Экология как наука об организмах

Экология как наука об организмах "у себя дома" (от греческого "ойкос" - дом, убежище, местообитания, а "логос" - учение, наука, в которой особое внимание уделяется "совокупности и характеру связей между организмами и окружающей средой", могла возникать лишь на определенном этапе развития биологических знаний.

Начало истории экологии прослеживается с глубокой древности, когда еще на заре человечества люди имели представление о повадках животных , образах их жизни, о местах произрастания и сроках сбора растений, способах выращивания и ухода за ними. Об этом можно судить по дошедшим до нас орудиями охоты, наскальным рисункам, способами культивирования растений, ловам животных, обрядам. Отдельные сведения подобного рода можно обнаружить в сохранившихся памятниках древнеегипетской, индийской и тибетской культур. Элементы экологии имеют место в эпических произведениях и легендах. Например, в древнеиндийских сказаниях "Махабхарата" (VI-II вв. до н.э) даются сведения о повадках и образе жизни около 50 животных, сообщается об изменении численности и суточной жизни некоторых из них. В рукописных книгах Вавилонии есть описания способов обработки земли, указываются сроки посева культурных растений, перечисляются птицы и другие животные, вредные для земледелия. В китайских хрониках VI-II вв. до н.э. описываются условия произрастания различных сортов культурных растений.

В трудах ученых античного мира - Гераклита (530 - 470 до н.э.), Гиппократа (460 - 356 до н.э.), Аристотеля (384 - 322 до н.э.) и др. - были сделаны дальнейшие обобщения экологических актов. Аристотель в своей "Истории животных " описал более 500 видов известных ему животных, рассказал об их поведении. Так начинался первый этап развития науки - накопление фактического материала и первый опыт его систематизации. Теофаст Эрезийский (371 - 280 до н.э.) описал влияние почвы и климата на структуру растений, наблюдаемое им на огромных пространствах Древнего Средиземноморья. В работе философа впервые было предложено разделить покрытосеменные растения на основные жизненные растения на основные жизненные формы: деревья, кустарники, полукустарники, травы. К этому периоду относиться знаменитая "Естественная история" Плиния Старшего (23-79 н.э).

В средние века интерес к изучению природы ослабевает, заменяясь господством сколастики и богословием. Связь строения организмов с условиями среды толковались как воплощение воли бога. В этот период только единичные труды содержат факты научного значения. Большинство сведений этого периода имеют прикладной характер, опираются на описание целебных трав (Разес, 850 - 923; Авиценна, 980 - 1037), культивируемых растений и животных, на знакомство с природой далеких стран (Марко Поло, XIII в., Афанасий Никитин, XV в.).

Началом новых веяний в науке в период позднего средневековья являются труды Альберта Великого (Альберт фон Больштедт, 1193- 1280). В своих книгах о растениях он, излагает общую ботанику, главным образом морфологию и физиологию, касается вопросов экологического звучания, например, он рассматривает причины "зимнего сна" у растений, размножение и рост организмов ставит в неразрывную связь с их питанием. Он придет большое значение условиям местообитания растений, где помимо почвы важное место уделяет "солнечному теплу".

На смену средневековью пришла эпоха Возрождения. Уже с конца XV в отмечается развитие капиталистических уклада жизни, что обусловило огромный рост производительных сил, повлияло на все сферы общественной жизни, привело к значительному подъему в искусстве, литературе, науке. Географические открытия в эпоху Возрождения, колонизация новых стран явились толчком к развитию биологических наук. Накопление и описание фактического материала - характерная черта естествознания этого периода. В трудах многих ученых можно найти свидетельства развития экологических знаний: первых систематиков А. Цезальпино (1519 - 1603), Д. Рея (1627 - 1603), Ж. Турнефора (1656 - 1708); натуралистов, изучающих животных Р. Реомюра, А. Трамбле, Ж. Бюффона, К. Линней в своих трудах подчеркивали ведущее влияние климатических условий для жизни организмов, отмечая необходимость регулярных фенологических наблюдений. Антон ван Леванчук был пионером в изучении пищевых цепей и регуляции численности видов.

