Популяция и характерные для неё типы взаимодействий

ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ЭКОЛОГИИ

1.1. СТРУКТУРА СОВРЕМЕННОЙ ЭКОЛОГИИ

Все экологические науки можно систематизировать либо по объектам изучения, либо по методам, которыми они пользуются.

1. В соответствии с размерами объектов изучения выделяют следующие направления:

- аутоэкология (греч. autos - сам) - раздел экологии, изучающий взаимоотношения отдельного организма (искусственно изолированный организм) с окружающей средой;

- демэкология (греч. demos - народ) - изучает популяцию и ее среду;

- эйдэкология (греч. eidos - образ) - экология видов;

- синэкология (греч. syn - вместе) - рассматривает сообщества как целостные системы;

- ландшафтная экология - изучает способность организмов существовать в разной географической среде;

- мегаэкология или глобальная экология - наука о биосфере Земли и положении человека в ней.

2. В соответствии с отношением к объекту изучения выделят следующие разделы экологии:

- экология микроорганизмов;

- экология грибов;

- экология растений;

- экологи я животных;

- экология социальная - рассматривает взаимодействие человека и человеческого общества с окружающей средой;

- экология человека - включает изучение взаимодействия человеческого общества с природой, экологию человеческой личности и экологию человеческих популяций, в том числе учение об этносах;

- экология промышленная или инженерная - рассматривает взаимное влияние промышленности и транспорта на природу;

- сельскохозяйственная экология - изучает способы получения сельскохозяйственной продукции без истощения природных ресурсов;

- медицинская экология - изучает болезни человека, связанные с загрязнением среды и способы их предупреждения и лечения.

3. В соответствии со средами и компонентами, выделяют следующие дисциплины:

- экология суши;

- экология морей;

- экология рек;

- экология пустынь;

- лесная экология - изучает способы использования ресурсов лесов при их постоянном восстановлении;

- экология высокогорья;

- урбаноэкология (лат. urbanus - городской) - экология градостроения.

4. В соответствии с используемыми методами выделяют следующие прикладные экологические науки:

- математическая экология - создает математические модели с целью прогнозирования состояния и поведения популяций и сообществ в изменяющихся экологических условиях;

- химическая экология - разрабатывает методы анализа загрязнителей и способы уменьшения вреда от химических загрязнений;

- экономическая экология - создает экономические механизмы рационального природопользования;

- юридическая экология - нацелена на разработку системы природоохранных законов.

1.2.УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОЙ МАТЕРИИ

Для того чтобы получить целостное представление об экологии, понять роль, которую она играет среди наук, изучающих живые организмы, необходимо ознакомиться с концепцией об уровнях организации живой материи и иерархией биологических систем (рис.1).

Биосистемы – это системы, в которых биотические компоненты (все живые организмы) разных уровней организации упорядоченно взаимодействуют с окружающей биотической средой, т.е. абиотическими компонентами (энергией и веществом).

Рис.1. Иерархия уровней организации живой материи:

- молекулярный – на нем проявляются такие процессы, как обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации;

- клеточный - клетка является основной структурной и функциональной единицей всего живого на планете Земля;

- организменный – организм (лат. organizo - устраиваю, придаю стройный вид) употребляется как в узком смысле - особь, индивидуум, «живое существо», так и в широком, самом общем смысле - сложно организованное единое целое. Это реальный носитель жизни, характеризующийся всеми ее признаками;

- популяционно-видовой – популяция (лат. рорulus - народ), по определению академика С. С. Шварца, – это элементарная группировка организмов определенного вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности необозримо длительное время в постоянно изменяющихся условиях. Термин «популяция» ввел В. Иогазен в 1903 г. Популяция является конкретной формой существования вида в природе. Биологический вид - это совокупность особей, обладающих общими признаками, способных свободно скрещиваться между собой и давать плодовитое потомство, занимающих определённый ареал (лат. area - площадь, пространство) и отграниченных от других видов нескрещиваемостью в природных условиях. Представление о видах, как об основной структурной и классификационной единице в системе живых организмов, было введено К. Линнеем, опубликовавшим в 1735 г. свой труд «Системы природы»;

