Определение биоэкологии, как науки
Ж.К. Мусаева, К.М. Мусаев
БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКОЛОГИЯ
АҚТАУ 2016
Ж.К. Мусаева, К.М. Мусаев
БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКОЛОГИЯ
Курс лекций
АҚТАУ 2016
УДК: 574:573+576.3.7
Рецензент: Б.С. Сулейменова, кандидат медицинских наук, доцент
Ж.К. Мусаева, К.М. МусаевБиологическая экология: Курс лекций. – Актау: 2016г. – 131 б.
Основой современной экологии является биологическая экология. Студенту по специальности 5В060800 – «Экология» знания биологических основ экологии очень важны, поскольку при решении задач по сохранению природных экосистем, восстановлению нарушенных объектов и охране биологических ресурсов планеты необходимо опираться на основные законы, принципы и инновационные зеленые направления. На сегодняшний день применение новейших технологий на основе химических, технических, физико-химических и других подходов приводит к вторичному загрязнению, дополнительным затратам человеческих ресурсов и денежных средств. Поэтому биологические направления считаются экологически чистыми, безопасными и наиболее дешевыми.
В курсе лекций представлены 15 тем, в которых отражаются основные термины, определения, законы, классификации, схемы и разделы биоэкологии. В результате изучения данного курса по биологической экологии студенты освоят принципы функционирования живых экологических систем, фундаментальные биологические идеи об отношениях живых организмах с окружающей их средой, а также методы мониторинга и рационального природопользования. Кроме того, обучающиеся смогут анализировать протекание экологических процессов, связанных с антропогенным воздействием на окружающу среду, вявлять их причины и определять пути устранения, а также использовать полученные знания в практической деятельности.
В конце каждой лекции представлены вопросы для самоконтроля, а в конце издания перечень литературных источников.
© Каспийский государственный университет
технологий и инжиниринга им. Ш. Есенова, 2016 г.
СОДЕРЖАНИЕ
| ПРЕДИСЛОВИЕ…………………………………………………….. | ||
| ЛЕКЦИЯ №1. МЕТОДЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭКОЛОГИИ. | ||
| 1.1 | Определение биоэкологии, как науки……………………………… | |
| 1.2 | Методическая основа биологической экологии экологии……… | |
| 1.3 | Признаки и условия существования жизни………………………… | |
| ЛЕКЦИЯ № 2. ЭВОЛЮЦИЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ…………… | ||
| 2.1 | Образование солнечной системы………………………………….. | |
| 2.2 | Происхождение планет ……………………………………………... | |
| 2.3 | Планета Земля………………………………………………………. | |
| 2.4 | Эволюция, как экологический процесс……………………………. | |
| ЛЕКЦИЯ №3. БИОСФЕРА, КАК СПЕЦИФИЧЕСКАЯ ОБОЛОЧКА ЗЕМЛИ……………………………………………… | ||
| 3.1 | Характеристика биосферы………………………………………… | |
| 3.2 | Биомасса, продуктивность и основные функции биосферы…… | |
| 3.3 | Свойства живого вещества………………………………………… | |
| 3.4 | Уровни организации живого………………………………………… | |
| ЛЕКЦИЯ №4. РАЗНООБРАЗИЕ ФОРМ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ. ЖИВЫЕ СИСТЕМЫ…………………………………… | ||
| 4.1 | Характеристика сред жизни……………………………………….. | |
| 4.2 | Характеристика царств…………………………………………….. | |
| 4.3 | Биогеохимические циклы………………………………………….. | |
| 4.4 | Основные законы экологии………………………………………… | |
| ЛЕКЦИЯ №5: КЛЕТКА – ОСНОВА ЖИВОЙ МАТЕРИИ….. | ||
| 5.1 | Клеточная теория, клетка и ее функции…………………………… | |
| 5.2 | Типы клеточной организации……………………………………… | |
| 5.3 | Химический состав клетки…………………………………………. | |
| ЛЕКЦИЯ №6: ПРИНЦИПЫ ВОСПРОИЗВОДСТВА И РАЗВИТИЯ ЖИВЫХ СИСТЕМ…………………………………. | ||
| 6.1 | Главные направления эволюции…………………………………… | |
| 6.2 | Характеристика наследственности, изменчивости и естественного отбора……………………………………………….. | |
| 6.3 | Способы размножения живых организмов……………………….. | |
