Глава 1. что изучает экология?
СЛОВО К ШКОЛЬНИКУ
На вашу долю выпала нелегкая судьба – принять участие в историческом процессе возрождения своей Родины. Новая Россия должна быть страной не только демократической и богатой, но и экологически чистой: без загрязняющих атмосферу заводских труб, без варварской эксплуатации лесов и почв, с озерами и реками, не отравляемыми неочищенными стоками. Лишь при восстановлении и сохранении природы возможно процветание общества.
Сегодня мы далеки от этого идеала, но положение наше не безнадежно. Есть страны, например ФРГ и Япония, добившиеся замечательных успехов в сохранении природы в значительно более трудных условиях – при меньшей обеспеченности природными ресурсами и при большей плотности населения. Их опыт показывает, что можно развивать современную промышленность, иметь продуктивное сельское хозяйство и при этом охранять природу.
На долю вашего поколения выпадает решение основных задач экологического оздоровления России. И для этого надо изучать экологию.
Чтобы улучшить экологическую ситуацию, нужны знания и средства, причем часто очень большие (именно потому самые большие успехи в охране природы – у богатых стран). Никакие крупные затраты на исправление экологических ошибок не дадут результата, если нет научно обоснованного плана действий, и никакой самый грамотный, «семи пядей во лбу», ученый-эколог ничего не сможет сделать, если не будет средств, чтобы реализовать его проект. Чем богаче и экологически грамотнее мы будем, тем скорее вылечим Россию от тяжелых экологических болезней. Уже начались годы экономического подъема, и чтобы использовать его на благо природы, сегодня каждому гражданину России нужны экологические знания.
Освоение этого предмета поможет вам научиться экологически мыслить. Вы почувствуете себя ответственными за отношения Человека и Природы, сможете оценивать причины неблагоприятной экологической обстановки на месте будущей работы, в селе или городе, в регионе, в России, в мире.
Знания в области экологии необходимы каждому человеку также, как умение читать, писать и считать. Но как для литературной работы нужны специалисты-филологи, а для математических расчетов – специалисты-математики, так и для принятия серьезных экологических решений нужны специалисты-экологи.
Специалист-эколог в любом объекте использования – водоеме, лесном массиве, поле, селе или городе – видит единство организмов и условий их жизни, называемое экологической системой (экосистемой). Он принимает решения о том, как уменьшить вред природе от воздействия человека, как перейти от эксплуатации природы к сотрудничеству с ней на основе учета сложных процессов, протекающих в этой экосистеме.
Мы надеемся, что среди тех, кто начинает изучать экологию по этому учебнику, есть и будущие экологи-профессионалы. Эколог – это интересная, нужная и благородная профессия!
Наш учебник похож на гору с тремя смотровыми площадками, расположенными на разной высоте. Если вы освоите обязательный материал (контрольные вопросы к нему выделены ??синим) и тем самым познаете азы экологии, то сможете взглянуть на мир с первой «смотровой площадки». С нее видно многое, но далеко не все.
Если вам станет интересно и вы разберетесь в дополнительном материале (контрольные вопросы к нему выделены ??красным, а кроме того, в оглавлении параграфы, относящиеся к дополнительному материалу, помечены ??красным значком), то окажетесь на второй «смотровой площадке», и для вас горизонты экологии расширятся.
Ну, а если вы освоите и справочный материал (он выделен ??зеленым цветом), а главное – почитаете рекомендованную дополнительную литературу (и книги о рациональном природопользовании и охране природы, которые издаются в вашей республике или области) и выполните индивидуальные задания по каждой главе, то поднимитесь на третий уровень и обретете довольно широкую экологическую эрудицию. С «третьей смотровой площадки» вам прямая дорога в профессиональные экологи, которых готовят в университетах, педагогических институтах и других вузах.
