Концепция экологии

Экология (от греч.oikos – дом, жилище и logos – учение) – наука о взаимоотношениях живых организмов между собой и со средой их обитания. Термин «экология» впервые ввел немецкий биолог Э. Геккель (1866 г.) как «познание экономики природы, одновременное исследование взаимоотношения живого с органическими и неорганическими компонентами среды…».

В узком смысле экология (биоэкология) -  одна из биологических наук, изучающая отношения биологических организмов (особей, популяций, сообществ) между собой и окружающей средой – экосистемой, биогезенозом),  опирающаяся на одну из основных идей биологии: «Все живое связано между собой». Предметом изучения биоэкологии (общей экологии) являются объекты организменного (онтогенетического), популяционно-видового, биогеоценотического (биосферного) уровней организации живой природы в их взаимодействие с окружающей средой. С биоэкологией тесно связано учение о биосфере.

Задачи биоэкологии – изучение двухсторонних связей в системах организм - среда, популяция - среда, сообщество - среда, а  также связей между особями в популяции и популяциями в сообществе.

Экологические факторы - любые элементы среды, способные оказывать влияние на живые организмы и характер их отношений. Различают три группы факторов: абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотические факторы – совокупность физических и химических условий неорганического мира. К абиотическим факторам относят климатические, почвенные, гидрологические и географические.

Биотические факторы – совокупность экологических факторов, источником которых служит влияние живых организмов на другие организмы.

Антропогенные факторы – факторы человеческой деятельности, воздействующие на экосистемы.

Все группы факторов могут быть прямыми и косвенными.

Экосистема – единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором живые и косные компоненты связанны между собой обменом веществ и энергией. Важную роль при этом играют два процесса создания органического вещества: фотосинтез и хемосинтез.

Исходная энергия, поступающая в экосистему – это энергия солнечного излучения, которая при фотосинтезе усваивается растениями – автотрофами и переходит в энергию (пищи).

Исходное неорганическое вещество – углекислый газ (диоксид углерода), вода и минеральные элементы, которые используются растениями для фотосинтеза органических соединений, служащих пищей для самих растений и для всех остальных организмов.

Хемосинтез – это процесс образования некоторыми бактериями органических веществ из углекислого газа за счет энергии, полученной при окислении неорганических соединений (аммиака, водорода, соединений серы, железа и др.)

Далее по трофическим (пищевым) цепям органическое вещество и энергия от автотрофов (продуцентов) передаются гетеротрофам (консументам, редуцентам).

Консументы – это потребители готового органического вещества и заключённой в нём химической энергии (см. схему 55).

Схема 55.

 Трофическая цепь (цепь питания, пищевая цепь) – ряд видов или их групп, каждое предыдущее звено в котором служит пищей для следующего. В пределах трофической цепи различают травоядность, паразитизм и хищничество.

К консументам первого порядка относятся растительноядые животные, а второго, третьего и тд. порядков – плотоядные. Важное место в организации экосистемы имеют редуценты, разлагающие мёртвое органическое вещество (трупы, отбросы) и превращающие их в неорганические вещества, которые в состоянии усваивать другие организмы – продуценты.

В экологии часто используют и понятие экологической пирамиды.

Экологическая пирамида – графическое изображение соотношения между продуцентами, консументами (первого, второго и т.д. порядков) и редуцентами в экосистеме, выраженного в единицах массы, числа особей или заключенной в особях энергии. В результате пищевые цепи можно представлять в виде экологических пирамид. Три основных типа пирамид представлены на схеме 56. при передаче энергии с одного трофического уровня на другой большая часть энергии рассеивается в виде тепла (в соответствии со вторым законом термодинамики),  и только около 10 % от первоначального количества передаётся по пищевой цепи.

Схема 56

Пирамиды чисел (а), биомасс (б) и энергии (в), представляющих  упрощенную экосистему: люцерна – телята – мальчик 12 лет (по Ю.Одуму, 1959). Пирамида чисел (а) показывает, что если бы мальчик питался в течение одного года только телятиной, то для этого ему потребовалось бы 4,5 теленка, а для пропитания телят необходимо засеять поле в 4 га люцерной, что составит 210растений. В пирамиде биомасс (б) число особей заменено их биомассой. В пирамиде энергии (в) учтена солнечная энергия. Люцерна использует 0,24 % солнечной энергии. Для накопления продукции телятами в течение года используется 8 % энергии, аккумулированной люцерной. На развитие и рост ребенка в течение года используется 0,7%  энергии, аккумулированной телятами. В результате чуть более одной миллионной доли солнечной энергии, падающей на поле в 4 га, используется для ребенка в течение одного года.

Разновидности экологических пирамид – пирамиды численности, биомассы и энергии.

Особое значение предаётся динамике экосистем и экологической нише, т.е. совокупности всех факторов среды, в пределах которого возможно существование вида в природе, в частности, и вида – человек разумный (homo sapiens).

В широком смысле экология (глобальная экология) – комплексная (междисциплинарная) наука, синтезирующая данные естественных и общественных наук о природе и взаимодействии природы и общества. Наука  о ценности природы для всей человеческой цивилизации.

Природа – это совокупность всех взаимодействующих объектов и явлений живой и неживой материи, образующих естественную среду существовании человека. В глобальном естественнонаучном понимании, природа – это весь материальный, энергетический и информационный мир Вселенной.

