Экология и здоровье

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Первые экологические исследования стоит отнести к работам Гиппократа и Аристотеля. Термин «экология» предложил в 1866 г. Геккель. «Экология» происходит от греческих корней «ойкос» – «обиталище» и «логос» – «наука». В современном определении: «Экология - раздел биологии, занимающийся изучением всего комплекса взаимоотношений отдельных организмов или их сообществ с окружающим миром, т.е. средой обитания, рассматривает всю совокупность двусторонних связей организм-среда, популяция-среда или сообщество-среда». Взаимоотношения эти могут быть самыми различными, однако специфика «экологического» подхода заключается в том, что изучаются главным образом те их стороны, которые обеспечивают саму возможность существования – выживание, развитие и размножение.

Сам термин «экология» так же как и системы понятий, связанных с ним стали широко использоваться во второй половине XX и начале XXI вв. Связано это с назревшим экологическим кризисом, что делает актуальным все, связанное с экологией и взаимоотношениями человека и природы.

Природопользование и охрана природы  не являются разделами экологии. Хотя эти дисциплины, иногда ошибочно, относят к экологии. Другое дело, что в последнее время стало ясно, что нельзя организовывать природопользование и охрану природу, не применяя экологических методов и не используя экологическое знание. Только знание о взаимосвязи природных объектов, об устойчивости природных систем может определить возможные механизмы взаимодействия с ними. Этим и объясняется справедливый всеобщий интерес к экологии как науке о взаимосвязях живых организмов и окружающей их среды.

1. ПРЕДМЕТ ЭКОЛОГИИ: ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ И ПОДХОДЫ К ЕЕ ИЗУЧЕНИЮ

Предметом изучения экологии являются объекты организменного (уровня особей), популяционно-видового, биоценотического и биосферного уровней организации. В связи с этим различают:

• аутэкологию – изучает взаимоотношения отдельной особи (представителей вида) с окружающей ее (их) средой, определяет пределы устойчивости и предпочтения вида по отношению к различным экологическим факторам;
• демэкологию – изучает взаимоотношения популяций с окружающей их средой, изучает демографию и ряд других характеристик популяций в свете их отношений с окружающей средой;
• синэкологию – исследует биотические сообщества и их взаимоотношения со средой: формирование сообществ, их энергетику, структуру, развитие и т.д.

Кроме того, применение основных экологических  принципов и воззрений к конкретным группам организмов послужило основой для выделения более узких направлений экологических исследований: экология растений, экология микроорганизмов, экология животных, экология вирусов, экология грибов.

Главные задачи экологии вытекают из рассмотрения объектов исследования экологии и включают:

• анализ физических, химических и биологических параметров функционирования природных систем;
• установление закономерностей организации жизни в связи с увеличивающимся антропогенным воздействием на природную среду;
• исследование вопросов природопользования и ресурсосбережения;
• разработку мероприятий по всесторонней защите окружающей природной среды.

Экология изучает фундаментальные свойства жизни, однако часто весьма плодотворным оказывается ограничение исследований какой-то одной систематической группой, поскольку различные группы организмов требуют разных методов изучения, и поскольку некоторые группы организмов в экономическом или другом отношении намного важнее или интереснее для человека, чем другие. Один из главных принципов изучения экологии – системный подход, ибо организмы (или сообщества организмов) образуют со средой обитания единство, в пределах которого осуществляется преобразование (трансформация) вещества и энергии. Одно из ключевых понятий системного подхода – уровень организации, под которым понимают функциональное место биологической структуры определенной сложности в общей системе живой природы. Исходя из концепции уровней организации, которые составляют своего рода «биологический спектр», лучше всего можно определить содержание современной экологии. Под системой понимается совокупность элементов, находящихся в тесных отношениях друг с другом и формирующих целостное образование. Системы, содержащие живые компоненты (биологические системы, или биосистемы), можно выделять на любом из уровней или на любом промежуточном уровне, удобном или полезном для исследования. Например, можно рассматривать не только системы генов, органов и т.д., но также системы паразит-хозяин, что соответствует промежуточному уровню между популяцией и сообществом. Отдельные элементы, составляющие систему, не определяют самой ее структуры, хотя и образуют её. Структура же определяется способом взаимодействия элементов. Сообщество, популяция, организм, орган, клетка и ген – главные уровни организации жизни, они расположены в иерархическом порядке (ступенями) от крупных систем к малым. Взаимодействие с физической средой (энергией и веществом) на каждом уровне обусловливает существование определенных функциональных систем. Экология изучает преимущественно системы выше уровня организмов. В системе или «биологическом спектре» нет четких границ или разрывов даже между уровнями организма и популяции. Поскольку мы привыкли, имея дело с людьми и высшими животными, представлять особь как конечную единицу, идея непрерывного спектра уровней может на первый взгляд показаться странной. Однако если принять во внимание такие факторы, как взаимозависимость, взаимосвязь и выживание, то и в самом деле здесь нигде не должно быть резких разрывов. Отдельный организм, например, не более способен к длительному существованию вне своей популяции, чем отдельный орган (в качестве самоподдерживающейся системы) вне своего организма. Подобно этому, сообщество не может существовать без круговорота веществ и потока энергии в экосистеме. В основе принципа функциональной интеграции лежит то, что ни один из уровней нельзя считать более или менее важным или более или менее заслуживающим изучения, чем какой-либо другой уровень. Если признаки, становятся более сложными и более изменчивыми, то другие свойства при переходе от малых систем к большим становятся менее сложными и менее изменчивыми. Поскольку гомеостатические механизмы действуют на протяжении всего ряда, функционирование более мелких единиц внутри более крупных характеризуется определенной степенью интеграции. Принцип функциональной интеграции, согласно которому при усложнении структуры возникают дополнительные свойства, позволяет применить данные, полученные при изучении какого-либо уровня, для изучения другого уровня. Однако с помощью этих данных никогда нельзя полностью объяснить явления, происходящие на этом другом уровне, каждый уровень имеет особенности, которые лишь частично можно объяснить, исходя из особенностей нижележащего уровня. Иными словами, не все свойства более высокого уровня можно предсказать, зная только характеристики, относящиеся к более низкому уровню. Это важное обобщение называется «теорией уровней интеграции». Исходя из вышесказанного отметим, что фундамент системного подхода и функциональной интеграции строится на следующих положениях:

