Специфика методологии экологии

Содержание

Введение………………………………………………………………….....3

1. Экология как наука, ее предмет, задачи, цели и методы…………………...4

2. Методы научного познания…………………………………………………..6

  2.1. Диалектический и метафизический методы познания………………….8

3. Методы естественно-научного познания……………………………………9

  3.1. Всеобщие методы……………………………………………………….…9

    3.1.1. Экологическая система………………………………………...………11

  3.2. Общенаучные методы экологии………………………………….………13

  3.3. Частнонаучные методы экологии………………………………………...14

4. Уровни организации  живого от генов до экосистем………………………..15

  4. 1. Подходы в экологии………………………………………………………16

  4.2. Подходы: популяционный, экосистемный, эволюционный и    исторический…………………………………………………………………......18

Заключение………………………………………………………………………20

Источники………………………………………………………………………..21

Введение

Экология как наука  вполне самостоятельна. Ей свойственны  свои методы исследования объектов и систем, она базируется на своих законах, имеет и решает свои проблемы. Ю. Одум утверждал, что экологию нужно рассматривать как науку о структуре и функциях природы. Вместе с тем экология использует методы и законы других наук – биологии, физики, химии, математики и т.п.

В данном реферате рассмотрены всеобщие методы научного познания, общенаучные методы экологии, собственные методы экологии, подходы в экологии. Цель данного реферата – выявить специфику методологии экологии.

1. Экология как наука, ее предмет, задачи, цели и методы

Термин «экология» впервые  был введен в 1866 году немецким ученым Э. Геккелем в его книге «Всеобщая  морфология организмов». Он состоит  из двух латинских слов: «oikos» - дом, местообитание, жилище, и «logos» - наука. В дословном переводе - это наука об организмах у себя дома. Э. Геккель рассматривал экологию как науку, изучающую взаимодействие организмов со средой их обитания. В тот период организм считался самым сложным уровнем организации жизни. В ходе развития экологии выяснилось, что жизнь существует и в виде над организменных уровней организации. В этой связи представление об экологии как науке в настоящее время существенно расширилось. Чтобы ответить на вопрос, что является предметом экологии, необходимо рассмотреть уровни организации живой материи. С точки зрения современной биологии жизнь на планете Земля представлена следующими уровнями организации живой материи: ген - клетка - ткань - орган - организм - популяция - биоценоз (сообщество) - биогеоценоз (экосистема) - биом - биосфера. В этом жизненном спектре предметом экологии являются биологические системы от организма до биосферы. Исходя из этого, можно дать современное определение экологии как науки. Экология - это биологическая наука, изучающая формирование, структуру и функционирование биологических систем всех уровней от организма до биосферы и их взаимодействие с окружающей средой. Из данного определения вытекают задачи экологии.

Экология как наука  должна решать следующие задачи:

   1. Изучить законы  и закономерности взаимодействия  организмов со средой их обитания;

   2. Изучить формирование, структуру и функционирование над организменных биологических систем (популяция, биоценоз (сообщество), биогеоценоз (экосистема), биом, биосфера).

   3. Изучить законы и закономерности взаимодействия над организменных биологических систем (популяция, биоценоз (сообщество), биогеоценоз (экосистема), биом, биосфера) с окружающей средой.

   Решение задач,  стоящих перед экологией, позволит  достичь поставленных перед ней  целей. Цели экологии можно  сформулировать следующим образом.

1. Разработка оптимальных  путей взаимодействия общества  и природы с учетом законов  существования природы;

2. Прогнозирование последствий  воздействия общества на природу  с целью предотвращения негативных  результатов.

Для решения задач, стоящих  перед экологией, она использует как свои собственные методы, так  и методы других наук. Собственные  методы экологии можно разделить  на три группы.

1. Полевые методы - это  методы, позволяющие изучить влияние  комплекса факторов естественной  среды на естественные биологические  системы и установить общую  картину существования и развития  системы.

2. Лабораторные методы - это  методы, позволяющие изучить влияние  комплекса факторов моделированной  в лабораторных условиях среды  на естественные или моделированные  биологические системы. Эти методы  дают возможность получить приблизительные  результаты, которые требуют дальнейшего  подтверждения в полевых условиях.

