Экология как наука. Основные задачи и структура современной экологии

Термин экология происходит от греческих слов "ойкос" (жилье, среда обитания) и "логос" (учение, слово). Этот термин введен немецким зоологом Эрнстом Геккелем в 1866 году. По Геккелем "Экология - это наука об экономии, домашний быт животных организмов. Она призвана изучать общие взаимоотношения животных как в органическом, так и в неорганическом средах, их дружеские отношение к другим животных и растений, с которыми они вступают в прямые или косвенные контакты ".

 

Итак, за Геккелем экология - это познание экономики природы. После него в понятие экологии вносились различные смысловые оттенки, которые расширяли или сужали предмет экологии.

 

Хотя термин экология введен только в 1866 году, история становления экологии как науки насчитывает несколько тысяч лет. Еще в пирамиде Хеопса было найдено надпись "Люди погибнут от неумения пользоваться силами природы и от незнания истинного мира". Уже в те далекие времена люди задумывались над явлениями природы и понимали, что человек лишь маленькая ее частица.

 

По мнению Лукьяновой Л.Б. (2000), история становления экологии начинается с Гераклита (~ 544/540 - 483 pp до н.э.), который утверждал о существовании всеобщей связи в живой природе, подчеркивая ее подвижность и изменчивость. Философ Эмпедокл (~ 490-430 pp до н.э.) из Агригента высказал мнение об эволюционном развитии природы. По его мнению "Чудовища, которые ранее заселяли Землю, погибли из-за того, что не смогли приспособиться к условиям среды, которые менялись". По его мнению, органический мир прошел долгий путь развития, начиная от самозарождения простейших организмов и заканчивая человеком. В результате эволюции сохранились только наиболее жизнеспособные виды, объясняется целесообразностью строения их тел.

 

Среди античных греческих философов и ученых Платон (428-347 pp до н.э.) впервые отразил сложность отношения природы и человека, хотя и природа и человек, по мнению Платона, является результатом сверхъестественных сил. Именно Платону принадлежит теория "золотого века" человечества. По Платону, природа руководствуется Богом, но постепенно отходит от него и человек начинает вмешиваться в управление природой, что является причиной катастроф. Когда мир руководствовался Богом, была полная гармония природы и человека. От Бога люди "в изобилии получали плоды фруктовых и других деревьев, которые выращивались не руками земледельцев, а как дар земли". Поэтому период, когда человек не вмешивалась в природу и получала от нее все в готовом виде, Платон назвал "золотым веком" человечества.

 

Только на рубеже нашей эры, выдающийся мыслитель Древнего Рима Тит Лукреций Кар (99/95-55 pp до н.э.) в сочинении "О природе вещей" с глубоким сожалением констатировал, что виспивуваного многими философами "золотого века" человечества не было и не могло быть. Чем глубже в тьму веков, отмечал Лукреций Кар, тем более беспомощными были люди против природы. Нищета, холод и голод сопровождал людей.

 

Аристотелем (384-322 pp до н.э.), который является учеником Платона, описано более 500 видов известных ему животных и особенности их поведения (перелеты птиц, миграции животных, зимнюю спячку некоторых животных и т.п.). Большое значение Аристотель придавал взаимодействия человека (общества) с природой. Он

 

 

 

считал, что как животный мир, так и человек постоянно приспосабливаются к окружающей среде и поэтому нельзя игнорировать природу с ее законами.

Ученик Аристотеля, "отец ботаники" Теофраст (327-287 pp до н.э.) писал о влиянии топографических и географических условий на растительность и наоборот. У него типично экологические размышления о влиянии климата и погоды на рост и продолжительность жизни растений, о влиянии окружающей среды на аромат плодов и цветов.

 

Мыслители античного мира были убеждены, что гармония во взаимодействии человека с природой достигается тогда, когда человек следует законы природы и не нарушает их. Следует заметить, что они не призвали не вмешиваться в природу, а лишь отмечали, что такое вмешательство должно основываться на законах природы. Забота о природе, как сферу деятельности и жизни человека, в античности является заботой о самом человеке и поэтому внедряются первые "экологические" меры.