• несводимость свойств отдельных составляющих к свойствам целой системы (свойство целостности);
• принципиальная возможность описывать систему, исходя из знания характера взаимоотношений ее элементов;
• каждый отдельный элемент можно охарактеризовать двояко: с одной стороны, его можно представить как отдельную систему, а с другой – как составляющий элемент другой целостности (системы), но более высокого уровня организации, т.е. как подсистему (свойство иерархичности соподчинения элементов);
• не существует абсолютно изолированных систем, каждая вступает в определенные взаимоотношения с окружающей средой (свойство открытости), часто, однако, в целях построения моделей, многие системы рассматривают как изолированные.

2. ПОНЯТИЙНЫЙ АППАРАТ ЭКОЛОГИИ

В экологии, как и в любой другой науке, при описании изучаемых процессов и явлений используются специальные понятия и термины. Обычно, когда необходимо указать на окружающую те или иные организмы среду, используют понятие «среда обитания». Таким образом, среда обитания – это часть окружающей организм (или организмы) природы, которая оказывает на него (них) определенное воздействие. Поскольку организмы населяют самые разнообразные стихии, различают водную, наземно-воздушную, почвенную и организменную (для паразитов) среды обитания. Как было сказано выше, среда обитания не просто «окружает» организмы, но оказывает на них определенное воздействие. Элементы среды, которые воздействуют на организмы, называются экологическими факторами. Среди последних обычно выделяют четыре группы:

1. Биотические факторы – это разнообразные типы взаимоотношений живых организмов между собой; при этом такие взаимоотношения могут быть как внутривидовыми, так и межвидовыми.
2. Абиотические факторы – своим действием во многом определяют весь комплекс взаимоотношений организмов и окружающего их неорганического мира. Абиотические факторы могут быть: климатическими, орографическими (факторы рельефа) и геологическими.
3. Почвенные (эдафические) факторы – занимают отдельное место, что объясняется особым представлением о почве, как о «биокосном теле» (по В.И. Вернадскому).
4. Антропогенные факторы – это комплекс взаимоотношений человека и окружающего его мира. При этом учитывается не только непосредственное воздействие самого человека (как организма) на окружающую природу, но также и опосредованное – в результате его хозяйственной деятельности.

Как правило, в природе экологические факторы действуют совместно, т.е. комплексно. Комплекс факторов, под действием которых происходит нормальное развитие, размножение, а также осуществляются все основные жизненные процессы организмов, называются условиями жизни. Это понятие не следует путать с условиями существования. В последнем случае подразумеваются условия, при которых осуществляются все основные жизненные процессы, но размножения не происходит.