3. Экспериментальные методы - это методы, позволяющие изучить  влияние отдельных факторов естественной  или моделированной среды на  естественные или моделированные  биологические системы. Они применяются  в сочетании как с полевыми, так и с лабораторными методами. Кроме собственных методов экология широко использует методы таких наук, как биохимия, физиология, микробиология, генетика, цитология, гистология, физика, химия, математика и др.

В зависимости от типа изучаемой  биологической системы в экологии выделяют следующие разделы: факториальная  экология (аутэкология), учение о популяциях (демэкология), учение о сообществах (синэкология), учение об экосистемах (биогеоценология) и учение о биосфере (глобальная экология).

2. Методы научного познания

    Структура научного  исследования представляет собой  способ научного познания или  научный метод.

    Понятие "метод" (греч. "methodos" способ познания, путь к чему-либо) означает совокупность приемов и операций практического и теоретического освоения действительности.

    Метод вооружает  системой принципов, требований, правил, руководствуясь которыми  можно достичь намеченной цели (желаемого результата). Учение о  методе, как путь движения к  истине, было заложено философом  ХYII века Ф. Бэконом (1561–1626). Другой известный ученый–математик, физик, физиолог и философ этого же периода Р. Декарт (1596–1650) в работе "Рассуждения о методе" подразумевал "точные и простые правила, строгое соблюдение которых... без лишней траты умственных сил... способствует тому, что ум достигнет истинного познания всего, что ему доступно" (Декарт Р. Рассуждение о методе. – М.: Изд-во АНСССР, 1953. – С. 7). А. Пуанкаре (1854–1912), французский математик, физик, философ в известной книге “О науке” (– М.: Наука, 1993. – С. 12) справедливо подчеркивал, что ученый должен уметь делать выбор фактов: "Метод – это, собственно, и есть выбор фактов; и, прежде всего, нужно озаботиться изобретением метода". Единство предмета и метода познания обосновал немецкий философ Г. Гегель (1770–1871). Таким образом, каждая наука имеет не только свой предмет исследования, но и метод, присущий предмету.

    Научный метод  отражает единство всех форм  знаний о мире. Познание в естественных, технических, социальных и гуманитарных  науках совершается по некоторым  общим принципам, правилам и  способам деятельности (что свидетельствует,  с одной стороны, о взаимосвязи  и единстве этих наук, а с  другой – об общем, едином  источнике их познания, которым  служит окружающий нас объективный  мир: природа и общество). При  этом частные, специальные приемы  и способы исследования в разных  науках могут отличаться друг  от друга (тактика исследования), но общий подход к познанию (стратегия исследования) остается  тем же.

    Для анализа  и оценки различных методов  существует учение, называемое методологией. Изучая закономерности человеческой  познавательной деятельности, методология  вырабатывает на этой основе  методы ее осуществления. Главной  задачей методологии является  изучение происхождения, сущности, эффективности и других характеристик  методов познания. Методы научного познания принято подразделять по масштабу применимости в процессе научного исследования (табл. 1).

Таблица 1. Всеобщие методы научного познания.

2.1. Диалектический и метафизический методы познания

    В истории познания  известно два всеобщих общефилософских  метода познания: диалектический  и метафизический.

    Метафизический  метод с середины ХIХ века начал вытесняться диалектическим методом.

    Метафизический  метод рассматривает вещи и  явления неизменными и независимыми друг от друга, как результат дифференциации научного знания, расчленяющий природу на ряд изолированных областей, рассматриваемых вне связи друг с другом. Метафизический метод отражает односторонность в познании.

    Диалектический  метод впервые представил весь  природный, исторический и духовный  мир в виде процесса, то есть  в беспрерывном движении, изменении,  преобразовании и развитии, и  сделал попытку раскрыть внутреннюю  связь этого движения и развития. В нем органически сочетаются  законы развития бытия и познания, идентичные по своему содержанию  и отличающиеся только по форме. 

3. Методы естественно-научного познания

3.1. Всеобщие методы

Естественные науки используют диалектические методы:

• Анализ - разделение объекта на составные части (стороны, признаки, свойства и отношения) с целью их всестороннего изучения.

