из электронной библиотеки / 949726548744366.pdf

формы, и по распределению и соотношению этих форм можно судить о специфике физико-географической среды.

Появились первые специальные работы, посвященные влиянию климатических факторов на распространение и биологию животных, например книга немецкого зоолога К. Глогера об изменениях окраски птиц под влиянием климата (1833). К. Бергман выявил географические закономерности в изменении размеров теплокровных животных (1848). А. Декандоль в «Географии растений» (1855) обобщил все накопленные сведения о влиянии отдельных факторов среды (температуры, влажности, света, типа почвы, экспозиции склона) на растения и обратил внимание на их повышенную пластичность по сравнению с животными. Вся первая половина XIX века характеризовалась нарастанием интереса к взаимодействию организмов с «условиями». Еще в 1809 в «Философии зоологии» французский естествоиспытатель Ж.-Б. Ламарк провозгласил идею эволюции всего живого мира, его постоянного развития от простого к сложному. Одной из причин разнообразия форм на пути этого развития он считал «влияние условий», необходимость для всего живого приспосабливаться к условиям среды. Важную роль условий в выживании и изменении видов подчеркивал и другой французский зоолог Ж. Сент-Илер

(1772-1844).

Идеи единства организмов с условиями их жизни развивал и горячо защищал профессор Московского университета К.Ф. Рулье (1814-1858). Он пропагандировал необходимость создания особого направления в зоологии, посвященного всестороннему изучению жизни животных, их сложных отношений в судьбе видов. К. Ф. Рулье впервые обратил внимание на сходство внешнего строения у разных видов, ведущих сходный образ жизни в той или иной среде («земляные», «водные», «воздушные» и др.), положив начало изучению жизненных форм в животном мире. Выделяя «явления жизни особи» и «явления жизни общей», он по существу наметил ряд будущих подразделений экологии. К.Ф. Рулье глубоко повлиял на направление и характер работ своих учеников, которые составили в последующем блестящую плеяду русских натуралистов-экологов (Н.А. Северцов, А.Ф. Миддендорф, А.Н. Бекетов и др.).

В 1859 г. появилась книга Ч. Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь». Ч. Дарвин показал, что «борьба за существование» в природе, под которой он подразумевал все формы противоречивых связей видов со средой, приводит к естественному отбору, то есть является движущим фактором эволюции. Стало ясно, что взаимоотношения самих живых существ и связи их с неорганическими компонентами среды - большая самостоятельная область исследований. Поэтому не случайно, что вскоре после выхода в свет книги Ч. Дарвина были сделаны попытки оценить сущность и назвать это новое направление.

По Э. Геккелю (1868), экология представляет собой науку о «домашнем быте» живых организмов, она призвана исследовать «все те запутанные взаи-

моотношения, которые Дарвин условно обозначил как «борьбу за существование».

Среди других названий новой науки в XIX веке часто употреблялся термин «экономика природы». Этот термин подчеркивал проблему естественного баланса, «равновесия видов», которая и сейчас является одним из важнейших вопросов экологии.

Основным направлением оформившейся науки продолжало оставаться изучение адаптации видов к условиям существования, причем любой организм рассматривался как типичный представитель своего вида. Однако накопление данных привело к пониманию более сложной организации жизни. В 1877 г. немецким гидробиологом К. Мёбиусом (1825-1908) была выдвинута концепция биоценоза. На основе изучения устричных банок Северного моря он обосновал представление о биоценозе как глубоко закономерном сочетании организмов в определенных условиях среды. Биоценозы, или природные сообщества, по Мёбиусу, обусловлены длительной историей приспособления видов друг к другу и к сходной экологической обстановке. В недрах экологии стало вычленяться особое биоценотическое направление, задачей которого было изучение закономерностей формирования и функционирования сообществ.