- биоценотический – биоценоз (греч. bios - жизнь, koinos - общий) - совокупность организмов разных видов и различной сложности организации со всеми факторами конкретной среды обитания. Термин «биоценоз» предложил К. Мёбиус в 1877 г. Местообитание биоценоза называется биотопом. Биотоп (греч. bios - жизнь, topos - место) - это пространство с однородными условиями (рельефа, климата), заселённое определённым биоценозом. Любой биоценоз неразрывно связан с биотопом, образуя вместе с ним устойчивую биологическую макросистему еще более высокого ранга - биогеоценоз. Термин «биогеоценоз» предложил в 1940 г. Владимир Николаевич Сукачёв. По В. Н. Сукачеву биогеоценоз – это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений: атмосферы, горной породы, гидрологических условий, растительности, животного мира, микроорганизмов и почвы. Таким образом, понятие биоценоза применяется для обозначения только наземных экосистем, границы которых определяются границами фитоценоза (растительности). Биогеоценоз – это частный случай крупной экосистемы;

- биосфера (грeч. bios - жизнь, spharia - шар) - глобальная экосистема всего земного шара, оболочка Земли, состоящая из совокупности всех живых организмов (биота), веществ, их составляющих и среды их обитания. Биосфера - это область распространения жизни на Земле, включающая в себя нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы. Термин «биосфера» ввел австрийский геолог Э. Зюсс в 1873 г. Основные положения учения о биосфере опубликованы В. И. Вернадским в 1926 г. В своем труде, который так и называется «Биосфера», В. И. Вернадский развивает идею эволюции поверхности земного шара как целостного процесса взаимодействия неживой или «косной» материи с живым веществом.

1.4. ОСНОВНЫЕ КРИТЕРИИ ВИДА

Общее число биологических видов на Земле по разным оценкам составляет от 1,5 до 3 млн. К настоящему времени описало около 0,5 млн. видов растений и примерно 1,5 млн. видов животных. Человек - один из известных сегодня биологических видов на Земле.

Эволюционную устойчивость вида обеспечивает существование внутри вида генетически разнообразных популяций. Виды отличаются друг от друга многими признаками.

Критерии вида - это характерные для вида признаки и свойства. Различают морфологический, генетический, физиологический, географический и экологический критерии вида. Для установления принадлежности особей к одному виду недостаточно использовать какой-либо один критерий. Только применение совокупности критериев с взаимным подтверждением различных признаков и свойств особей в их совокупности характеризует вид.

Морфологический критерий основан на сходстве внешнего и внутреннего строения особей одного вида. Но особи в пределах вида иногда настолько изменчивы, что только по морфологическому критерию не всегда удастся определить вид. Кроме того, существуют виды, морфологически сходные, однако особи таких видов не скрещиваются между собой - это виды-двойники.

Генетические критерий - это характерный для каждого вида набор хромосом, строго определенное их число, размеры и форма. Он является главным признаком вида. Особи разных видов, имеющие разные наборы хромосом, не могут скрещиваться между собой. Однако, в природе встречаются случаи, когда скрещиваются между собой и дают плодовитое потомство особи разных видов.

Физиологический критерий - это сходство всех процессов жизнедеятельности у особей одного вида, прежде всего, сходство процессов размножения.

Географический критерий - это определенный ареал (территория, акватория), занимаемый видом в природе.

Экологический критерий - это совокупность факторов внешней среды, в которой существует вид.