Подняться на каждый из трех уровней можно не только учащимся, но и их родителям. Поэтому предложите почитать им этот учебник. Ведь в школах экологию преподают сравнительно недавно, и они во время учебы в школе (и вузе тоже) могли не получить экологических знаний.
Успехов вам в изучении экологии и использовании полученных знаний в практической жизни!
ЧАСТЬ 1. ВВЕДЕНИЕ В ЭКОЛОГИЮ
Глава 1. ЧТО ИЗУЧАЕТ ЭКОЛОГИЯ?
Изучение экологии мы начнем с истории этой науки, возникшей как биологическая дисциплина об отношениях организмов и условий среды. Однако со временем экология разрослась в широкий комплекс из многих наук, большая часть которых изучает отношения с природой всего одного биологического вида – человека.
Экология – наука XX века
Экология (от греческих слов ойкос – дом и логос – учение) – наука о взаимоотношениях организмов и условий среды. Основным объектом экологии является экосистема – совокупность организмов (животные, растения, грибы, бактерии) и среды их обитания. Кроме того, экология изучает и группы организмов одного вида, входящие в экосистемы, – популяции, и отношение к среде отдельных организмов.
Такое название науке дал Э. Геккель в 1866 г. Однако изучением этих взаимоотношений ученые занимались с давних времен, задолго до того, как Геккель «придумал» экологию. Любой натуралист – исследователь растений или животных – всегда не только ботаник или зоолог, но и эколог. Великими экологами прошлого можно назвать шведа К. Линнея (1707–1778), французов А.Л. Лавуазье (1743–1794) и Ж.Б. Ламарка (1744–1829), немца А. Гумбольдта (1769–1859), англичан Т. Мальтуса (1766–1834) и Ч. Дарвина (1809–1882).
Карл Линней создал удобную для практического использования классификацию видов растений и животных и систематизировал сведения об условиях жизни разных видов. Он писал об «экономике природы» и первым сформулировал представления об экологическом равновесии в природе.
Антуан Лавуазье (химик по основной специальности) в 1773 г. сформулировал представления о круговороте веществ в природе и выделил три группы организмов, которые в современном понимании соответствуют продуцентам, консументам и редуцентам.
Жан Батист Ламарк первым высказал мысль о том, что все живое и неживое на нашей планете составляет единое целое – биосферу, и предупредил человечество о возможных последствиях влияния человека на природу. Вот как звучало его мрачное пророчество: «Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека как бы заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для обитания».
Александр Гумбольдт сформулировал представления о жизненных формах растений, то есть типах внешнего облика, отражающего условия среды обитания, и выявил широтную и высотную зональность в распределении животных и растений. Как и Ламарк, он подходил к идее биосферы – говорил о единстве всего живого, населяющего планету.
Томас Мальтус (священник) был первым популяционным экологом – математически описал закономерности роста числа организмов одного вида. Вслед за Ламарком он дал прогноз возможных тяжелых последствий хозяйственной деятельности человека, если его численность будет увеличиваться без предела и произойдет перенаселение.
Чарлз Дарвин, опираясь на идеи Линнея и Мальтуса, создал учение об естественном отборе, который исключает перенаселение в природе за счет отмирания более слабых особей. Он объяснил отличие естественного отбора в природе, когда преимущество получает самый приспособленный организм, от искусственного отбора, который проводит человек при выведении сортов растений и пород животных. Искусственный отбор человек ведет исходя из полезности растений и животных. В результате отобранные им организмы теряют приспособленность к природным условиям.
В ХХ в. экология развивалась особенно бурно. В это время различные вопросы теории экологии разрабатывали В. Вольтерра (1860–1940), Р. Пирл (1879-1940), Р.Л. Линдеман (1915–1942), Ф. Клементс (1874–1945), А.Дж. Лотка (1880–1949), А. Тенсли (1871–1955), Р. Макартур (1930–1972), Р. Уиттекер (1920–1981), Ч. Элтон (1900–1991), Дж. Э. Хатчинсон (1903–1991) и многие другие.
