К 150-летию В.И.Вернадского. Год экологии России

Посвящается Году охраны окружающей среды и
150-летию великого русского эколога,
академика Вернадского
Владимира Ивановича

Николаев Б.И., Рудь В.В.,  Шевченко Г.Н.

 Мы - дети твои, дорогая Земля!
(краткое изложение основ экологии)

 

Мы – дети Галактики,
Но самое главное,
Мы – дети твои,
Дорогая Земля!
Притяжение Земли (Давид Тухманов, Роберт Рождественский)

 

Предисловие

Ознакомившись с «шапкой» статьи, читатель поймёт, что авторы намерены в популярной форме изложить основы современной экологии как науки, изучающей взаимодействие биологических организмов различных видов ( в том числе и человека), а также их сообществ друг с другом и окружающей их средой (природой). Для достижения поставленной задачи используется простая понятийная форма изложения материала. Если же у читателя возникнет желание углубить свои познания в каком-либо вопросе, рассматриваемом в данной статье, он может легко выйти за пределы границ «популизма» и войти в практически безграничное информационное поле Интернета. Для этого текст статьи снабжён гиперссылками. А пока останемся в рамках избранного нами «популизма».

 I. Определение основных понятий

Эколо́гия (от др.-греч. οἶκος — обиталище, жилище, дом, имущество и λόγος — понятие, учение, наука) — наука о взаимодействиях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой. Термин впервые предложил немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866 году в книге «Общая морфология организмов» («Generelle Morphologie der Organismen»).

 

 Эрнст Геккель, автор термина «экология». В экологии он подчёркивал исключительно биологическое.

 Существует несколько определений понятия «экология»

Классическое определение экологии: наука, изучающая взаимоотношения живой и неживой природы.

В настоящее время чаще всего под экологическими вопросами понимаются, прежде всего, вопросы охраны окружающей среды. Во многом такое смещение акцента произошло вследствие всё более ощутимых последствий влияния человека на окружающую среду, но всё же необходимо различать понятия ecological («относящееся к науке экологии») и environmental («относящееся к окружающей среде»). Всеобщее внимание к экологии повлекло за собой расширение первоначально обозначенной Эрнстом Геккелем области знаний (исключительно биологических) и переноса их на другие естественнонаучные и даже гуманитарные науки.

В связи с многогранностью предмета и методов исследований в настоящее время некоторые ученые рассматривают экологию как комплекс наук, который изучает функциональные взаимосвязи между организмами (включая человека и человеческое общество в целом) и окружающей их средой, круговорот веществ и потоков энергии, делающих возможной жизнь.

Объекты исследования экологии — в основном, системы выше уровня отдельных организмов: популяции, биоценозы, экосистемы, а также вся биосфера. Предмет изучения — организация и функционирование таких систем.

Главная задача прикладной экологии — разработка принципов рационального использования природных ресурсов на основе сформулированных общих закономерностей организации жизни.

Методы исследований в экологии подразделяются на полевые, экспериментальные и методы моделирования.

Полевые методы представляют собой наблюдения за функционированием организмов в их естественной среде обитания.

Экспериментальные методы включают в себя варьирование различных факторов, влияющих на организмы, по выработанной программе в стационарных лабораторных условиях.

Методы моделирования позволяют прогнозировать развитие различных процессов взаимодействия живых систем между собой и с окружающей их средой

http://ru.wikipedia.org/wiki/Экология

II. Уровни организации живой материи — иерархически соподчиненные уровни организации биосистем, отражающие уровни их усложнения. Чаще всего выделяют шесть основных структурных уровней жизни: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический и биосферный. В типичном случае каждый из этих уровней является системой из подсистем нижележащего уровня и подсистемой системы более высокого уровня. Следует подчеркнуть, что построение универсального списка уровней биосистем невозможно. Выделять отдельный уровень организации целесообразно в том случае, если на нём возникают новые свойства, отсутствующие у систем нижележащего уровня. К примеру, феномен жизни возникает на клеточном уровне, а потенциальное бессмертие — на популяционном. При исследовании различных объектов или различных аспектов их функционирования могут выделяться разные наборы уровней организации. Например, у одноклеточных организмов механизмы регуляции изучаемого процесса. Одним из выводов, следующих из общей теории систем является то, что биосистемы разных уровней могут быть подобны в своих существенных свойствах, например, принципах регуляции важных для их существования параметров

Молекулярный уровень организации жизни

Представлен разнообразными молекулами, находящимися в живой клетке.

Компоненты: молекулы неорганических и органических соединений и молекулярные комплексы.

