Экология как наука. Предмет и задачи экологии

1 ЭКОЛОГИЯ КАК НАУКА.  ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ЭКОЛОГИИ

 

Экология как наука  сформировалась в недрах биологии в  середине XIX ст., после того как были накоплены сведения о многообразии живых организмов на Земле. Возникло понимание того, что не только строение и развитие организмов, но и взаимоотношения  их со средой обитания подчинены определенным закономерностям, которые заслуживают  специального изучения.

Термин «экология» был  введен в науку известным немецким ученым-зоологом Эрнстом Геккелем, который в своих трудах «Всеобщая  морфология организмов» (1866 г.) и «Естественная  история миротворения» (1868 г.) впервые попытался дать определение сущности новой науки. Слово «экология» образовано от двух греческих слов: “oikos” — дом, жилище, и “logos” — наука; в буквальном смысле экология — наука о местообитании.

Э. Геккель определял экологию как «общую науку об отношениях организмов к окружающей среде, куда мы относим  в широком смысле все условия  существования органической и неорганической природы». По Э.Геккелю, экология представляет собой науку о «домашнем быте» живых организмов и призвана исследовать «все те замкнутые взаимоотношения, которые Ч. Дарвин условно обозначил как борьбу за существование». В процессе развития эта наука превратилась в биологическое учение, которое исследует живые организмы и их совокупности, взаимодействующие друг с другом и образующие с окружающей средой обитания некое единство, в пределах которого происходит преобразование энергии и органического вещества.

Современная экология в структурном  отношении представляет сложную  систему знаний; прежде всего она  подразделяется на общую и частную (экология растений и экология животных). В задачи общей экологии входит исследование популяций, биоценозов и биосферы, а также экологических систем и биогеоценозов. Выделяются также научные направления, исследующие действие различных факторов окружающей среды на отдельные виды (аутэкология), взаимоотношения организмов, их различных совокупностей (демэкология, синэкология).

На настоящий момент при  накопленном значительном экспериментальном  и теоретическом материале экологию необходимо рассматривать как комплексное  научное направление, которое обобщает, синтезирует данные естественных и  социальных наук о природной среде  и взаимодействии ее с человеком  и человеческим обществом. Такое  широкое толкование предмета экологии позволяет применять для научных  обобщений широкие возможности  и методологии научного поиска многих научных направлений, что весьма важно в современных условиях, но в то же время является источником околонаучного использования самой  экологии.

 

2 ОСОБЕННОСТИ ПРИРОДНОГО ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ

 

Во всех клетках происходит интенсивное обновление веществ  и структур. Так, некоторые клетки человека живут всего один-два  дня (клетки кишечного эпителия). Поэтому  непременным условием жизни является связь клетки с ОС. Из среды клетка получает различные вещества, которые  затем подвергаются превращениям, ведущим  к высвобождению энергии, необходимой  для клеточной активности. Из поступающих  в клетку веществ синтезируются  органические соединения, необходимые  для построения структур клетки. Во внешнюю среду выводятся не нужные клетке вещества – продукты разложения органических веществ.

Пластический обмен (или  ассимиляция) – совокупность реакций  синтеза органических молекул, идущих на построение тела клетки. В клетках зеленых растений органические вещества могут синтезироваться из неорганических с использованием энергии света или химической энергии. В клетках жив

отных ассимиляция может идти только за счет использования для синтеза собственных веществ (готовых органических соединений). Процессы ассимиляции протекают с поглощением энергии.

Энергетический обмен (или  диссимиляция) – совокупность реакций, в результате которых освобождается  необходимая для клетки энергия.

Совокупность процессов  диссимиляции и ассимиляции, в ходе которых реализуется связь клетки с окружающей средой, называют обменом  веществ или метаболизмом

Обмен веществ – фундаментальное  свойство живых организмов.

Пластический обмен

Биосинтез белков

Любая клетка организма способна синтезировать свои специфические  белки. Эта способность обусловлена  генетически и передается из поколения  в поколение. Информация о структуре  белков содержится в ДНК. Участок  молекулы ДНК, содержащий информацию о  первичной структуре конкретного  белка, называется геном.