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ НИША

Для определения функциональной роли, которую тот или иной вид играет в составе экосистемы, Дж. Гриннелл ввел понятие «экологическая ниша». Экологическая ниша - это совокупность всех параметров среды, в пределах которых возможно существование вида в природе, его положение в пространстве и функциональная роль в составе экосистемы. Ю. Одум образно представил экологическую нишу как занятие, «профессия» организма в биоценозе, а его местообитание – это «адрес» вида, по которому он проживает. Для того чтобы, изучить организм необходимо знать не только его адрес, но и его профессию. Г. Е. Хатчинсон дал количественное определение экологической ниши. По его мнению, нишу необходимо определять с учетом всех физических, химических и биотических факторов среды, к которым должен быть приспособлен вид. Г. Е. Хатчинсон выделяет два вида экологической ниши: фундаментальную и реализованную. Экологическая ниша, определяемая только физиологическими особенностями организмов, называется фундаментальной (потенциальной), а та, в пределах которой вид реально встречается в природе, - реализованной. Последняя – это та часть потенциальной ниши, которую данный вид способен отстоять в конкурентной борьбе. Виды уживаются в одной экосистеме в составе биоценоза в тех случаях, когда они расходятся по экологическим требованиям и ослабляют тем самым конкуренцию друг с другом. Два вида в одном биоценозе не могут занимать одну и ту же экологическую нишу. Например, в экосистеме озера часть организмов населяет поверхностный слой, другие же вынуждены приспосабливаться к более глубоким зонам. Ярусность в лесу также является примером разделения экологических ниш. Кроны светолюбивых видов расположены выше, а тенелюбивых − ниже, корни растений проникают на разную глубину. Почвенные животные осваивают различные подземные «этажи». Разделение ниш происходит также за счет различного корма совместно обитающих видов.

Часто даже близкие виды, проживая рядом в одном биоценозе, занимают разные экологические ниши. Это приводит к уменьшению конкурентной борьбы между ними, что является главной задачей выделения экологических ниш. Кроме того, один и тот же видв разные периоды своего развития может занимать разные экологические ниши.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

ФАКТОРОВ

Экологический фактор - это любое свойство или компонент среды, оказывающий влияние на живой организм и вызывающий его ответную реакцию. Все многообразие воздействующих на организм экологических факторов принято делить на абиотические и биотические, на природные и антропогенные. Абиотические факторы (греч. а… – не…, bios - жизнь) – это факторы неживой природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы. Среди них принято выделять следующие группы:

- климатические факторы: свет, температура, влажность, ветер, воздух, долгота дня и др.;

- геологические факторы: землетрясения, извержения вулканов и др.;

- орографические факторы или факторы рельефа: высота над уровнем моря, экспозиция местности и др.;

- эдафические или почвенные факторы: химический состав, плотность, структура почвы и др.;

- гидрологические факторы: течения, соленость, давление и др.

Существует и другая классификация абиотических факторов, по которой их делят на физические и химические.

Биотические факторы – это всевозможные формы влияния живых организмов друг на друга и на окружающую среду. Биотические факторы подразделяют на две подгруппы:

- внутривидовые факторы – это формы взаимодействия особей одного и того же вида. К данным факторам относится внутривидовая конкуренция;

- межвидовые факторы – это формы взаимодействия между особями разных видов.

Межвидовые взаимоотношения значительно более разнообразны:

- симбиоз (греч. symbiosis) - сожительство организмов разных видов, при котором организмы приносят друг другу только пользу. К симбиозу (по степени партнерства) относят комменсализм и мутуализм. Термин "симбиоз" предложил в 1879 г. А. Де Барри;

- комменсализм - форма симбиоза, при которой один из партнёров системы (комменсал) полностью возлагает на представителя другого вида (хозяина) регуляцию своих отношений с внешней средой, но не вступает с ним в тесные отношения. Существуют две формы комменсализма: синойкия (квартиранство) и трофобиоз (нахлебничество). Примером квартиранства является взаимоотношения некоторых актиний и тропических рыбок. Пример нахлебничества: акула и рыба-прилипало, которая питается остатками пищи акулы;

- мутуализм (лат. mutuus - взаимный) - форма симбиоза, при которой два различных организма возлагают друг на друга регуляцию своих отношений с внешней средой. При этих отношениях партнеры получают взаимную выгоду и ни не могут существовать раздельно. Например, лишайник, который состоит из гриба и водоросли. Гриб защищает водоросль, а водоросль кормит его;