 

Следовательно, уже тогда, в древности, мыслители рассматривали взаимодействие живых организмов с окружающей средой как единое целое, хотя это были только мысли.

 

В период от начала нашей эры и до эпохи Возрождения, включая Средневековья, основной вклад в изучение природы вносит церковь. Хотя христианская церковь противопоставляет человека как подобие Бога, природе, христианские теологи говорят, что в монастырях впервые начали рационально использовали природные богатства и пропагандировалось бережное отношение к окружающей среде. При монастырях создавались заповедные территории и ботанические сады, в которых хранились редкие представители растительного и животного мира.

 

В эпоху Средневековья проблема взаимоотношений человека и природы также рассматривалась многими мыслителями. Свидетельством этого является сочинение Иоанна Скота Эриугены (810-877 pp) "О разделении природы". Он писал, что природа развивается по своим законам, которые определены Богом. Если человек почитает Бога, то она должна уважать и ее создание. Те, кто познает естественные процессы, приближается к Богу, ведь именно таким путем мы познаем его начертание.

 

Итак, в период Средневековья, на изучение природных процессов значительного влияния малая церковь и предмет экологии переносится на человека как Божье творение.

 

В то же время, именно в этот период начинается тотальное рост влияния человека на природу. Развитие алхимии, а затем химии, дает толчок к созданию первых химических производств, что стало одной из причин ухудшения экологического состояния окружающей среды.

 

В эпоху Возрождения изучение вопроса взаимодействия человека и природы постепенно отошло от теологии. Леонардо да Винчи (1452 - 1519 pp), известный ученый и художник эпохи Возрождения, говорит о том, что человек и природа составляют единое целое, однако, в отличие от природы, человек является действенным началом и поэтому между ними идет постоянная борьба. Несмотря на всю свою активность человек всегда проигрывает в этой борьбе. "О капризная природо! - Пишет Леонардо да Винчи, - почему ты для одних своих детей бываешь милосердной и доброй матерью, а для других - немилосердной мачехой? ". За счет такой борьбы у человека формируются черты воина, который в природе видит своего противника. Такие черты, отмечает Леонардо да Винчи, следует изменить на черты рачительного хозяина и сообщника природы.

 

В эпоху Возрождения и в начале периода Нового времени в России, в период правления Петра I, впервые вводятся меры по охране природы. Создаются лесные управления и система их охраны, впервые в истории страны вводится должность обервальдмайстера - лесного министра. Указы об охране природы регламентирующих охота, запрещают хищнические способы рыболовства, предусматривающие охрану водоемов. Наказание за нарушение этих указов было крайне суровым - вплоть до смертной казни.

 

В период Нового времени изучение природы и отношение к ней было неоднозначным. Этому способствовали открытия в естественных науках, в частности в физике, химии, биологии. Так, Фрэнсис Бэкон (1561-1626 pp) в своем сочинении "Новый Органон" сравнивал природу с книгой, которую необходимо правильно читать. Гармонизацию взаимоотношений между человеком и природой Ф.Бэкон видит в научно-техническом прогрессе, который способен изменить природу. По мнению Ф. Бэкона, человек должен облагородить природу.

 

Противником подхода Ф.Бекона к гармонизации отношений человека и природы является известный представитель французского Просвещения Жан-Жак Руссо (1712-1778 pp) - Он считал, что в далеком прошлом люди жили в полной гармонии с природой, которая давала им все необходимое для существования. Содержанием работ Ж.-Ж. Руссо является возвращение к жизни на лоне природы в первоначальном его виде. "До тех пор, - писал Ж.-Ж. Руссо, - пока люди сохраняли свою первоначальную невинность, им нужно было никакое руководство кроме голоса природы ... ". Впоследствии возник даже направление в экологии, лозунгом которого было "Назад к природе!". В литературе это направление получило название руссоизма.

 

Автор первого эволюционного учения Ж. Ламарк (1744-1829 pp) считал, что влияние внешних обстоятельств - одна из важнейших причин приспособительных изменений организмов, эволюции животных и растений.