Изучение сообществ потребовало разработки методов количественного учета, оценки соотношений видов в биоценозах. Впервые это было сделано гидробиологами - при изучении планктона (Гензен, 1887), а затем донной фауны. В начале XX века количественные методы учета стали применять и к наземной фауне. Особое место в биоценотических исследованиях заняло изучение растительного покрова. Ботаники стали более подробно связывать набор видов и их облик с условиями местообитаний. В 90-х годах XIX в. появилась сводка датского ботаника Е. Варминга «Ойкологическая география растений»,

развивающая представления о жизненных формах видов и типах растительного покрова. В это же время оформляется учение о растительных сообществах - фито-ценозах, которое вскоре обособилось в отдельную область ботанической экологии. Большую роль в этом сыграли труды российских ученых С.И. Коржинско-го и И.И. Пачосского, назвавшего новую науку «фитосоциологией». Среди западных 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 организации 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 половине 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 индикаторах, 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 популяциях 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. Центральными проблемами популяционной экологии стали проблемы внутривидовой организации и динамики численности видов.

В дальнейшем в развитие популяционной экологии в нашей стране большой вклад внесли С.А. Северцов, Н.П. Наумов, С.С. Шварц, Г.А. Викторов, работы 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 экологического 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, рассматривающий почву как особую среду обитания и изучавший ее роль в завоевании 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 ряда 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 формировании принимают участие горные породы, вода, атмосфера, климат и многочисленные и разнообразные живые организмы.

В1935 г. английский ботаник А. Тенсли выдвинул понятие экосистемы, а

в1942 г. В.Н. Сукачев обосновал представление о биогеоценозе. В этих понятиях нашла отражение идея единства совокупности организмов с абиотическим окружением, представления о закономерностях, которые лежат

воснове связи всего сообщества и окружающей неорганической среды - о круговороте веществ и превращениях энергии. В этом же году американский

ученый Р. Лин-деман опубликовал статью с изложением основных принципов расчета энергетического баланса экологических систем. С этого периода стали принципиально возможными расчеты и прогнозирование предельной продуктивности биоценозов в конкретных условиях среды. Развитие экосистемного анализа привело к возрождению на новой экологической основе учения о биосфере, принадлежащего крупнейшему естествоиспытателю XX века В.И. Вернадскому (1863-1945). Биосфера предстала как глобальная экосистема, стабильность и функционирование которой основаны на экологических законах обеспечения баланса веществ и энергии.

С 50-х годов XX века и до настоящего времени идет превращение экологии в комплексную науку, вобравшую в себя не только биоэкологию, но и разделы географии, геологии, химии, физики, социологии, теории культуры и экономики, 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 основы 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 возникает 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 осознаваться их экологический характер. Стремительный рост населения земного шара выделил проблему сохранения потенциала пищевых ресурсов. В экологии это, прежде всего, проблема биологической продуктивности. В 60-е годы развитие науки и запросы практики вызвали к жизни Международную биологическую программу (МБП). Впервые биологи разных стран объединили усилия для решения общей задачи - оценки продукционной мощности биосферы. Эти исследования позволили подсчитать максимальную биологическую продуктивность 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 - «Человек и биосфера». Ее результатом явились перечень и характеристика наиболее важных глобальных экологических проблем, представляющих угрозу не только для благоденствия, но и самого выживания человечества на Земле. Международное сотрудничество в области глобальных экологических исследований продолжается. Постоянно действует несколько всемирных научных программ, в том числе «Изменения климата», «Биоразнообразие» и др. Проблема охраны природы, ее разумного и рационального использования на основе экологических законов становится одной из важнейших для человечества. Экология является основной теоретической базой для решения этой проблемы.

4.Сегодня Россия переживает тяжелый экологический кризис. Около 15%

еетерритории - фактически зоны экологического бедствия, 85 % населения дышит воздухом, загрязненным различными вредными веществами выше допустимых 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 нашего общества. Он лежит, в том числе, и через экологическое образование.