Экология является теоретическим фундаментом рационального природопользования и охраны природы. Под природопользованием, с одной стороны, понимают практическую деятельность человека, с другой стороны – науку. Основоположником науки природопользования является Ю.Н. Куражковский (1958 г.).

Природопользование (как практическая деятельность человека) – использование природных ресурсов в целях удовлетворения материальных и культурных потребностей общества.

Природопользование  (как  наука)  –  область  знаний, разрабатывающая   принципы   рационального   (разумного) природопользования.   Нетрудно   понять,   что   принципы  рационального природопользования  и охраны  природы опираются  на интеллектуальную сферу    культуры   и   прежде   всего   на   естественнонаучную    культуру личности.

Законы взаимодействия общества и природы были сформулированы Ю.Н. Куражковским (1989 г.). Порядок их расположения отражает последовательность законов в истории взаимоотношений между обществом и природой.

1. Человеческая деятельность сглаживает межзональные различия в живом покрове Земли и усиливает местные различия.

2. Человеческая деятельность подвергает все элементы биосферной природы стихийному и частичному окультуриванию.

3. Современное человечество существует в биосфере как сверхвид, изменяющий всю ее замкнутую среду таким образом, что она становится непригодной для ее существования.

4. Созданные разумом и технической вооруженностью сверхвидовые свойства человечества позволяют ему придавать среде своего обитания (как биосферной, так и иной, скажем, в космическом корабле) свойства экологической системы, обеспечивать стабильное существование жизни.

5. Человечество может сохранить возможность благоприятного существования только в условиях построенной на экологических принципах общепланетарной системы природопользования.

Б. Коммонер (1974 г.) выдвинул ряд положений, которые сегодня называют законами экологии:

1) все связано со всем;

2) все должно куда-то деваться;

3) природа «знает» лучше;

4) ничто не дается даром.

Первый закон «Все связано со всем» отражает взаимосвязанность множества природных объектов. Он предостерегает человека от необдуманного воздействия на отдельные части экосистем, что может привести к непредвиденным последствиям.

Второй закон «Все должно куда-то деваться» следует из фундаментального закона сохранения материи. Он требует по-новому рассматривать проблему вещественных и энергетических отходов материального производства. Огромные количества веществ перемещаются человеком в биосфере и зачастую накапливаются там, где в природе их не должно быть. Это и является причиной загрязнения окружающей среды.

Третий закон «Природа знает лучше» подразумевает, что сложившиеся в ходе эволюции и прошедшие жесткий естественный  отбор организмы и их сообщества, а также сформировавшиеся между ними отношения – это наиболее оптимальные системы. Любое вмешательство в них человека скорее ухудшит их состояние, чем улучшит. Этот закон призывает к тщательному изучению естественных био- и экосистем, сознательному отношению к преобразующей деятельности. Без точного знания последствий преобразования природы недопустимы никакие её «улучшения».

Четвертый закон «Ничто не даётся даром» обобщает предшествующие три закона,  поскольку биосфера как глобальная экосистема представляет собой единое целое, в ее раках ничего не может быть выиграно или потеряно, и она не может являться объектом всеобщего улучшения; все, что было получено от нее человеком, должно быть возмещено. Если в одном месте что-нибудь прибудет, то в другом месте обязательно убудет. Платежа  по этому векселю нельзя избежать; он может быть только отсрочен.

В «законах» Б. Коммонера обращается внимание на всеобщую связь процессов и явлений в природе, любая природная система может развиваться только за счёт использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей её среды. Пока мы не имеем абсолютно достоверной информации о механизмах и функциях природы, мы, подобно человеку, не знакомому с устройством часов, но желающему их починить, легко вредим природным системам, пытаясь их улучшить. Иллюстрацией здесь может служить то, что один лишь математический расчёт параметров биосферы требует безмерно большего времени, чем весь период существования нашей планеты как твердого тела.

Особое значение для математических расчётов приобретает синергетический подход к пониманию целостности природы как кооперативного взаимодействия её частей (систем и подсистем) на основе неравновесной термодинамики и нелинейной динамики с использованием суперкомпьютеров.

Естественно, при этом важную роль может сыграть и исторический подход анализа экологических кризисов и революций в истории взаимоотношений человеческого общества и природы (см. схему 57) с учётом цикличности природных и человеческих взаимоотношений.

Схема 57. Экологические кризисы и революции в истории взаимоотношений человеческого общества и природы (масштаб условный)

(Н.Ф. Реймерс, 1990)

В настоящее время помимо загрязнения биосферы различными веществами происходит ее тепловое загрязнение – давление тепловой энергии в приземный слой тропосферы за счет парникового эффекта СО2, а также в результате сжигания огромного количества горючих полезных ископаемых, а также использования ядерной энергии. Следствием этого может стать глобальное потепление климата. Этот кризис получил название термодинамического.

Еще одним экологическим кризисом является снижение надежности экологических систем, в частности, в результате снижения их видового разнообразия, разрушения озонового слоя и т.д.

Усиливающееся воздействие человека на природу в результате роста населения и научно-технического прогресса имеет не только экологические последствия. Нарастание экологической напряженности проявляется и в социальных последствиях. К негативным социальным последствиям относятся: нарастающая нехватка продовольствия в мире, рост заболеваемости населения в городах, возникновение локальных экологических конфликтов из-за создания экологически опасных в глазах населения предприятий, экологическая агрессия – вывоз токсичных технологических процессов и отходов в другие страны и т.д.