Предмет и задачи экологии. Основные законы и принципы экологии

Контрольная работа

1. Предмет и задачи экологии. Основные законы и принципы экологии. Разделение экологии на ряд научных отраслей и дисциплин (по  размерам объектов, по отношению к предметам изучения, по средам и компонентам).

Предмет экологии — совокупность связей между организмом и средой. Экология — наука изучающая взаимодействия организмов с окружающей средой и друг с другом. Сюда относятся и все условия существования, как неорганические условия — климат, неорганическая пища, состав воды, почвы и т.д., так и органические — общие отношения организмов ко всем остальным организмам.

Общие задачи экологии: 1) Исследование закономерностей организации жизни в связи с антропогенными воздействиями на природную систему и биосферу. 2) Создание научной основы рациональной эксплуатации биологических ресурсов. 3) Прогнозирование изменений природы под влиянием деятельности человека. 4) Управление процессами, протекающими в биосфере. 5) Сохранение среды обитания человека. 6) Регуляция численности популяции. 7) Разработка систем мероприятий по экологической индикации загрязнения природной среды. 8) Восстановление нарушенных природных систем. 9) Сохранение заповедных участков биосферы. 10) Создание устойчивого развития общества.

Основные законы экологии:

Закон незаменимости биосферы: биосфера - это единственная система, обеспечивающая устойчивость среды обитания при любых возникающих возмущениях. Нет никаких оснований надеяться на построение искусственных сообществ, обеспечивающих стабилизацию окружающей среды в той же степени, что и естественные сообщества.

Закон биогенной миграции атомов (В.И.Вернадского): миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется при непосредственном участии живого вещества - биогенная миграция.

Закон физико-химического единства живого вещества: общебиосферный закон - живое вещество физико-химически едино; при всей разнокачественности живых организмов они настолько физико-химически сходны, что вредное для одних не безразлично для других (например, загрязнители).

Принцип Реди: живое происходит только от живого, между живым и неживым веществом существует непроходимая граница, хотя и имеется постоянное взаимодействие.

Закон единства «организм – среда»: жизнь развивается в результате постоянного обмена веществом и информацией на базе потока энергии в совокупном единстве среды и населяющих ее организмов.

Закон однонаправленности потока энергии: энергия, получаемая сообществом и усваиваемая продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой передается консументам, а затем редуцентам с падением потока на каждом трофическом уровне; поскольку в обратный поток (от редуцентов к продуцентам) поступает ничтожное количество изначально вовлеченной энергии (максимум 0,35%) говорить о «круговороте энергии» нельзя; существует лишь круговорот веществ, поддерживаемый потоком энергии.

Закон необратимости эволюции Л. Долло: организм (популяция, вид) не может вернуться к прежнему состоянию, уже осуществленному в ряду его предков, даже вернувшись в среду их обитания.

Закон толерантности (В. Шелфорда): лимитирующим фактором процветания организма (вида) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору.

Закон оптимума: любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы.

Закон ограничивающего фактора (закон минимума Ю. Либиха): наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных для организма значений; от него зависит в данный момент выживание особей; веществом, присутствующим в минимуме управляется рост.

Закон (принцип) исключения Гаузе: два вида не могут существовать в одной и той же местности, если их экологические потребности идентичны, т.е. если они занимают одну и ту же экологическую нишу.

«Законы» экологии Б. Коммонера: 1) все связано со всем; 2) все должно куда-то деваться; 3) природа «знает» лучше; 4) ничто не дается даром.

Из закона всеобщей связи («все связано со всем») вытекает несколько следствий:

Закон больших чисел – совокупное действие большого числа случайных факторов приводит к результату, почти не зависящему от случая, то есть имеющему системный характер. Так, мириады бактерий в почве, воде, в телах живых организмов создает особую, относительно стабильную микробиологическую среду, необходимую для нормального существования всего живого. Или другой пример: случайное поведение большого числа молекул в некотором объеме газа обусловливает вполне определенные значения температуры и давления.

Принцип ЛеШателье (Брауна) – при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнего воздействия уменьшается. На биологическом уровне он реализуется в виде способности экосистем к саморегуляции.

Закон оптимальности – любая система функционирует с наибольшей эффективностью в некоторых характерных для нее пространственно-временных пределах.

Любые системные изменения в природе оказывают прямое или опосредованное воздействие на человека – от состояния индивидуума до сложных общественных отношений.

Из закона сохранения массы вещества («все должно куда-то деваться») вытекают по меньшей мере два постулата, имеющих практическое значение.

Закон развития системы за счет окружающей ее среды гласит: любая природная или общественная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Абсолютно изолированное саморазвитие невозможно.

Закон неустранимости отходов или побочных воздействий производства, согласно которому образующиеся в процессе производственной деятельности отходы неустранимы бесследно, они могут быть лишь переведены из одной формы в другую или перемещены в пространстве, а их действие может быть растянуто во времени. Этот закон исключает принципиальную возможность безотходного производства и потребления в современном обществе. Материя не исчезает, а лишь переходит из одной формы в другую, оказывая влияние на жизнь.