 

К началу XIX века человечеством был накоплен большой объем знаний в естественных науках (законы физики и химии, явление фотосинтеза и т.п.), что позволило сделать те или иные выводы и предположения. Карл Линней высказал мысль о существовании "экономии" природы под которой он понимал "взаимосвязи всех природных тел,

 

которых основывается равновесие в природе ". Его наблюдения были по существу экологическими, хотя от давал им теологическое объяснение.

 

Значительного вклада в изучение природных явлений внесены французским исследователем Юстасом Либихом (1803-1873 pp), который занимался, кроме органической химии, изучением влияния внешних факторов на растения. Именно Ю. Либихом сформулирован закон минимума.

 

Итак, многие ученые занимались практической экологией, не называя ее так. Только в 1866 году благодаря Е.Геккелю эта новая область знаний получила свое название.

 

Следующий этап становления экологии связан с победой дарвинизма. Чарльз Дарвин в своем труде "Происхождение видов путем естественного отбора" (1859) отметил, что влияние окружающей среды на живые организмы и их приспособительные реакции являются основными движущими силами эволюции. Выдающийся русский ученый, сторонник "дарвинизма" В.В. Докучаев (1846-1903 pp), являющийся основателем научного почвоведения, обосновал взаимосвязь растительности и почвы. Он показал влияние почв, как внешних обстоятельств, на растения и обратное влияние растений на процесс почвообразования.

 

Но основное развитие экологии, как отдельной отрасли знаний, состоялся в XX веке. В начале XX века в результате деятельности многих ученых сформировались школы гидробиологов, фитоценологив, зоологов и т.д., каждая из которых играла определенную роль в становлении науки. В 1910 году в Брюсселе состоялся III ботанический конгресс, на котором отделили экологии растений (ботаническое) и экологии животных (зоологическую) и выделены первые основные разделы общей экологии - экологии организмов (аутэкологию) и экологию сообществ (исинекологию).

 

В период 1913-1920 p.p. были созданы первые экологические научные общества, экологии, как учебный предмет, начали преподавать в университетах. Расширялись исследования типов взаимосвязей, на которых основывается существование биотических систем, розробилась соответствующая терминология.

 

В 30-х годах сформировался новый раздел общей экологии - популяционная экология (демекология). Основателем ее стал английский зоолог Чарльз Элтон, который в своей книге "Экология животных" (1927) перевел внимание с отдельного организма на популяцию организмов как единицу, следует изучать самостоятельно. Именно на уровне популяций проявляются особенности экологических адаптаций и регуляций.

 

Следующий шаг в становление экологии как науки сделан английским ученым А. Тенсли, который в 1935 году ввел понятие экосистема, и российским ученым В.М. Сукачевым, который в 1942 году обосновал представление о биогеоценозе. В этих понятиях получила отражение идея о единстве совокупности организмов с абиотической окружением, о закономерностях, которые лежат в основе связи всего группировки и окружающей среды, о круговороте веществ и превращения энергии.

 

Развитие экосистемного анализа привело к возрождению на новой экологической основе учения о биосфере Земли - крупнейшей экосистемы, которое обосновал и развил выдающийся украинский ученый В.И. Вернадский еще в первой половине XX века. В этом учении отражена сложность взаимосвязей в окружающей среде, показана единство всего живого на Земле и роль живого вещества в формировании внешнего облика планеты Земля.

 

В 50-80-х годах XX века Ю.Одум формирует школу математического моделирования в экологии. В связи с тем, что количество экспериментов по изучению процессов в среде ограничена, роль математического моделирования в экологии является весьма высокой. Оно позволяет прогнозировать направления развития экосистем и выявлять различные тенденции в их развитии без постановки любого эксперимента.

 

В 90-е годы XX века существовало несколько определений термина "экология", что обусловлено разнообразием подходов к экологических исследований, а наиболее удачное определение экологии как науки относится М.Ф.Реймерсу и М.М.Мойсееву:

 

Реймерс Н.Ф. (1994)

 

"Современная экология - новый раздел знания, наука о выживанию в окружающей среде, Фундаментальная основа для природоохранного и средоохранного знания ... Для экологии характерен широкий, системный межотраслевой взгляд, она из строго биологической науки превратилась в Значительный цикл знания, вобрав в себя разделы географии , геологии, химии, физики, социологии, теории культуры, экономики, даже теологии ... "

 

Моисеевом М.М. (1995)

 

"Перед человечеством во весь рост поднимается проблема выживания - центральная проблема современной науки. Дисциплина, которая ее изучает, и носит название экология".