- паразитизм (греч. parasitos - нахлебник) - форма взаимоотношений организмов разных видов, при которой паразит не убивает своего хозяина, а использует его в качестве среды обитания или источника пищи. Паразитизм известен на всех уровнях организации живого вещества, начиная с вирусов и бактерий и заканчивая высшими растениями и многоклеточными животными. Одна из форм приспособления к паразитизму - упрощение организации паразита по сравнению со свободно живущими предками. Наряду с упрощением организации почти у всех паразитов появляются специфические органы фиксации (крючки, зацепки, присоски и др.). Они позволяют им прикрепляться и удерживаться на теле или в органах и полостях хозяина. Чрезвычайно высокая плодовитость и сложные циклы развития многих паразитов позволяют им выжить в борьбе за существование и преодолеть активное сопротивление организма хозяина;

- нейтрализм – оба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга;

- хищничество – взаимоотношения, при которых хищник питается своей жертвой. Частным случаем хищничества является каннибализм - поедание себе подобных;

- протокооперация – взаимовыгодное сосуществование организмов, при котором пользу извлекают все участники, но они могут существовать и независимо друг от друга. Например, крабы и коралловый полип актиния;

- аменсализм – взаимоотношения, при которых один организм подавляет жизнедеятельность другого, может вызвать его гибель, а сам не испытывает никаких отрицательных последствий для себя. Например, ель и растения нижнего яруса;

- межвидовая конкуренция – оба вида испытывают отрицательное воздействие.

Кроме того, биотические факторы могут быть классифицированы по признаку принадлежности к одному из царств:

- фитогенные факторы – это влияние растений;

- зоогенные факторы – это влияние животных;

- микогенные факторы – это влияние грибов;

- микробогенные факторы – это влияние микроорганизмов.

В свою очередь, и абиотические факторы, и биотические факторы подразделяются на природные и антропогенные (греч. anthropos - человек, genesis – происхождение).

Все имеющиеся экологические факторы воздействуют на жизнь организмов по-разному и имеют различную степень важности для разных видов. В то же время набор факторов (а в природе факторы действуют не изолированно, а в виде сложного комплекса) и их значимость для живых организмов зависят от среды обитания.

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ВАЛЕНТНОСТЬ

Для каждого организма и вида в целом существует свой оптимум экологических факторов, который зависит от стадий развития, возраста, пола, сезона и других обстоятельств. Способность вида приспосабливаться к экологическим факторам называется экологической валентностью или пластичностью.

Экологическая валентность (экологическая пластичность, пределы толерантности) - это пределы выносливости организма к какому-либо фактору среды, т.е. зоны оптимума и пессимума на рис. 2. Количественно она выражается диапазоном изменений среды, в пределах которого данный вид нормально функционирует. В зависимости от степени пластичности и величины пределов толерантности организмы делятся на стенобионтные и эврибионтные.

Стенобионтные − низкопластичные виды, имеющие узкие диапазоны толерантности.

Эврибионтные − высокопластичные виды, существующие в широких диапазонах толерантности.

Организмы могут быть стенобионтами в отношении одного фактора и эврибионтами в отношении другого.

Экологическая валентность может рассматриваться как в отношении реакции вида на отдельный фактор среды, так и на комплекс факторов. Например, по отношению к температуре различают стенотермные организмы (карликовая береза, форель) и эвритермные (окунь, растения умеренного пояса); по отношению к солености – стеногалинные организмы (карась, камбала) и эвригалинные (колюшка) (рис. 3.); по отношению к свету – стенофотные организмы (ель) и эврифотные (шиповник) и т.д. Эврибионтность и стенобионтность характеризуют различные типы - приспособления организмов к выживанию. Виды, длительное время развивавшиеся в относительно стабильных условиях, снижают свою экологическую валентность иприобретают черты стенобионтности, в то время как виды, существовавшие при значительных колебаниях факторов среды, увеличивают экологическую валентность и становятся эврибионтами. Оптимум для эври- и стенобионтных видов необязательно совпадает со средним действием фактора и может быть смещен в сторону минимума или максимума. Так, различают холодолюбивые и теплолюбивые виды, несмотря на то, что диапазон действия фактора у них может быть одинаковым. Эврибионтность обычно способствует широкому распространению видов. Например, многие простейшие грибы - типичные эврибионты, распространенные повсеместно. Стенобионтность же обычно ограничивает ареалы. Существуют многочисленные промежуточные формы между эври- и стенобионтами.