Много факторов экологического содержания было собрано натуралистами России - С.П. Крашенинниковым, И.Г. Гмелиным, И.И. Лепиховым, В.Ф. Зуевым. Своими путешествиями они открыли для науки животный и растительный мир нашей страны.

О влиянии среды на организм высказывался М.В. Ломоносов.

Особенно значительными оказались труды П.С. Палласа, который изучал нравы и обычаи населения России, природные явления исследуемых территорий. В своем капитальном труде "Зоогеография" ученый писал образ жизни 151 видов млекопитающих, 425 видов птиц, биологические явления: миграцию, стечку, взаимоотношения родственных видов и т.п. Его по праву считают "одним из основателей экологии животных".

Влиянию среды на организм уделяет много внимания ученый агроном А.Т. Болотов (1738 - 1833).

Накопление фактов великих географических открытий сменились периодами детальной обработки собранных материалов.

Второй этап развития экологии связан с крупномасштабными ботанико-географическими исследованиями в природе. Появление в начале XIX века биогеографии способствовало дальнейшему развитию экологического мышления. Подлинным основоположником экологии растений принято считать А. Гумбольдта (1769 - 1859), опубликовавшего в 1807 году работу "Идеи о географии растений", где на основе своих многолетних наблюдений в Центральной и Южной Америке он показал значение климатических условий, особенно температурного фактора для распределения растений.

В сходных зональных и вертикально-поясных географических условиях у растений разных таксономических групп вырабатываются сходные "физиологические" формы, т.е. одинаковый внешний облик.

Русский ученый Э.А. Эверсман рассматривал организмы в тесном единстве с окружающей средой. В работе "Естественная история Оренбургского края" (1840) он четко делит факторы среды на абиотические и биотические, приводит примеры борьбы и конкуренции между организмами, между особями одного и разных видов.

Экологическое направление в зоологии лучше других было сформировано другим русским ученым К.Ф. Рулье. Он считал необходимостью развития особого направления в зоологии, посвященного всестороннему изучению и объяснению жизни животных, их сложных взаимоотношений с окружающем миром. Им была разработана широкая система экологического исследования животных, ученый составил ряд трудов типичного экологического содержания, таких, как типизация общих особенностей водных, наземных и роющих животных.

Направление и характер исследований К.Ф. Рулье оказали значительное влияние на направление и характер исследований его учеников, последователей - Н.А. Северцова, А.Н. Бекетова.

В отличие от других, он не только обособляет круг вопросов, изучаемых экологией, и дает ей особое название - "зообиология", но и определяет её задачи и место среди других наук о животных, вскрывает основные закономерности и намечает пути внедрения этих знаний в практику.

Таким образом, начало XIX века знаменовались появлением экологического направления в исследованиях фитогеографов и зоологов. Ученые анализировали закономерности связей организмов и среды, взаимоотношения между организмами, явления приспособляемости и приспособленности. Однако разрешение этих проблем, дальнейшее развитие науки экологии произошло на базе эволюционного учения Ч. Дарвина (1809 - 1882 год). Он по праву является одним из пионеров экологии. В книге "Происхождение видов" им наказано, что "борьба за существование " в природе приводит к естественному отбору или является движущем фактором эволюции. Стало ясно, что взаимоотношения живых существ и связи их с неорганическими компонентами среды ("борьба за существование") - большая самостоятельная область исследований.

Победа эволюционного учения в биологии открыла, таким образом, третий этап в истории экологии, для которого характерно дальнейшее увеличение числа и глубины работ по экологическим проблемам. В этот период завершилось отделении экологии от других наук. Экология, родившись в недрах биогеографии, в конце XIX в. благодаря учению Ч. Дарвина превратилась в науку об адаптациях организмов. Однако сам термин "Экология" для новой области знаний впервые был предложен немецким зоологом Э. Геккелем в 1866 году. Он дал следующее определение этой науки: "Это познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами среды, включая непременно неантагонистические и антагонистические взаимоотношения растений и животных, контактирующих друг с другом". Э. Геккель относил экологию к биологическим наукам и наукам о природе, интересующимся всеми сторонами жизни биологических организмов. Термин "Экология" в дальнейшем получил всеобщее признание.