 Фотосинтез

Фотосинтез – процесс  синтеза органических соединений из неорганических веществ, идущий за счет энергии света (рис. 2.2).

Все живое современной  биосферы зависит от этого процесса. Фотосинтез делает энергию Солнца и  углерод доступными для живых  организмов и обеспечивает обогащение кислородом атмосферы Земли.

 Хемосинтез

Хемосинтез – синтез органических соединений из неорганических веществ  с использованием химической энергии, выделяющейся в реакциях окисления  неорганических веществ.

Процесс хемосинтеза открыт русским ученым-микробиологом С. Н. Виноградским в 1887 г. Некоторые группы бактерий – нитрифицирующие, железобактерии, серобактерии способны накапливать  освобождающуюся в процессах  окисления энергию и затем  использовать ее для синтеза органических веществ. Процесс хемосинтеза протекает  без участия хлорофилла, для его  осуществления не обязательно наличие  света.

Энергетический обмен

Энергия существует в природе  в различных формах. Это прежде всего энергия солнечного света, а также химическая, тепловая и электрическая. Организмам энергия необходима для активного транспортирования веществ, для синтеза белков и иных биомолекул, для мышечных сокращений при перемещении в пространстве, для клеточного деления и т. д. Осуществление этих процессов и восполнение неизбежных потерь в ОС в соответствии с классическими законами термодинамики возможны только при постоянном притоке энергии в организм из среды обитания.

 

3 РЕКРЕАЦИОННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ  И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА

 

Два взаимосвязанных, непрерывно сменяющих друг друга процесса: затраты  жизненных сил и их восстановление – являются основой жизнедеятельности  любого человека.

 Процесс восстановления  жизненных сил человека обозначается  термином рекреация, который представляет  собой совокупность следующих  этимологических значений: отдых  и восстановление. Рекреация означает  индивидуальный или коллективный  вид деятельности, осуществляемый  в часы досуга на основе  свободного выбора, доставляющий  удовлетворение и радость сам  по себе и не стимулируемый  извне ради какой-нибудь награды.

 Обеспечивают восстановление  жизненных сил человека природные  и культурно-исторические рекреационные  ресурсы. Природные ресурсы рекреации  отличаются значительным разнообразием.  Специфическими характеристиками  природных комплексов являются:

 ○ специфические рекреационные  ресурсы (теплое море, минеральные  источники, горнолыжные трассы, экзотические  растения и животные, уникальные  геологические образования, климатические  особенности и т.д.);

 ○ рекреационный потенциал  (емкость, устойчивость, комфортность, разнообразие, привлекательность и  т.д.);

 ○ наличие и состояние технических систем (материальной база и рекреационная инфраструктура, обеспечивающие обычную жизнедеятельность отдыхающих и обслуживающего персонала и удовлетворяющих специфические рекреационные потребности);

 ○ наличие квалифицированного  обслуживающего персонала, который  с помощью технических систем  производит, собирает, сохраняет и  доставляет отдыхающим комплекс  услуг, удаляет отходы.

 Оздоровительная деятельность  состоит в разработке и осуществлении  множества развлекательных, игровых,  оздоровительных, досуговых программ  для различных групп населения  с целью восстановления сил,  затраченных в процессе труда,  устранение производственного напряжения, а также в необходимом повышении  образовательного и духовного  потенциала. Обязательно следует  учитывать характер труда, его  объём и уровень интенсивности,  потребности людей в тех или  иных видах досуговой деятельности. С точки зрения производимого  на человеческий организм эффекта,  рекреация – это процесс восстановления  психофизического баланса человеческого  организма.

 Рекреация – не  только отдых. Рекреационная деятельность  служит своеобразным «предохранительным  клапаном» живого организма, это  природная защитная функция человеческого  организма и одновременно защитная  реакция социума. Она позволяет  сохранить генофонд человечества, и, прежде всего этнический  генофонд.

 На выбор того или  иного места отдыха в первую  очередь оказывают влияние природные  условия: наличие водоема и  леса, красивых живописных мест, а также тишина, покой, уединенность, возможность заниматься своим  любимым делом – играми, рыбной  ловлей и т.п. Имеет значение  близость места отдыха к дому, возможность удовлетворить свои  познавательные интересы, удобная  транспортная связь с домом,  развитие культурно-бытовой сети.

