Вопрос №1 (1). Экология как наука. Взаимосвязь с другими науками.
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.

Первоначально же предложенный Эрнестом Геккелем в 1866 году данный термин звучал так: экология – это познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами среды… Одним словом, экология — это наука, изучающая все сложные взаимосвязи в природе, рассматриваемые Дарвином как условия борьбы за существование. Это определение Э. Геккеля написано в те времена, когда экология была ещё исключительно биологической наукой. Нынешнее понимание экологии шире.

Экология обычно рассматривается как подотрасль биологии, общей науки о живых организмах. Живые организмы могут изучаться на различных уровнях, начиная от отдельных атомов и молекул и кончая популяциями, биоценозами и биосферой в целом. Экология связана со многими другими науками именно потому, что она изучает организацию живых организмов на очень высоком уровне, исследует связи между организмами и их средой обитания. Экология тесно связана с такими науками, как биология, химия, математика, география, физика, философия.

Экология изучает взаимосвязи:

· между организмами (включают пищевые и непищевые взаимосвязи);



· между организмами и средой их обитания;

· взаимосвязи внутри экосистем.

Соответственно, структура классической биоэкологии включает аутэкологию (экологию отдельных организмов), демэкологию (экологию популяций и видов), синэкологию (экологию сообществ организмов).

Как известно, в настоящее время науки претерпевают как бы два взаимно противоположных процесса. С одной стороны, происходит их дифференциация – науки распадаются на множество специализированных направлений, а с другой стороны, – интеграция – многие научные исследования проводятся на стыке наук, на стыке различных направлений возникают новые науки. Эти процессы не обошли стороной и экологию.

Итак, определим уже названные разделы биоэкологии:

· аутэкология – изучает взаимоотношения отдельной особи (представителей вида) с окружающей ее (их) средой; определяет пределы устойчивости и предпочтения вида по отношению к различным экологическим факторам;

· демэкология – изучает взаимоотношения популяций с окружающей их средой, изучает демографию и ряд других характеристик популяций в свете их отношений с окружающей средой;

· синэкология – исследует биотические сообщества и их взаимоотношения со средой: формирование сообществ, их энергетику, структуру, развитие и т.д.

На стыке экология и других научных дисциплин (медицины, педагогики, юриспруденции, химии, технологии, агрономии и так далее) рождаются новые научные направления. В широком смысле слова экология выходит за рамки чисто биологической отрасли знаний.

В экологии выделяют экологию различных систематических групп (экология грибов, экология растений, экология млекопитающий и т.д.), сред жизни (суши, почвы, моря и т.п.), эволюционную экологию (связь эволюции видов и сопутствующих экологических условий), ряд прикладных 

направлений (медицинская, сельскохозяйственная, лесохозяйственная, водохозяйственная, эколого-экономические науки) и многие другие направления.

Особо следует отметить такой раздел как социальная экология – то есть экология человеческого сообщества, изучающая взаимоотношение социума и Природы.

После того как мы дали определение экологии, наверное, будет полезным развести экологию и некоторые другие науки и понятия, которые часто смешиваются, и все это создает невообразимую путаницу.

К экологии иногда неверно относят ряд дисциплин. Так, природопользование и охрана природы не являются разделами экологии. Другое дело, что в последнее время стало ясно, что нельзя организовывать природопользование и охрану природу, не применяя экологических методов и не используя экологическое знание. Только знание о взаимосвязи природных объектов, об устойчивости природных систем может определить возможные механизмы взаимодействия с ними. Этим и объясняется справедливый всеобщий интерес к экологии как науке о взаимосвязях живых организмов и окружающей их среды.

В настоящее время экология распалась на ряд научных отраслей и дисциплин, подразделяемых в соответствии с:

· размерами объектов изучения: аут(о)экология (организм и его среда), популяционная, или демэкология (популяция и ее среда), синэкология (экосистема и ее среда), ландшафтная экология (крупные геосистемы с участием живого и их среда), глобальная экология, или мегаэкология (учение о биосфере Земли;

· отношением к предметам изучения: экология микроорганизмов, экология грибов, экология растений, экология животных, экология человека, сельскохозяйственная экология, промышленная экология, общая экология;



· средами и компонентами: экология суши, экология пресных водоемов, экология морская, экология Крайнего Севера, экология высокогорий, экология химическая;

· подходом к предмету: аналитическая экология, динамическая экология;

· фактором времени: историческая, эволюционная.


Вопрос №2 (32). Трофические цепи и сети. Примеры для наземной и водной экосистемы.
Живые организмы, входящие в состав биоценоза, неодинаковы с точки зрения специфики ассимиляции ими вещества и энергии. Животные, в отличие от растений и бактерий, не могут осуществлять реакции фото- и хемосинтеза, а вынуждены использовать солнечную энергию опосредованно — через органическое вещество, созданное фотосинтетиками. Таким образом, в биогеоценозе образуется цепь последовательной передачи вещества и эквивалентной ему энергии от одних организмов к другим, или так называемая трофическая цепь (рис. 1).