Рис. 3. Экологическая пластичность некоторых рыб

(по Л. И. Цветковой и др., 1999)

СТРУКТУРА ЭКОСИСТЕМ

Несмотря на огромное разнообразие экосистем – от тропических лесов до пустынь, им свойственна одинаковая биотическая структура.

Все экосистемы включают одни и те же основные компоненты, взаимодействующие друг с другом.

Продуценты (лат. producens – cоздающий, производящий) – производители первичной продукции. По типу питания они являются автотрофами (гр.autos - сам, trophe – пища), которые подразделяются на фото- и хемоавтотрофов.

Фотоавтотрофы используют в качестве источника энергии солнечный свет, а в качестве питательного материала – диоксид углерода атмосферы и воду. Солнечную энергию способны непосредственно использовать только клетки зеленых растений, одноклеточных водорослей, зеленых и пурпурных растений. За счет этой энергии они синтезируют органические соединения: углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты т.д. Такой биосинтез, который происходит благодаря энергии света, и называют фотосинтезом.

Хемоавтотрофы используют энергию, выделяющуюся при химических реакциях окисления различных неорганических соединений: сероводорода, оксида железа и др. К этой группе принадлежат хемотрофные бактерии: нитрифицирующие бактерии (окисляют аммиак до нитритов, а затем до нитратов), серобактерии (окисляют сероводород до сульфатов) и др.

Консументы (лат. соnsumе - потреблять, съедать) - живые организмы, не способные строить своё тело на базе использования неорганических веществ, требующие поступления органического вещества извне, в составе пищи. Консументы - это гетеротрофные организмы, живущие за счет органических веществ, синтезированных фото- или хемоавтотрофами. Различают консументов первого порядка - растительноядные виды животных (фитофаги), второго и больших порядков - плотоядные (зоофаги), хищники. Кроме того, их делят на фаготрофов (гр. phagos - пожирающий) и сапротрофов (гр. sapros – гнилой).

Фаготрофы питаются непосредственно растительными или животными организмами. К ним относятся крупные животные – макроконсументы.

Сапротрофы (сапрофаги) используют для питания органическое вещество мертвых остатков.

Редуценты (деструкторы) (лат. redicens - возвращающий, восстанав­ливающий) - организмы, минерализирующиеся органические остатки в неорганические вещества в ходе своей жизнедеятельности, пригодные для использования продуцентами. Минерализация органических веществ частично идет у всех живых организмов: в процессе дыхания выделяется углекислый газ, из организма выводятся вода, минеральные соли, аммиак и т.д., но одновременно выделяются и органические вещества. Истинными редуцентами, завершающими цикл разрушения органических веществ, считаются такие организмы, которые выделяют во внешнюю среду только неорганические вещества, пригодные к использованию продуцентами. К редуцентам относятся грибы и многие виды бактерий. Поскольку грибы и бактерии получают необходимую энергию, разлагая мертвое органическое вещество (детрит), их называют детритофагами.

БИОСФЕРА

ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ

5.1. ПОНЯТИЯ "ЗАГРЯЗНЕНИЕ" И "ЗАГРЯЗНИТЕЛЬ" В ЭКОЛОГИИ

В экологии под загрязнением понимается всё то, что выводит экосистемы из состояния равновесия.

Загрязнение - это привнесение в среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее вредных физических, химических, биологических или информационных агентов, нередко приводящее к негативным последствиям. Загрязнение может быть вызвано любым агентом, в том числе самым «чистым», например, лишняя по отношению к природной норме вода в экосистеме суши - это загрязнитель. Надоедливая реклама – это информационный загрязнитель.

