Владимир Иванов - Основы экологии

Владимир Петрович Иванов, Оксана Владимировна Васильева

Основы экологии

В обращении с планетой, с самим человеком нужны глубокие знания и мудрая осторожность.

© Иванов В. П., Васильева О. В., 2010

© ООО «Издательство „СпецЛит“», 2010

Предисловие

Современная экология представляет собой одну из основных фундаментальных наук междисциплинарного характера.

В настоящее время люди являются активными участниками большинства природных экосистем. Только формирование экологического понимания и осознанной деятельности каждого разумного человека может сдержать надвигающуюся экологическую катастрофу и создать благоприятные условия для долговременного устойчивого развития, благополучия и активного долголетия каждого жителя Земли.

Особенное значение имеет экологическое образование для современного врача. Его профессиональная подготовка предполагает осознание будущим специалистом ответственности за состояние окружающей среды и за последствия действий человека по отношению к ней, что составляет основу экологического мышления. Врач должен четко представлять проблему риска воздействия неблагоприятных антропогенных факторов на здоровье человека в мировом масштабе.

В связи с отсутствием необходимой учебной литературы по общей экологии предлагается настоящий учебник, составленный в соответствии с учебной программой по биологии для студентов высших медицинских учебных заведений (Москва, ГОУ ВУНМЦ, 2001 г.) и с межкафедральной программой экологического образования в медицинских и фармацевтических вузах (Москва, ГОУ ВУНМЦ, 2002 г.).

Учебник включает две части: теоретические основы курса общей экологии и учебные рекомендации к практическим занятиям. Материал для практических работ взят из огромной научно-исследовательской базы, накопленной кафедрой биологии, медицинской генетики и экологии за долгие годы. Здесь представлены уникальные данные по всем районам Курской области с учетом демографических показателей, уровней заболеваемости, климатических особенностей разных сезонов года, содержания различных загрязнителей в атмосфере, пестицидов в литосфере. Методы математического и статистического анализа, которые студенты будут осваивать в ходе проведения практических работ, позволят им лучше раскрывать основные закономерности популяционной экологии и генетики, решать вопросы моделирования и прогноза.

Авторы надеются, что данный учебник поможет студентам медицинских вузов в усвоении основ экологии.

Часть I

Глава 1

Экология как наука

1.1. Основные этапы развития экологических знаний

В процессе эволюции органического мира живые организмы расселялись по всему земному шару и приспосабливались к различным условиям обитания. Их жизнедеятельность постоянно оказывала влияние на элементы неживой природы. Последние развивались и изменялись одновременно с воздействующими на них микроорганизмами, растениями, животными и, естественно, людьми.

Таким образом, в результате сложных взаимоотношений между живой и неживой природой сформировались различные сообщества, экосистемы и биосфера в целом.

Возникла необходимость изучения конкретных взаимоотношений между популяциями разных видов в природе, между живыми организмами и окружающей средой. И к середине XIX в. постепенно оформилась самостоятельная научная дисциплина – экология.

Термин «экология» (от греч. oikos – жилище, местопребывание; logos – слово) впервые употребил немецкий биолог Эрнст Геккель (рис. 1) в 1866 г. в труде «Всеобщая морфология организмов». Э. Геккель писал, что под экологией мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической, и прежде всего – его дружественных или враждебных взаимоотношений с теми животными и растениями, с которыми оно прямо или косвенно вступает в контакт.

Рис. 1. Эрнст Геккель (1834–1919)

К концу XIX в. термином «экология» начали пользоваться многие биологи. В 1868 г. И. И. Мечников издает в России конспект работы Э. Геккеля и, вероятно, впервые упоминает это слово на русском языке.

Э. Геккель только лишь дал определение науки, которая существовала и постепенно развивалась еще с глубокой древности вместе с человечеством.

Суммируя вклад различных ученых в формирование экологических знаний, историю развития экологии, на наш взгляд, можно разделить на три основных этапа.

Первый этап – это зарождение и становление экологии как науки (с древнейших времен до 60-х годов XIX в.).

До середины XIX в. развитие экологии шло неотделимо от развития естествознания, поскольку накопление эмпирических знаний происходило на протяжении всей истории человечества.