    Анализ занимает  важное место в изучении объектов  материального мира, но он составляет  лишь первый этап процесса  познания. Если бы, например, химики  ограничились только анализом, то  есть выделением и изучением  отдельных химических элементов,  то они не смогли бы познать  все те сложные вещества, в  состав которых входят эти  элементы.

• Синтез - соединение ранее выделенных частей в единое целое. Это второй этап в процессе познания, раскрывающий место и роль каждого элемента в системе целого, устанавливающий их взаимосвязь и взаимообусловленность, то есть позволяющий понять диалектическое единство изучаемого объекта.
• Абстрагирование - это мысленное выделение какого-либо предмета в отвлечении от его связей с другими предметами, какого-либо свойства предмета в отвлечении от других его свойств, какого-либо отношения предметов в отвлечении от самих предметов. Абстрагирование составляет необходимое условие возникновения и развития любой науки и человеческого мышления вообще. Абстрагирование- это движение мысли в глубь предмета, выделение его существенных моментов.
• Аналогия - приём познания, при котором на основе сходства или различия одних признаков делают заключение о сходстве или различии и в других признаках.
• Классификация - выделение общих признаков и разделение изучаемых предметов по этим признаками на группы. Классификация позволяет выделить "обозримые части" и исследовать их свойства.
• Обобщение - приём мышления, в результате которого устанавливаются общие свойства и признаки объектов.
• Индукция - (от лат. наведение, побуждение) – метод познания, основанный на формально-логическом умозаключении, когда общий вывод делается на основе частных посылок. Индукция – это движение нашего мышления от единичного к общему.
• Дедукция - метод научного познания, который заключается в переходе от некоторых общих посылок к частным результатам-следствиям.

Среди всеобщих методов все  более модным становится моделирование. Модель – это имитация того или  иного явления реального мира, позволяющая делать прогнозы. Под  моделированием понимается изучение экологических  процессов с помощью лабораторных, натурных или математических моделей. Толчок развитию математического моделирования  в экологии дала кибернетика. Модели биосистем столь многочисленны, что классификация их почти невозможна.

В простейшей форме модель может быть вербальной (словесной) или  графической, т.е. неформализованной. Если необходимы достаточно надежные количественные прогнозы, то модель должна быть формализованной, строго математической. Но относиться к математическому описанию работы биосистем нужно с осторожностью, поскольку по выражению биологов происходит работа абсолютно точными  методами с абсолютно неточными  данными. Математические модели не всегда достоверно отражают работу природных  систем в силу их сложности, многогранности и способности к адаптации. Поэтому  необходимо доказать адекватность используемого  математического аппарата объекту  и целям исследования. Создание методологии  и технологии моделирования биосистем  и экосистем – дело будущего.

Стратегия моделирования  заключается в попытке путем  упрощения получить модель, свойства и поведение которой можно  легко изучать. В то же время модель должна иметь достаточное сходство с оригиналом, чтобы результаты ее изучения были применимы к оригиналу. Переход от модели к оригиналу  называется интерпретацией модели.

Самыми важными моделями являются концептуальные модели. С  помощью и на базе таких моделей  строится современное мировидение  во всех областях знаний. Каждая сегодняшняя  модель всегда неокончательная, так  как процесс познания непрерывен. В экологии в качестве такой концептуальной модели устройства мира принята модель – «экологическая система».

3.1.1. Экологическая система

Рассмотрим более подробно модель «экологическая система».

В природе виды растений и животных распределяются не случайно, они всегда образуют определенные сравнительно постоянные комплексы — сообщества, биоценозы.

Биоценоз (от гр. «биос» — жизнь + гр. «койнос» — общий) — сообщество растений и животных, населяющих одну территорию, взаимосвязанных в цепи питания и влияющих друг на друга.

Экологическая система —  сообщества живых организмов и среды  их обитания, составляющие единое целое  на основе пищевых связей и способов получения энергии.