Утверждение «ничто не дается даром» означает, что любое новое приобретение в эволюции экосистемы обязательно сопровождается утратой какой-то части прежнего достояния и возникновением новых, все более сложных проблем. К примеру, с появлением многоклеточных организмов (грибов, растений, животных) и выходом их на сушу во много раз увеличилось биоразнообразие планеты, началось освоение экологических ниш и формирование биосферы Земли. Но вместе с «многоклеточностью» к живым существам пришли старость и болезни, в том числе инфекции, злокачественные опухоли, паразитизм.

Из этого закона следуют:

закон необратимости эволюции (однонаправленности развития): большие системы эволюционируют только в одном направлении – от простого к сложному; инволюция, регресс могут относиться только к отдельным частям или отдельным периодам развития системы;

правило ускорения эволюции: с ростом сложности организации систем темпы эволюции возрастают. Это правило в равной степени может быть отнесено и к сменяемости видов в эволюции органического мира, и к человеческой истории, и к развитию техники.

Еще одно следствие закона «ничто не дается даром» – не существует бесплатных ресурсов: пространство, энергия, солнечный свет, вода, какими бы неисчерпаемыми они ни казались, неукоснительно оплачиваются любой расходующей их системой.

Принцип «природа знает лучше» определяет прежде всего то, что может и что не должно иметь места в биосфере. Все в природе – от простых молекул до человека – прошло жесточайший конкурс на право существования. Сегодня планету населяет лишь одна тысячная часть испытанных эволюцией видов растений и животных. Главный критерий этого эволюционного отбора – вписанность в глобальный биотический круговорот, заполненность всех экологических ниш. У любого вещества, выработанного организмами, должен существовать разлагающий его фермент, и все продукты распада должны вновь вовлекаться в круговорот. С каждым биологическим видом, который нарушал этот закон, эволюция рано или поздно расставалась.

Свою обобщенную классификацию экологических законов представил известный советский ученый Н.Ф. Реймерс. Им даны следующие формулировки:

• закон социально-экологического равновесия (необходимости сохранения равновесия между давлением на среду и восстановлением этой среды, как природным, так и искусственным);
• принцип культурного управления развитием (наложение ограничений на экстенсивное развитие, учет экологических ограничений);
• правило социально-экологического замещения (необходимость выявления путей замещения человеческих потребностей);
• закон социально-экологической необратимости (невозможность поворота эволюционного движения вспять, от сложных форм к более простым);
• закон ноосферы В.И. Вернадского (неизбежность трансформации биосферы под влиянием мысли и человеческого труда в ноосферу – геосферу, в которой разум становится доминирующим в развитии системы человек–природа).

Соблюдение этих законов возможно при условии осознания человечеством своей роли в механизме поддержания стабильности биосферы. Известно, что в процессе эволюции сохраняются только те виды, которые способны обеспечивать устойчивость жизни и окружающей среды. Только человек, используя силу своего разума, может направить дальнейшее развитие биосферы по пути сохранения дикой природы, сохранения цивилизации и человечества, создания более справедливой социальной системы, перехода от философии войны к философии мира и партнерства, любви и уважения к будущим поколениям. Все это составляющие нового биосферного мировоззрения, которое должно стать общечеловеческим.

Главнейшие принципы экологии – с одной стороны системный подход, объединяющий организмы со средой обитания, с другой стороны функциональная интеграция, разбивающая систему на уровни организации жизни. 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.

Принципы экологии зиждутся на основных положениях, общий смысл которых, заключается в том, что каждый элемент изучаемой системы, являясь частью целостности, может рассматриваться и как отдельная система, его свойства при этом не являются определяющими для всей системы, но непрерывный (не изолированный) характер взаимоотношений его с другими элементами, определяет сущность этой системы. Среда обитания воздействует на организм, через комплекс экологических факторов, создавая условия жизни. Все биологические системы структурированы и разбиты на таксономические группы, начиная от особи, элементарной единицы живого и заканчивая биосферой, экосистемой высшего порядка, объединяющей все живое на Земле.

В настоящее время экология распалась на ряд научных отраслей и дисциплин, подчас далеких от первоначального понимания ее как биологической науки (биоэкологии) об отношениях живых организмов с окружающей их средой. Так, Н.Ф. Реймерс, выделяет около 50 отраслей.

Н.Ф. Реймерс (1994) экологию по размерам объектов изучения предлагает подразделять на: аутоэкологию (особей и организмов как представителей вида); демэкологию (экологию малых групп); популяционную экологию; спецэкологию (экологию вида); синэкологию (экологию сообществ); биоценологию (экологию биоценозов); биогеоценологию (учение об экосистемах различного иерархического уровня организации); биосферологию (учение о биосфере); экосферологию (глобальная экология).

В.А. Радкевич экологию по размерам объектов изучения делит на аутэкологию (особи, организм и его среда), демэкологию, или популяционную экологию (популяция и ее среда), синэкологию (биотическое сообщество, экосистема и их среда), географическую или ландшафтную экологию (крупные геосистемы, географические процессы с участием живого и их среды) и глобальную экологию (мегаэкология, учение о биосфере Земли), рис По отношению к предметам изучения экологиюподразделяют на экологию микроорганизмов (прокариот), грибов, растений, животных, человека сельскохозяйственную, промышленную (инженерную), общую экологию.