Вспомните, какие методы используют для изучения природы. Зачем человеку нужны знания о среде обитания и жизни окружающих его организмов?
Человеку издавна было присуще стремление как можно больше узнать об образе жизни интересующих его организмов. Еще в период Античности древнегреческие ученые-философы рассматривали влияние окружающей среды на жизнь отдельных растений и животных. Однако детальное и глубокое изучение этих закономерностей началось лишь в XIX - XX вв. с оформлением науки экологии.
Рис. 105. Александр Гумбольд(1769-1859)
Зарождение экологии. В начале XIX в. немецкий ученый Александр Гумбольд (рис. 105) впервые обратил внимание на связь между климатом и характером растительности. Позднее в России отечественный ученый К.Ф. Рулье (рис. 106) развил идею об единстве организма и условий его существования. Сам термин «экология» для обозначения науки о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей их средой (т.е. с условиями жизни) ввел в 1866 г. немецкий ученый Э. Геккель (рис. 107). В книге «Всеобщая морфология» он писал: «Под экологией мы понимаем... изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой как органической, так и неорганической, и прежде всего - его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми он прямо или косвенно вступает в контакт. Одним словом, экология - это изучение всех сложных взаимоотношений, которые Дарвин называет условиями, порождающими борьбу за существование».
Как самостоятельная научная дисциплина экология сформировалась в 30-х гг. XX в. Тогда были накоплены и систематизированы сведения об образе жизни организмов, резвившемся под влиянием условий окружающей среды; популяциях, сообществах и других биологических системах надвидового ранга.
Таким образом, современная экология (от греч. oikos - дом, жилище и logos - учение) - это наука о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей их неживой природой. Есть и другое определение этой дисциплины. Экология - это наука о структуре и функционировании надорганизменных биологических систем: популяций, экосистем и биосферы.
Рис. 106. Карл Францевич Рулье (1814—1858)
Задачи и разделы экологии. Главные задачи современной экологии - выяснение границ допустимого вторжения человека в природу и разработка научных основ использования природных ресурсов нашей планеты. Кроме того, экология решает задачу охраны природы, контроля ее состояния, а также прогнозирования эволюции биосферы под влиянием хозяйственной или иной деятельности человека. Будучи прикладной наукой, экология позволяет предвидеть вспышки массового размножения и проводить борьбу с отдельными видами организмов, наносящими вред культурным растениям и сельскохозяйственным животным.
Современная экология представляет собой разветвленную систему научных знаний. Приспособленность организмов к условиям существования рассматривает аутэкология (от греч. autos — сам). Взаимное влияние организмов и их сообществ друг на друга и на окружающую среду исследует синэкология (от греч. syn - вместе). Иногда экологию подразделяют на общую экологию, изучающую общие закономерности взаимоотношений организмов с окружающей средой, и частные разделы. Среди последних выделяют экологию систематических групп организмов (экологию растений, экологию животных, экологию микроорганизмов). Существуют также частные разделы экологии, изучающие отдельные типы природных сообществ планеты, например, экология влажного тропического леса, экология пустыни, экология болота, экология озера.
Рис. 107. Эрнст Геккель (1834-1919)
Есть в экологии и много прикладных научных дисциплин. Так, созданием научных основ рационального природопользования, прогнозированием изменений окружающей среды занимается экология ландшафтов. Поиск безотходных технологий и экологически чистых производств ведет промышленная экология. Влияние природной среды на человека и общества - на природу изучает социальная экология. В рамках последней рассматриваются социальные, экономические, политические, географические, философские и другие вопросы взаимоотношения человека и природы, что привело к обособлению в этой науке самостоятельных научных дисциплин (экология города, агроэкология, экологическая этика).
Особую отрасль составляет математическая экология, рассматривающая закономерности численного распределения организмов на различных природных территориях и акваториях нашей планеты.
