Термін екологія вперше був введений німецьким вченим Гекклем. За сучасними уявленнями, екологія — це взаємини живих організмів між собою та неорганічними організмами, що їх оточують, наука про зв'язки в біологогічних системах, яким підпорядковане існування організмів, про структуру і функціонування цих систем. Вона досліджує закономірності життєдіяльності організмів в будь-яких їх проявах на всіх рівнях інтеграції. Предметом дослідження екології є біологічні макросистеми (популяції, біоценози, біогеоценози) та їх динаміка в часі і в просторі. Основними завданнями біологічної екології є вивчення динаміки популяцій; дослідження біогеоценозів та розкриття законів процесів формування біогеоценозів з тим, щоби навчитись керувати ними в умовах неминучої індустріалізації та урбанізації.

Екологія повинна вирішувати наступні завдання:

-вивчати закони та закономірності взаємодії організмів з середовищем існування.

-вивчати формування і структиуру надорганізменних біосистем (популяції тощо)

-вивчати закони та закономірності взаємодії надорганізменних біосистем з навколишнім середовищем.

Залежно від об'єкту дослідження виділяють екологію рослин, тварин, грибів, мікроорганізмів, екології людини. Кожний із цих біоекологічних напрямів залежно від рівня дослідження має свої галузі.

Аутекологія (факторіальна) - екологія особин.

Демекологія - екологія популяцій.

Ейдекологія - екологія видів.

Синекологія - екологія угруповань.

Біогеоцинологія - екологія екосистем.

Глобальна екологія - екологія біосфери.

Мета екології:

— дослідження особливостей організації життя, в тому числі в зв'язку з антропогенним, що є результатом людської діяльності, впливом на природні системи;

— створення наукової основи раціональної експлуатації біологічних ресурсів;

— прогнозування змін природи під впливом діяльності людини;

— збереження середовища існування людини.

Методи досліджень в екології підрозділяються на польові, історичні, експериментальні, метод порівняння, метод моделювання та методи інших наук (біохімії, мікробіології, хімії, математики, фізики тощо).

-Польові методи представляють собою спостереження за функціонуванням організмів у їх природному середовищі існування.

-Експериментальні методи включають в себе варіювання різних факторів, що впливають на організми, по виробленій програмі в стаціонарних лабораторних умовах.

-Методи моделювання дозволяють прогнозувати розвиток різних процесів взаємодії живих систем між собою і з навколишнім їх середовищем.

-Метод порівняння дає змогу виявити загальні закономірності в будові і життєдіяльності різних організмів.

-Історичний метод допоматає на основі даних про сучасний органічний світ та його минуле, пізнати процеси розвитку живої природи.

Біосфера та її границі

Біосфера - найвищий рівень організації життя на нашій планеті.

Головна функція біосфери полягає в забезпеченні кругообігу хімічних елементів, що виражається в циркуляції речовин між атмосферою, ґрунтом, гідросферою і живими організмами.

Автором вчення про біосферу є Б.Вернадський, він виділяв:

-Атмосфера.

Газова оболонка складається в основному з азоту і кисню. У невеликих кількостях у ній міститься диоксид вуглецю (0,03%) і озон. Стан атмосфери дуже впливає на фізичні, хімічні і біологічні процеси на поверхні Землі й у водяному середовищі. Для біологічних процесів найбільше значення мають: кисень, використовуваний для подиху і мінералізації мертвої органічної речовини, диоксид вуглецю, що бере участь у фотосинтезі, і озон, що екранує земну поверхню від твердого ультрафіолетового випромінювання. Азот, диоксид вуглецю, пара води утворилися значною мірою завдяки вулканічній діяльності, а кисень - у результаті фотосинтезу.

-Гідросфера.

Вода - найважливіший компонент біосфери й один з необхідних факторів існування живих організмів. Основна її частина (95%) знаходиться у Світовому океані, що займає близько 70% поверхні земної кулі і містить 1300 млн. км3. Поверхневі води (озера, ріки) включають всього 0,182 млн. км3, а кількість води в живих організмах складає всього 0,001 млн. км3. Значні запаси води (24 млн. км3) містять льодовики. Велике значення мають гази, розчинені у воді: кисень і диоксид вуглецю. Їхня кількість широка, варіює від температури і присутності живих організмів. Диоксиду вуглецю, що міститься у воді, у 60 разів більше, ніж в атмосфері. Гідросфера формувалася в зв'язку з розвитком літосфери, що протягом геологічної історії Землі виділяв велику кількість водяної пари.

-Літосфера.

Основна маса організмів, що живуть у межах літосфери, знаходиться в ґрунтовому шарі, глибина якого не перевищує декількох метрів. Ґрунт включає мінеральні речовини, що утворяться при руйнуванні гірських порід, і органічні речовини - продукти життєдіяльності організмів.

