Основные понятия экологии:вид,популяция,сообщество,экосистема,биосфера,гомеостаз. Экологическая экспертиза. Ее значение в деле охран

1. Основные понятия  экологии

Экология  – это наука о взаимоотношениях живых существ между собой  и с окружающей их природой, о  структуре и функционировании надорганизменных систем.

Термин «экология» в 1866 г. ввел немецкий эволюционист Эрнст Геккель. Э. Геккель считал, что экология должна изучать различные формы борьбы за существование. В первичном значении, экология – это наука об отношениях организмов к окружающей среде (от греч. «oikos» – жилище, местопребывание, убежище).

Экология, как и любая  наука, характеризуется наличием собственного объекта, предмета, задач и методов (объект – это часть окружающего  мира, которая изучается данной наукой; предмет науки – это наиболее главные существенные стороны ее объекта).

Объектом экологии являются биологические системы  надорганизменного уровня: популяции, сообщества, экосистемы (Ю. Одум, 1986).

Предметом экологии являются взаимоотношения организмов и надорганизменных систем с окружающих их органической и неорганической средой (Э. Геккель, 1870; Р. Уиттекер, 1980; Т. Фенчил, 1987).

       По определению Р. Риклефса (1979), экологию можно представить «... как трехмерное сооружение из лежащих один над другим горизонтальных слоев, соответствующих различным уровням биологической организации – от индивидуума через популяцию и сообщество к экосистеме; вертикальные разрезы, проходящие через все слои, делят все сооружение на секции, соответствующие форме, функции, развитию, регуляции и адаптации. Каждому уровню экологической организации присущи свои особые структурные и функциональные характеристики».

Из множества определений  предмета экологии вытекает и множество задач, стоящих перед современной экологией:

– Изучение структуры пространственно-временных объединений организмов (популяций, сообществ, экосистем, биосферы).

– Изучение круговорота  веществ и потоков энергии  в надорганизменных системах.

– Изучение закономерностей  функционирования экосистем и биосферы в целом.

– Изучение реакции надорганизменных систем на воздействие разнообразных экологических факторов.

– Моделирование биологических  явлений для экологического прогнозирования.

– Создание теоретической  основы охраны природы.

– Научное обоснование  производственных и социально-экономических  программ.

1.1.Структура современной экологии

Экология делится на фундаментальную и прикладную. Фундаментальная экология изучает наиболее общие экологические закономерности, а прикладная – использует полученные знания для обеспечения устойчивого развития общества.

Основу экологии составляет биоэкология как раздел общей биологии. «Спасти человека – это, прежде всего, сохранить природу. И здесь только биологи могут привести необходимые аргументы, доказывающие правомерность высказанного тезиса».

Биоэкология (как и любая наука) делится на общую и частную. В состав общей биоэкологии входят разделы:

1. Аутэкология – изучает взаимодействие со средой обитания отдельных организмов определенных видов.

2. Экология популяций (демэкология) – изучает структуру популяций и ее изменение под воздействием экологических факторов.

3. Синэкология – изучает структуру и функционирование сообществ и экосистем.

К общей биоэкологии относятся и другие разделы:

– эволюционная экология – изучает экологические механизмы эволюционного преобразования популяций;

– палеоэкология – изучает экологические связи вымерших групп организмов и сообществ;

– морфологическая экология – изучает закономерности изменения строения органов и структур в зависимости от условий обитания;

– физиологическая экология – изучает закономерности физиологических изменений, лежащих в основе адаптации организмов;

– биохимическая экология – изучает молекулярные механизмы приспособительных преобразований в организмах в ответ на изменение среды;

– математическая экология – на основании выявленных закономерностей разрабатывает математические модели, позволяющие прогнозировать состояние экосистем, а также управлять ими.

Частная биоэкология изучает экологию отдельных таксономических групп, например: экология животных, экология млекопитающих, экология выхухоли; экология растений, экология опыления, экология сосны; экология водорослей; экология грибов и

 т. д.

Биоэкология тесно связана с ландшафтной экологией, например:

– экологией водных ландшафтов (гидробиологией) – океанов, рек, озер, водохранилищ, каналов...

– экологией наземных ландшафтов – лесов, степей, пустынь, высокогорий...