Для развития экологии немало сделали русские ученые. Основы сельскохозяйственной экологии заложили А.Т. Болотов (1738–1833) и Н.И. Вавилов (1887–1943). К.Ф. Рулье (1814–1856) сформулировал принцип единства организма и условий среды. В.В. Докучаев (1846–1903) создал теорию почвообразовательного процесса. В.И. Вернадский (1864–1945) развил идеи Лавуазье, Ламарка и Гумбольдта и создал целостное учение о биосфере, показав геологическую роль, которую сыграли живые организмы в преобразовании нашей планеты. В.Н. Сукачев (1880–1967) создал учение, об однородных наземных экосистемах – биогеоценозах.
Заметный вклад в развитие экологии внесли Г.Ф. Гаузе (1910–1986; эксперименты с инфузориями, позволившие сформулировать основные положения концепции экологической ниши), Г.Г. Винберг (изучение продуктивности водных экосистем), Л.А. Зенкевич и В.Г. Богоров (первая карта распределения первичной биологической продукции океанов).
Зоологи Д.Д. Кашкаров (1878–1941) и В.В. Станчинский (1882–1942) много сделали для организации заповедного дела в СССР, обосновав необходимость сохранения экосистем заповедников как эталонов девственной природы.
Н.Ф. Реймерс (1931–1993) написал монографии и составил справочники по широкому кругу вопросов экологии, которые играют важную роль в становлении экологического образования в стране.
Н.Н. Моисеев (1917–2000) сформулировал представления о коадаптации (взаимном приспособлении) человека и биосферы и возможности ее квазиустойчивого («почти устойчивого») состояния при построении общества устойчивого развития.
А.М. Гиляров внес вклад в разработку вопросов истории экологии, популяционной экологии и школьного экологического образования. Он был инициатором издания и редактором многих переводных книг по экологии.
Вплоть до середины ХХ в. экология была равной среди прочих наук, такой же, как физика, химия, ботаника или зоология. Роль экологии резко возросла во второй половине нашего столетия, когда о ней заговорили не только ученые, но и общественные деятели – политики, писатели. К этому времени начали сбываться прогнозы Ламарка и Мальтуса, и взаимоотношения человека и природы стали опасными. Население планеты увеличивается, растут промышленные гиганты, по дорогам, густой сетью опутавшим планету, мчатся миллионы автомобилей, в воздухе летают скоростные лайнеры. Все это загрязняет окружающую среду.
В результате хозяйственной деятельности человека истощаются запасы ископаемых ресурсов – нефти, угля и разных руд, теряют плодородие почвы, на которых выращиваются сельскохозяйственные культуры, вырубаются леса, мелеют реки, исчезает множество видов растений и животных.
Появился новый опасный фактор – радиационное загрязнение среды отходами атомных электростанций.
История планеты Земля и история человечества по продолжительности несопоставимы. Если ускорить историю планеты в 5 миллиардов раз и приравнять время ее существования к одному году, то окажется, что человек родился 31 декабря в 16 часов, сельским хозяйством начал заниматься в 23 часа 58 минут, а весь период научно-технической революции, когда его влияние на природу стало особенно пагубным, составил всего 2 секунды. Но эти секунды истории планеты – трагические. И только с помощью экологии можно дописать сценарий счастливого продолжения истории человечества и указать путь к экологически обустроенному обществу устойчивого развития, в котором природопользование рационально и значительная часть экосистем охраняется. Такое общество не истощает ресурсы, не загрязняет окружающую среду, охраняет биологическое разнообразие (виды растений, животных, грибов и других организмов). И процветание одного поколения не лишает такой же возможности поколений потомков.
Контрольные вопросы
1. Какие ученые внесли большой вклад в развитие экологии?
2. В чем состоит вклад в экологию русских ученых?
3. Почему экология в конце ХХ столетия стала важнейшей наукой?