Во второй половине XIX столетия содержание экологии являлось главным образом изучения образа жизни животных и растений, их адаптивности к климатическим условиям: температуре, световому режиму, влажности и т.д. В этой области был сделан ряд важных обобщений, исследований. Датский ботаник Е. Вармит в книге "Ойкологическая география" (1895) изучает основы экологии растений, четко формирует ее задачи. Е. Варминга, создавшего стройную систему фитоэкологических взглядов, с полным основанием можно назвать отцом экологии.

А.Н. Бекетов в научной работе " География растений" (1896 год) впервые сформулировал понятие биологического комплекса как суммы внешних условий, установил связь особенностей анатомического и физиологического строения растений с их географическим распространением, указал на значения физиологических исследований в экологии. Им же были детально разработаны вопросы межвидового и внутривидового взаимоотношений организмов.

В конце 70-х годов XIX в. параллельно с данными исследованиями возникло новое направление. Немецкий гидробиолог К. Мебиус в 1877 году на основе изучения устричных банок Северного моря обосновал представление о биоценозе как о глубоко закономерном сочетании организмов в определенных условиях среды. Биоценозы, или природные сообщества по К. Мебиусу, обусловлены длительной историей приспособления видов друг к другу и к исходной экологической обстановке. Его труд "Устрицы и устричное хозяйство" положило начало биоценологическим исследованиям в природе. Учение о растительных сообществах обособилось в отдельную область ботанической экологии. Значительная роль принадлежит русским ученым С.И. Коржинскому и И.К. Пачоскому, назвавших новую науку "фитосоциологией", переименованную позднее в "фитоценологию", а затем в геоботанику.

К этому же периоду относится деятельность знаменитого русского ученого В.В. Докучаева (1846 - 1903), учение которого о природных законов имело исключительное значение для развития экологии. Его работы легли в основу геоботанических исследований, положили начало учению о ландшафтах, дали толчок широким исследованиям взаимоотношений растительности и почвы. Идея В.В. Докучаева о необходимости изучения закономерностей жизни природных комплексов получила дальнейшее развитие в книге видного лесовода Г.Ф. Морозова "Учение о лесе" в учении В.Н. Сукачева о биогеоценозах.

В начале XX столетия сформировались экологические школы гидробиологов, фитоценологов, ботаников и зоологов, в каждой из которых развивались определенные стороны экологической науки.

В 1910 году на III Ботаническом конгрессе в Брюсселе экология разделилась на экологию особей и экологию сообществ. По предложению швейцарского ботаника К. Шрёйтера экология особей была названа аутэкологией (от греческого "аутос" - сам), а экология сообществ - синэкологией (от греческой приставки "син", обозначающей "вместе"). Такое деления вскоре было принято и в зоологии. К. Шрётер предложил (1913) разделить все факторы среды на пять групп: геогенные (т.е. почвенные), климатические, биогенные, антропогенные и филогенетические (т.е. те, что вызваны исторически меняющейся природой в данном районе). Определение этих групп факторов и их наименование являются принятыми почти в неизменном виде и в наши дни.

Заметными в этот период становятся работы, посвященные количественному учету организмов. Изучение разнообразных взаимоотношений между организмами и количественный учет видов позволили подойти к вопросу о колебаниях их численности.

В 1913 - 1920 годах были организованы экологические научные общества, основаны журналы. Экологию начали преподавать в ряде университетов. После разносторонних исследований к 30-м годам XX столетия определились основные теоретические представления в области биоценологии: о границах и структуре биоценозов, степени устойчивости, возможности регуляции этих систем. Углублялись исследования типов взаимосвязей организмов, лежащих в основе существования биоценозов. Проблему взаимодействия живых организмов и неживой природы подробно разработал В.И. Вернадский в 1926 году, подготовив условия для понятия единого целого биологических организмов с физической средой обитания.