 

Основными задачами экологии как науки являются:

 

исследование особенностей функционирования экосистем, взаимосвязей компонентов природы и выявления изменений, вызванных антропогенной нагрузкой;

 

- Создание научной основы рационального использования природных ресурсов;

 

- Прогнозирование изменений природы под влиянием деятельности человека и выявления границ трансформации природных экосистем человеком;

 

- Разработка теоретических основ охраны среды обитания человека и природы, сохранения биоразнообразия и т.д..

 

Предметом исследования экологии является детальное изучение с помощью количественных методов основ структуры и функционирования природных, природно-антропогенных и антропогенных экосистем, с целью разработки теоретических основ их охраны. Поэтому, любое изменение среды обитания является компетенцией экологии.

 

Методологическую основу экологии составляют сочетание системного подхода, наблюдения, эксперимента, оценки и моделирования. Методы экологии принято делить на следующие группы:

 

методы сбора информации;

обработки информации;

методы интерпретации полученных результатов;

методы прогнозирования и математического моделирования.

Каждый из этапов является чрезвычайно важным и имеет свои сложности.

 

Остановимся на некоторых из них.

 

Методы сбора информации, это и наблюдение, и биоиндикация, и эксперимент, и измерения параметров состояния окружающей среды. Они крайне разнообразными и базируются на комплексной системе наблюдения за состоянием окружающей среды, которую называют мониторингом. Принципы мониторинга окружающей среды систематизированы Клименко Н.А., Прищепа А.М., Вознюк Н.Н. (2004).

 

Методы сбора информации должны обеспечивать оперативность, достоверность и полноту первичной информации о состоянии объектов

 

наблюдения, поэтому следует придерживаться двух основных принципа: принципа системности и принципа предпочтительности.

 

Принцип системности заключается в том, что в природе все взаимосвязано и необходимо рассматривать любое явление как систему, на которую действуют различные факторы. Для обеспечения системного подхода необходима единая методология сбора первичной информации, все стадии которой должны быть стандартизированы.

 

Принцип предпочтительности заключается в том, что количество определяемых параметров окружающей среды должна быть ограниченной, но они должны наиболее полно отражать реальное состояние объектов наблюдения и реакции экосистем на внешнее воздействие.

 

Проблема обработки информации, которую проводят методами математической статистики, заключается в том, что среди показателей состояния объектов природной среды трудно обнаружить экстремальные их значение. Трудно определить, насколько эти показатели состояния объектов выходят за пределы естественного колебания значения этих параметров окружающей среды. Поэтому, особое значение приобретает достоверность данных экологической информации о состоянии объектов окружающей среды.

 

Проблема методов интерпретации результатов является выявление управляющих параметров и переменных среды. Эта проблема является одной из самых сложных для решения, ведь потоки информации в экосистемах чрезвычайно мощные. Оценку экологического состояния объектов окружающей среды проводят путем сравнения реальных значений параметров окружающей среды с определенными нормами, поэтому правильный выбор нормы экологического состояния объектов окружающей среды является крайне важным.

 

Моделирование в экологии имеет чрезвычайно важное значение, потому что, зная динамику изменений основных параметров экосистем и биосферы в целом, можно определять их устойчивость к воздействию внешних факторов и т.д.. Моделирование необходимо и целесообразно и из тех соображений, что количество возможных поставленных экспериментов ограничена, особенно касается крупных экосистем. Моделирование является единственным источником информации о возможном ход процессов в экосистемах. При моделировании важно не только правильно выбрать модель, но и учесть изменчивость параметров окружающей среды. Если моделирования протекания процессов в тех или иных средах является достаточно простым, например, рассеивание загрязняющих веществ в воздухе или водной среде, то при моделировании развития экосистем возникают ряд проблем, что связано с их сложностью.

 

При моделировании состояния экосистем используют концептуальную и математическую модели.