Рис. 1. Простая пищевая цепи в экосистеме.



Поскольку растения строят свой организм без посредников, их называют самопитающимися, или автотрофами. Так как, будучи автотрофами, они создают первичное органическое вещество, продуцируя его из неорганического, они носят название продуцентов.

Организмы, которые не могут строить собственное вещество нз минеральных компонентов, вынуждены использовать то, что создано автотрофами, поедая их. Они называются поэтому гетеротрофами. что означает «питаемый другими», или консументами (от лат. Консумо – потреблять). Однако далеко не все организмы могут для удовлетворения своих физиологических потребностей ограничиваться потреблением растительной пиши, строя белки своего тела непосредственно из белков растений. Многим видам эволюция предопределила необходимость использования животных белков со специфичным набором аминокислот. Это — животные плотоядные. Они также являются консументами. но в отличие от растительноядных — консументами вторичными (или второго порядка). На этом трофическая цепь может не закончиться, и вторичный консумент может служить источником пищи для консумента третьего порядка и т. д.

Кроме продуцентов и консументов существуют редуценты, которые разлагают органическое вещество до неорганических составляющих. Это, прежде всего, бактерии и простейшие.

Существует 2 основных типа трофических цепей — пастбищные и детритные.

В пастбищной трофической цепи (цепь выедания) основу составляют автотрофные организмы, затем идут потребляющие их растительноядные животные (например, зоопланктон, питающийся фитопланктоном), потом хищники (консументы) 1-го порядка (например, рыбы, потребляющие зоопланктон), хищники 2-го порядка (например, щука, питающаяся другими рыбами). Особенно длинны трофические цепи в океане, где многие виды (например, тунцы) занимают место консументов 4-го порядка.



В детритных трофических цепях (цепи разложения), наиболее распространенных в лесах, большая часть продукции растений не потребляется непосредственно растительноядными животными, а отмирает, подвергаясь затем разложению сапротрофными организмами и минерализации. Таким образом, детритные трофические цепи начинаются от детрита, идут к микроорганизмам, которые им питаются, а затем к детритофагам и к их потребителям — хищникам. В водных экосистемах (особенно в эвтрофных водоемах и на больших глубинах океана) часть продукции растений и животных также поступает в детритные трофические цепи.

Трофическая цепь есть одновременно цепь энергетическая, т.е. упорядоченный поток передачи энергии солнца от продуцентов к консументам различного порядка. Любое количество органического вещества эквивалентно некоторому количеству энергии, которую можно получить, разрушив химические связи. Организмы-консументы, питаясь органическим веществом, получают энергию, часть из которой идёт на построение собственного органического вещества, а часть расходуется на движение, дыхание, теплоотдачу. Таким образом, в силу второго закона термодинамики, поток энергии по трофической цепи неразрывно связан с её рассеиванием, т.е. возрастанием энтропии. Рассеивание энергии компенсируется подкачкой энергии от Солнца. При переходе от одного трофического уровня к другому теряется до 99% энергии. Продуктивность экосистем и соотношение в них различных трофических уровней принято выражать в виде пирамид.

Цепи могут быть относительно простыми, короткими, например «осина— заяц —лиса», и более сложными, например «трава — насекомые —лягушки —змеи —хищные птицы». Разные трофические цепи связаны между собой общими звеньями в очень сложную систему, которая носит название трофической сети (рис. 2).



Рис. 2. Пример пищевой сети.

Пример пищевой цепи в водной экосистеме:

продуценты: микроскопические водоросли (фитопланктон) → консументы 1-го порядка: жучки и дафнии (зоопланктон) → консументы 2-го порядка: плотва (микрофаги) → консументы 3-го порядка: щука (макрофаги) → консументы 4-го порядка: чайки (ихтиофаги).

Пример пищевой цепи для наземной экосистемы:

На суше пищевые цепи состоят из трех-четырех звеньев. Одна из простейших пищевых цепей имеет вид:

растение – заяц – волк (продуцент – травоядное – плотоядное).

Широко распространены и такие пищевые цепи:

растительный материал (например, нектар) – муха – паук – землеройка – сова.

сок розового куста – тля – божья (тлевая) коровка – паук – насекомоядная птица – хищная птица.


Вопрос №3 (53). Адаптация организмов к факторам. Примеры.
Адаптация (лат. «приспособление») — приспособление организмов к среде. Этот процесс охватывает строение и функции организмов (особей, видов, популяций) и их органов. Адаптация всегда развивается под воздействием трех основных факторов – изменчивости, наследственности и естественного отбора (равно как и искусственного – осуществляемого человеком).

