Современная структура экологии
Классическая экология изучает биологические системы, т. е. занимается исследованием органического мира на уровнях особей, популяций, видов, сообществ. В связи с этим выделяют:
– аутэкологию (экологию особей) – (от греч. аutos – сам) – устанавливает пределы существования особи (организма) в окружающей среде, изучает реакции организмов на воздействия факторов среды. Аутэкология в качестве живой системы рассматривает отдельный живой организм – растение, животное или микроорганизм. Термин «аутэкология» был введен швейцарским ботаником К. Шретером в 1896 г.;
– демэкологию (экологию популяций) – (от греч. demos – народ) – изучает естественные группы особей одного вида – популяции, условия их формирования, внутрипопуляционные взаимоотношения, динамику численности
– синэкологию (экологию сообществ) – (от греч. sin – вместе) – изучает ассациации популяций разных видов растений, животных и микроорганизмов, их взаимодействие с окружающей средой. Термин введен К. Шретером в 1902 г.
Биогеоценология — наука о комплексах живых и неживых (косных) компонентов природы, находящихся в причинно-следственных взаимодействиях и в совокупности образующих сложные биокосные системы, которые В. Н. Сукачев назвал биогеоценозами. Биогеоценология — наука о биогеоценозах и их совокупности в биогеосфере, или в биогеоценотическом покрове Земли.
Глобальная экология — комплексная научная дисциплина, изучающая биосферу в целом. Основы глобальной экологии сформулированы М. И. Будыко (1977), который считает ее центральной проблемой круговорот веществ в биосфере. Исследование этой проблемы необходимо для решения основной задачи глобальной экологии — разработки прогнозов возможных изменений биосферы в будущем под влиянием деятельности человека.
Международные экологические программы: Международная биологическая и программы, Человек и биосфера. Цели и значение.
Одной из форм международного экологического сотрудничества, осуществляемого, как правило, в рамках международных организаций, является проведение работ по крупным научно-исследовательским проектам. Международные экологические программы и проекты охватывают широкий спектр экологических проблем локального, регионального и глобального уровней. Большинство из них на практике реализуют задачи, сформулированные в Декларациях, соглашениях и договорах. Одним из существенных направлений международных проектов является.
Биологическая программа международная (МБП; International Biological Program, IBP), многолетняя программа изучения в масштабе всей планеты биологической продуктивности естественных и созданных человеком растительных и животных сообществ (организационно осуществляется с 1964).
Конечная цель МБП — выявить основные закономерности распределения и воспроизводства органических веществ в интересах наиболее рационального использования их человеком и получения максимальной продуктивности на единицу площади в природных или культурных условиях. В соответствии с этим МБП включает изучение всех природных факторов, определяющих биологическую продуктивность растительных и животных организмов и их сообществ. В задачи МБП входит также изучение приспособляемости человека к различным условиям жизни (Крайний Север, высокогорные районы и т.д.).
Девиз МБП — «Биологические основы продуктивности биосферы и благосостояние человечества». Необходимость осуществления МБП возникла вследствие стремительного роста населения земного шара и недостатка продуктов питания. Рост населения требует значительного повышения производства пищевых продуктов и рационального использования естественных ресурсов, что может быть достигнуто только на основе научного подхода к ведению хозяйства в пределах биосферы, в целом.
Осуществление МБП должно привести к оценке всей планеты как системы, способной поддерживать жизнь.
Идея проведения МБП зародилась у группы биологов (в т. ч. и советских) в связи с успешным осуществлением Международного геофизического года. Предварительную программу биологических исследований разработали Международный союз биологических наук и Международный совет научных союзов в 1960. Она была рассмотрена в 1961 на Генеральной ассамблее Международного союза биологических наук в Амстердаме, после чего был создан комитет по проведению МБП, в который вошли представители международных союзов по биологии, биохимии, физиологии и географии. В 1964 в Париже Генеральная ассамблея МБП утвердила устав МБП и основные направления её деятельности. Участниками МБП являются национальные академии наук и аналогичные им учреждения стран-участниц МБП, а также различные союзы и комитеты.
Продолжение Международной биологической программы ЮНЕСКО – программа «Биосфера и человек» – является межправительственной научной программой, цель которой состоит в том, чтобы заложить научную основу для улучшения взаимоотношений между человеком и окружающей его средой. Она объединяет потенциал естественных и социальных наук в интересах улучшения жизнеобеспечения людей и охраны природных и управляемых человеком экосистем.
Основными целями программы является определение экологических, социальных и экономических последствий от потери биоразнообразия, а также сокращение таких потерь. Для своей работы программа использует Всемирную сеть биосферных резерватов.
Деятельность программы МАБ и ее Всемирной сети биосферных заповедников (ВСБЗ) направлена на практическое воплощение этой концепции как непосредственно на территории заповедников, так и за их пределами.
Программа была создана в 1971 году, а уже в 1974 году в США был создан первый биосферный заповедник. В 1983 году прошёл первый международный конгресс по биосферным заповедникам, который определил план действий по исследованиям и мониторингу, а также взаимодействию с местными сообществами. Севильская стратегия, выработанная на конференции ЮНЕСКО в Севилье (Испания) в 1995 году и подчёркивающая важность создания и управления биосферными заповедниками, нашла своё отражение в Мадридском плане действий, утверждённом на конференции в Мадриде в 2008 году.