По способу получения  и использования питательных  веществ все организмы делятся на:

• автотрофы — организмы, самостоятельно обеспечивающие себя органической пищей
• гетеротрофы — организмы, питающиеся готовыми органическими веществами

В природе происходит непрерывный  круговорот биогенных веществ, необходимых  для жизни: химические вещества извлекаются  автотрофами из окружающей среды  и вновь в нее возвращаются в основном через гетеротрофов. Таким образом, в процессе эволюции в экологических системах сложились определенные цепи питания.

Цепи питания — цепи взаимосвязанных видов, последовательно  извлекающих органическое вещество и энергию из исходного пищевого вещества: каждое предыдущее звено является пищей для следующего.

Цепи питания в каждом природном участке с более  или менее однородными условиями  существования составлены своими комплексами  видов, образующими самоподдерживающуюся систему, в которой осуществляется круговорот веществ. Такая устойчивая экологическая система получила название биогеоценоз (от гр. «биос» — жизнь + «гео» — земля + гр. «койноо — общий).

Структуру биогеоценоза составляют:

• зеленые растения — производители живого вещества (продуценты),
• растительноядные и плотоядные животные — потребители органического вещества (консументы);
• микроорганизмы — разрушители органического вещества до простых минеральных соединений (редуценты).

В экологических системах (биогеоценозах) в процессе эволюции в цепях питания определилась важная закономерность, получившая название правило экологической пирамиды.

Согласно правилу экологической  пирамиды количество растительного  вещества, служащего основой цепи питания, примерно в 10 раз больше, чем  масса растительноядных животных, и  каждый последующий пищевой уровень  также имеет массу в 10 раз меньшую.

В природе часто происходит смена биогеоценозов. Это преемственное  естественное развитие экологической  системы, при котором один биоценозы  сменяются другими под влиянием природных факторов среды (на месте  леса образуется болото, на месте болота — луг), стихийных бедствий (пожаров, паводков, землетрясений) или влиянием человека (вырубка леса, осушение болот, орошение земель). Такое явление  получило название сукцессии. Сукцессии  могут быть первичными и вторичными.

Человек может изменять естественную смену биогеоценозов, задерживать  се развитие на хозяйственно более  ценной стадии или создавать искусственные биоценозы.

Владея знаниями экологии, человек может предвидеть смену  биогеоценозов, сохранить нужный ему, устранить причину или уничтожить надвигающуюся катастрофу.

Агроценозы (от гр. «агрос» — поле + гр. «ценоз» — общий) — искусственно созданные человеком биоценозы. Такой биоценоз не способен длительно существовать без вмешательства человека, не обладает саморегуляцией и в то же время характеризуется высокой продуктивностью (урожайностью) одного или нескольких видов (сортов, пород) растений или животных.

3.2. Общенаучные методы экологии 

Известно также две  группы общенаучных методов –  эмпирические и теоретические. Эмпирические методы – наблюдение, описание, измерение  и эксперимент – явились решающими  в истории развития естествознания, так как они характеризуются  непосредственным исследованием реальных чувственно воспринимаемых объектов. От количества собранных в природе  фактов зависит точность и достоверность  теоретических обобщений (например, только сеть метеостанций на обширной территории может стать информационной базой для реального метеорологического прогноза).

Теоретические методы –  это логические механизмы создания гипотез, законов, теорий. К ним относятся: формализация, аксиоматизация, гипотетико-дедуктивный  метод и др. Теоретические и  эмпирические методы в научных исследованиях  неотделимы друг от друга, поскольку  все научные выводы формируются  либо по пути от модели к фактам из природы, либо по пути от фактов к модели природных процессов.

3.3. Частнонаучные методы экологии

Частнонаучные методы используются только в рамках конкретного раздела науки или конкретного явления. Экология, как и каждая частная наука, имеет свои специфические методы исследования. Частнонаучные методы опираются на теоретические (то есть на проверку теории) и используют эмпирические (наблюдение, эксперимент…) и диалектические методы.

