Шпаргалки по "Экологии"

1 Краткая история  и предмет экологии.  
Экология - это наука о взаимоотношениях живых существ между собой и с ок-ружающей средой, о связях в надорганизменных системах, о структуре и функцио-нировании этих систем.  
Термин "экология" был впервые введен немецким биологом Эрнстом Гекке-лем в 1869 г.; он образован из двух греческих слов: oikos, что значит дом или жили-ще, и logos - изучение или наука. Таким образом, буквально "экология" означает не-что вроде науки о "природном доме", о всех его обитателях, о совокупности и харак-тере связей между организмами и окружающей их физической средой, а также тех функциональных процессах, которые делают этот дом пригодным для жизни. 
Своими корнями экология уходит в биологические науки; как самостоятельная естественнонаучная дисциплина она выделилась только с начала ХХ в., после того, как были накоплены сведения о многообразии живых организмов на Земле, об осо-бенностях их образа жизни. Возникло понимание, что не только строение и развитие организмов, но и взаимоотношения их со средой обитания подчинены определен-ным закономерностям, которые заслуживают специального и тщательного изучения. Взаимоотношения экологии с другими биологическими науками представлены на рис. 1.1, где показано, что живые организмы можно изучать на разных уровнях орга-низации. С середины пятидесятых годов ее значение и сферы приложения стали значительно расширяться, и современную экологию можно охарактеризовать как междисциплинарную область, развивающуюся на стыке физики, химии, биологии, почвоведения, гидрологии, а также различных социальных дисциплин. 
Как и большинство наук, экология имеет длительную предысторию. Ее обо-собление представляет собой естественный этап роста научных знаний о природе. Выделившись в системе других естественных наук, экология и сейчас продолжает развиваться, обогащая свое содержание и расширяя задачи. Современная экология является теоретической основой рационального природопользования, ей принадле-жит ведущая роль в разработке стратегии взаимоотношений природы и человече-ского общества.  
Накопление сведений об образе жизни, зависимости от внешних условий, характере распределения животных и растений началось очень давно. Первые попытки обобщения этих сведений мы встречаем в трудах античных философов. Аристотель (384-322 до н. э.) описал свыше 500 видов известных ему животных и рассказал об их поведении, например о миграциях и зимней спячке рыб, перелетах птиц, строительной деятельности животных, паразитизме кукушки, способе самозащиты у каракатицы и т. д. Ученик Аристотеля, "отец ботаники" Теофраст Эрезийский (371-280 до н. э.) привел сведения о своеобразии растений в разных условиях, зависимости их формы и особенностей роста от почвы и климата.  
В средние века интерес к изучению природы ослабевает, заменяясь господством бо-гословия и схоластики. 
Великие географические открытия в эпоху Возрождения, колонизация новых стран послужили толчком к развитию систематики. Описание растений и животных, их внешнего и внутреннего строения, разнообразия форм - главное содержание биологической науки на ранних этапах ее развития. Первые систематики - А.Цезальпин (1519-1603), Д.Рей (1623-1705), Ж.Турнефор (1656-1708) и другие сообщали и о зависимости растений от условий произрастания или возделывания, о местах их обитания и т. п. Сведения о поведении, по-вадках, образе жизни животных, которыми сопровождалось описание их строения, называли "историей" жизни животных.  
В XVII-XVIII вв. экологические сведения составляли нередко значительную часть в работах, посвященных отдельным группам живых организмов, например в трудах А.Реомюра о насекомых (1734), Л.Трамбле о гидрах и мшанках (1744), или в описаниях пу-тешествий, предпринимаемых натуралистами. 
Много путешествий по неизведанным краям России было организовано в XVIII в. В трудах С.Л.Крашенинникова, И.И.Лепехина, П.С.Палласа и других русских географов, и на-туралистов указывалось на взаимосвязанные изменения климата, растительности и живот-ного мира в различных частях нашей обширной страны. П.С.Паллас в своем капитальном труде "Зоография" подробно описал образ жизни 151 вида млекопитающих и 425 видов птиц и такие биологические явления, как миграции, спячка, взаимоотношения родственных видов и т. п. 
Проблема влияния внешних условий на строение животных была поставлена во вто-рой половине XVIII в. в трудах французского естествоиспытателя Ж.Бюффона (1707-1788). Считая возможным "перерождение" видов, Бюффон полагал основными причинами пре-вращения одного вида в другой влияние таких внешних факторов, как "температура клима-та, качество пищи и гнет одомашнивания". 
Жан Батист Ламарк (1744-1829), автор первого эволюционного учения, считал, что влияние "внешних обстоятельств" - одна из самых важных причин приспособительных из-менений организмов, эволюции животных и растений. Дальнейшему развитию экологиче-ского мышления способствовало появление в начале XIX столетия биогеографии. Труды А.Гумбольдта (1807) определили новое экологическое направление в географии растений. А. Гумбольдт ввел в науку представление о том, что "физиономия" ландшафта определяет-ся внешним обликом растительности. В сходных зональных и вертикально-поясных геогра-фических условиях у растений разных таксономических групп вырабатываются сходные "физиономические" формы, т. е. одинаковый внешний облик; по распределению и соотно-шению этих форм можно судить о специфике физико-географической среды. Появились первые специальные работы, посвященные влиянию климатических факторов на распро-странение и биологию животных, например книга немецкого зоолога К.Глогера об измене-ниях птиц под влиянием климата (1833) и датчанина Т.Фабера об особенностях биологии северных птиц (1826), К.Бергмана о географических закономерностях в изменении размеров теплокровных животных (1848). А.Декандоль в "Географии растений" (1855) подробно опи-сан влияние отдельных факторов среды (температуры, влажности, света, типа почвы, экс-позиции склона) на растения и обратил внимание на повышенную экологическую пластич-ность растений но сравнению с животными.  
Профессор Московского университета К.Ф.Рулье (1814-1858) широко пропагандиро-вал необходимость развития особого направления в зоологии, посвященного всесторонне-му изучению и объяснению жизни животных, их сложных взаимоотношений с окружающим миром. К.Ф.Рулье подчеркивал, что в зоологии наряду с классификацией отдельных органов нужно производить "разбор явлений образа жизни". При этом следует различать явления жизни особи (выбор и запасание пищи, выбор и постройка жилища и т. п.) и "явления жизни общей" (взаимоотношения родителей и потомства, законы количественного размножения животных, отношение к животным того же вида и других видов, "жизнь в одиночестве", "жизнь в товариществе", "жизнь в обществе", отношения животных к растениям, почве, к физическим условиям среды). Наряду с этим следует специально изучать периодические явления в жизни животных - линьку, спячку, сезонные перемещения и т. д. 
Таким образом, К.Ф.Рулье разработал широкую систему экологического исследова-ния животных, "зообиологии", в его понимании, и оставил ряд трудов типично экологическо-го содержания, например типизацию общих особенностей водных, наземных и роющих по-звоночных и т. д. 
Взгляды К.Ф.Рулье глубоко повлияли на направление и характер работ его учеников, одним из которых был Н.А.Северцов (1827-1885).

