1 Введение в экологию

2 Вопросы: 1. Определение экологии, предмет и объект экологии. 2. История становления экологии. 3. Методы экологии. 4. Разделы экологии. 5. Задачи экологии. 6. Основные термины и понятия. 7. Главные законы классической экологии. 8. Типы взаимоотношений между организмами. 9. Условия жизни и адаптации.

3 Эрнст Генрих Геккель Ernst Heinrich Haeckel ( ) Немецкий естествоиспытатель и философ Изучал медицину и естествознание в Берлинском, Вюрбургском и Венском университетах. В 1857 получил диплом врача. С 1861 гг. приват-доцент, в профессор Йенского университета. Влияние на Геккеля оказали дарвиновские идеи. В 1863 он выступил с публичной речью о дарвинизме на заседании Немецкого научного общества, а в 1866 вышла его книга «Общая морфология организмов» («Generelle Morphologie der Organismen»), в которой он предложил термин «экология». Экология – наука, изучающая взаимоотношения организмов между собой и с окружающей средой

4 Экология это познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами среды… Одним словом, экология это наука, изучающая все сложные взаимосвязи в природе, рассматриваемые Дарвином как условия борьбы за существование. (Это определение Э. Геккеля написано в те времена, когда экология была ещё исключительно биологической наукой. Нынешнее понимание экологии шире.) Экология (от греч. οικος дом, и λόγος учение) совокупность понятий и явлений, связанных с окружаю- щей средой, а также наука занимающаяся этой сферой.

Экология это наука, изучающая условия существования живых организмов, взаимоотношения между живыми организмами и средой их обитания. Экология – наука, исследующая закономерности жизнедеятельности организмов (в любых ее проявлениях, на всех уровнях интеграции) в их естественной среде обитания, с учетом изменений, вносимых в среду деятельностью человека. Экология – наука (система знаний) о воспроизводстве жизни и гео-, био-, социальных факторах этого воспроизводства.

6 Экология как наука направлена на понимание функционирования экосистем, взаимоотношений видов живых существ с их окружающей средой, условий развития и равновесия таких систем. Объект – экосистемы Предмет – совокупность или структура связей между организмами и средой. Отношения между человеком и природой.

7 Периоды становления экологии: 1. Период наивной экологии – до середины 19 в. (1-5 этапы) 2. Период факториальной экологии – с середины 19 в. до середины 20 в. (6 этап) 3. Период сын экологических исследований – с 1936 г. до наших дней.

8 Гиппократ ( гг. до н. э.) высказал идеи о влиянии факторов среды на здоровье людей. Аристотель ( до н. э.) Описал свыше 500 видов известных ему животных и рассказал об их поведении

9 Теофраст Эрезийский Привел сведения о своеобразии растений в разных условиях, зависимости их формы и особенностей роста от почвы и климата ( до н. э.) Экспериментально доказал, что самозарождение сложных животных невозможно Франческо Реди (Francesco Redi) 1626–1697

10 Роберт Бойль (Robert Boyle) изобрел микроскоп, был первым в изучении трофических цепей и регуляции численности организмов Значение среды обитания в жизни организмов и приуроченность их к определенным местообитаниям Антони ван Левенгук (A. van Loeuwenhoek) 1632–1723

11 Карл Линней (К. Linnaeus) открыл и описал более 1500 видов. Главный труд К. Линнея – "Виды растений" вышел в 1753 г.; сформулировал гипотезу постоянства видов, но признавал образование разновидностей под влиянием условий жизни Жан Батист Ламарк (Lamarck) впервые поставил вопрос о влиянии среды на организмы, высказал предупреждение о возможных негативных последствиях воздействия человека на природу впервые поставил вопрос о влиянии среды на организмы, высказал предупреждение о возможных негативных последствиях воздействия человека на природу

12 Ломоносов Михаил Васильевич Рассматривал влияние среды на организм. Он в работе «О слоях земных» (1763) писал, что «…напрасно многие думают, что все, что мы видим, сначала создано творцом…». По останкам вымерших животных (моллюсков и насекомых) Ломоносов конструировал условия их существования в прошлом

13 Паллас Петр Симон в работе «Зоогеография» описал образ жизни 151 млекопитающих и 426 видов птиц и его считают одним из основателей «экологии животных»

14 Чарльз Дарвин Основные факторы эволюции органического мира. «Борьба за существование» может трактоваться как взаимоотношение живых существ с внешней абиотической средой и между собой (биотической средой)

15 Карл Август Мёбиус В 1877 г. ввёл важнейшее понятие о биоценозе как о закономерном сочетании организмов в определенных условиях среды 1825 – 1908

16 В 30-е и 40-е гг. сформировался новый подход к изучению природных систем. А. Тенсли (1935) – понятие об экосистеме, В.Н. Сукачев (1940) обосновал представление о биогеоценозе.