Основные процессы: объединение молекул в особые комплексы, кодирование и передача генетической информации. Науки, ведущие исследования на этом уровне

биохимия,биофизика,молекулярная биология имолекулярная генетика.

Клеточный уровень организации жизни

Представлен свободно живущими одноклеточными организмами и клетками, входящими в многоклеточные организмы.

Основные процессы: биосинтез, фотосинтез

Регуляция химических реакций: деление клеток. и вовлечение химических элементов Земли и энергии Солнца в биосистемы. Науки, ведущие исследования на этом уровне

Генная инженерия, Цитогенетика, Цитология, Эмбриология.

Тканевый уровень организации жизни

Тканевой уровень представлен тканями, объединяющими клетки определенного строения, размеров, расположения и сходных функций. Ткани возникли в ходе исторического развития вместе с многоклеточностью. У многоклеточных организмов они образуются в процессе онтогенеза как следствие дифференцировки клеток. У животных различают несколько типов тканей (эпителиальная, соединительная, мышечная, нервная, а также кровь и лимфа). У растений различают меристематическую, защитную, основную и проводящую ткани. На этом уровне происходит специализация клеток.

Органный уровень организации жизни

Органный уровень. Представлен органами организмов. У простейших пищеварение, дыхание, циркуляция веществ, выделение, передвижение и размножение осуществляются за счет различных органелл. У более совершенных организмов имеются системы органов. У растений и животных органы формируются за счет разного количества тканей. Для позвоночных характерна цефализация, заключающаяся в сосредоточении важнейших центров и органов чувств в голове.

Организменный (онтогенетический) уровень организации жизни

Представлен одноклеточными и многоклеточными организмами растений, животных, грибов и бактерий.

Компоненты: клетка — основной структурный компонент организма, из клеток образованы ткани и органы многоклеточного организма. Основные процессы: обмен веществ (метаболизм), раздражимость, размножение, онтогенез, нервно-гуморальная регуляция процессов жизнедеятельности, гомеостаз.  Науки, ведущие исследования на этом уровне: анатомия, биология развития, аутэкология, генетика, гигиена, Морфология, физиология.

Популяционно-видовой уровень организации жизни

Представлен в природе огромным разнообразием видов и их популяций.

Компоненты: группы родственных особей, объединённых определённым генофондом и специфическим взаимодействием с окружающей средой. Основные процессы генетическое своеобразие, взаимодействие между особями и популяциями, накопление элементарных эволюционных преобразований, осуществление микроэволюции и адаптация к изменяющейся среде, видообразование и увеличение биоразнообразия. Науки, ведущие исследования на этом уровне: генетика популяций, эволюция, экология.

Биогеоценотический уровень организации жизни

Представлен разнообразием естественных и культурных биогеоценозов во всех средах жизни.

Компоненты: популяции различных видов, Факторы среды.Пищевые сети, потоки веществ и энергии.

Основные процессы: Биохимический круговорот веществ и поток энергии, поддерживающие жизнь, подвижное равновесие между живыми организмами и абиотической средой (гомеостаз), обеспечение живых организмов условиями обитания и ресурсами (пищей и убежищем). Науки, ведущие исследования на этом уровне: биогеография, биогеоценология, экология

Биосферный уровень организации жизни

Представлен высшей, глобальной формой организации биосистем — биосферой. Компоненты: биогеоценозы, антропогенное воздействие.Основные процессы:активное взаимодействие живого и неживого вещества планеты, биологический глобальный круговорот веществ и энергии, активное биогеохимическое участие человека во всех процессах биосферы, его хозяйственная и этнокультурная деятельность. Науки, ведущие исследования на этом уровне: экология, глобальная экология, космическая экология, социальная экология, учение о биосфере и ноосфере.

http://ru.wikipedia.org/wiki/Уровни_организации_живого

 

IV. Планетарная экологическая система Земли

Экологическая система представляет собой единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором все эти компоненты тесно связаны между собой обменом веществ и энергией.

Понятие “экосистема” применяется к природным объектам различной сложности и размеров. Сам термин “экосистема” ввел в обиход английский физиоцитолог А. Тенсли (1935). Планетарная экосистема включает биосферу, гидросферу, атмосферу, литосферу и техносферу, которые тесно связаны между собой и обмениваются веществом и энергией (рис. 1).

 

Рис. 1. Планетарная экологическая система

Биосфера — совокупность всего живого на планете Земля, включая и человека. Понятие (не термин) “биосфера” было введено в науку французским естествоиспытателем Ж.Б. Ламарком (1802). Слово же “биосфера” для определения земной оболочки, занятой жизнью, одновременно с терминами “гидросфера” и “литосфера” ввел в обиход австрийский геолог Э. Зюсс в книге “Лик Земли”.