Большой вклад в развитие экологии внесли в России В.Е. Сукачев, Б.Н. Келлер, В.В. Алехин, А.Г. Раменский, А.П. Шенников, Н.А. Максимов, Д.Н. Кашкаров. Последнему принадлежат такие книги, как "Среда и общество", "Жизнь пустыни". Он является автором учебника в нашей стране по основам экологии животных (1935). По инициативе Д.Н. Кашкарова регулярно издавался сборник "Вопросы экологии и биоценологии". В этот период оформилась новая область экологической науки - популяционная экология.

В начале 40-х годов XX столетия в экологии возникает новый подход к исследованиям природных экосистем английский ученый А. Тенсли ввел в экологии понятие "экологическая система", а в 1942 году В.Н. Сукачев обосновал представление о биогеонозе. Здесь нашла отражение идея единства совокупности организмов с абиотическим окружением, закономерностях, лежащих в основе всего сообщества и окружающей неорганической среды - круговорота веществ и превращения энергии. В 1942 году американский ученый Р. Линдеман изложил основы метода расчета энергетического баланса экологических систем. С этого периода стали принципиально возможными расчеты и прогнозирование предельной продуктивности популяций и биоценозов в конкретных условиях среды. Развитие экосистемного анализа привело к возрождению на новой основе учения о биосфере, принадлежащего крупнейшему ученому В.И. Вернадскому, который в своих идеях намного опередил современную ему науку. Биосфера предстала как глобальная экосистема, стабильность и функционирование которой основаны на экологических законах обеспечения баланса вещества и энергии.

В 50-90 -е годы XX века вопросам экологии посвещены работы видных отечественных и зарубежных исследований, ученых, таких, как Р. Дажо, Р. Риклефс, Ю. Одум, М.И. Будыко, Г.А. Новиков, Ф. Рамонд, В. Тишлер, С.Г. Спурр, Б.В. Барнес, В.А. Радкевич, Ю.А. Израэль, В.А. Ковдо, Дж. М. Андерсон, Г.В. Стадницкий, Н.Ф. Реймерс, Н.Н. Можеев и др.

 ВЗАИМОСВЯЗЬ ЭКОЛОГИИ С ДРУГИМИ НАУКАМИ. ПОДРАЗДЕЛЫ ЭКОЛОГИИ.

Экология одна из сравнительно молодых бурно развивающихся наук. Н.Ф. Реймерс отличает, что она "… из строго биологической науки превратилась в значительный цикл знания, вобрав в себя разделы географии, геологии, химии, физики, социологии, теории культуры, экономики, даже теологии - по сути дела, всех известных научных дисциплин. В единой науке образовался новый угол зрения, новый ее предмет - рассмотрение значимой для центрального члена анализа (субъекта, живого макро- и микрообъекта, объекта с участием живого или важного для живого, в том числу человека) совокупности природных (в том числе космических) и от части социальных (для человека) явлений и предметов с точки зрения интересов (без кавычек или в кавычках) этого центрального субъекта или живого объекта (а также систем с их участием)".

В настоящее время экология распалась на ряд научных отраслей и дисциплин, подчас далеких от первоначального понимания ее как биологической науки (биоэкологии) об отношениях живых организмов с окружающей их средой. Так, Н.Ф. Реймерс, выделяет около 50 отраслей (рис 1).

Рис.1 Структура современной экологии (по Н.Ф.Реймерсу)

Н.Ф. Реймерс (1994) экологию по размерам объектов изучения предлагает подразделять на: аутоэкологию (особей и организмов как представителей вида); демэкологию (экологию малых групп); популяционную экологию; спецэкологию (экологию вида); синэкологию (экологию сообществ); биоценологию (экологию биоценозов); биогеоценологию (учение об экосистемах различного иерархического уровня организации);биосферологию (учение о биосфере); экосферологию (глобальная экология).

В.А. Радкевич экологию по размерам объектов изучения делит на аутэкологию (особи, организм и его среда), демэкологию, или популяционную экологию (популяция и ее среда), синэкологию (биотическое сообщество, экосистема и их среда), географическую или ландшафтную экологию (крупные геосистемы, географические процессы с участием живого и их среды) и глобальную экологию (мегаэкология, учение о биосфере Земли), рис 2.

