трудах С. С. Шварца. Возникла палеоэкология, задачи которой - восстановление картины образа жизни вымерших форм и оценка экологических факторов эволюции.
С начала 40-х годов в экологии сложился принципиально новый подход к исследованию природы. Основы его были заложены ранее, в трудах целого ря-да ученых, среди которых следует особо отметить В. В. Докучаева. В конце XIX века В. В. Докучаев обосновал представление о почве как о сложной природной системе, которая создана и поддерживается комплексом факторов. В ее форми-ровании принимают участие горные породы, вода, атмосфера, климат и много-численные и разнообразные живые организмы.
В 1935 г. английский ботаник А. Тенсли выдвинул понятие экосистемы, а
в 1942 г. В. Н. Сукачев обосновал представление о биогеоценозе. В этих поня-тиях нашла отражение идея единства совокупности организмов с абиотическим окружением, представления о закономерностях, которые лежат в основе связи всего сообщества и окружающей неорганической среды - о круговороте ве-ществ и превращениях энергии. В этом же году американский ученый Р. Лин-деман опубликовал статью с изложением основных принципов расчета энерге-тического баланса экологических систем. С этого периода стали принципиаль-но возможными расчеты и прогнозирование предельной продуктивности био-ценозов в конкретных условиях среды. Развитие экосистемного анализа приве-ло к возрождению на новой экологической основе учения о биосфере, принад-лежащего крупнейшему естествоиспытателю XX века В. И. Вернадскому (1863-1945). Биосфера предстала как глобальная экосистема, стабильность и функ-ционирование которой основаны на экологических законах обеспечения балан-са веществ и энергии.
С 50-х годов XX века и до настоящего времени идет превращение эколо-гии в комплексную науку, вобравшую в себя не только биоэкологию, но и раз-делы географии, геологии, химии, физики, социологии, теории культуры и эко-номики, а также включившую в себя науки об охране окружающей среды.
Одновременно с развитием теоретических основ решались и прикладные вопросы экологии. В конце XIX - начале XX вв. были заложены научные осно-вы охраны природы, которая как основной вид природоохранной деятельности получила законодательное выражение в «Декрете о земле» от 26 октября 1917 года. В 30-40 годах в связи с ростом индустриализации страны в России возни-кает новый вид природоохранной деятельности - рациональное использование природных ресурсов, а в 50-60-е возникла необходимость создания еще одной формы, регулирующей взаимодействие общества и природы, - охраны среды обитания человека. Усилился технократический напор на природу, невиданных масштабов достигла добывающая и перерабатывающая промышленность, строительство, транспорт и т. д. Одновременно участились крупномасштабные катастрофы, связанные с деградацией земель, сведением лесов, загрязнениями и другими негативными явлениями, в отношении которых стал отчетливо осозна-
23 24
ваться их экологический характер. Стремительный рост населения земного ша-ра выделил проблему сохранения потенциала пищевых ресурсов. В экологии это, прежде всего, проблема биологической продуктивности. В 60-е годы раз-витие науки и запросы практики вызвали к жизни Международную биологиче-скую программу (МБП). Впервые биологи разных стран объединили усилия для решения общей задачи - оценки продукционной мощности биосферы. Эти ис-следования позволили подсчитать максимальную биологическую продуктив-ность всей нашей планеты, то есть тот природный фонд, которым располагает человечество, и максимально возможные нормы изъятия продукции для нужд растущего населения Земли.
В 70-80-е годы практически ежегодно принимались правительственные постановления об усилении охраны природы, издавались земельные, водные, лесные и иные кодексы, но губительное антропогенное воздействие на природу продолжалось. В 1986 г. на Чернобыльской АЭС произошла крупнейшая за всю историю человечества техногенная экологическая катастрофа.
В 70-х годах за МБП последовала новая международная программа - «Че-ловек и биосфера». Ее результатом явились перечень и характеристика наибо-лее важных глобальных экологических проблем, представляющих угрозу не только для благоденствия, но и самого выживания человечества на Земле. Ме-ждународное сотрудничество в области глобальных экологических исследова-ний продолжается. Постоянно действует несколько всемирных научных про-грамм, в том числе «Изменения климата», «Биоразнообразие» и др. Проблема охраны природы, ее разумного и рационального использования на основе эко-логических законов становится одной из важнейших для человечества. Эколо-гия является основной теоретической базой для решения этой проблемы.
4. Сегодня Россия переживает тяжелый экологический кризис. Около 15%
ее территории - фактически зоны экологического бедствия, 85 % населения дышит воздухом, загрязненным различными вредными веществами выше до-пустимых санитарных норм; растет количество «экологически обусловленных» заболеваний, наблюдается деградация и сокращение природных ресурсов и т. п. Выход из этого кризиса на путь устойчивого развития - важнейшая задача на-шего общества. Он лежит, в том числе, и через экологическое образование.
Человек, прежде всего, отличается от остальных видов тем, что взаимо-действует с природой через создаваемую им культуру, то есть человечество в целом, развиваясь, создает на Земле культурную среду благодаря передаче из поколения в поколение своего трудового и духовного опыта. Но, как отмечал К. Маркс, «... культура, если она развивается стихийно, а не направляется созна-тельно... оставляет после себя пустыню». Остановить стихийное развитие со-бытий могут помочь знания о том, как этими событиями управлять. Экологиче-ские знания нужны каждому человеку. Чтобы сбылась мечта многих поколений мыслителей о создании достойной человека среды, нужно обеспечить гармо-нию человека и природы. Но эта гармония невозможна, если люди враждебно настроены друг к другу. Важнейшее из экологических условий выживания че-ловека и всего живого - это мир на Земле. Именно к этому обязан стремиться
экологически образованный человек. Экологически образованный человек не допустит стихийного отношения к окружающей его среде жизни. Он будет бо-роться против варварского подхода к природе, находя наилучшие, «экологиче-ски чистые» варианты взаимоотношения природы и общества.
Экологическое мышление становится необходимым для решения самых насущных задач нашей жизни. В связи с этим современная экология далеко вышла за рамки чисто академической учебной дисциплины. В международной сфере работают специальные комиссии ЮНЕСКО, ЮНЕП и другие организа-ции, задачей которых является пропаганда и внедрение экологических подхо-дов в разные сферы практической деятельности человека.
|
|
|