Загрязнитель - это любой природный или антропогенный физический, химический, биологический или информационный агент, попадающий в окружающую среду или возникающий в ней в количествах, превышающих рамки обычного наличия - предельных естественных колебаний или среднего природного фона.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

Загрязнение может возникать в результате естественных причин - это природное загрязнение. Например, загрязнение биосферы в результате извержения вулканов, землетрясений, катастрофических наполнений, лесных пожаров. Загрязнение, возникающее под влиянием деятельности человека, - это антропогенное загрязнение. И природные, и антропогенные загрязнители могут быть разного вида.

1. В зависимости от происхождения загрязнителей различают следующие виды загрязнений:

- физическое загрязнение - это загрязнение, связанное с изменением физических параметров среды: тепловых, световых, электромагнитных, радиационных и т.п. Например, хотя влияние электромагнитного загрязнения на человека ещё до конца не изучено, есть основания полагать, что близость высоковольт­ной линии электропередачи способствует развитию рака у человека;

- химическое загрязнение - это изменение естественных химических свойств среды в результате превышения среднемноголетних концентраций каких-либо веществ или в результате проникновения в неё новых химических веществ. Химические загрязнения являются наиболее распространёнными и часто наиболее опасными для живых организмов. В настоящее время общая мощ­ность источников химического антропогенного загрязнения во многих случаях превосходит мощность естественных. Например, природные источники выбрасывают ежегодно 30 млн. т оксидов серы, а антропогенные - более 150 млн. т. В результате деятельности человека в биосферу попадает почти в 10 раз больше свинца, чем в процессе природных загрязнений;

- биологическое загрязнение - это загрязнение вследствие привнесения в среду и размножения в ней нежелательных для человека организмов. Биологическое загрязнение подразделяется на: а) биогенное, связанноес распространением нежелательных для людей биогенных веществ, напр., выделений, мёртвых тел, на территориях или акваториях, где они ранее не наблюдались; б) микробное, проявляющееся в появлении в среде необычайно большого количества микроорганизмов в результате их массового размножения, что наносит вред человеку и другим организмам. Например, вспышки инфекционных заболеваний - это результат биологического загрязнения среды;

- информационное загрязнение - это любая информация, способная выводить экосистемы из состояния равновесия, наносящая ущерб природе и рациональному природопользованию.

2. В зависимости от способа попадания загрязнителя в среду, различают:

- первичное загрязнение, возникшее вследствие попадания в среду загрязнителя извне;

- вторичное загрязнение, образующееся в ходе физико-химического взаимодействия первичных загрязнителей. Например, фотохимический смог (англ. smog - дым, fog - туман) - это смесь продуктов вторичного загрязнения воздуха, возникающих в результате разложения загрязняющих веществ солнечными лучами.

3. По масштабам распространения загрязнений, различают:

- глобальное загрязнение, обнаруживаемое в любой точке биосферы;

- региональное загрязнение происходит в рамках какого-либо региона;

- локальное загрязнение имеет место вокруг промышленного предприятия, города, внутриквартала.

4. По степени устойчивости загрязнителей в окружающей среде, различают:

- стойкое загрязнение, вызываемое химически стабильным загрязнителем, не входящим в естественный круговорот веществ и поэтому очень медленно разлагающимся. Например, ксенобиотики (греч. xenos - чужой, bios - жизнь), являющимися чужеродными для организмов соединениями, синтезированными человеком, такие как полиэтилен, синтетические моющие средства, многие пестициды и пр.;

- нестойкое загрязнение, вызываемое загрязнителями, входящими в естественные круговороты веществ, благодаря чему они быстро исчезают, подвергаясь биологическому разрушению.

5. По объектам загрязнения, т.е. по средам, в которых они распространяются, выделяют загрязнение космоса, атмосферы, гидросферы, почвы, рек, морей, океанов и т.д.