2 Содержание,предмет,задачи  экологии.

Экология – это 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.

Основным содержанием современной экологии является исследование взаимоотношений организмов друг с другом и со средой на популяционно-биоценотическом уровне и изучение функционирования биологических макросистем более высокого ранга: биоценозов (экосистем), биосферы, их продуктивности и энергетики. (Биоценоз – это «объединение живых организмов, соответствующее по своему составу, числу видов и особей некоторым средним уровням среды…»)

Предметом исследования экологии являются биологические макросистемы (популяция, биоценозы) и их динамика во времени и пространстве.

Основные задачи экологии могут быть сведены к изучению динамики популяций, к изучению биоценозов и экосистем. Структура биоценозов, на уровне формирования которых происходит освоение среды, способствует наиболее экономическому и полному использованию жизненных ресурсов. С этой точки зрения, главная теоретическая и практическая задача экологии заключается в том, чтобы вскрыть  законы этих процессов и научиться управлять ими в условиях неизбежной индустриализации и урбанизации нашей планеты.

3 Место экологии среди других наук 

 Обычно экология считается  частью биологии. Экология изучает  основные фундаментальные закономерности: поток энергии, циркуляцию химических  элементов. Но как научная основа  для рационального природопользования, охраны живых организмов и  окружающей среды приобрела экономическое  и политическое звучание. В рамках  общей экологии, изучающей наиболее  общие закономерности взаимоотношений  организмов и среды, сформировались  новые направления, которые развились  в отдельные науки. Причем часть  из них является небиологическими  такие как, например, социальная  экология, экология личности, экологическое  право, экологическая этика и  т.д.  
  В связи с введением понятия о глобальном экологическом кризисе и путях выхода из него, экологизацией всей жизни человека, возникло понятие Мегаэкологии (Всеобщей экологии; Новой экологии, Глобальной экологии, Большой экологии. Под мегаэкологией понимается - область знаний, объединяющая все науки (в том числе и небиологические, например, социальную экологию, экологию личности, правовую экологию и т.д), имеющие дело с экологическими проблемами, включая экономические, политические и правовые механизмы и мероприятия, направленные на решение экологических проблем (например, технологии и приемы охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов). Мегаэкология, в определенном смысле, - это образ жизни, образ мышления, политика и т.д. 
  В данном контексте понятно, что наше общественное движение в сфере охраны окружающей среды, называющее себя экологами, не занимается экологией (наукой), а действует в рамках мегаэкологии. В связи с этим некоторые специалисты используют термин экологистика, под которым понимают комплекс научных отраслей и направлений деятельности, так или иначе связанных с решением экологических проблем современности. А лицо, озабоченное экологическими проблемами, вне зависимости от специальности, образования и социальной принадлежности, называют экологистом. На западе подобных людей принято называть "зелеными". С нашей точки зрения это более правильно, так как некорректно называть физиком человека, озабоченного проблемами устойчивости кучи бревен, представляющей опасность для окружающих. 
  Для более полного восприятия существующей картины, внизу приведена примерная схема взаимосвязи наук, связанных с проблемами экологии и даны определения ряда из них. 
Экология 
Биологическая экология (Биоэкология) Ecology; Bioecology От греч.Oikos - жилище + Logos - наука. 
Экология - наука о составе, структуре, свойствах, функциональных особенностях и эволюции систем надорганизменного уровня, популяционных экосистем и биосферы. Экология изучает основные фундаментальные закономерности: поток энергии, циркуляцию химических элементов. Обычно экология считается частью биологии. 

4 Соотношение  понятий «экология», «охрана природы», «охрана окружающей среды» (в лекциях)

Эколо́гия (от др.-греч. οἶκος — обиталище, жилище, дом, имущество и λόγος — понятие, учение, наука) — наука об отношениях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой.