Человек, прежде всего, отличается от остальных видов тем, что взаимодействует 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 сознательно... оставляет после себя пустыню». Остановить стихийное развитие событий могут помочь знания о том, как этими событиями управлять. Экологические знания нужны каждому человеку. Чтобы сбылась мечта многих поколений мыслителей о создании достойной человека среды, нужно обеспечить гармонию человека и природы. Но эта гармония невозможна, если люди враждебно настроены друг к другу. Важнейшее из экологических условий выживания человека 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 бороться против варварского подхода к природе, находя наилучшие, «экологически 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 организации, задачей которых является пропаганда и внедрение экологических подходов в разные сферы практической деятельности человека.

Основная цель международных усилий - предотвратить грозящий человечеству экологический кризис и, используя экологические законы, обеспечить дальнейшее развитие и благополучие общества.

Контрольные вопросы:

1.Что означает слово «экология»?

2.Кто впервые предложил использовать понятие «экология»?

3.С каких пор стали формироваться знания об образе жизни животных, о

связях различных организмов со средой?

4.Какие явления находятся в центре внимания экологии?

5.Что составляет предмет изучения биологической, глобальной, соци-

альной экологии?

6.Что объединяет различные направления экологии?

7.В чем особенность экологической науки в целом?

Лекция 2. Факторы среды, их общая характеристика

-Определение среды обитания.

-Виды среды обитания, ее основные факторы.

-Теория Ч. Дарвина.

-Основные законы жизни по Б. Коммонеру

1.Окружающий нас живой мир состоит из организмов. Организмы очень разнообразны и образуют целые царства - царства растений и животных.

Есть виды, живущие всего несколько дней, а есть, которые живут несколько сотен лет. Все организмы живут в разных условиях, но занимают строго определенное жизненное пространство. Каждый организм требует для своего развития и размножения определенных условий окружающей среды. Что же такое окружающая среда?

Среда обитания – это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует.

Это и температура, освещенность, давление, уровень радиации, подвижность частиц.

2.На нашей планете организмы освоили 4 среды жизни - наземновоздушная, водная, почва, сами живые организмы.

Любой организм смертен, а жизнь существует на Земле уже около 4 млрд. лет. Почему же жизнь продолжается? Организмы размножаются.

Любые свойства или компоненты внешней среды, оказывающие влияние на существование и географическое распространение живых существ – экологические факторы.

Абиотические – температура, свет, радиоактивное излучение, влажность воздуха, соленость воды, ветер, течения, рельеф местности.

Биотические – формы воздействия живых существ друг на друга.. межвидовые отношения – хищник-жертва, нейтральные, паразит-хозяин, внутривидовые – иерархические, демографические, социальные и т.д.

Антропогенные – формы деятельности человеческого общества, приводящие к изменению природы как среды обитания организмов. В характере воздействия любых факторов можно выделить закономерности:

Закон оптимума – каждый фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организм.

Таким образом, для каждого вида существует свой закон оптимума, и уменьшение или усиление влияния фактора ведет к гибели организма.

Закон ограничивающего фактора – наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных для организмов значений.

Если бы факторы, ограничивающие жизнь организмов действовали непрерывно, они также привели бы к гибели живых существ, но организмы выработали защиту – адаптацию.

Адаптация – приспособительные реакции организмов к изменчивым факторам среды обитания.

3. Путь приспособительных изменений обобщил Ч. Дарвин – эволюционная теория. 4 основных положения:

1.все организмы изменчивы.

2.различия передаются по наследству.

3.борьба за существование и естественный отбор.

4.распространенность и численность вида зависит от количества оставляемого потомства.

4.Законы жизни Барри Коммонера:

1.все связано со всем

2.все надо куда-то девать

3.за все надо платить

4.природа знает лучше.

Среда обитания – одно из ключевых понятий экологии. В ходе эволюции и при воздействии меняющихся факторов среды живая природа достигла большого разнообразия. Но процесс не прекратился: меняются природные условия, организмы приспосабливаются к изменившимся условиям окружающей среды. Эта способность организмов адаптироваться к изменению среды является важнейшим экологическим свойством, обеспечивающим соответствие между существами и средой их обитания.

