Підручник з Біології і екології (рівень стандарту). 11 клас. Андерсон - Нова програма

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

Тема 7. ЕКОЛОГІЯ

З історії відкриттів

Накопичення людством знань про взаємовідносини організмів з навколишнім середовищем почалося давно. Значний внесок у вивчення навколишнього середовища зробили філософи Стародавньої Греції. Наприклад, Арістотель створив Ліцей (школу), а при ньому сад, де проводив дослідження. У книжці «Історія тварин» він описав понад 500 видів їх.

Ернст Генріх Філіп Август Геккель (1834-1919) - німецький природодослідник і філософ. Науковець виявив, описав і назвав тисячі нових видів, зробив карту генеалогічного дерева, що стосується всіх життєвих форм, і запропонував багато термінів у біології, зокрема «тип» та «екологія». У 1866 р. в своїй праці «Загальна морфологія організмів» він дав визначення нової науки - екології: «Екологію ми розуміємо як загальну науку про взаємовідносини організму і навколишнього середовища, до якого ми зараховуємо всі умови існування в широкому значенні цього слова».

Карл Август Мебіус (1825-1908) - німецький зоолог і ботанік, один із засновників екології, перший директор Музею природознавства в Берліні. У 1868-1870 роках науковець вивчав особливості місць перебування устриць. К. Мебіус докладно описав взаємодії різних організмів, що мешкають на узбережжі, й увів поняття «біоценоз».

Термін «біосфера» запропонував 1875 року австрійський геолог Едуард Зюсс. Він розглядав біосферу як простір, заповнений життям.

Артур Тенслі (1871-1955) - британський ботанік, якого вважають одним з перших у світі екологів. 1935 року в праці «Правильне і неправильне використання ботанічних термінів» науковець увів термін «екосистема».

Усесвітню популярність Рейчел Луїз Карсон, американській біологині та письменниці, принесла книга «Мовчазна весна», присвячена шкідливій дії пестицидів на організми.

Поміж українських екологів можна виділити Яніну Яценко, яка 1962 року розробила проект Полтавського дендропарку й опікувалался його створенням.

Видатний український природодослідник Володимир Вернадський - творець учення про живу речовину й біосферу. Основи свого вчення він виклав у праці «Біосфера» (1926). Вернадський дійшов висновку, що життя може існувати лише у формі гігантської системи - біосфери. Багато й плідно Вернадський працював над створенням узагальнювального вчення про взаємовідносини природного середовища й суспільства, що дістала назву «теорії ноосфери». Учень і соратник В. Вернадського, академік Олександр Ферсман зазначав: «...Ще багато років доведеться попрацювати і його учням, і історикам природознавства, щоб виявити основні шляхи його наукової творчості, розгадати складні, ще далеко не зрозумілі побудови його тексту. Це завдання майбутніх поколінь...».

Едуард Зюсс (1831-1914)

Рейчел Луїз Карсон (1907-1964)

§ 24. Екологія як наука

Які рівні організації живого вам відомі?

Які середовища існування вам відомі?

Що таке адаптація?

Американський еколог і зоолог Юджин Одум, автор класичної праці «Екологія» дав найкоротше означення екології. Він зазначав, що екологія - це біологія навколишнього середовища (рис. 116).

Поняття екології. Термін «екологія» (від грец. oikos - житло, оселя і logos - наука, вчення) запровадив німецький природодослідник і філософ Ернст Геккель 1866 року в праці «Загальна морфологія організмів» для позначення біологічної науки, що вивчає взаємозв'язки організмів з навколишнім середовищем.

Екологія - наука, що вивчає взаємозв'язки організмів та їх угруповань між собою та з навколишнім середовищем, структуру та функціонування надорганізмових систем.

Предмет вивчення та завдання екології. Екологія вивчає закони та закономірності взаємодії організмів й надорганізмових біологічних систем між собою та з навколишнім середовищем; особливості структури, функціонування, формування, розвитку популяцій та екосистем; функції популяцій, екосистем і біосфери. Дослідження в цій галузі біологічної науки вможливлюють розкриття механізмів адаптації організмів, популяцій, екосистем до біотичних, абіотичних та антропічних чинників навколишнього середовища.

Рис. 116. Науковці, що зробили свій внесок у становлення екології як науки

Юджин Одум (1913-2002)

Ернст Геккель (1834-1919)

Ознайомтеся з біографіями цих видатних науковців, використовуючи додаткові літературні джерела та інтернет-ресурси. Зверніть увагу на їх відданість науці.

Головними завданнями екології є:

установлення закономірностей взаємозв'язків між організмами, їхніми угрупованнями й умовами навколишнього середовища;
розроблення методів визначення екологічного стану природних і штучних угруповань;
спостереження за змінами в окремих екосистемах і біосфері загалом, прогнозування їхніх наслідків;
створення бази даних і розроблення рекомендацій для екологічно безпечного планування господарської та соціальної діяльності людини;
застосування екологічних знань в охороні навколишнього середовища та раціональному використанні природних ресурсів.

Виконання цих завдань уможливить перехід до постіндустріального, інформаційного суспільства.

Структура екологічної науки. Наразі виділяють три основні розділи екології: біоекологія, геоекологія та прикладна екологія.