Охрана окружающей среды, или прикладная экология — комплекс мер, предназначенных для ограничения отрицательного влияния человеческой деятельности на природу. В западных странах часто используется также понятие энвайронментология (en:Environmental science), которое в отечественной литературе выражается термином «наука об охране окружающей среды».

Такими мерами могут являться:

Ограничение выбросов в атмосферу  и гидросферу с целью улучшения  общей экологической обстановки.

Создание заповедников, заказников и национальных парков с целью  сохранения природных комплексов.

Ограничение лова рыбы, охоты с  целью сохранения определённых видов.

Ограничение несанкционированного выброса  мусора. Использование методов экологической  логистики для тотальной очистки  от несанкционированного мусора территории региона.

Охра́на приро́ды — комплекс мер по сохранению, рациональному использованию и восстановлению природных ресурсов Земли, в том числе видового разнообразия флоры и фауны, богатства недр, чистоты вод и атмосферы.

5  Подразделение экологии

Экологию иногда делят  на аутэкологию и синэкологию. Аутэкология  изучает индивидуальные организмы  или отдельные виды. Обычно при  этом особое внимание уделяется жизненным  циклам и поведению как способам приспособления к среде. Синэкология  изучает группы организмов, составляющих определенные единства. Так, если, скажем, изучается отношение белого дуба (одного дерева или вида в целом) или американского большого дрозда (одной особи или вида в целом) к среде, то это исследование является по своему характеру аутэкологическим. Если же изучается лес, в котором  растет этот дуб или живет дрозд, то подход будет синэкологическим. В первом случае все внимание сосредоточено  на отдельно взятом организме и цель состоит в том, чтобы увидеть, как он вписывается в общую  экологическую картину, подобно  тому как, рассматривая произведение живописи, можно сконцентрировать внимание на каком-то отдельном фрагменте. Во втором случае рассматривается картина  в целом (т. е., если продолжить аналогию с живописью, — изучается композиция). 
В соответствии с задачами книги мы разделили предмет экологии тремя способами. В первой части деление на главы проведено в соответствии с концепцией уровней организации, изложенной выше. Мы начнем с экосистемы, поскольку в конечном итоге именно этим уровнем мы и должны заниматься; далее мы последовательно рассмотрим сообщества, популяции, виды и отдельные особи. Затем мы снова вернемся к уровню экосистемы и рассмотрим вопросы развития, эволюции и моделирования природы. 
Во второй части подразделение идет по типам среды, или местообитания: отдельно рассматриваются экология пресных вод, моря и суши. Хотя фундаментальные принципы везде одни и те же, виды организмов, их взаимоотношения с человеком и методы изучения могут быть для разных условий среды совершенно различными. Рассмотрение местообитаний полезно также для подготовки к полевым экскурсиям и к оформлению материала описаний биоты. 
В третьей части рассматриваются различные области практического приложения экологии — природные ресурсы, загрязнение среды, космические путешествия и прикладная экология человека с целью связать основные принципы, рассмотренные выше, с практическими проблемами. 
Как и биология в целом, экология может быть подразделена на таксономические ветви, например экологию растений, экологию насекомых, экологию микроорганизмов, экологию позвоночных. Подробное знакомство с той или иной систематической группой весьма полезно, поскольку при этом сосредоточивается внимание на специфических, уникальных чертах экологии данной группы и на разработке соответствующих тонких методов. Но в целом проблемы, касающиеся только ограниченных групп организмов, мы здесь не рассматриваем. 
Выделение отраслей внутри экологии полезно, как и в любой другой науке, поскольку оно облегчает обсуждение и осмысление материала и дает общее направление для целесообразной специализации в пределах данной области. Как было кратко показано в этом разделе, можно специализироваться на изучении процессов, уровней организации, среды, организмов, практических проблем, внося ценный вклад в общее развитие биологии окружающей среды.