Методы экологии. Для решения задач экологии ученые используют различные методы: полевые наблюдения, эксперименты и моделирование.
Полевые наблюдения применяют для характеристики природных сообществ, изучения видового состава составляющих их организмов. Проводят полевые наблюдения в природных условиях и подразумевают минимальное вмешательство наблюдателя в ход процессов. Например, ученые с помощью кольцевания следят за миграциями птиц (рис. 108). Материалы наблюдений обычно фиксируются в дневниковых записях, рисунках, фотографиях, видео- и киносъемках. Однако метод наблюдения имеет ограничение: он позволяет обнаружить лишь внешние проявления каких-то фактов, а внутренние процессы, происходящие в природе, остаются для наблюдателя часто недоступными. Поэтому в последнее время стали применять комплексные наблюдения за состоянием природы, получившие название системы мониторинга окружающей среды (от лат. monitor - тот, кто напоминает, предупреждает). При таких наблюдениях оценивается состояние всех природных компонентов.
Рис. 108. Полевые наблюдения за миграциями животных — кольцевание птиц
Рис. 109. Зимняя подкормка копытных млекопитающих в лесу
Эксперименты позволяют следить за жизнью как отдельных видов организмов, так и целых природных сообществ, в которых исследователями сознательно произведены некоторые изменения. Различают естественные и искусственные эксперименты. Естественный, или природный, эксперимент проводят в том случае, когда хотят выяснить, как повлияют внесенные изменения на жизнь организмов. Например, ученые-экологи выясняют, как изменится численность копытных млекопитающих в природном сообществе, если провести отстрел хищников и регулярно подкармливать животных в зимнее время (рис. 109). Искусственные, или лабораторные, эксперименты проводят над отдельными видами. Например, для выяснения устойчивости растения к колебаниям температуры и влажности, такие условия создают в камерах искусственного климата - климатронах (рис. 110).
Рис. 110. Камеры искусственного климата — климатроны
Моделирование (от лат. modulus - образец) как метод экологических исследований дает возможность создавать модели, т.е. заместители реальных биологических объектов и процессов, исследуя которые ученые-экологи получают сведения о функционировании природных экосистем. Так, моделью экосистемы пресного водоема, может служить комнатный аквариум (рис. 111). В нем присутствуют все необходимые для экосистемы компоненты: вода, воздух, грунт, свет, растения, животные и микроорганизмы. Изучая обитателей аквариума, можно получить представление о жизни пресного водоема.
Рис. 111. Комнатный аквариум — модель экосистемы пресного водоема
Связь экологии с другими науками. Современная экология - не только биологическая наука. Она также включает различные аспекты взаимоотношений общества и природы. Экологические знания стали неотъемлемой частью мировоззрения личности, важной составляющей культуры современного человека.
Используя методы других наук, экология из научной дисциплины о среде обитания организмов постепенно превратилась в так называемую биологию окружающей среды, охватывающую все стороны существования и развития биосферы.
Современное состояние живой оболочки нашей планеты свидетельствует о том, что всем людям жизненно необходимо о ней заботиться. Для этого нужны не просто широкие экологические знания, а требуется выработать новое отношение человека к окружающей среде, сформировать экологическое мировоззрение. Оно должно основываться, прежде всего, на отказе человека от устремленности к овладению природой и поиске путей, открывающих возможность стабильного сосуществования природы и общества.
Экология: аутэкология, синэкология, общая экология, экология ландшафтов, промышленная экология, социальная экология, математическая экология; методы экологии: полевые наблюдения, эксперименты, мониторинг окружающей среды, моделирование; биология окружающей среды, экологическое мировоззрение.
1. С именами каких ученых связано зарождение экологии? 2. Что изучает экология? Какие задачи стоят перед ней? 3. Перечислите основные разделы современной экологии. Что они изучают? 4. Охарактеризуйте методы экологических исследований. 5. Какое место занимает экология в системе наук? 6. Каково значение экологических знаний в современном мире?