| 6.4 | Виды и причины мутаций………………………………………….. | |
| ЛЕКЦИЯ №7: ЭКОЛОГИЯ ОРГАНИЗМОВ (АУТЭКОЛОГИЯ)............................................................................ | ||
| 7.1 | Среда обитания………………………………………………………. | |
| 7.2 | Экологические факторы и их классификация……………………. | |
| 7.3 | Адаптация организмов к условиям среды…………………………. | |
| 7.4 | Характеристика основных экологических факторов…………….. | |
| 7.5 | Жизненные формы организмов…………………………………….. | |
| ЛЕКЦИЯ № 8: ЭКОЛОГИЯ ПОПУЛЯЦИИ (ДЕМЭКОЛОГИЯ)……………………………………………….. | ||
| 8.1 | Понятие популяции…………………………………………………. | |
| 8.2 | Статические показатели популяции……………………………….. | |
| 8.3 | Динамические показатели популяции……………………………… | |
| 8.4 | Экологические стратегии выживания……………………………… | |
| ЛЕКЦИЯ № 9: ЭКОЛОГИЯ СООБЩЕСТВ (СИНЭКОЛОГИЯ)………………………………………………… | ||
| 9.1 | Понятие о сообществах……………………………………………... | |
| 9.2 | Структура биоценоза………………………………………………... | |
| 9.3 | Местообитание и экологическая ниша……………………………. | |
| 9.4 | Отношения организмов в биоценозах…………………………….. | |
| 9.5 | Природные экосистемы…………………………………………….. | |
| ЛЕКЦИЯ № 10: РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ И ОХРАНА ПРИРОДЫ………... | ||
| 10.1 | Предмет и задачи природопользования и охраны природы…….. | |
| 10.2 | Мотивы рационального природопользования и охраны природы. | |
| 10.3 | Природная среда: природные ресурсы и их классификация……. | |
| 10.4 | Виды и степень воздействия человека на природу………………... | |
| ЛЕКЦИЯ № 11: ОСНОВЫ СОХРАНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ…………………….. | ||
| 11.1 | Глобальное биологическое разнообразие………………………… | |
| 11.2 | Международная конвенция о биологическом разнообразии……. | |
| 11.3 | Роль населения в сохранении биологического разнообразия…… | |
| 11.4 | Значение биоразнообразия для человека…………………………. | |
| 11.5 | Структура и уровни биоразнообразия…………………………….. | |
| ЛЕКЦИЯ № 12: ПРИЧИНЫ СОКРАЩЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ……….……………… | ||
| 12.1 | Темпы исчезновения видов…………………………………………. | |
| 12.2 | Причины вымирания видов………………………………………… | |
| 12.3 | Подверженность к вымиранию…………………………………….. | |
| ЛЕКЦИЯ № 13: СОХРАНЕНИЕ БИОРАЗНООБРАЗИЯ НА ВИДОВОМ И ПОПУЛЯЦИОННОМ УРОВНЯХ……………... | ||
| 13.1 | Критерии сохранения видов……………………………………….. | |
| 13.2 | Биоиндикация и биотестирование………………………………… | |
| 13.3 | Меры по сохранению видового биоразнообразия………………… | |
| 13.4 | Роль Красной книги в охране редких и исчезающих видов…….. | |
| ЛЕКЦИЯ № 14. ОХРАНА РАСТИТЕЛЬНОГО И ЖИВОТНОГО МИРА …………………………………………….. | ||
| 14.1 | Роль растений в круговороте веществ в природе и жизни человека……………………………………………………………… | |
| 14.2 | Рациональное использование, воспроизводство и охрана растительности леса, лугов и пастбищ……………………………. | |
| 14.3 | Роль животных в круговороте веществ в природе и жизни человека……………………………………………………………… | |
| 14.4 | Воздействие человека на животных. Охрана животных………… | |
| ЛЕКЦИЯ №15. БИОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ….. | ||
| 15.1 | Определение мониторинга, его цели, система …………………… | |
| 15.2 | Классификация и виды мониторинга …………………………….. | |
| 15.3 | Основные биологического мониторинга …………………………. | |
| СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………. |
ПРЕДИСЛОВИЕ
Экология – это наука о взаимоотношениях живых организмов между собой и со средой их обитания. При этом в экологии используются три подхода при изучении биологических объектов разной степени сложности – это отдельные организмы (аутэкология), целые популяции (демэкология) и взаимоотношения сообщества живых организмов с окружающей средой. Изучая непосредственно живые организмы, прослеживается связь с биологическим направлением.