6 Определение и структура биосферы

В буквальном переводе термин “биосфера” обозначает сферу  жизни, и в таком смысле он впервые  был введен в науку в 1875 г. австрийским  геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831 - 1914). Однако задолго до этого  под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина  природы", "живая оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось  многими другими естествоиспытателями.

Первоначально под  всеми этими терминами подразумевалась  только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда и указывалась их связь  с географическими, геологическими и космическими процессами, но при  этом скорее обращалось внимание на зависимость  живой природы от сил и веществ  неорганической природы. Даже автор  самого термина "биосфера" Э. Зюсс в своей книге "Лик Земли", опубликованной спустя почти тридцать лет после введения термина (1909 г.), не замечал обратного воздействия  биосферы и определял ее как "совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитающую на поверхности Земли".

Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании  земной коры, был Ж.Б.Ламарк (1744 - 1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного  шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.

Факты и положения  о биосфере накапливались постепенно в связи с развитием ботаники, почвоведения, географии растений и  других преимущественно биологических  наук, а также геологических дисциплин. Те элементы знания, которые стали  необходимыми для понимания биосферы в целом, оказались связанными с  возникновением экологии, науки, которая  изучает взаимоотношения организмов и окружающей среды. Биосфера является определенной природной системой, а  ее существование в первую очередь  выражается в круговороте энергии  и веществ при участии живых  организмов.

Очень важным для  понимания биосферы было установление немецким физиологом Пфефером (1845 - 1920) трех способов питания живых организмов:

· автотрофное - построение организма за счет использования  веществ неорганической природы;

· гетеротрофное - строение организма за счет использования  низкомолекулярных органических соединений;

· миксотрофное - смешанный  тип построения организма (автотрофно-гетеротрофный).

Биосфера (в современном понимании) - своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.

Атмосфера - наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим пространством; через  атмосферу осуществляется обмен  вещества и энергии с космосом.

Атмосфера имеет несколько слоев:

· тропосфера - нижний слой, примыкающий к поверхности  Земли (высота 9-17 км). В нем сосредоточено  около 80% газового состава атмосферы  и весь водяной пар;

· стратосфера;

· ноносфера - там  “живое вещество” отсутствует.

Преобладающие элементы химического состава атмосферы: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%).

Гидросфера - водная оболочка Земли. Вследствие высокой подвижности вода проникает повсеместно в различные природные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мгр/л растворимых веществ.

Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl-, S, C. Концентрация того или  иного элемента в воде еще ничего не говорит о том, насколько он важен для растительных и животных организмов, обитающих в ней. В  этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, которые усваиваются живыми организмами. Главной особенностью океанической воды является то, что  основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме мирового океана.

Литосфера - внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы.

Преобладающие элементы химического состава литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.

Ведущую роль выполняет  кислород, на долю которого приходится половина массы земной коры и 92% ее объема, однако кислород прочно связан с другими  элементами в главных породообразующих минералах. Т.о. в количественном отношении  земная кора - это “царство” кислорода, химически связанного в ходе геологического развития земной коры.