Особь – элементарная единица живого. Вид – таксономическая систематическая единица, группа особей с общими морфофизиологическими, биохимическими и поведенческими признаками (морфолого-функциональный критерий), способная к взаимному скрещиванию, дающая в ряду поколений плодовитое потомство (генетический критерий), закономерно распространенная в пределах определенного ареала (географический критерий) и сходно изменяющаяся под влиянием факторов среды (эволюционный критерий). Особи одного вида организмов, обитающих на определенной территории, называются популяцией. Термин популяция первоначально применявшийся для обозначения групп людей, в экологии приобрел более широкое значение и относится к группе особей любого вида организмов. Популяция – это минимальная самовоспроизводящаяся группа особей одного вида, населяющая определенное пространство, объединенная общностью генофонда и образующая самостоятельную генетическую систему, а также формирующая собственную экологическую нишу. Экологическая ниша – это совокупность характеристик, показывающая положение популяций в экосистеме. Она не может быть занятой или незанятой, она возникает вместе с популяцией и исчезает с ней. Экологическая ниша – это не пространственная, а функциональная категория. Популяции образуют сообщество – совокупность взаимосвязанных организмов разных видов. Пространство (или территория), на котором популяция или вид в целом встречается в течение всей своей жизнедеятельности, называется ареалом или областью распространения. В принципе, понятие ареал применимо не только к отдельным видам, но также и к другим систематическим категориям (родам, семействам и т.д.). Изучением характера распределения организмов в пределах ареала занимается топография, а пространственное положение особей называется топографическим положением. Основное требование, предъявляемое при выделении ареала – это обозначение его границ географическими точками. Ареал может быть сплошным, когда в его пределах особи занимают все необходимые для них места обитания. Разорванный или дизъюнктивный ареал образуется в том случае, когда между его частями возникают различные преграды (водные, климатические, эдафические ( почвенные условия, которые влияют на жизнь и распространение живых организмов), орографические (факторы, обусловленные особенностями рельефа ) и др.), пространства, не заселенные представителями данного вида. Ареал может иметь геометрический центр, центр возникновения вида в пределах ареала, центр обилия (часть ареала, на которой сосредоточено наибольшее количество особей). В зависимости от величины ареала и характера распространения различают виды:

• космополиты – представители этих видов встречаются на всех материках;
• убиквисты – виды, имеющие крайне широкий ареал распространения, способные существовать в несходных местообитаниях.
• эндемики – виды, для которых характерны очень небольшие ограниченные ареалы.
• викарные – виды, обитающие на одной географической территории, но в разных экологических условиях, т. е. на топографически различных участках.
• реликтовые – виды, некогда имевшие более широкое распространение, а теперь встречающиеся на ограниченной территории.

Вся совокупность тел живых существ  является живым веществом. Если живое вещество выразить в единицах массы, то в этом случае говорят о биомассе. Биомасса – это совокупная масса всех живых организмов, обитающих на исследуемой площади или в исследуемом объеме. Живое вещество на нашей планете не образует сплошного равномерного слоя (равномерно утолщенной «пленки жизни»), а определенным образом группируется. Группировки формируются в самых разнообразных условиях, и их особенность как раз и будет определяться характером действующих в данном регионе экологических факторов. Такие группировки живых организмов, называют биоценозами. Биоценоз, как правило, многокомпонентная система, объединяющая ряд составляющих элементов – растений, грибов, микроорганизмов и животных. Растительный компонент биоценоза обычно именуют фитоценозом, животный – зооценозом, микробиальный микробоценозом, а грибной – микоценозом. Исторически сложившуюся совокупность видов или других систематических групп (родов, семейств и т. д.) организмов, обитающих на данной территории, называют в случае растений и микроорганизмов – флорой, в случае животных – фауной, а в случае грибов – микобиотой. При проведении экологических исследований составляется список видов, обычно разделяемый на флористические или фаунистические элементы, выделяемые на основе сходства происхождения и расселения организмов. Биологическая группа – это совокупность организмов, сходных по определенным биологическим признакам (образу жизни, морфологическому строению, и др.). При этом не обращается внимания на степень филогенетического родства. В случае использования понятий «растительный покров» и «животное население», растительный и животный мир данного района рассматривается не как набор систематических групп (как в случае «флоры» и «фауны»), а как совокупность определенным образом исторически сложившихся и экологически обусловленных сообществ, т.е. фито- и зооценозов. Поскольку индикатором любого биоценоза (наземного) выступает растительный покров, то на его основе разработана система классификации биоценозов. Наименьшей единицей в этой классификации является биоценотическая ассоциация, т.е. группа биоценозов, объединяемых на основе сходства видового состава и доминирующих видов растений. Следующей категорией является биоценотическая формация, которая выделяется на основе сходства эдификатора, т.е. вида, общего для всех ассоциаций, преобладающего и в наибольшей степени, определяющего характер сообществ. Формации объединяются в группы биоценотических формаций, последние, в свою очередь – в классы биоценотических формаций. Классы биоценотических формаций образуют общий зональный тип биоценозов или биом. Различают ряд биомов: тундры, северные хвойные леса (тайга), листопадные широколиственные леса умеренной зоны, степи умеренной зоны, тропические степи и саванны, жестколистные леса средиземноморского типа, пустыни, сезонные тропические леса, дождевые тропические леса, тропическое колючее редколесье. При этом, помимо названных основных биомов, различают переходные типы – экотоны (например, лесотундра, смешанные леса умеренной зоны, лесостепь, полупустыни и др.). Выделение основных биомов основано на принципе зональности, т.е. изменения характера биоценозов в связи с климатом, меняющимся из-за изменения угла падения солнечных лучей на поверхность планеты, а также в силу меридиональных климатических особенностей территории, обусловленных удалением от океана, количеством осадков и др.