Предлагаемый лекционный курс по дисциплине «Биологическая экология» представляет собой базовый объем теоретического материала для обучающихся специальности Экология. Здесь представлены 15 лекций, которые отражают все основные сосотавляющие этой науки: методы экологии, эволюционные процессы, функции и разнообразие форм биосферы, аут, дем и синэкологические направления, рациональное природопользование, охрану природы и биологического разнообразия.
Материалы представляют собой конспект лекций, в которых характеризуются и уточняются основные понятия и определения, содержательно рассматриваются биоразнообразие, охрана и разумная эксплуатация биологических природных ресурсов.
Курс лекций по биоэкологии читается на факультете «Нефть и газ» Каспийского государственного университета технологий и инжиниринга имени Ш.Есенова на основании оригинальной рабочей учебной программы (ранее типовой программы). В читаемом в университете лекционном курсе акцент сделан на проблемах сохранения биологического разнообразия, хотя затрагиваются и некоторые общие вопросы и другие области. С позиций экологии - главное, глубокое познание влияния отдельных форм эксплуатации природных ресурсов на живые организмы и их сообщества, на сохранность и биологическую продуктивность экологических систем, на круговороты вещества и энергии в биосфере и ее подразделениях. Очень важным аспектом является разработка принципов и методов снижения, предотвращение отрицательных антропогенных воздействий на живую природу, а также своевременные мониторинговые исследования для выявления деградации состояния природной среды.
После апробации дааного курса лекции авторы предполагают выпуск 2-го издания курса лекций с возможными дополнениями и изменениями, с учетом некоторых перемен законодательного, организационного, экономического характера.
Конспект лекционного курса имеет составительский характер, поскольку при его подготовке использовано большое количество литературных источников, ссылки на которые приведены в списке литературы.
ЛЕКЦИЯ № 1
Тема: Методы биологической экологии
Цель лекции: Изучить разделы и методическую основу курса
Ключевые слова: наука, разделы, уровни, методы, классификация, условия, признаки, исследования, условия и т.д.
Основные вопросы (положения) и краткое содержание
1. Определение биоэкологии, как науки
2. Методы экологии
3. Принципы классификации организмов
4. Признаки и условия жизни
Определение биоэкологии, как науки
Экология - одна из сравнительно молодых и бурно развивающихся биологических наук. Существует немало классификаций биологических наук, каждая из которых, хотя и не охватывает всех биологических дисциплин, дает возможность определить место экологии среди других дисциплин.
Общие биологические науки изучают весь органический мир в строго определенном направлении, какую-то одну сторону его жизненных явлений. Каждая из этих наук может, в свою очередь, подразделяться на части, например, систематика – на систематику растения, систематику животных, систематику злаков и т.д. Частные науки изучают конкретно объекты органического мира всесторонне. Например, микробиология изучает систематику, морфологию, физиологию, экологию, генетику микроорганизмов. Частные науки могут быть, в свою очередь, подразделены, например, зоология подразделяется на орнитологию, гельминтологию, энтомологию и т.д. В основе комплексных наук лежит изучение условий жизни организмов. В них доминирует экологический подход при изучении конкретных явлений. Так, гидробиология изучает систематику, морфологию (общие науки) животных, растений, микроорганизмов (частные науки), обитающих только в водной среде.
Таблица 1 - Классификация биологических наук(по Б.Г. Иогансену, 1959)
| Общие науки | Частные науки | Комплексные науки |
| Систематика Морфология Физиология Экология Генетика Биогеография Эволюционное учение | Микробиология Ботаника Зоология Антропология | Гидробиология Почвоведение Паразитология |
Экология, как общая биологическая наука, также может быть расчленена на составные части: экологию растений, экологию насекомых, экологию лесных пород и т.д.
Однако если для других наук индивидуум является наикрупнейшей единицей, то для экологии он – мельчайшая единица исследований.