Отдельно выделяются разделы  фундаментальной экологии, связанные  с существованием и деятельностью  человека:

– экология человека – изучает человека как биологический вид, вступающий в разнообразные экологические взаимодействия;

– социальная экология – изучает взаимодействие человеческого общества и окружающей среды;

– глобальная экология – изучает наиболее крупномасштабные проблемы экологии человека и социальной экологии.

Прикладная  экология включает: промышленную экологию, сельскохозяйственную экологию, экологию города (населенных пунктов), медицинскую экологию, экологию административных районов, экологическое право, экологию катастроф и многие другие разделы. Прикладная экология тесно связана с охраной природы и окружающей среды.

Экологические знания должны служить основой рационального  природопользования. На их основе базируется создание и развитие сети охраняемых территорий: заказников, заповедников и национальных парков, а также охрана отдельных памятников природы. Рациональное использование природных ресурсов является основой устойчивого развития человечества.

Во второй половине ХХ века в связи с интенсивным воздействием человеческого общества на биосферу начинается экологический кризис, особенно обострившийся в последние десятилетия. Современная экология включает множество разделов и охватывает самые разнообразные стороны человеческой деятельности; происходит экологизация всего общества.

1.2.Вид

В биологии существует множество  концепций и множество определений  вида. Одно из простейших определений  вида гласит: вид – это совокупность организмов (особей), сходных между собой по ряду существенных признаков, населяющих определенный ареал, способных скрещиваться между собой и давать плодовитое потомство, похожее на родителей.

Ареал – это  участок земной поверхности (территория или акватория), на котором существует и воспроизводит себя данный вид организмов. В большинстве случаев площадь ареала настолько велика, что организмы одного и того же вида должны адаптироваться к воздействию экологических факторов в разных условиях. Таким образом, вид обладает определенной экологической структурой.

Наиболее крупная внутривидовая  экологическая группировка называется климатип, или географическая раса. С точки зрения систематики, климатип представляет собой подвид. Каждый климатип приспособлен к почвенно-климатическим условиям определенного географического региона.

Следующий уровень экологической  структуры вида – экотип, или экологическая раса. С точки зрения систематики, экотип представляет собой разновидность. Каждый экотип приспособлен к условиям определенного местообитания. Например, экотип сосны на болоте отличается от экотипа сосны на песчаных дюнах.

Более дробная группировка – изореагент, или физиологическая раса. Это группа особей одного вида, реагирующих на действие экологических факторов сходным образом. С точки зрения систематики, изореагент представляет собой форму. Например, дуб черешчатый образует две формы (зимнюю и летнюю), у которых наблюдаются различные фотопериодические реакции.

И, наконец, мельчайшая внутривидовая  экологическая группировка называется биотип. Биотип – это особи с одинаковым генотипом (линия, или клон), у которых совершенно одинаковые генетически обусловленные реакции на воздействие экологических факторов.

1.3.Основы популяционной биологии

Элементарной внутривидовой  группировкой, которой соответствует  собственная реализованная экологическая  ниша, является популяция. В состав популяции могут входить разные экотипы, изореагенты и биотипы в различных соотношениях.

Наиболее полным и всеобъемлющим  определением популяции является следующее:

Популяция – это минимальная самовоспроизводящаяся  группировка особей одного вида, населяющая определенный ареал в течение  длительного ряда поколений, образующая собственную генетическую систему, формирующая собственную экологическую  нишу и более или менее изолированная  от других подобных группировок данного  вида.

Популяция есть форма существования вида и  элементарная единица эволюции.

Практическое значение популяционной  биологии связано с тем, что популяция есть единица эксплуатации, охраны и подавления.

 

Основные характеристики популяции

Популяции обладают рядом  свойств, которые не присущи отдельно взятой особи или просто группе особей. К основным характеристикам популяции  относятся: численность, плотность, рождаемость, смертность, относительный и абсолютный прирост.

1. Численность. Существует нижний предел численности, ниже которого популяция прекращает свое воспроизведение. Такая минимальная численность популяции называется критической. При определении критической численности нужно учитывать не всех особей, а только тех, которые принимают участие в размножении – это эффективная численность популяций.

