О структуре экологии. Связь с другими науками
Экология (греч.) – «ойкос» (дом, жилище, местообитание) и «логос» (наука) – буквально это наука об организмах «у себя дома» или наука, изучающая отношения живых организмов между собой и с окружающей средой.
История экологии
В настоящее время понятие “экология” используется чрезвычайно широко (при обсуждении совершенно различных объектов природной и социальной действительности). Говорят об экологии растений и животных, экологии человека и общества, экологии города и культуры. Об экологии говорят тогда, когда хотят обратить внимание на условия существования или развития какого-либо объекта. Так в круг экологических изысканий ныне входят причины и следствия исчезновения отдельных видов растений и животных, загрязнения природной среды, ухудшении качества жизни людей и т.д.
Понятие “экология” не сразу приобрело такой универсальный смысл. Первоначально оно утвердилось как название направления, призванного изучать взаимоотношения живых существ между собой и с окружающей их неорганической природой. Возникновение экологии стало возможным в середине XIX века, когда было накоплено достаточно сведений о многообразии организмов и особенностях их образа жизни. Ученые начали понимать, что не только строение и развитие организмов, но и их взаимоотношения со средой обитания подчинены определенным закономерностям.
Однако накопление сведений об образе жизни, зависимости от внешних условий, характере распределения растений и животных началось вместе с освоением природы человеком.
Аристотель (384-322 до н.э.) описал поведение свыше 500 видов животных.
Теофраст Эрезийский (372-287 до н.э.), ученик Аристотеля, приводит подробные сведения о своеобразии растений в разных условиях, о зависимости их формы и роста от почвы и климата. Им предложено разделять покрытосеменные растения на основные жизненные формы: деревья, кустарники, полукустарники, травы.
В средние века под влиянием богословия и схоластики интерес к изучению природы ослабевает. Связь организмов с условиями среды трактовалась как воля бога. В этот период (около 1000 лет) только единичные труды содержат факты научного значения. Большинство сведений этого периода имеет прикладной характер и опирается на описание лечебных трав, культивируемых растений и животных, на знакомство с природой далеких стран (Марко Поло 13 в., Афанасий Никитин 15 в.). Началом новых веяний в науке в период позднего средневековья являются труды Альберта Великого (1193-1280), в которых он придавал большое значение условиям местообитания растений (почве, солнечному теплу, условиям питания).
В эпоху Возрождения и Великих географических открытий существенно расширился круг описываемых растений и животных (накопление и описание фактического материала – характерная черта естествознания того периода), что потребовало их систематизации. Первые систематики утверждали о зависимости растений от мест их обитания и условий произрастания.
До зарождения экологии было еще очень далеко, а известный химик Р. Бойль (1627-1691) осуществил первый экологический эксперимент. В 1670 году он опубликовал наблюдения о влиянии низкого атмосферного давления на различных животных. Выяснилось, что наибольшей стойкостью к вакууму обладают водные и земноводные животные.
Знаменитый микроскопист Антони ван Левенгук (1632-1723) первый обратил внимание на пищевые цепи и вопросы регулирования численности животных.
На основании путешествий по России в 18 в. С.П. Крашенинниковым, П.С. Палласом и др. натуралистами указывалось на взаимосвязные изменения климата, животного и растительного мира в различных частях страны. В своем труде «Зоография» П.С. Паллас описал образ жизни 151 вида млекопитающих и 425 видов птиц, биологические являения: миграцию, спячку, взаимоотношения родственных видов и т.д. Его считают одним из основателей экологии животных.
В XVIII веке Ж. Бюффон (1707-1788) впервые стал изучать влияние внешних условий на строение животных. Он считал возможным “перерождение” одного вида в другой под влиянием температуры, климата, пищи.
В это же время Ж.Б. Ламарк (1744-1829) - автор первого эволюционного учения, приходит к выводу, что влияние “внешних обстоятельств” - одна из главных причин приспособленности организмов, эволюции животных и растений.
Большое внимание влиянию среды на организмы уделял ученый-агроном А.Г. Болотов (1738-1833). Он создал одну из первых классификаций местообитаний.
Дальнейшее развитие экологическое знание получило в начале XIX века с появлением биогеографии. В трудах А. Гумбольдта (1769-1859) и других ученых было обращено внимание на то, что в сходных зональных и вертикально-поясных географических условиях у растений и животных разных групп вырабатываются похожие “физиономические” формы, т.е. одинаковый внешний облик. По распределению и соотношению этих форм можно судить о специфике физико-географической среды. Появились первые специальные работы, посвященные влиянию климатических факторов на распространение и биологию животных, например, труды К. Бергмана (1848) о географических закономерностях в изменении размера теплокровных животных.