Характер сочетания всех методов определяется спецификой научного исследования. Например: выдвигается  гипотеза о том, что стоки целлюлозно-бумажного  завода (ЦБЗ) отрицательно сказываются  на ихтиофауне оз. Байкал. Чтобы подтвердить  гипотезу, производится сбор фактов о  численности и состоянии популяций  рыб вблизи и вдали от ЦБЗ за несколько лет (эмпирические методы). Исследуется состав сточных вод  ЦБЗ, влияние химических компонентов  стоков на организмы (эмпирические методы). Собранные сведения обрабатываются математически, выявляется степень  сходства удаленных друг от друга  популяций рыб (всеобщие методы). На основе результатов обработки данных строится модель дальнейшего развития ситуации (теоретические методы). В  течение этого исследования частнонаучные методы весьма разнообразны:

- использование планктонных  сетей при изучении кормовой базы рыб;

- центрифугирование при изучении состава стоков;

- шкалирование в многомерное пространство евклидовых дистанций при обработке данных о популяциях рыб и многие другие.

Таким образом, в научном  познании применяется, как правило, комплекс методов, от правильного сочетания  которых и зависят результаты исследований. При этом накопление новых сведений вносит поправки, обогащает  или опровергает существующие научные  факты. И хотя философия науки  всегда стремилась рассматривать явления  в их целостности, практика науки  являет сочетание двух подходов: редукционистский – познание явлений путем детального анализа все более и более  мелких явлений и компонентов  и холистический, основанный на синтезе, а не разделении явлений. В настоящее время именно холистический подход применяется при решении задач экологии и безопасности жизнедеятельности.

4. Уровни организации живого от генов до экосистем

Планета Земля представляет собой единую экосистему. Океаны, леса, степи и т. д. представляют собой более мелкие экосистемы, связанные между собой потоком энергии и обменом веществами в общепланетарную биосферу. Популяция — это группа организмов одного вида, обитающих на ограниченной территории и обычно в той или иной степени изолированных от сходных групп. Сообщество — любая группа организмов, принадлежащих к разным видам и сосуществующих в одном местообитании или определенной местности; все эти организмы связаны между собой пищевыми и пространственными взаимодействиями. Экосистема представляет собой взаимодействующие как единое целое сообщество и окружающую его физическую среду.

4. 1. Подходы в экологии

Отличительная черта экологии — холистический подход, придающий  большее значение целому, а не его  составным частям. Эколог в идеале должен учитывать сразу все факторы, взаимодействующие в данном месте. Конечно, это невозможно, поэтому  на практике большинство ученых в  своих исследованиях отдают предпочтение одному из перечисленных ниже «неидеальных»  подходов.

1. Экосистемный подход в экологии. При таком подходе в центре внимания эколога оказывается обмен энергией и веществами между биотическим и абиотическим компонентами экосистемы. Делается упор на функциональные связи организмов между собой (например, пищевые цепи) и с их физическим окружением. Видовой состав биоты и судьба составляющих ее отдельных таксонов при этом отодвигаются на второй план.

2. Синэкологинеский подход или изучение сообществ, ставит во главу угла биотический компонент экосистемы. Важными объектами при таком исследовании становятся сукцессия и климаксные сообщества.

3. Популяционный (аутэкологический) подход в экологии использует  в настоящее время главным  образом математические методы  при изучении закономерностей  роста, сохранения или сокращения  численности популяций отдельных  видов. Он дает научную основу  для понимания «вспышек» численности,  например сельскохозяйственных  вредителей или патогенных микробов, а также помогает определить  критическую численность особей, необходимую для выживания редкого вида. Традиционная аутэкология исследует взаимоотношения какого-либо конкретного вида с окружающей средой. Она пытается связать особенности его морфологии, поведения, пищевых предпочтений и т. п. с типами местообитаний, распределением и эволюционной историей.

4. Экотопный подход в экологии. Экотоп, или местообитание, — объект, ограниченный в пространстве. Под ним понимают ту часть биосферы, с которой тесно взаимодействуют организм, популяция, сообщество или экосистема. Любое местообитание неоднородно и может быть подразделено на микроместообитания с условиями, отличными от усредненных (например, под корой дерева или на его листьях). Этот подход удобен для изучения отдельных факторов среды, тесно связанных с растениями и животными, в частности состава почвы, влажности, освещенности.