Лекция 3. Среды обитания. Атмосфера - наземно-воздушная среда обитания живых организмов

-Атмосфера как среда обитания живых организмов.

-Свет как условие жизни организмов.

-Температурный режим.

-Загрязнения наземно-воздушной среды.

1.Наземно-воздушная среда - самая сложная по экологическим условиям жизни. Жизнь на суше потребовала таких морфологических, биохимических приспособлений, которые оказались возможными только при очень высоком уровне организации как растений, так и животных.

К наземно-воздушной среде можно отнести как верхний слой литосферы, так и нижнюю часть атмосферы. Поскольку основная масса живых существ обитает в тропосфере, именно этот слой атмосферы входит в понятие наземно-воздушной среды обитания.

Тропосфера - самый нижний слой атмосферы. Высота варьирует от 7 до 18 км. В ней содержится основная масса водяных паров, которые конденсируясь, образуют облака. В тропосфере происходит мощное перемещение воздуха и температура падает в среднем на 0,6оС с поднятием на каждые

100м.

Атмосфера земли состоит из смеси газов, не взаимодействующих друг с другом. В ней происходят все метеорологические процессы, совокупность которых называется климатом. Верхняя граница примерно на 2000 км. Основная масса воздуха сосредоточена на высоте 70 км. Сухой воздух содержит, %: азота - 78,08; кислорода - 20,95; аргона - 0,93; углекислого газа - 0,03. Остальные -водород, неон, гелий, криптон, радон, ксенон - инертные газы.

Воздух атмосферы является одним из основных жизненно важных элементов окружающей среды. Он надежно защищает землю от вредного космического излучения. Под воздействием атмосферы свершаются важнейшие геологические процессы, которые в конечном итоге формируют ландшафт.

Атмосферный воздух относится к категории неисчерпаемых природных ресурсов, но сегодня существует целый ряд факторов, который усиливает вредное влияние на атмосферу:

-интенсивное развитие промышленности,

-рост городов,

-расширение исследований космоса.

2.Свет как условие жизни растений.

Свет необходим растениям. Он улавливается зелеными растениями в процессе фотосинтеза:

6 СО2 + 6Н2О свет С6Н12О6 + 6О2 В связи с разной потребностью растений в свете, существуют разные

морфологические и физиологические адаптации к световому режиму обитания. Адаптация – системы регулирования обменных процессов и физиологических особенностей, обеспечивающих максимальную приспособленность ор-

ганизмов к условиям окружающей среды. Экологические группы в соответствии с адаптациями:

Светолюбивые – сильноветвящиеся побеги с укороченными междоузлиями, розеточные; листья мелкие или с сильной рассеченной листовой пластинкой, нередко с восковым налетом или опушенные, часто повернутые ребром к свету.

Тенелюбивые – листья темно-зеленого цвета, располагаются горизонтально, это растения нижних ярусов лесов, глубоководные; стебли длинные, цветки яркие или с сильным запахом.

Теневыносливые – могут переносить затенение, но и хорошо растут на свету (дуб, бук, граб, ель, кустарники и лесные травы.).

Листья деревьев часто составляют листовую мозаику для полноценного принятия света.

Фотопериодизм – реакция организма на смену режима освещения – в течение суток, сезонов. Изменяются процессы обмена веществ, роста и развития. С ним связано явление фототропизма – движения отдельных органов растений к свету. (подсолнух, одуванчик, …).

Растения короткого дня – субтропики. Рис, соя, хризантема.

Растения длинного дня – укроп, рудбекия, хлебные злаки, крестоцветные.

3.Свет как условие жизни животных.

Для ориентации в пространстве. У примитивных это светочувствительные клетки или даже место в клетке (светочувствительный глазок).

Образное видение. Паук -1-2 см, позвоночные – форма, размеры и расстояние до предметов. Органы зрения развиты в зависимости от среды обитания, образа жизни. С помощью зрения птицы способны к перелетам. Так же

От 0 до -50.

Криофилы – -8-10. виды, предпочитающие холод. Бактерии, грибы, лишайники, мхи, членистоногие.