 Соприкосновение отдыхающих  с природой в зонах рекреации  бывает двояким: с нетронутой, естественной природой и с  природой, несколько видоизмененной, приспособленной для целей рекреации  и приема посетителей (как введением дополнительных элементов оборудования, так и частичным изменением самих природных компонентов ландшафта – искусственные водные бассейны, реконструкция леса или новые насаждения и т.п.)

В местах концентрации отдыхающих нельзя оставить природу «в чистом»  виде, так как это грозит утратой  многих ее качеств. Поэтому приспособление и оборудование отдельных участков природного ландшафта для рекреации  – неотъемлемая и важная часть  при создании большинства рекреационных  центров и зон.

Зона рекреации должна быть размещена за пределами санитарно-защитных зон промышленных предприятий, с  наветренной стороны по отношению  к источникам загрязнения и источникам шума.

Рекреация – деятельность человека, направленная на восстановление здоровья и трудоспособности путем  отдыха вне жилища или существенное изменение стандарта поведения.

 

 

4 БИОРИТМЫ

 

Биологические ритмы или  биоритмы – это периодические  изменения характера и интенсивности  протекания биологических процессов  под влиянием внутренних и внешних  факторов. Зависимости жизнедеятельности  от биологических ритмов подвержены практически все живые организмы. Биоритмы наблюдаются как в отдельных  клетках, тканях или органах, так  и в целых организмах и даже популяциях.

Изучением ритмов жизни занимается наука «хронобиология» («хронос» – время, «биос» – жизнь). Хотя эта наука сравнительно молода (около 100 лет), однако представляет ряд важных достижений, в числе которых:

Выявление биологических  ритмов на всех уровнях организации  живой природы – от одноклеточных до биосферы. Это свидетельствует о том, что биоритмика – одно из наиболее общих свойств биосистем.

Признание биоритмов механизмом регуляции функций организма, обеспечивающим гомеостаз, динамическое равновесие и  процессы адаптации в биологических  системах.

Установление связи биологических  ритмов эндогенной природы (внутренних, наследуемых) с модифицирующими  факторами внешней среды. Эта  связь в основе единства организма  со средой во многом определяет экологические  закономерности и жизнедеятельность.

Формулировка положения  о временнОй организации живых систем, – одного из основных принципов биологической организации. Развитие положений о влиянии биологических ритмов очень важно для анализа патологий биосистем (в т.ч. жизненного цикла человека).

Обнаружение биологических  ритмов чувствительности организма  к действию факторов химической и  физической природы. Это стало основой  для развития хронофармакологии – методики применения лекарств с учетом зависимости их действия от фаз жизненного цикла.

Основными факторами влияния  биоритмов являются длительность периода  и природа (внутренняя, физиологическая  или внешняя, экологическая) биоритма.

Экологические ритмы по длительности совпадают с каким-либо естественным ритмом окружающей среды. К ним относятся  суточные, сезонные (годовые), приливные  и лунные циклы. Период экологических  биоритмов закреплен генетически (т.е. связан с наследственностью). Благодаря  экологическим ритмам, организм ориентируется  во времени и заранее готовится  к смене режима жизнедеятельности. Многие животные еще до наступления  холодов впадают в зимнюю спячку или мигрируют. Т.е. экологические  биологические ритмы – это  своего рода часы для организма.

Физиологические ритмы, как  правило, имеют короткий период –  от долей секунды до нескольких минут. Это, например, ритмы давления, биения сердца и артериального давления. К физиологическим ритмам обычно относят и три биоритма, лежащие  в основе «теории трех биоритмов».  

5 ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ ПЛАНЕТЫ

 

На свои нужды человечество использует главным образом пресные  воды. Их объём составляет чуть больше 2% гидросферы, причём распределение водных ресурсов по земному шару крайне неравномерно. В Европе и Азии, где проживает 70% населения мира, сосредоточено лишь 39% речных вод. Общее же потребление речных вод возрастает из года в год во всех районах мира. Известно, например, что с начала нынешнего века потребление пресных вод возросло в 6 раз, а в ближайшие несколько десятилетий возрастёт еще, по меньшей мере, в 1,5 раза.