Задачи в период 2015-2025 гг. состоит в том, чтобы:
▶ развивать и укреплять модели устойчивого развития с помощью ВСБЗ;
▶ распространять информацию о накопленном опыте и извлеченных уроках, а также создавать условия, способствующие распространению и использованию этих моделей по всему миру;
▶ поддерживать проведение оценки и обеспечение высокого качества управления биосферными заповедниками, стратегий и политики в области устойчивого развития и планирования, а также подотчетному и устойчивому функционированию учреждений;
▶ помогать государствам-членам и заинтересованным сторонам в скорейшем достижении целей в области устойчивого развития путем обмена опытом и знаниями, связанными с изучением и апробированием стратегий, технологий и инноваций в области устойчивого управления биоразнообразием и природными ресурсами, а также смягчения последствий изменения климата и адаптации к ним.
Понятие о среде обитания, экологических факторах, адаптации организмов. Механизмы адаптации (физиологические, морфологические, анатомические, поведенческие, онтогенетические). Привести примеры.
Одним из важнейших понятий экологии является среда обитания. Среда обитания – это совокупность факторов и элементов, воздействующих на организм в месте его обитания.
Любое живое существо живет в сложном, постоянно меняющемся мире, приспосабливаясь к нему и регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с его изменениями.
Процесс приспособления организмов к воздействию факторов окружающей среды называется адаптацией. Способность к адаптации — одно из важнейших свойств живого. Выживают только организмы, приобретающие в процессе эволюции признаки, полезные для жизни.
Адаптация включает в себя все процессы и приспособления (анатомические, морфологические, физиологические, поведенческие и др.), которые способствуют повышению устойчивости и способствуют выживанию вида.
1. Анатомо-морфологические приспособления. У некоторых представителей ксерофитов длина корневой системы достигает несколько десятков метров, что позволяет растению использовать грунтовую воду и не испытывать недостатка влаги в условиях почвенной и атмосферной засухи.
У других ксерофитов наличие толстой кутикулы, опушенность листьев, превращение листьев в колючки уменьшают потери воды, что очень важно в условиях недостатка влаги.
Жгучие волоски и колючки защищают растения от поедания животными. Деревья в тундре или на больших горных высотах имеют вид приземистых стелющихся кустарников, зимой они засыпаются снегом, который защищает их от сильных морозов.
В горных районах с большими суточными колебаниями температуры растения часто имеют форму распластанных подушек с плотно расположенными многочисленными стеблями. Это позволяет сохранять внутри подушек влагу и относительно равномерную в течение суток температуру.
У болотных и водных растений формируется специальная воздухоносная паренхима (аэренхима), которая является резервуаром воздуха и облегчает дыхание частей растения, погруженных в воду.
2. Физиолого-биохимические приспособления. У суккулентов приспособлением для произрастания в условиях пустынь и полупустынь является усвоение СО2 в ходе фотосинтеза. У этих растений устьица днем закрыты. Таким образом, растение сохраняет внутренние запасы воды от испарения. В пустынях вода является главным фактором, ограничивающим рост растений. Устьица открываются ночью, и в это время происходит поступление СО2 в фотосинтезирующие ткани. Последующее вовлечение СО2 в фотосинтетический цикл происходит днем уже при закрытых устьицах. К физиолого-биохимическим приспособлениям относятся способность устьиц открываться и закрываться, в зависимости от внешних условий.
Синтез в клетках абсцизовой кислоты, пролина, защитных белков, фитоалексинов, фитонцидов, повышение активности ферментов, противодействующих окислительному распаду органических веществ, накопление в клетках сахаров и ряд других изменений в обмене веществ содействует повышению устойчивости растений к неблагоприятным условиям внешней среды.
Одна и та же биохимическая реакция может осуществляться несколькими молекулярными формами одного и того же фермента (изоферментами), при этом каждая изоформа проявляет каталитическую активность в относительно узком диапазоне некоторого параметра окружающей среды, например температуры.
Наличие целого ряда изоферментов позволяет растению осуществлять реакцию в значительно более широком диапазоне температур, по сравнению с каждым отдельным изоферментом. Это дает возможность растению успешно выполнять жизненные функции в изменяющихся температурных условиях.
3. Поведенческие приспособления, или избегание действия неблагоприятного фактора. Примером могут служить эфемеры и эфемероиды (мак, звездчатка, крокусы, тюльпаны, подснежники). Они проходят весь цикл своего развития весной за 1,5-2 месяца, еще до наступления жары и засухи. Таким образом, они как бы уходят, или избегают попадания под влияние стрессора.
Подобным образом раннеспелые сорта сельскохозяйственных культур формируют урожай до наступления неблагоприятных сезонных явлений: туманов, дождей, заморозков. Поэтому селекция многих сельскохозяйственных культур направлена на создание раннеспелых сортов. Многолетние растения зимуют в виде корневищ и луковиц в почве под снегом, защищающим их от вымерзания.
Адаптация к факторам среды проявляется на разных уровнях: клеточном, тканевом, органном, организменном, популяционном, популяционно-видовом, биоценотическом и глобальном. Чем выше уровень организации (клетка организм, популяция) тем большее число механизмов одновременно участвует в адаптации растений к стрессам.
Онтогенетическая адаптация — способность организма приспосабливаться в своем индивидуальном развитии к изменяющимся внешним условиям. Различают следующие подвиды:
генотипическая адаптация — отбор наследственно детерминированной (изменение генотипа) повышенной приспособленности к измененным условиям (спонтанный мутагенез)
фенотипическая адаптация — при этом отборе изменчивость ограничена нормой реакции, определяемой стабильным генотипом.