Основные адаптации организмов к факторам внешней среды наследственно обусловлены. Они формировались на историко-эволюционном пути биоты и изменялись вместе с изменчивостью экологических факторов. Организмы адаптированы к постоянно действующим периодическим факторам, но среди них важно различать первичные и вторичные.

Первичные – это те факторы, которые существовали на Земле еще до возникновения жизни: температура, освещенность, приливы, отливы и др. адаптация организмов к этим факторам наиболее древняя и наиболее совершенная.

Вторичные периодические факторы являются следствием изменения первичных: влажность воздуха, зависящая от температуры; растительная пища, зависящая от цикличности в развитии растений; ряд биотических факторов внутривидового влияния и др. Они возникли позднее первичных и адаптация к ним не всегда четко выражена.

В нормальных условиях в местообитании должны действовать только периодические факторы, непериодические — отсутствовать.

Непериодические факторы обычно воздействуют катастрофически, могут вызвать болезни или даже смерть живого организма. Человек использовал это в своих интересах, искусственно вводя непериодические факторы, например, химическая отрава уничтожает вредные для него организмы: паразитов, вредителей сельхозкультур, болезнетворные бактерии, 

вирусы и т. п. Но оказалось, что длительное воздействие этого фактора также может вызвать к нему адаптацию: насекомые адаптировались к ДДТ, бактерии и вирусы – к антибиотикам, и т. д.

Источником адаптации являются генетические изменения в организме – мутации, возникающие как под влиянием естественных факторов на историко-эволюционном этапе, так и в результате искусственного влияния на организм. Мутации разнообразны и их накопление может даже привести к дезинтеграционным явлениям, но благодаря отбору мутации и их комбинирование приобретают значение «ведущего творческого фактора адаптивной организации живых форм».

На историко-эволюционном пути развития на организмы действуют абиотические и биотические факторы в комплексе. Известны как успешные адаптации организмов к этому комплексу факторов, так и «безуспешные», т.е. вместо адаптации вид вымирает.

Прекрасный пример успешной адаптации — эволюция лошади в течение примерно 60 млн лет от низкорослого предка до современного красивейшего быстроногого животного с высотой в холке до 1,6 м. Противоположный этому пример — сравнительно недавнее (десятки тысяч лет назад) вымирание мамонтов. Высокоаридный, субарктический климат последнего оледенения привел к исчезновению растительности, которой питались эти животные, кстати, хорошо приспособленные к низким температурам. Кроме того, высказываются мнения, что в исчезновении мамонта «повинен» и первобытный человек, которому тоже надо было выжить: мясо мамонтов употреблялось им в качестве пищи, а шкура спасала от холода.

В приведенном примере с мамонтами недостаток растительной пищи вначале ограничивал количество мамонтов, а ее исчезновение привело к их гибели. Растительная пища выступала здесь в виде лимитирующего фактора. Эти факторы играют важнейшую роль в выживании и адаптации организмов.



Адаптация имеет следующие особенности:

Приспособленность к одному фактору среды, например повышенной влажности, не дает организму такой же приспособленности к другим условиям среды (температуре и т. п.). Эта закономерность называется законом относительной независимости адаптации: высокая адаптированность к одному из экологических факторов не дает такой же степени приспособления к другим условиям жизни.

Каждый вид организмов в вечно меняющейся среде жизни по-своему адаптирован. Это выражается сформулированным Л. Г. Раменским в 1924 г. правилом экологической индивидуальности: каждый вид специфичен по экологическим возможностям адаптации; двух идентичных видов не существует.

Правило соответствия условий среды обитания генетической предопределенности организма гласит: вид организмов может существовать до тех пор и постольку, поскольку окружающая его среда соответствует генетическим возможностям приспособления к ее колебаниям и изменениям.

Рассмотрим некоторые формы адаптации организмов к окружающей среде. Самыми типичными примерами являются хорошо известные морфоло

гические адаптации, проявляюшиеся, в частности, в приспособлении к быст

рому плаванию у водных животных, к выживанию в условиях высоких температур и дефицита влаги — у кактусов и иных суккулентов.

Физиологические адаптации заключаются в особенностях ферментативного набора в пищеварительном тракте животных, определяемого составом пищи. Обитатели сухих пустынь способны обеспечивать потребность во влаге за счет биохимического окисления жиров. Биохимический процесс фотосинтеза растений отражает их способность создавать органическое вещество из косного.