Загальна екологія, або біоекологія, - вивчає взаємозв'язки біологічних систем різних рівнів із середовищем і між собою. Цей напрям екології своєю чергою поділяють на такі підрозділи: аутекологія вивчає закономірності взаємозв'язків організмів окремого виду з середовищем існування (рис. 117); демекологія, або екологія популяцій, вивчає популяції окремих видів (рис. 118); синекологія, або екологія угруповань, аналізує взаємозв'язки між особинами, що належать до різних видів угруповання організмів, а також між ними й середовищем існування (рис. 119); біосферна екологія досліджує процеси, що протікають у біосфері (біогеохімічні цикли, забруднення атмосфери тощо), і зміни, що відбуваються в результаті господарської діяльності людини.

Геоекологія вивчає геосфери, їх динаміку й взаємодії, геофізичні умови життя, абіотичні чинники, що діють на організми.

Рис. 117. Об'єкт вивчення аутекології

Особина лосося, що знаходиться під впливом різних чинників

Рис. 118. Об'єкт вивчення демекології

Популяція лосося, що мешкає у певній водоймі

Рис. 119. Об'єкт вивчення синекології

Вовк уполював лосося (взаємозв'язок хижак-жертва)

Порівняйте об'єкти вивчення аутекології, демекології та синекології.

Наведіть інші приклади об'єктів вивчення аутекології, демекології та синекології.

Предметом вивчення прикладної екології є аспекти інженерної, соціальної, економічної охорони середовища існування людини, взаємовідносин природи і суспільства, екологічних принципів охорони природи.

Методи екології. Під час екологічних досліджень науковці аналізують біологічні системи різного рівня організації та їхні зв'язки з навколишнім середовищем. Основу сучасної екології становить поєднання системного підходу, спостережень, експерименту та моделювання. Тому в екології виділяють декілька груп методів.

Методи реєстрації параметрів і оцінки стану навколишнього середовища - необхідна частина будь-якого екологічного дослідження. До цих методів належать метеорологічні спостереження, вимірювання вологості, температури, освітленості, хімічного складу повітря, води та ґрунту, оцінювання техногенного забруднення навколишнього середовища, вимірювання радіаційного фону тощо. До цієї групи методів належать також моніторинг (періодичне або безперервне стеження за станом екологічних об'єктів та якістю середовища) й біоіндикація (використання для контролю якості середовища особливо чутливих до чинників екологічного середовища організмів та угруповань) (рис. 120).

Методи кількісного обліку організмів, оцінювання біомаси та продуктивності. Ці методи лежать в основі вивчення природних угруповань. Для цього застосовують підрахунки кількості особин на контрольних ділянках, в об'ємах води, повітря та ґрунту; виловлювання й мічення тварин; спостереження за їхніми переміщеннями; аерокосмічну реєстрацію чисельності стад тощо (рис. 121).

Методи дослідження впливу чинників середовища на організми - найрізноманітніша група екологічних методів. Такі дослідження здійснюють за допомогою спостереження в природі та проведення експериментів у лабораторних умовах. Спостереження - вивчення біологічної системи в природних умовах шляхом фіксації певних її ознак (рис. 122, а). Експеримент - дослідження, коли об'єкт ставлять в умови, за яких можна вивчати дію певного чинника або групи чинників.

Рис. 120. Методи реєстрації параметрів і оцінювання стану навколишнього середовища

Лишайники є біоіндикаторами, бо чутливі до чинників навколишнього середовища

Наведіть інші приклади біоіндикаторів.

Рис. 121. Методи кількісного обліку організмів, оцінювання біомаси та продуктивності

Виловлювання та мічення птахів відбувається з метою кількісного обліку особин і маршрутів їхньої міграції

Підготуйте повідомлення про застосування цих методів у дослідженнях, використовуючи інтернет-джерела.

Методи вивчення взаємозв'язків між організмами в угрупованнях передбачають натурні спостереження та лабораторні дослідження трофічних зв'язків, проведення дослідів з перенесенням «міток» радіоактивних ізотопів, що дозволяє визначити кількість органічної речовини, яка переходить від однієї ланки трофічного ланцюга до іншої. Особливе значення має експериментальна методика створення та дослідження штучних екосистем (рис. 122, б).

Методи моделювання передбачають побудову та використання моделей в екології, що забезпечує можливість прогнозування динаміки розвитку біологічних систем. Це особливо важливо, якщо екосистема піддається зовнішнім, антропічним впливам. Прийоми моделювання дозволяють будувати обґрунтовані прогнози глобального розвитку.

Зв'язок екології з іншими науками. Екологія має зв'язок з іншими біологічними науками. Це, наприклад, фізіологія, цитологія, генетика, біофізика, теорія еволюції. Відтак у науці сформовано багато синтетичних напрямів (екологічна фізіологія, еволюційна екологія тощо).

Екологія тісно переплетена з небіологічними науками - фізикою, хімією, геологією, географією тощо. Екологічний підхід до розв'язання географічних і фізико-географічних проблем якнайкраще застосовано в гідробіології: вивчення сукупності організмів, які населяють товщу води і дно, здійснюють разом з дослідженнями різних чинників води, припливно-відпливних явищ тощо.

На перетині з геологією і палеонтологією виникла палеоекологія, що відновлює екологічні зв'язки вимерлих видів рослин і тварин. Із розв'язанням проблем раціонального природокористування пов'язано виникнення екології ландшафту.

Рис. 122. Методи: а - дослідження впливу чинників середовища на організми, б - вивчення взаємозв'язків між організмами в угрупованнях