В то же время в трудах английского священника Т.Р.Мальтуса (1765-1834) впервые была поставлена проблема перенаселения и нехватки ресурсов для человечества.
В 1832 г. О. Декандоль обосновал необходимость выделения особой научной дисциплины «Эпиррелогия», изучающей влияние на растения внешних условия и воздействия растений на окружающую среду (по сути – экология растений). Среду, в которой существуют растения, стали понимать как совокупность действующих на них условий (экологических факторов).
Экологическое направление в зоологии было лучше других сформулировано русским ученым К.Ф. Рулье (1814-1858 г.). Он считал необходимостью развитие особого направления в зоологии, посвященного всестороннему изучению и объяснению сложных взаимоотношений животных.
Таким образом, ученые начала 19 в. анализировали закономерности взаимосвязей организмов и среды, взаимоотношения между организмами, явления приспособляемости и т.д. Однако решение этих проблем произошло на базе эволюционного учения Дарвина. Ч. Дарвин (1809-1882) – в работе “Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь” (1859) была теоретически осмыслена “борьба за существование” в природе. Под борьбой он понимал все формы связей вида со средой, которые приводят к естественному отбору и являются движущей силой эволюции. Именно эта работа поставила проблему всестороннего изучения взаимоотношения живых существ с окружающей средой.
Термин “экология” впервые представлен в работе Э.Геккеля (1834-1919) “Всеобщая морфология организмов” (1866), где означал науку об отношениях организмов к окружающей среде. В более поздней работе Геккель писал «Под экологией мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности животного с окружающей средой, как органической, так и не органической, и, прежде всего, дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми он прямо или косвенно вступает в контакт. Одним словом, экология – это изучение всех сложных взаимоотношений, которые Дарвин называет условиями, порождающими борьбу за существование» (позднее автор отказался от названия экология, заменив его на «Экономия природы» или «биономия»).
Таким образом, экология зародилась в недрах биогеографии.
Во второй половине 19 в. содержанием экологии являлось, главным образом, изучение образа жизни растений и животных, их адаптивности к климатическим условиям. В этой области был сделан ряд важнейших открытий. В начале 20 в. оформились экологические школы гидробиологов, фитоценологив, ботаников и зоологов, в каждой из которых развивались определенные стороны экологической науки.
Выдающийся вклад в развитие экологии внес В.И.Вернадский (1864-1945), интенсивно развивавший учение о биосфере и влиянии живого вещества на окружающую косную материю.
В настоящее время широко известны такие ученые, как: США – Ф. Клементс, Ю. Одум, Г. Одум, Р. Риклефс, О. Оуэн, Р. Линдеман; Дания – К. Раункиер, Великобритания – Э. Макфедьен, Р. Уиттекер, А. Тенсли; Франция – Ф. Ромад, Ф. Дрё; Россия – В.Н.Сукачев, Т.Г. Гильманов, М.С. Гиляров, С.С. Шварц и др.
Структура экологии
В античное время формировался подход к природе как к целому, что позволяло наблюдать отдельные явления, но не давало возможности понять их причины, а следовательно предположить, что будет в дальнейшем.
В Новое время, начиная с XVII-XVIII веков начал практиковаться аналитический подход к изучению: природа расчленялась на отдельные простые составные части, более доступные для изучения путем эксперимента и с помощью новейших достижений современной науки, затем целое воспринималось как совокупность частей. Целое и неизвестное сводилось к известному и простому. Так, при изучении объектов природы шло разделение сообществ организмов на отдельные особи, органы, клетки, гены, то есть создавалась иерархия природных объектов. До некоторого времени этот подход был оправдан и помог дать много важных открытий.
Однако позже был выявлен ряд объектов действительности, адекватное познание которых стало невозможным путем простого деления на части. При объединении множества единиц в целое у этих новых единиц возникают новые свойства, отсутствовавшие на предыдущем уровне. В этом состоит сущность принципа эмерджентности. Было предложено различать в системах эмерджентные свойства и совокупные, представляющие собой сумму свойств компонентов.