Поведенческие (этологические) адаптации проявляются в самых разно

образных формах. Например, существуют формы приспособительного пове

дения животных, направленные на обеспечение оптимального теплообмена с 

окружающей средой. Приспособительное поведение может проявляться в создании убежищ, передвижениях в направлении более благоприятных, предпочитаемых температурных условий, выборе мест с оптимальной влаж

ностью или освещенностью. Многим беспозвоночным свойственно избирательное отношение к свету, проявляющееся в приближениях или удалениях от источника (таксисах). Известны суточные и сезонные кочевки млекопитающих и птиц, включая миграции и перелеты, а также межконтинентальные перемещения рыб.

Приспособительное поведение может проявляться у хищников в процессе охоты (выслеживание и преследование добычи) и у их жертв (затаивание, запутывание следа). Исключительно специфично поведение животных в брачный период и во время выкармливания потомства.


Вопрос №4 (81). Экологические принципы рационального использования природных ресурсов.
Рациональное использование природных ресурсов и охрана окружающей среды – одна из важнейших проблем современного общества в эпоху развития научно-технического прогресса, сопровождающегося активным воздействием на природу.

Природные условия – совокупность объектов, явлений и факторов природной среды, имеющих существенное значение для материально-производственной деятельности человека, но непосредственно в нее не вовлекаемые (например, климат).

Природные ресурсы – природные объекты и явления, которые используются или могут быть использованы в будущем для удовлетворения материальных и других потребностей общества и общественного производства, способствующие воспроизводству трудовых ресурсов, поддержанию условий существования человечества и повышения жизненного уровня.

Рациональное природопользование предполагает разумное освоение природных ресурсов, предотвращение возможных вредных последствий человеческой деятельности, поддержание и повышение продуктивности и привлекательности природных комплексов и отдельных природных объектов.

Природные ресурсы делятся на практически неисчерпаемые (энергия солнца, приливов и отливов, внутриземное тепло, атмосферный воздух, вода); возобновляемые
(почвенные, растительные, ресурсы животного мира) и невозобновляемые
(полезные ископаемые, пространство обитания, энергия рек).

Возобновляемые природные ресурсы – природные ресурсы, способные к самовосстановлению в процессе круговорота веществ за сроки, соизмеримые с темпами хозяйственной деятельности человека. Рациональное 

использование возобновляемых природных ресурсов должно базироваться на принципах сбалансированного расходования и возобновления их, а также предусматривать их расширенное воспроизводство.

Невозобновимые природные ресурсы – часть исчерпаемых природных ресурсов, которые не обладают способностью к самовосстановлению за сроки, соизмеримые с темпами хозяйственной деятельности человека. Рациональное использование невозобновляемых природных ресурсов должно базироваться на комплексной и экономной их добыче и расходовании, утилизации отходов и т.д.

С точки зрения вовлечения в хозяйственную деятельность человека, природные ресурсы подразделяют на реальные и потенциальные. Первый вид ресурсов активно эксплуатируется, второй – может быть вовлечен в хозяйственный оборот.

По принадлежности к определенным компонентам природной среды выделяют отдельные виды природных ресурсов:

- биологические;

- экологические;

- геологические;

- климатические;

- водные;

- земельные;

- растительные;

- ресурсы животного мира;

- минеральные и др.

По ведущим признакам и характеру использования выделяют промышленные, сельскохозяйственные, энергетические, топливные. В непроизводственных сферах используются рекреационные, заповедные, ландшафтно-курортные, лечебные и др.

В настоящее время все более обостряется проблема истощения природных ресурсов. Истощение природно-ресурсного потенциала 

выражается в уменьшении запасов природных ресурсов до уровня, не отвечающего потребностям человечества, его техническим возможностям и нормам безопасности для природных систем.

Истощение природных ресурсов делает дальнейшую их разработку экономически и экологически нецелесообразной.

При расточительном, хищническом использовании некоторые виды возобновимых ресурсов могут исчезать, теряя способность к самовозобновлению. Например, пахотный горизонт почвы мощностью около 18 см при благоприятных условиях восстанавливается 7000 лет.

Интенсификация индустриального вмешательства в процессы природы, потребительское, утилитарное, хищнически истребительное отношение к природе, ее ресурсам и богатствам разрушает единство между человеческим обществом и природой.

Рост производства не может осуществляться за счет истощения природных ресурсов и загрязнения окружающей среды, так как от их состояния зависит не только развитие производства, но и существование жизни на Земле.

Рациональное природопользование предполагает разумное освоение природных ресурсов, предотвращение возможных вредных последствий человеческой деятельности, поддержание и повышение продуктивности и привлекательности природных комплексов и отдельных природных объектов.

Рациональное природопользование предполагает выбор оптимального варианта достижения экологического, экономического и социального эффекта при использовании природных ресурсов.

Комплексное использование природных ресурсов предполагает использование безотходных и малоотходных технологий, повторное использование вторичных ресурсов. С точки зрения воспроизводственного аспекта, комплексное использование природных ресурсов включает широкий круг проблем.