17 Ю. Либих автор закона минимума 1803 – 1873 А. Тенсли 1871 – 1955 В 1935 г. ввёл в науку понятие «экосистема»

18 Сформулировал принцип конкурентного исключения Основоположник биогеоценологии 1880 – 1967 Владимир Николаевич Сукачёв

19 Вернадский Владимир Иванович Создал фундаментальное учение о биосфере и ноосфере

20 Никита Николаевич Моисеев Основные работы посвящены методам оптимизации природопользования, математическим моделям динамики биосферы, проблемам взаимоотношения биосферы и общества, моделям стабильности биосферы в условиях антропогенных воздействий и экологических проблем. Разработчик системы моделей биосферных процессов (получившая широкую известность под названием «Ядерная зима». Теория коэволюции

21 На современном этапе развития экология изучает не только связи организмов и законы функционирования надорганизменных систем, но и обосновывает рациональные формы взаимоотношений природы и человеческого общества. Социальная роль экологических знаний возрастает в связи с развитием экологического кризиса. Возможности предотвращения этого кризиса могут быть найдены только на основе развития экологических знаний.

22 Наблюдение и описание - сбор и описание фактов, Сравнительный метод – анализ сходства и различий изучаемых объектов. Исторический метод – изучение хода развития исследуемого объекта; Метод эксперимента – изучение явления природы в заданных условиях: - полевые, - лабораторные, Метод математического моделирования – описание сложных природных явлений относительно простыми количественными моделями. Методы экологических исследований

23 Экология земная космическая человека животных растений микроорганизмов клетки организма сообщества водоемов воздушной среды суши умеренной зоны полярной зоны тропиков девственных природных систем измененных систем антропогенных систем незагрязненных систем загрязненных систем теоретическая прикладная

24 Общая экология Аутэкология ( индивидуальные связи отдельного организма с ОС) Демэкология (связи малых групп – дом, семья, прайд - организмов с ОС) Популяционная экология (структура и динамика популяций отдельных видов) Специоэкология (экология вида) Синэкология (взаимоотношение сообществ живых организмов с ОС) Биоценология (экология биоценозов) Биогеоценология (экология экосистем различного уровня организации) Биосферология (учение о биосфере)

25 Современная экология не ограничивается только рамками биологической дисциплины, она представляет собой междисциплинарную область знаний, изучающую сложные проблемы взаимодействия человека с окружающей средой. Современная экология тесно связана с политикой, экономикой, правом, психологией и педагогикой. Основной задачей этой взаимосвязи является формирование нового типа экологического сознания, меняющего поведение людей по отношению к природе.

26 Общетеоретические: 1) разработка общей теории устойчивости экосистем; 2) изучение экологических механизмов адаптации к среде; 3) исследование регуляции численности популяций; 4) изучение биологического разнообразия и механизмов его поддержания; 5) исследование продукционных процессов; 6) исследование процессов, протекающих в биосфере, с целью поддержания ее устойчивости; 7) моделирование состояние экосистем и глобальных биосферных процессов Задачи экологии

27 Задачи экологии Прикладные: 1) прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий в окружающей среде под влиянием деятельности человека; 2) улучшение качества окружающей природной среды; 3) сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов; 4) оптимизация инженерных, экономических, организационно-правовых, социальных и иных решений для обеспечения экологически безопасного устойчивого развития (особенно неблагополучных территорий)

28 Стратегической задачей экологии считается развитие теории взаимодействия природы и общества на основе нового взгляда, рассматривающего человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.

биоценоз биотоп биогеоценоз экологическая система биосфера ноосфера фитоценоз зооценоз микробиоценоз продуценты консументы 1 консументы 2 редуценты автотрофы гетеротрофы = ПЦ гидросфера литосфера атмосфера микро- мезо- макро- биота ПС хемотрофы микоценоз популяция экологическая ниша

30 Экосистема биоценоз вместе со средой обитания, т.е. биоценоз + биотоп, функциональное единство организмов и окружающей среды, сохраняющееся неопределенно долгое время. Примеры экосистем: лес (хвойный или лиственный) вместе со всеми обитателями; луг; река; озеро; морская толща или морской берег (это разные экосистемы), тундра, пустыня и т.д.