Хоча границі біосфери досить вузькі, живі організми в їхніх межах розподілені дуже нерівномірно. На великій висоті й у глибинах гідросфери і літосфери організми зустрічаються відносно рідко. Життя зосереджене головним чином на поверхні Землі, у ґрунті й у приповерхньому шарі океану. Загальну масу живих організмів оцінюють у 2,43х1012т. Біомаса організмів, що живуть на суші, на 99,2% представлена зеленими рослинами і 0,8% - тваринами і мікроорганізмами. Навпроти, в океані на частку рослин приходитися 6,3%, а на частку тварин і мікроорганізмів - 93,7% усієї біомаси. Життя зосереджене головним чином на суші. Сумарна біомаса океану складає всього 0,03х10 12 т, чи 0,13% біомаси всіх істот, що живуть на Землі.

Вернадський запропонував все, що входить до складу біосфери, об'єднати у групи залежна від характеру походження:

1) жива речовина – сукупність усіх існуючих на Землі рослин, тварин, мікроорганізмів, грибів;

2) біогенна речовина – продукт життєдіяльності організмів (торф, крейда, горючі сланці);

3) нежива речовина – в утворенні якої організми не брали участі (гірські породи абіогенного походження, вода);

4) біокосна речовина – продукт взаємодії живої речовини і неживої матерії (ґрунт);

5) радіоактивна речовина — сукупність ізотопних елементів, що перебувають у стані радіоактивного розпаду;

6) космічна речовина — речовини, що потрапили до біосфери з космосу (метеорити)

7) речовина атомів — сукупність всіх елементів, що перебувають в атомарному стані

Основні біосферні функції живої речовини:

1. Енергетична функція живої речовини полягає в трансформації понад 99% енергії, що надходить на поверхню Землі, від Сонця. Переважно ця енергія йде на хімічні й фізичні процеси в гідросфері, літосфері й атмосфері. На Землі існує лише один процес, коли енергія Сонця зв'язується й запасається (іноді на досить тривалий час) у вигляді енергії органічних сполук. Це фотосинтез. Спалюючи кам'яне вугілля, ми використовуємо сонячну енергію, яку запасли рослини сотні мільйонів років тому. Для сучасної біосфери характерні поклади вугілля та інших органічних речовин, які утворились у палеозої, мезозої й кайнозої.

2. Редуцентна функція полягає в тому, що за рахунок життєдіяльності величезної кількості гетеротрофів, в основному грибів, тварин і мікроорганізмів, відбувається робота з розкладання органічних решток. Органічні сполуки розкладаються до вуглекислого газу, аміаку, води, а в анаеробних умовах — ще й до водню та вуглеводів. Продукти мінералізації знову використовуються автотрофами. Так здійснюється кругообіг речовин у природі. Крім того, в грунті частина речовин ароматичної природи, які вивільняються, під впливом життєдіяльності мікроорганізмів, знову сконденсується з утворенням складного комплексу сполук — ґрунтового гумусу. Цей процес стимулюється діяльністю багатьох ґрунтових груп гетеротрофів. Гумус є основою родючості грунту.

3. Газова функція живої речовини пов'язана з тим, що багато газів планети мають органічне походження, тобто є продуктами життєдіяльності живих істот. Так, кисень в атмосфері, на долю якого припадає 21%, виділяється внаслідок фотосинтезу зеленими рослинами. Накопичення кисню в атмосфері почалося ще з докембрію. До настання палеозою вміст його, за деякими даними, не перевищує 10% сучасного. Весь наявний вільний кисень в атмосфері оцінюється в 1,6•1016 г, зелені рослини можуть відтворити його за 10 000 років (Н.М.Чернова, О.М.Билова, 1986). У верхніх шарах тропосфери під дією ультрафіолетового випромінювання з кисню утворюється озон. Існування озонового екрану також є наслідком діяльності живої речовини, яка, за висловом В.І.Вернадського, «мовби сама створює собі сферу життя».

Вуглекислий газ є також продуктом дихання всіх живих істот планети. Сучасна атмосфера містить 0,3% СО2. Вміст СО2 в атмосфері раннього періоду розвитку життя був значно вищим. Протягом фанерозою він змінювався в досить широкому діапазоні. В девоні на початку карбону, а також у пермі він перевищував сучасний рівень у 6-10 разів, а починаючи з середини крейди неухильно знижується.

Азот може надходити в атмосферу за рахунок процесу денітрифікації (відновлення окислів азоту до вільного азоту). Цей процес відбувається під дією мікроорганізмів у ґрунтах за анаеробних умов.

До газів органічного походження належить також сірководень, метан і безліч інших летких сполук, створених живою речовиною. Протягом одного дня 1 га ялінцевого лісу може виділити в атмосферу до 30 кг летких речовин — фітонцидів.

4. Окислювально-відновна функція полягає в тому, що за рахунок життєдіяльності мікроорганізмів у біосфері здійснюються такі хімічні процеси, як окислення й відновлення елементів із змінною валентністю (азот, сірка, залізо, марганець та ін.). До таких мікроорганізмів належать денітрифікуючі і сульфатредукуючі бактерії, які відновлюють з окислених форм азот до елементарного стану та сірку з сірководню. Мікроорганізми-окислювачі можуть бути як автотрофами, так і гетеротрофами. Це бактерії, які окислюють сірководень і сірку, нітри — і нітрофікуючі мікроорганізми, залізні й марганцеві бактерії, що концентрують ці метали в своїх клітинах.