6. По степени воздействия на организм человека загрязнители делят на четыре класса опасности:

- I класс опасности (чрезвычайно опасные) - это такие вещества как бенз-(а)-пирен, ртуть и её соединения, фтороводород, соединения свинца, мышьяка, кадмия, селена, цинка, аэрозольные оксиды марганца, хрома, кремния и другие вещества;

- II класс опасности (высокоопасные) - это хлор, хлороводорода, серо-водород, оксид азота (NО₂), формальдегид, соединения хрома, никеля, кобальта, меди, сурьмы, молибдена;

- III класс опасности (умеренно опасные) - это углеводород (С_хК_у), метанол (CH₃OH), оксид серы (SО₂), соединения стронция, бария, ванадия, вольфрама;

- IV класс опасности (малоопасные) - это аммиак, оксид углерода (СО), пыль цемента, песка, керамзита, нефтепродукты (эмульсии, смазки и т.п.).

7. Г. В. Стадницкий и А. И. Родионов рассматривают процесс загрязнения в широком смысле, с позиций системного подхода, и классифицируют его следующим образом:

- ингредиентное загрязнение - это воздействие на среду совокупности веществ, количественно или качественно чуждых естественным экосистемам (бытовые стоки, ядохимикаты, удобрения и т.д.);

- параметрическое загрязнение - это изменение качественных параметров окружающей среды под воздействием загрязнителей (шумовое, тепловое, электромагнитное, радиационное);

- биоценотическое загрязнение - это воздействие загрязнителей на состав и структуру популяций (перепромысел, интродукция и акклиматизация видов и т.д.);

- стациально-деструкционное (лат. stalio - местопребывание) загрязнение - это изменение ландшафтов и экосистем в процессе природопользования, связанное с оптимизацией природы в интересах человека (вырубкам лесов, эрозия почв и процесс урбанизации).

5.2. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ

Воздействие на живые организмы загрязняющих веществ различно.

Общее название загрязняющих веществ, способных нанести вред здоровью человека или окружающей среде, поллютанты (лат. pallution - марание).

Токсикант (греч. toxikon - яд) - ядовитые вещества, оказывающие вредное воздействие на организм человека, животных и растений.

Ксенобиотики тоже яды, но полностью синтезированы человеком. Аллергены (греч. allos - другой, ergon - действие) - это загрязнители-раздражители, вызывающие реакцию организма в виде гиперчувствительности немедленного или замедленного типа. Различают экзоаллергены - это аллергены, попадающие в организм человека из внешней среды, и аутоаллергены, т.е. аллергены, являющиеся тканями самого организма. Экзоаллергенами могут быть агенты как инфекционного происхождения, например, вирусы, микробы, так и неинфекционного, например, пыльца растений, комнатная пыль и т.д. Аутоаллергенами могут быть, например, ткани щитовидной железы, хрусталика глаза и другие.

Мутагены (лат. mutatio - изменение, греч. genos - происхождение) - это загрязнители, вызывающие внезапные новые наследственные признаки, обусловленные изменениями клеточных структур.

Тератогены (греч. teratos - урод, genos - происхождение) - загрязнители, вызывающие отклонения от нормального строения организма, врожденные уродства.

Канцерогены (лат. саnсег - рак, греч. genos- происхождение) - это загрязнители, чаще всего вещества или излучение, способствующие возникновению злокачественных опухолей. Большинство канцерогенов имеют антропогенное происхождение. Воздействие вредных веществ на организм человека зависит: от их химических свойств и размеров частиц, от концентрации, продолжительности воздействия и от способа попадания в организм.

Химические свойства. Определённые химические вещества специфически воздействуют на те или иные органы человека. Например, свинец или бензол воздействуют на кровь; сероводород или трихлорэтилен (CНC1 - ССl₃) - на нервную систему.

Размер частиц. Крупные частицы, напр., пыль, задерживаются в верхних дыхательных путях. В легкие могут попасть только частицы размером менее 5*10 ^-4 см.

Концентрация. Чем выше концентрация вредного вещества, тем выше вероятность проявления его неблагоприятного воздействия.

Продолжительность воздействия. Чем дольше организм соприкасается с вредным веществом, тем сильнее проявляется его действие.

Способ попадания в организм. Основными путями попадания вредных веществ в организм человека являются органы дыхания, пищеварения и кожа.

ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ЭКОЛОГИИ

1.1. СТРУКТУРА СОВРЕМЕННОЙ ЭКОЛОГИИ

Все экологические науки можно систематизировать либо по объектам изучения, либо по методам, которыми они пользуются.