5. Эволюционный (исторический) подход в экологии. Изучая изменения  экосистем, сообществ, популяций  и местообитаний во времени,  мы можем понять причины этих  изменений, что создает основу  для более или менее достоверных  прогнозов на будущее. Эволюционная  экология занимается изменениями,  происходящими в геологических  временных масштабах. Ее интересует, скажем, влияние таких событий,  как образование горных хребтов,  на формирование и распространение  видов и таксонов. Она может  ответить, например, на вопрос, почему  кенгуру водятся только в Австралии  или почему в дождевых тропических  лесах встречается такое разнообразие  видов. Она помогает понять, какие  факторы привели к образованию  и вымиранию того или иного  вида, а на более детальном  уровне — объяснить происхождение  тех или иных особенностей  морфологии вида или репродуктивной  стратегии. Палеоэкология применяет  знания, накопленные при изучении  современных экосистем, к ископаемым  организмам. Она пытается реконструировать  экосистемы прошлого и, в частности,  понять, как функционировали экосистемы  и сообщества до вмешательства  человека. Историческая экология  занимается антропогенными изменениями  в экосистемах, т. е. влиянием  на экосистемы развивающихся  технологий и культуры людей.  Осознание того, что человек —  это основной фактор, оказывающий  разрушительное воздействие на  окружающую среду, жизненно необходимо для ее охраны. Особенно в плане экономического обоснования тех или иных природоохранных стратегий, очень важно различать собственно антропогенные и естественные процессы в биосфере. Например, является ли подкисление вод и почвы чисто природным явлением или это целиком и полностью обусловлено промышленным загрязнением атмосферы и, следовательно, преодолимо путем вмешательства в технологию производства. Перечисленные экологические подходы взаимосвязаны и не разделены четкими границами. Однако их полезно различать с методологической точки зрения.

4. 2. Подходы: популяционный, экосистемный, эволюционный и исторический.

В зависимости от того, что  является объектом, и какова цель исследований используются разные подходы: популяционный (популяция – совокупность особей одного вида), экосистемный, эволюционный и исторический.

Популяционный подход предусматривает  изучение размещения в пространстве, особенности поведения и миграции (у животных), процессов размножения (у животных) и возобновления (у  растений), физиологических, биохимических, продукционных и других процессов, зависимости всех показателей от биотических и абиотических факторов. Исследования проводятся с учетом структуры  и динамики (сезонной, онтогенетической, антропогенной) популяций, численности  ее организмов. Популяционный подход обеспечивает теоретическую базу для  прогнозирования рождаемости (в растительном сообществе – возобновления), выживания (динамики жизненного состояния) и смертности (распада, гибели). Он позволяет прогнозировать вспышки вредителей в лесном и сельском хозяйстве, позволяет выявить критическую численность вида, необходимую для его выживания.

Экосистемный подход выдвигает на первый план общность структурно-функциональной организации всех экосистем, независимо от состава сообществ, среды и места их обитания. Основное внимание при этом подходе уделяется изучению потока энергии и циклам круговорота веществ в экосистемах, установлению функциональных связей между биологической составляющей и окружающей средой, т.е. между биотическими факторами и абиотическими. Экосистемный подход предусматривает всестороннее изучение всех популяций живых организмов сообщества (растения, микроорганизмы, животные) с учетом влияния на них ограничивающих факторов (эдафические, топографические, климатические). При этом подходе пристальное внимание уделяется анализу местообитаний, так как параметры факторов среды: физико-химические свойства почв, теплообеспеченность, влажность, освещенность, скорость ветра, и др., легко измеряются и поддаются классификации.

В качестве примера успешности экосистемного подхода к изучению биосферы можно привести итоги работы ученых из разных стран, работавших с 1964 по 1980 гг. по Международной биологической программе (МБП). Конечной целью МБП было выявление запасов и законов воспроизводства органического вещества, его качественного (фракционного) состава по всем природным зонам и в целом на планете, с тем, чтобы предотвратить возможные нарушения биологического равновесия в глобальном масштабе. Благодаря выполнению данной программы была решена актуальнейшая задача – выяснить максимально возможные нормы изъятия биомассы для нужд человечества.