Обычно численность популяций  измеряется сотнями и тысячами особей. У человека минимальная численность  популяций составляет около 100 особей. У крупных наземных млекопитающих  численность популяций может  снижаться до нескольких десятков особей (микропопуляции). У растений и беспозвоночных существуют также мегапопуляции, численность которых достигает миллионов особей.

В стабильных по численности  популяциях число особей, оставляющих  потомство, должно быть равно числу  таких особей в предыдущих поколениях. Для управления численностью популяций  необходимо знать их основные характеристики. Лишь в этом случае возможно прогнозирование  изменения состояния популяции  при воздействии на неё.

2. Плотность. Плотность популяции является производной характеристикой. Обычно плотность определяется как среднее число особей на единицу площади или объема занимаемого популяцией пространства. Плотность можно выражать также как массу (биомассу) членов популяции на единице площади или в единице объема.

Сравнительно многочисленные популяции могут обладать низкой плотностью. Низкая плотность снижает  внутривидовую конкуренцию и  повышает шансы отдельных членов популяции на выживание. При низкой плотности популяция не оказывает  заметного влияния на функционирование сообществ и экосистем; например, энергия, затраченная хищником на поиск  жертвы, не компенсируется энергетическими  выгодами от съеденной жертвы –  тогда становится бессмысленной  пищевая специализация хищника.

Возможна и обратная ситуация: сравнительно малочисленная популяция  может обладать высокой плотностью. В этом случае гарантируется образование  брачных пар. При малочисленности, но высокой плотности популяция  может оказывать значительное влияние  на функционирование сообществ и  экосистем.

Таким образом, низкая плотность  популяции уменьшает ее шансы  на воспроизведение, но увеличивает  шансы на выживание. Высокая плотность, наоборот, увеличивает шансы на воспроизведение, но уменьшает шансы на выживание. Следовательно, каждая конкретная популяция  должна обладать некоторой оптимальной  плотностью.

Распределение плотности  популяции тесно связано с  ее пространственной структурой. Существует множество типов пространственной структуры популяций и, соответственно, типов популяционных ареалов: сплошные, разорванные, сетчатые, кольцевые, ленточные и комбинированные.

 

 

3. Рождаемость и смертность.

Рождаемость – это число новых особей, появляющихся в популяции за единицу времени. Новой особью (или особью нулевого возраста) может считаться зигота, яйцо, личинка или особь, вышедшая из-под родительской опеки. Различают абсолютную и относительную рождаемость.

Абсолютная  рождаемость – это абсолютное число новых особей: например, в популяции в течение года родилось 156 новых особей.

Относительная (удельная) рождаемость – отношение числа новых особей к числу имевшихся особей; относительная рождаемость может рассчитываться или на одну особь, или на 1000 особей. Например, в популяции в начале года было 10 000 особей, а в течение года родилось 156 новых особей; тогда относительная рождаемость равна 156 : 10000 = 0,0156 на одну особь, или 0,0156 · 1000 = 15,6 на тысячу особей.

Существуют моноциклические (у растений монокарпические) виды, представители которых размножаются один раз в жизни, и полициклические (у растений поликарпические) виды, представители которых размножаются неоднократно.

Численность популяции может  увеличиваться не только за счет рождаемости, но и за счет иммиграции особей из других популяций. Существуют зависимые и полузависимые популяции, которые поддерживают и увеличивают свою численность именно за счет иммиграции.

Смертность – это понятие, противоположное рождаемости. Различают абсолютную смертность (количество погибших особей за единицу времени) и относительную (удельную) смертность (количество погибших особей за единицу времени в расчете на одну особь или на 1000 особей).

В отличие от рождаемости  смертность наблюдается постоянно. Характер смертности описывается таблицами  и кривыми выживаемости, которые  показывают, какая часть новорожденных  особей дожила до определенного возраста.

Численность популяции может  уменьшаться не только за счет смертности, но и за счет эмиграции особей.

4. Относительный прирост популяции. Этот параметр представляет собой разность между относительной рождаемостью и относительной смертностью. Это важнейшая характеристика популяции (обычно обозначается символом r). Относительный прирост популяции может быть положительным, нулевым и отрицательным.