1. В соответствии с размерами объектов изучения выделяют следующие направления:

- аутоэкология (греч. autos - сам) - раздел экологии, изучающий взаимоотношения отдельного организма (искусственно изолированный организм) с окружающей средой;

- демэкология (греч. demos - народ) - изучает популяцию и ее среду;

- эйдэкология (греч. eidos - образ) - экология видов;

- синэкология (греч. syn - вместе) - рассматривает сообщества как целостные системы;

- ландшафтная экология - изучает способность организмов существовать в разной географической среде;

- мегаэкология или глобальная экология - наука о биосфере Земли и положении человека в ней.

2. В соответствии с отношением к объекту изучения выделят следующие разделы экологии:

- экология микроорганизмов;

- экология грибов;

- экология растений;

- экологи я животных;

- экология социальная - рассматривает взаимодействие человека и человеческого общества с окружающей средой;

- экология человека - включает изучение взаимодействия человеческого общества с природой, экологию человеческой личности и экологию человеческих популяций, в том числе учение об этносах;

- экология промышленная или инженерная - рассматривает взаимное влияние промышленности и транспорта на природу;

- сельскохозяйственная экология - изучает способы получения сельскохозяйственной продукции без истощения природных ресурсов;

- медицинская экология - изучает болезни человека, связанные с загрязнением среды и способы их предупреждения и лечения.

3. В соответствии со средами и компонентами, выделяют следующие дисциплины:

- экология суши;

- экология морей;

- экология рек;

- экология пустынь;

- лесная экология - изучает способы использования ресурсов лесов при их постоянном восстановлении;

- экология высокогорья;

- урбаноэкология (лат. urbanus - городской) - экология градостроения.

4. В соответствии с используемыми методами выделяют следующие прикладные экологические науки:

- математическая экология - создает математические модели с целью прогнозирования состояния и поведения популяций и сообществ в изменяющихся экологических условиях;

- химическая экология - разрабатывает методы анализа загрязнителей и способы уменьшения вреда от химических загрязнений;

- экономическая экология - создает экономические механизмы рационального природопользования;

- юридическая экология - нацелена на разработку системы природоохранных законов.

1.2.УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОЙ МАТЕРИИ

Для того чтобы получить целостное представление об экологии, понять роль, которую она играет среди наук, изучающих живые организмы, необходимо ознакомиться с концепцией об уровнях организации живой материи и иерархией биологических систем (рис.1).

Биосистемы – это системы, в которых биотические компоненты (все живые организмы) разных уровней организации упорядоченно взаимодействуют с окружающей биотической средой, т.е. абиотическими компонентами (энергией и веществом).

Рис.1. Иерархия уровней организации живой материи:

- молекулярный – на нем проявляются такие процессы, как обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации;

- клеточный - клетка является основной структурной и функциональной единицей всего живого на планете Земля;

- организменный – организм (лат. organizo - устраиваю, придаю стройный вид) употребляется как в узком смысле - особь, индивидуум, «живое существо», так и в широком, самом общем смысле - сложно организованное единое целое. Это реальный носитель жизни, характеризующийся всеми ее признаками;

- популяционно-видовой – популяция (лат. рорulus - народ), по определению академика С. С. Шварца, – это элементарная группировка организмов определенного вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности необозримо длительное время в постоянно изменяющихся условиях. Термин «популяция» ввел В. Иогазен в 1903 г. Популяция является конкретной формой существования вида в природе. Биологический вид - это совокупность особей, обладающих общими признаками, способных свободно скрещиваться между собой и давать плодовитое потомство, занимающих определённый ареал (лат. area - площадь, пространство) и отграниченных от других видов нескрещиваемостью в природных условиях. Представление о видах, как об основной структурной и классификационной единице в системе живых организмов, было введено К. Линнеем, опубликовавшим в 1735 г. свой труд «Системы природы»;

- биоценотический – биоценоз (греч. bios - жизнь, koinos - общий) - совокупность организмов разных видов и р