Термофилы – высокие температуры. Черви, насекомые, клещи, бактерии

– до +70.

Латентные – длительно покоящиеся. До +180, -195,8 – Бактрии, одноклеточные водоросли, длительное хранение при -70.

Анабиоз – временная приостановка всех жизненных процессов.

У растений – транспирация – система испарения воды через устьичный аппарат, которая спасает их от перегрева. Пирофиты – переживают пожары в саваннах.

У животных – пойкилотермные – меняют температуру тела со средой – насекомые, рыбы, земноводные, пресмыкающиеся.

Гомойотермные - поддерживают постоянную температуру теламлекопитающие и птицы.

Температурные адаптации.

Химические терморегуляции – увеличение теплопродукции.

Физическая – способность удерживать тепло благодаря испарению, перьям, пуху, жиру

Поведенческая – перелеты, движения, бег, спрятаться в гнезда, норы, спячка.

5. Загрязнения наземно-воздушной среды. В последнее время все более значительным внешним фактором, изменяющим наземно-воздушную среду обитания, становится антропогенный фактор.

Атмосфера, как и биосфера, имеет свойство самоочищения, но объем и скорость современных загрязнений превосходят природные возможности их обезвреживания. Существует классификация загрязнений природной среды:

Природные – различная пыль: минеральная (продукт выветривания и разрушения горных пород), органическая (аэропланктон – бактерии, вирусы, пыльца растений), космическая (частицы, попадающие из космоса). Антропо-

генные – промышленные, транспортные, бытовые выбросы в атмосферу (пыль цементных заводов, сажа, разные газы, пестицыды, аэрозоли и т.д.)

В результате выбросов в городах, где снижено ультрафиолетовое излучение и наблюдается большое скопление людей, происходит деградация воздушного бассейна, одним из проявлений которого является смог.

Бывает классический (смесь токсичных туманов, возникающих при незначительной облачности) и фотохимический (едкие газы и аэрозоли, которая образуется без тумана в результате фотохимических реакций).

Наземно-воздушная среда является самой сложной для жизни организмов. Физические факторы, ее составляющие, очень разнообразны: свет, температура. Но организмы приспособились в ходе эволюции к этим меняющимся факторам и выработали системы адаптации для обеспечения чрезвычайной приспо собленности к условиям обитания. Несмотря на неисчерпаемость воздуха как ресурса окружающей среды, качество его стремительно ухудшается. Загрязнение воздуха - самая опасная форма загрязнения окружающей среды.

Контрольные вопросы:

1.Почему принято говорить о единстве организма и среды?

2.Что такое абиотические факторы среды?

3.Что такое лимитирующий фактор?

4.Что общего в приспособлениях к среде у таких разных животных, как белый медведь и верблюд?

5.Какие потоки энергии получает живой организм?

6.Почему живые существа не испытывают губительного воздействия ультрафиолетовых лучей?

7.Какие прогрессивные изменения строения тела (ароморфозы) обеспечивают постоянную температуру тела у птиц и млекопитающих?

8.Укажите формы приспособления растений к условиям освещения.

9.Почему в глубоководных зонах океана и в глубине тропического леса поток излучения может на протяжении суток оставаться практически постоянным, а в пустоте и высокогорной тундре дневной поток энергии во много раз больше ночного?

Лекция 4. Вода в природе. Водная среда обитания

-Распределение воды в гидросфере: виды, формы, запасы воды,

-Вода как компонент внутренней среды организмов и свойства воды как среды обитания;

-Круговорот воды и использование её человеком;

-Загрязнение водоемов и пути охраны водных ресурсов

Виды, формы, запасы воды. Вода - одно из самых распространенных веществ на Земле. Ее мировые запасы составляют жидкая (соленая и пресная), твердая (пресная) и газообразная (пресная) вода. Все воды Земли образуют гидросферу, площадь которой занимает 70% всей поверхности Земли. В состав гидросферы входят: Мировой океан, подземные воды, ледники, озера, почвенная