7. Живое вещество  биосферы. Уровни организации живой  материи

Длительное время считалось, что живое отличается от неживого такими свойствами, как обмен веществ, подвижность, раздражаемость, рост, размножение, приспособляемость. Однако порознь  все эти свойства встречаются  и среди неживой природы, а  следовательно, не могут рассматриваться  как специфические свойства живого. Особенности живого Б. М. Медников (1982) сформулировал в виде аксиом теоретической  биологии: 1. Все живые организмы  оказываются единством фенотипа и программы для его построения (генотипа), передающейся по наследству из поколения в поколение (аксиома  А. Вейсмана)*. 2. Генетическая программа  образуется матричным путем. В качестве матрицы, на которой строится ген  будущего поколения, используется ген  предшествующего поколения (аксиома  Н.К. Кольцова). 3. В процессе передачи из поколения в поколение генетические программы в результате различных  причин изменяются случайно и ненаправленно, и лишь случайно такие изменения  могут оказаться удачными в данной среде (1-я аксиома Ч. Дарвина). 4. Случайные  изменения генетических программ при  становлении фенотипа многократно  усиливаются (аксиома Н. В. Тимофеева-Ресовского). 5. Многократно усиленные изменения  генетических программ подвергаются отбору условиями внешней среды (2-я аксиома  Ч. Дарвина). Из данных аксиом можно  вывести все основные свойства живой  природы, и в первую очередь такие, как дискретность и целостность  — два фундаментальных свойства организации жизни на Земле. Среди  живых систем нет двух одинаковых особей, популяций и видов. Эта  уникальность проявления дискретности и целостности основана на явлении  конвариантной редупликации. Конвариантная  редупликация (самовоспроизведение  с изменениями) осуществляется на основе матричного принципа (сумма трех первых аксиом). Это, вероятно, единственное специфическое  для жизни, в известной для  нас форме ее существования на Земле, свойство. В основе его лежит  уникальная способность к самовоспроизведению  основных управляющих систем (ДНК, хромосом, генов). Редупликация определяется матричным  принципом (аксиома Н. К. Кольцова) синтеза  макромолекул (рис. 2.4). Рис. 2.4. Схема  редупликации ДНК (по Дж. Севейдж, 1969) Примечание. Процесс связан с разделением  пар оснований (аденин — тимин  и гуанин — цитозин: А — Т, Г  — Ц) и раскручиванием двух цепей  исходной спирали. Каждая цепь используется как матрица для синтеза новой  цепи Способность к самовоспроизведению  по матричному принципу молекулы ДНК  смогли выполнить роль носителя наследственности исходных управляющих систем (аксиома  А. Вейсмана). Кон-вариантная редупликация означает возможность передачи по наследству дискретных отклонений от исходного  состояния (мутаций), предпосылки эволюции жизни. Живое вещество по своей массе  занимает ничтожную долю по сравнению с любой из верхних оболочек земного шара. По современным оценкам, общее количество массы живого вещества в наше время равно 2420 млрд т. Эту величину можно сравнить с массой оболочек Земли, в той или иной степени охваченных биосферой (табл. 2.2). Таблица 2.2 Масса живого вещества в биосфере Подразделения биосферы Масса,т Сравнение Живое вещество Атмосфера Гидросфера Земная кора 2,4.1012 5,15.1015 1,5.1018 2,8.1019 1 2146 602 500 1 670000 По своему активному воздействию на окружающую среду живое вещество занимает особое место и качественно резко отличается от других оболочек земного шара, так же как живая материя отличается от мертвой. В. И. Вернадский подчеркивал, что живое вещество — самая активная форма материи во Вселенной. Оно проводит гигантскую геохимическую работу в биосфере, полностью преобразовав верхние оболочки Земли за время своего существования. Все живое вещество нашей планеты составляет 1/11000000 часть массы всей земной коры. В качественном же отношении живое вещество представляет собой наиболее организованную часть материи Земли. При оценке среднего химического состава живого вещества, по данным А. П. Виноградова (1975), В. Лархера (1978) и др., главные составные части живого вещества — это элементы, широко распространенные в природе (атмосфера, гидросфера, космос): водород, углерод, кислород, азот, фосфор и сера (табл. 2.3, рис. 2.5). Таблица 2.3 Элементарный состав звездного и солнечного вещества в сопоставлении с составом растений и животных Химический элемент Содержание, \% загрузка... Звездное вещество Солнечное вещество Растения Животные Водород (Н) 81,76 87,00 10,0 10,00 Гелий (Не) 18,17 12,90 — Азот (N) 0,28 3,00 Углерод (С) 0,33 0,33 3,00 18,00 Магний (Мд) 0,08 0,05 Кислород (0) 0,03 0,25 79,00 65,00 Кремний (Si) Добавить свое объявление Загрузка... Сера (S) 0,01 0,04 0,15 0,254 Железо (Fe) Другие элементы 0,001 0,04 7,49 3,696 Рис. 2.5.