Рис.2 Строение мира (всеобщая иерархия систем) 
и положение биологических наук, 
изучающих различные уровни его организации 
(по В.А.Радкевичу)

По отношению к предметам изучения экологию подразделяют на экологию микроорганизмов (прокариот), грибов, растений, животных, человека сельскохозяйственную, промышленную (инженерную), общую экологию.

По средам и компонентам различают экологию суши, пресных водоемов, морскую, Крайнего Севера, высокогорий, химическую (геохимическую, биохимическую). По подходам к предмету выделяют аналитическую и динамическую экологии.

С точки фактора времени рассматривают историческую и эволюционную экологии (в том числе археологию). В системе экологии человека выделяют социальную экологию (взаимоотношения социальных групп общества с их средой жизни), отличающуюся от экологии индивида и экологии человеческих популяций по функционально-пространственному уровню, равную синэкологии, но имеющую ту особенность, что сообщества людей в связи с их средой имеют доминанту социальной организации (социальную экологию рассматривают для уровней от элементарных групп до человечества в целом).

 ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИСЛЕДОВАНИЙ. ЗНАЧЕНИЕ ЭКОЛОГИИ.

Объектом исследования в экологии являются единичные особи - организмы, группы особей, популяции, виды и их сообщества, т.е. биоценозы и экосистемы, отдельные факторы жизненной среды и окружающая среда в целом. К числу объектов экологического изучения принадлежит и сам человек как живой организм, его природная и социальная среда, потребности человека.

Экологию определяют как науку, исследующую закономерности жизнедеятельности организмов (в любых ее проявлениях, на всех уровнях интеграции) в их естественной среде обитания, с учетом изменений, вносимых в среду деятельностью человека.

Многообразие и сложность взаимосвязей живых систем разных уровней организации со средой обитания обуславливают разнообразие методов экологических исследований.

Методы исследований - это пути и способы экологических исследований. Первостепенные значения для экологии имеют полевые исследования. Последние подразделяются на маршрутные и стационарные, описательные и экспериментальные.

Основным приемом маршрутных методов выступают наблюдение, измерение, оценка состояния тех или иных жизненных форм организмов, составление схем. Стационарные методы позволяют длительно наблюдать за одним и тем же объектом, как в полевых, так и лабораторных условиях. Описание, как регистрация особенностей отдельных представителей живого мира, явлений и т.п. играет здесь ключевую роль.

Экологический эксперимент может быть поставлен как в полевых , так и лабораторных условиях и носит , как правило, аналитический характер.

Широкое распространение в последние годы получил метод моделирования, в том числе с применением компьютерной техники. Моделирование экологических явлений используется для практических прогнозов динамики явлений, для исследования взаимосвязей видов и сообществ со средой и т.п., а также выборы путей рационального вмешательства человека в жизнь природы.

Наряду с этим используются специфические методы математики , статистики, биохимии, социологии, физики, анатомии, медицины и многих других наук. Важно, чтобы различные методы экологического исследования взаимно дополняли друг друга и позволяли получать достоверные данные.

Значение экологии возрастало по мере того, как развивалась эта наука. Так, на ранних этапах своего развития экология выявляла закономерности жизни организмов в природе, констатировала факты. В первой половине XX века она начала выявлять возможности управления биологическими ресурсами.

Современная экология взяла курс на разработку путей возобновления биологических ресурсов отдельных нарушенных человеком биогеоценозов и биосферы в целом; на воссоздание оптимальной структуры сообществ и сохранение высокопродуктивных экосистем; регулирование численности видов. Она воспринимается как наука, являющаяся основой природопользования.

Современная экология стремится научно обосновать перестройку биосферы в интересах человечества, формирует особый экологический стиль мышления рассчитанный на преодоление потребительского отношения к естественным природным ресурсам, на учет совокупных техногенных воздействий на среду обитания, ориентированный на достижение соответствующего экономического потенциала без существенных деградационных изменений окружающей природной среды, на решение жизненных проблем современной цивилизации в их глубоком ценностном, гуманистическом содержании и определяющей экологически компетентное поведение человека индустриального общества в природе. Без экологической грамотности немыслим менталитет культурного человека.