31 Свойства экосистем: способность к самовоспроизведению, устойчивость и целостность. Если не вмешиваться в жизнь экосистемы, она будет самостоятельно существовать и развиваться. Это отличает природные экосистемы от искусственных, созданных человеком агроценозов (например, засеянное поле, молочная ферма), которые неустойчивы и не способны к самовоспроизведению.

32 Круговорот веществ Живое и неживое вещество в экосистемах структурировано и подвергается превращениям или процессами, в ходе которых автотрофными и хемотрофными организмами захватываются из внешней среды атомы многих химических элементов (углерод, водород, кислород, сера, фосфор, калий, кальций, магний, железо, медь и др.) и энергия, которые затем используются организмами консументами и грибами. По мере гибели организмов продуцентов, грибов и консументов, редуценты разлагают мертвое органическое вещество и возвращают составляющие это вещество атомы во внешнюю среду Энергия химических связей организмов продуцентов и организмов хемосинтетиков частично используется консументами, грибами и редуцентами, а частично высвобождается во внешнюю среду в виде тепла, в виде образующихся при выделении в атмосферу растениями кислорода окислов, и в виде химических связей сложных органических веществ, накапливающихся в почве (гумус) и литосфере (торф, бурые и каменные угли).

33 Основные законы экологии:

34 Закон лимитирующего фактора (минимума Ю. Либиха): наиболее значим тот из факторов внешней среды, который больше всего отклоняется от оптимальных для организма значений, поскольку от него в данный момент зависит выживание особей. Выход значения такого фактора за пределы устойчивости приводит к гибели организма. Пример: общеизвестно, что без пищи человек может прожить несколько недель, без воды не более трех дней: начинается обезвоживание, а без воздуха – несколько минут. В данном случае лимитирующим фактором является …???

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

36 Закон однонаправленности потока энергии: На каждой ступени трофической цепи 90% энергии, получаемой продуцентами в виде солнечного света, рассеивается, и только 10% передается консументам. Поскольку обратный поток энергии (от редуцентов к продуцентам) ничтожно мал (максимум 0,35 % от поступившей энергии), можно считать, что круговорот энергии не осуществляется, а энергетический поток направлен только в одну сторону. Этим объясняется и сравнительно малая длина трофических цепей, как правило, не более шести компонентов: на более длинные цепи не хватило бы энергии.

37 Закон экологических пирамид численности и биомассы: Чем больше общая биомасса организмов, тем более низкий трофический уровень должны занимать эти организмы. Самую большую биомассу имеют продуценты (зеленые растения суши составляют более 90% от общей биомассы всех живых организмов Земли), самую низкую редуценты.

38 Экологическая пирамида Пирамида биомасс Пример сезонного изменения в пирамиде биомасс

39 Закон (принцип) исключения Г.Ф. Гаузе (1934) Два вида не могут сосуществовать в одном месте, если их экологические потребности идентичны, т.е., если они занимают одну и ту же экологическую нишу. Георгий Францевич Гаузе

40 Закон Эшби: Чем экосистема разнообразнее, тем она устойчивее. Из этого закона вытекает важный вывод: многообразие биосферы это основа ее устойчивости. Очевидно, что уменьшение биоразнообразия, т.е. быстрое вымирание видов, ведет к неустойчивости биосферы.

41 Закон незаменимости биосферы В.И. Вернадского Биосфера это единственная система, обеспечивающая устойчивость среды обитания, т.е. это для всего живого общий и единственный дом. Биосферу не в состоянии заменить созданная человеком техносфера (здания, сооружения, машины и т.п.). Типичные примеры объектов техносферы подводная лодка, космический корабль. В них люди могут жить лишь ограниченное время.

42 При всем разнообразии живых организмов Земли они настолько сходны по физико- химическим параметрам, что воздействие, вредное для одних организмов, вредно и для других. Закон физико-химического единства живого вещества

43 Организм (популяция) не может вернуться к первоначальному виду, от которого он произошел, даже если ему вернуть первоначальную среду и условия обитания. Закон необратимости эволюции Л. Долло

Четыре закона Барри Коммонера: Все связано со всем. Все должно куда-то деваться. За все надо платить. Природа знает лучше. Основные законы:

45 Природные биотические сообщества последовательно формируют закономерный ряд экосистем, ведущий к наиболее устойчивому в данных условиях состоянию климакса – устойчивого сообщества. Закон сукцессионного замещения

46 Сукцессия