В.И. Вернадский (192З) впервые дал определение биосферы и не менее 15 раз уточнял его в последующих работах. Он подчеркивал, что биосфера — это “особая охваченная жизнью оболочка Земли” — область распространения живого вещества на планете. В 20-х гг. XX в. В.И. Вернадским разработано представление о биосфере как глобальной единой системе Земли, где весь основной ход геохимических и энергетических превращений определяется жизнью. Он впервые создал учение о геологической роли живых организмов, показав, что деятельность живых существ является главным фактором преобразования живой коры. Биосферой В.И. Вернадский назвал ту область нашей планеты, в которой существует или существовала когда-либо жизнь и которая постоянно подвергается или подвергалась воздействиям живых организмов.

Значение организмов обусловлено их большим разнообразием, повсеместным распространением, длительностью существования в истории Земли, избирательным характером биохимической деятельности и исключительно высокой химической активностью по сравнению с другими компонентами природы.

Гидросфера — природные воды планеты Земля (океанические и морские воды, реки, озера, болота, снежный покров, ледники, почвенная влага, подземные воды, атмосферные осадки, пары атмосферы).

Атмосфера — газовая оболочка Земли, связанная с ней силой тяжести и принимающая участие в ее вращении.

Литосфера — верхняя твердая оболочка Земли в пределах 50–200 км, т. е. континентальная и океаническая земная кора, главной составляющей которой является почвенный покров. Литосфера является составной частью биосферы.

Техносфера — это объект планетарной экосистемы, состоящий из элементов биосферы, гидросферы, атмосферы и литосферы, претерпевших антропогенные изменения или созданных искусственно в результате сознательной деятельности человека.

Основной составляющей планетарной экосистемы является биосфера. Стратегия биосферы — это саморазвитие, которое не имеет приоритетов и реализуется с момента возникновения жизни на Земле. Возрастающее воздействие человека на биосферу создает реальную угрозу ее деградации, в том числе и человека, как биологического вида вследствие различных мутационных (мутагенных) процессов.

В отечественной научной литературе представление об экосистемах появилось в работах В.Н. Сукачева (1942), который обобщил их в учение о биогеоценозах. В этой теории нашли отражение идеи о единстве организмов с физическим отражением, о закономерностях, которые лежат в основе таких связей, об обмене веществами и энергией внутри экосистемы.

http://dvo.sut.ru/libr/eibzd/i154vzde/monit.htm

V. Учение о биосфере и ноосфере

В структуре биосферы Вернадский выделял семь видов вещества:

1.   живое;

2.   биогенное (возникшее из живого или подвергшееся переработке);

3.   косное (абиотическое, образованное вне жизни);

4.   биокосное (возникшее на стыке живого и неживого; к биокосному, по Вернадскому, относится почва);

5.   вещество в стадии радиоактивного распада;

6.   рассеянные атомы;

7.   вещество космического происхождения.

Вернадский был сторонником гипотезы панспермии. Методы и подходы кристаллографии Вернадский распространял на вещество живых организмов. Живое вещество развивается в реальном пространстве, которое обладает определённой структурой, симметрией и дисимметрией. Строение вещества соответствует некоему пространству, а их разнообразие свидетельствует о разнообразии пространств. Таким образом, живое и косное не могут иметь общее происхождение, они происходят из разных пространств, извечно находящихся рядом в Космосе. Некоторое время Вернадский связывал особенности пространства живого вещества с его предполагаемым неевклидовым характером, но по неясным причинам отказался от этой трактовки и стал объяснять пространство живого как единство пространства-времени.

Важным этапом необратимой эволюции биосферы Вернадский считал её переход в стадию ноосферы.

Ноосфе́ра (греч. νόος — разум и σφαῖρα — шар) — сфера разума; сфера взаимодействия общества и природы, в границах которой разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором развития (эта сфера обозначается также терминами «антропосфера», «биосфера», «биотехносфера»).

Основные предпосылки возникновения ноосферы:

1.   расселение Homo sapiens по всей поверхности планеты и его победа в соревновании с другими биологическими видами;

2.   развитие всепланетных систем связи, создание единой для человечества информационной системы;

3.   открытие таких новых источников энергии как атомная, после чего деятельность человека становится важной геологической силой;

4.   победа демократий и доступ к управлению широких народных масс;

5.   всё более широкое вовлечение людей в занятия наукой, что также делает человечество геологической силой.

Работам Вернадского был свойствен исторический оптимизм: в необратимом развитии научного знания он видел единственное доказательство существования прогресса

http://ru.wikipedia.org/wiki/Вернадский,_Владимир_Иванович

 

http://ru.wikipedia.org/wiki/Ноосфера