В рамках биоэкологии выделяют несколько иерархических уровней биотических систем:
1. Эндоэкология
· Молекулярная экология (в том числе экологическая генетика)
· Экология клеток и тканей (морфологическая экология)
· Физиологическая экология с разделами экологии питания, дыхания и т.п.
2. Экзоэкология
· Аутэкология – взаимодействие отдельного организма со средой его обитания
· Специоэкология – экология вида
· Демэкология – взаимодействие популяции и средой ее обитания
· Синэкология – экология сообществ
· Биоценология – экология биоценозов
· Биосферология – наука о фунционировании самой биосферы как экосистемы, является частью учения о биосфере
· Глобальная экология (экосферология) – выходит за рамки биосферы, изучая всю экосферу Земли как планеты, как космического тела, взаимодействующего с биосферой.
3. Экология систематических групп:
· экология прокариот
· экология эукариот (растений, животных, грибов и т.д.)
В рамках экологии воздействийразличают:
· физикоэкологию;
· химическую экологию;
· геохимическую экологию;
· радиационную экологию.
В изучении экосистем необходимо еще выделить географическую экологию или геоэкологию – раздел экологии, основанный на приложении экологических закономерностей к географическим процессам.
1. Экология сред:
· а) экология суши: по ландшафтам (экология тундры, леса, лесостепи, пустыни и т.д.), по экосистемам;
· б) экология воздуха;
· в) экология вод: континентальных водоемов, моря (литорали, бентоса и др.)
2. Экология географических подразделений: Крайнего Севера, высокогорий, островов и т.д.
Интенсивно развивается экология человека (антропоэкология), которую рассматривают как аналог аутэкологии в пределах экологии животных. На данный период времени она сформировалась в двух направлениях:
1. собственно экология человека (когда речь идет об индивиде (особи), об организме и влияние на него природных факторов);
2. социальная экология (человек как личность, как член семьи) – научная дисциплина, рассматривающая взаимоотношения в системе “общество – природа”, однако кроме влияния природных факторов следует учитывать и социально-экономические, предполагает охрану природы и оптимизацию жизненной среды человека.
· экология личности
· экология социальных групп
· экология человечества
· экология культуры ‑ историческая и национальная среда обитания человека, охрана памятников культуры.
· экология духа – исследует среду человеческого общения, морали, воззрений, трудно уловимой духовности человека, рассматривает человека как индивида и личность в среде широкого спектра движений мысли и духа.
2. Методическую основу биологической экологии как современной науки составляет сочетание системного подхода, натурных наблюдений, эксперимента и моделирования. Экологическая практика охватывает собой множество приемов и методов исследований, адекватных многообразию направлений экологии и потому здесь перечислены лишь некоторые из них.
Методы экологии подразделяются на полевые(изучение жизни организмов и их сообществ в естественных условиях, т. е. длительное наблюдение в природе с помощью различной аппаратуры) и экспериментальные (эксперименты в стационарных лабораториях, где имеется возможность не только варьировать, но и строго контролировать влияние на живые организмы любых факторов по заданной программе). При этом экологи оперируют не только биологическими, но и современными физическими и химическими методами, используют моделирование биологических явлений, т. е. воспроизведение в искусственных экосистемах различных процессов, происходящих в живой природе. Посредством моделирования можно изучить поведение любой системы с целью оценки возможных последствий применения различных стратегий и методов управления ресурсами, т. е. для экологического прогнозирования.
Режимные систематические (мониторинговые) наблюдения за состоянием природных объектов и процессов и влияющими на них антропогенными (техногенными) факторами;
аналитические исследования природных и искусственных (техногенных) объектов;
исследования морфологических параметров природных объектов;
статистические методы оценки процессов и явлений;
дистанционные методы исследований и методы специальной картографии;
методы математического моделирования;
системный анализ;
методы социальной демографии;
паспортизация природных и искусственных объектов;
экологический менеджмент;
экологический аудит.
Как правило, в экологических исследованиях эти и другие применяемые методы исследований используются совместно или комплексиpуются.
С целью классификации организмов используют ряд методов. В частности, используют сравнительно-морфологический, сравнительно-эмбриологический, кариологический, эколого-генетический, географический, палеонтологический, молекулярно-генетический и другие методы.