Этот принцип делает традиционный редукционистский подход к изучению системы, каковыми являются природные объекты, малопригодным. Таким образом, движение от сложных объектов к простым, преобладавшее на ранних этапах развития науки о природе, сменился движением от простых объектам к экологическим системам, что стало возможным при появлении новых специфически экологических методов исследований и новой техники, позволяющей обработать полученные результаты.
В то же время необходимо учитывать, что тяготение к узкой специализации, присущее исследователям до сих пор, недопустимо в экологии, поскольку она является синтетической дисциплиной и использует методы и достижения самых разных научных дисциплин.
Экология изучает организацию жизни на трех уровнях:
1) взаимодействие отдельного организма со средой его обитания - аутэкология.;
2) взаимодействие организмов со средой на уровне групп (популяций) называется демэкологией (популяционной экологией);
3) комплексное изучение групп организмов, образующих единую систему, является предметом синэкологии (от греч. син - вместе) (экология сообществ);
4) экология экосистем;
5) биосферология (учение о биосфере).
Если рассмотреть спектр уровней организации биологических систем, можно отметить, что экология имеет дело с правой частью спектра, а левая остается в ведении более специальных наук.
Биотические Гены Клетки Органы Организмы Популяции Сообщества
компоненты ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯
+
Абиотические Вещество ----------------------------------------------------Энергия
компоненты
=
Биосистемы Генети- Клеточные Системы Системы Популяци- Экосистемы
ческие системы органов организмов онные
системы системы
Таким образом, экология зародилась как биологическая, естественная наука о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей средой. Человек тоже является организмом, взаимодействующим с органическими и неорганическими компонентами окружающей среды, причем положение его в биосфере двояко: с одной стороны он как биологический вид является составной частью экосистем нашей планеты. С другой стороны, в отличие от иных живых существ, человек имеет и не биологические, так называемые социально-культурные потребности и механизмы развития (создает технику, новые искусственные вещества, для чего черпает из окружающей среды такие ресурсы, которые ранее ни одно живое существо не потребляло; при этом возвращает в природу массу чуждых ей отходов). Это несложное взаимодействие порождает массу проблем, ставящих человечество и биосферу на грань выживания:
- ресурсный кризис (невозобновимые и возобновимые ресурсы);
- загрязнение окружающей среды (глобальные проблемы – разрушение озонового слоя, кислотные осадки, глобальное потепление; ухудшение здоровья человека и его генофонда);
- снижение биоразнообразия.
В связи с этим, экология это уже не чисто естественная биологическая наука, а комплексная социоестественная наука, в предмет которой практически вовлечены все стороны жизнедеятельности человека. В результате современная экология имеет следующую структуру
- общая экология (аутэкология, демэкология …);
- биоэкология (экология растений, животных, бактерий и т.д.);
- геоэкология или ландшафтная экология (экология геосфер и частей природной среды обитания организмов, климатология, экология природных зон, регионов, стран, континентов);
- экология человека (биоэкология человека – эволюционная экология и современный антропогенез, социальная экология – экология личности, семьи, демографическая экология);
- прикладная экология (инженерная экология – промышленная, строительная, транспортная и т.д., сельскохозяйственная экология, медицинская экология, охрана окружающей среды, экономика природопользования и т.д.).
Связь с другими науками
Философия Все философские школы прошлого стремились осмыслить взаимоотношения человека и природы. Философов интересовали проблемы возникновения жизни, ее развития, влияния человека на природу и природы на человека.
В древние века преобладало преклонение перед силами природы, их обожествление, однако в наше время этот подход сменился вульгарно-практическим подходом как к несовершенной системе, которую нужно улучшать. Негативные последствия такого подхода сказались быстро. Ф.Энгельс: “Не будем ... обольщаться нашими победами над природой. За каждую победу она нам мстит. Каждая победа имеет те последствия, на которые мы рассчитывали... но и совсем другие, непредвиденные последствия, которые часто уничтожают последствия первых.”
Актуальным философским элементом стала экологическая этика, связанная с экологически корректным обращением человека с природой, нравственным осознанием того, что все живые организмы имеют равное с человеком право жить на планете и лишать жизни другое существо или вредить ему, если это не связано с жизненной необходимостью, безнравственно.
Биологические науки В основе экологии лежит материал различных отраслей биологии: морфологии – учения о строении организмов, включающего анатомию; эмбриологии (зародышевое развитие), гистологии (учение о тканях), цитологии (учение о клетках). Это связано с тем, что эффект воздействия среды на организмы оценивается по конкретным биологическим признакам. Процессы взаимодействия организма с окружающей средой являются предметом физиологии и биохимии, а внешние реакции – предметом этологии (науки о поведении). Все эти знания касаются всех видов жизни, а следовательно входят как составные части в антропологию, зоологию, ботанику, микробиологию.