Истоки экологии уходят в далекое прошлое и связаны с необходимостью на самых ранних этапах становления человеческого общества добывать себе в пищу pастения и животных. Было необходимо знать, как выглядят, где и когда созревают съедобные плоды, корни и стебли растений, где лежат пути миграции диких животных, когда и где они воспроизводят потомство.

Еще древние цивилизации Китая, Месопотамии и Египта сохраняли сведения о живых организмах, их взаимосвязи со средой обитания, об образе жизни растений и животных.

Огромный вклад в развитие естественных наук и накопление экологических знаний внесли греческие философы античности (Анаксимандр, Демокрит, Фалес, Гиппократ, Архимед, Платон). Они выдвинули первые теории о происхождении растений и животных, о процессах питания и роста живых организмов.

Первые попытки обобщения этих сведений были предприняты Аристотелем (384–322 до н. э.). Он описал свыше 500 видов животных, классифицируя их по образу жизни и способу питания. Аристотель стремился сопоставить между собой различные живые организмы и пришел к выводу, что растения и животные постоянно изменялись и поднимались вверх по «лестнице природы».

Ученик Аристотеля Теофраст Эрезийский (371–280 гг. до н. э.) описал естественные группировки растений и типы деревьев, произрастающие на разной высоте, приуроченные к разным местам обитания. Можно считать, что Теофраст заложил основы геоботаники.

Римский поэт и философ Тит Лукреций Кар (около 99–55 гг. до н. э.) утверждал, что природой управляют определенные законы.

В Cредние века из-за религиозного догматизма и схоластики науки о живой природе развивались крайне медленно.

Интенсивное накопление знаний о природе и крупные научные исследования происходили в эпоху Возрождения. Этот период знаменуется великими путешествиями, открытиями и описаниями новых земель с их флорой и фауной.

Эпоха Возрождения изменила фундаментальные воззрения в естествознании благодаря трудам Н. Коперника, Дж. Бруно, Г. Галилея, Л. да Винчи, И. Кеплера, Р. Декарта, которые дали новый мощный толчок развитию наук о природе.

В начале XVII в. был изобретен микроскоп.

В 1670 г. английский химик и физик Роберт Бойль (1627–1691) впервые поставил экологический эксперимент по действию на организмы низкого атмосферного давления. Он выяснил, что наибольшей стойкостью к вакууму обладают водные, земноводные и другие холоднокровные животные, и объяснил это их образом жизни.

Один из первых микроскопистов Антони ван Левенгук (1632–1723) изучал не только строение простейших организмов, бактерий и клеток крови, но и пищевые цепи, регулирование численности популяций, которые стали важнейшими разделами экологии.

В 1749 г. шведский натуралист Карл Линней (рис. 2) опубликовал работу «Экономия природы». В ней он изложил свои взгляды на взаимоотношения живых организмов и влияния на их жизнь условий внешней среды. Линней впервые ввел бинарную (двойную) номенклатуру, т. е. обозначил для каждого вида растений, животных и микроорганизмов двойное латинское название: первое означало название рода, второе – видовую принадлежность. Карл Линней построил наиболее удачную искусственную классификацию растений и животных.

Рис. 2. Карл Линней (1707–1778)

За 120 лет до появления теории Дарвина Линней первым поставил человека в классе млекопитающих вместе с обезьянами и полуобезьянами. В системе Линнея человек получил свое научное имя Ноmо sapiens – человек разумный.

Позднее французский натуралист Жорж Бюффон (1707–1788) создает многотомный труд «Естественная история», где описывает огромное количество животных в связи с влиянием на их жизнь разнообразных факторов внешней среды. Ж. Бюффон считал, что виды изменяются под влиянием температуры, климата, пищи и одомашнивания.

Большое влияние на формирование экологических взглядов XVIII в. имела эволюционная концепция Жана Батиста Ламарка «Философия зоологии» (1809). Ламарк (рис. 3) считал, что главной причиной развития организмов от низших форм к высшим является присущее живой природе стремление к совершенствованию организации, а другой – влияние на них различных внешних условий. Таким образом, в XVIII в. были предприняты попытки систематизации накопленных естественнонаучных знаний.