Геологічні наслідки діяльності цих організмів виявляються в утворенні осадових родовищ сірки, утворенні в анаеробних умовах покладів сульфідів, металів, а в аеробних умовах — у виникненні залізних і залізомарганцевих руд.

5. Концентраційна функція полягає в тому, що численні організми наділені здатністю накопичувати, концентрувати в собі певні елементи, незважаючи на подекуди надто мізерний вміст їх у навколишньому середовищі. Організми можуть концентрувати в собі кальцій, кремній, натрій, амоній, йод тощо. Відмираючи, вони утворюють сполучення цих речовин. Виникають поклади таких сполук, як вапняки, боксити, фосфорити, осадова залізна руда та ін. Багато з них людина використовує як корисні копалини.

Аутекологією іноді називають факторіальною екологією. Вона досліджує взаємовідношення особин, популяцій, біоценозу з їх навколишнім середовищем. Факторіальна екологія досить тісно пов'язана із фізіологією та морфологією організму.

Класичним об'єктом факторіальної екології є система особина-середовище, яка називається моноцелом. Слово «середовище» часто використовується у багатьох біологічних і небіологічних дисциплінах в різноманітних значеннях. В екології під середовищем розуміють сукупність взаємодіючих перемінних, яка підтримує або припиняє життєдіяльність. Середовище – це все, що оточує організм і прямо або опосередковано впливає на його стан, розвиток, ріст, виживання, розмноження та ін. Середовище кожного організму складається із багатьох елементів неорганічної та органічної природи і елементів, що вносяться людиною її виробничою діяльністю. У найбільш загальному розумінні це поняття визначає суму всього того, що знаходиться в оточенні будь-якого живого чи неживого об'єкту.

Екологічний фактор - будь-який фактор навк середовища який прямо або опосередньо впливае на живий організм та викликае в ньому специфічну реакцію пристосування адаптацію (еволюційно вироблені та спадково закріплені особливості живих організмів що забезпечують нормальну життедіяльність в умовах динамічних екологічних факторів певного біохімічного виду)

Виділяють різні типи адаптації:

•Біохімічні - (спадково закріплені зміни обміну речовин в організмі(метаболізм)

•Фізіологічні - (спадково закріплені зміни характеру та швидк фізіологічних процесів,зокрема зміна набору травних ферментів залежно від складу їжі,зміна кисневої емності крові)

•Морфологічні - (спадково закріплені зміни морфологічних ознак-пристосування до швидкого плавання чи пірнання,до посушливих умов у рослин)

•Поведінкові (етологічні) - закрплені зміни форм поводження)метоюпристосування до умов середовища(будівництво домівок,шлюбні игри,сезонні ночівлі)

Закон толерантності

Незважаючи на різн типів та способів адапт орг до факторів навк середовища,будь-який організм мае певні можливості адапт.(межі).Графіка не описуеться.З тол.,який сформульований 1913 Шелдором.

Діапазон дій екологічних факторів

Лімітуючим - фактором організму може бути як мінімум так и амксимум діапазон між ними визначае величину толерантності.Чим більша відстань між мін і макс тим витриваліше е даний вид організмів стосовно екол.факторів.при виході інтенсивності дії факторів за межі зони норм,пристосувальні дії організму можуть бути перевищені,що може привести до загибелі організму.

Закон фактора, що лімітує

є частиною з.т.,вперше був сформульований у 1840р Лібіхом.Суть його полягае в тому,щонавіть 1 окремий за межами свого оптимізму призводить до стресового стану орг.та мотор)зокрема стрес та загибель рослин спричиняються як надмірним поливанням так і надлишкому удобрив,так їх нестачею.Класично е формування З,що Л.-ріст орг..визначаеться речовиною що перебувае в тілі,закон заст. У всіх живих орг.

Екологія популяцій

Кожний вид організмів затверджує себе в навк середовища не як проста сума особин а у формі угрупувань що представляють собою едине ціле

Популяція - населення одного виду на певній території із загальним генофондом,однаковою морфологіею та однаковим життєвим циклом.Популяції,живуть нана загальній території в однак екологічних умовах,їх особин здатні вільностресуватись та підтримувати свою чисельність відносно ізольування від їх популяції.Популяції служать елементарним структурами,що постійно еволіціюнують та е першою надорганізменною біологічною макросистемою.

Відмінність географічна популяція та екологічна

Типи популяцій:

За особливостями самовідтворення розрізняють постійні тимчасові популяції

• Постійні - можуть бути незалежними тобто не мають потреби в припливі особин ззовні але підтер популяцію та напів залежними,коли приплив істотно перевищує їхню чисельність ала вони можуть зберігатися і без цього

• Тимчасові популяції називають залежними.Тривалість Їхнього існування залежить від іммігрірованих особин

За розмірами

• Карликові

• Звичайні локальні

• Суперпопуляції

Стабільні популяції поп.у яких народжуваність та смертність збалансованість чисельність утримуеться на 1 рівні,ареал існування не змінюеться

Спадаючі поп.-смертність перевищує народжуваність