Математика При оценке интенсивности и последствий любых взаимодействий необходимо пользоваться мерой и числом. Поскольку экология точная наука, она использует математические методы.
Полученные данные могут быть представлены в виде графиков, уравнений, математических моделей. В последнее время для этих целей используется вычислительная техника.
Химические науки В основе жизни находится обмен веществ между организмами и средой, заключающийся в ассимиляции, метаболизме и диссимиляции вещества. Все это – химические процессы. Обмен веществ на уровне индивидуума в конечном счете формирует более сложные процессы на уровне экосистем и биосферы в целом, образуя круговороты веществ, именуемые биогеохимическими циклами.
В настоящее время сформировались специфические области науки о Земле: химия воды, химия почв, химия атмосферы, химия окружающей среды, в основу которых входят классические разделы общей химии, органической и неорганической, физической и коллоидной. В основе современного учения о биосфере лежат труды В.И.Вернадского – крупнейшего специалиста в области геохимии.
Физика Закономерности биологических процессов преобразования веществ в пищевых цепях, в водной и воздушной среде подчиняются фундаментальным законам физики – сохранения массы и второму началу термодинамики.
Географические науки Разные участки земной поверхности и водных глубин по-разному заселены и освоены жизнью, что объясняется географическими различиями местностей. Это необходимо учитывать при организации природопользования. Поэтому экология тесно связана с географией. Самостоятельно развиваются такие области географии, как ботаническая и зоологическая. Сформировался специальный раздел экологии – геоэкология, или ландшафтная экология.
Медицина Ухудшение качества окружающей среды означает отклонение конкретных условий от физиологических требований организма, реакцией на которое является заболевание и гибель. Врач у постели больного решает экологическую задачу – как с помощью доступных ему средств сбалансировать факторы среды с требованиями организма.
В процессе промышленного производства происходят выбросы различных токсичных веществ. Задачей медицины является изучение их влияния на организм, определение их предельных концентраций, борьба с проявлениями их токсичности. Областью, решающей эти задачи, является санитарная охрана окружающей среды.
Охрана труда и техника безопасности Кроме токсичных элементов, в процессе трудовой деятельности человек сталкивается с такими производственными факторами, как неблагоприятные температуры, давление, шум, вибрация, радиация, электромагнитные поля и др. В ряде случаев данные вредные производственные факторы связаны с аварийными ситуациями, которые могут привести к крупным экологическим катастрофам. Этим и обусловлено появление такой специфической отрасли науки и знания, как безопасность жизнедеятельности. В сфере этой дисциплины находятся взаимоотношения человека и машины, которая также является элементом окружающей его среды.
Экономика Э. Геккель называл экологию экономикой природы. Для того, чтобы в условиях производства человеку обеспечить необходимое качество природной среды, необходимы капиталовложения и затраты, которые не дают немедленной видимой отдачи. Но отказ от этих вложений ведет к ухудшению качества природы со всеми вытекающими отсюда отрицательными последствиями.
Предприятие обычно имеет выбор способа обеспечения качества среды: установка очистных сооружений или изменение технологии производства, проведение политики ресурсосбережения, а иногда и отказ от особо опасных производств. Выбору оптимального для данного предприятия варианта служит экономика.
В настоящее время стало очевидным, что проводимая ныне политика пренебрежения экологическими требованиями ради быстрой экономической выгоды ведет тяжелым и невосполнимым последствиям для людей и, в конечном счете, для экономического развития. Все эти вопросы являются предметом нового направления экологической науки – экономики природопользования.
Правоведение В процессе природопользования между гражданами, предприятиями, отраслями промышленности возникают противоречия. Деятельность одних может наносить ущерб другим и обществу в целом. Поэтому необходимо правовое обеспечение природопользования правовым нормам, являющимся сферой действия экологического права, в основе которого лежит Конституция Российской Федерации: статья 145 провозглашает право граждан на благоприятную окружающую среду.
Для успешного функционирования системы правовой охраны окружающей среды специалисты-экологи должны знать правовой механизм управления природопользованием, а юристы - владеть знаниями в области общей экологии и охраны окружающей среды.
Лекции 2-3. Экологические факторы среды