Загальна екологія

Конспект лекцій

ВСТУП

1.Визначення, предмет і завдання екології

Термін “екологія” вперше застосував німецький вчений Е. Геккель у 1866р. Екологія – наука про місце зростання.

Екологія як наука – це наука про взаємодію живих істот між собою і з навколишньою неорганічною природою, а також про зв’язки в надорганізмових системах, наука про структуру і функціонування цих систем.

Предметом вивчення екології  є системи, розташовані вище рівня організму.

В загальному весь світ можна розділити по щаблям на:

1.     Молекула.

2.     Клітина.

3.     Орган.

4.     Організм.

5.     Популяція.

6.     Екосистема.

7.     Біосфера.

Екологія вивчає організм, популяції, екосистеми, біосферу.

Завданням екології як науки є вивчення функціонування живих організмів у взаємозв’язку між собою, з факторами неживої природи, а також впливу результатів господарської діяльності людини на живі організми.

2.Основні галузі екології

Екологію можна умовно поділити на п'ять великих підрозділів: аутекологію (екологію організмів), демекологію (екологію популяцій), синекологію (екологію угруповань), біогеоценологію та біосферологію (глобальну екологію).

Аутекологія (термін введений у 1896 р. Шретером) вивчає взаємозв'яз­ки представників виду з оточуючим їх середовищем. Цей розділ екології займається, головним чином, визначенням меж стійкості виду і його став­ленням до різних екологічних факторів. Аутекологія вивчає також вплив середовища на морфологію, фізіологію та поведінку організмів.

Демекологія (термін введений у 1963 р. Швердтфегером) описує ко­ливання чисельності різних видів і встановлює їх причини. Цей розділ ще називають динамікою популяцій, або популяційною екологією.

Синекологія (Шретер, 1902) аналізує стосунки між особинами, що належать до різних видів даного угруповання організмів, а також між ними і оточуючим середовищем. Термін біоценологія, введений у 1918 р. Гамсом, є практично синонімом синекології. В синекології дослідження проводять в двох напрямах: статичному і динамічному.

Статичний напрям (описова синекологія) займається встановлен­ням видового складу угруповань, чисельністю, частотою виявлення виду, видовим представництвом і просторовим розміщенням.

Динамічний напрям (функціональна синекологія) обіймає два аспек­ти. Перший стосується розвитку угруповань і дослідження причин, які призвели до їх зміни. Другий займається обміном речовин та енергії між різними компонентами екосистеми, а також вивчає кормові ланцюги, біомасу і енергію, продуктивність біоценозів. Цей напрям ще називають кількісною синекологією.

Біогеоценологія, або екосистемологія, вивчає біогеоценотичний шар Земної кулі і, зокрема, конкретні біогеоценози (суходільні, водні), в яких взаємодіють біоценози і абіотичне середовище.

Біосферологія (глобальна екологія) вивчає біосферу як єдине пла­нетарне ціле, з'ясовує закономірності еволюції біосфери.

3. Екологічні явища, стани та процеси

Екологія вивчає сутність природи — внутрішній зміст предмета, який зиявляється в єдності всіх різноманітних властивостей і стосунків, а також явища — ті чи інші прояви природи, зовнішні форми її існування. Складна група явищ, окреслена як екологічна, виступає на трьох рівнях організації живої матерії: організму, популяції та біоценозу.

В ієрархії живого організм виступає як складна біологічна система, що взаємодіє з оточуючим середовищем, а також з оточуючими її організмами. Ні ген, ні органела, ні клітина, ні тканина, ні листок, ні корінь чи стовбур не виступають як цілісні системи у цій взаємодії. Вони можуть реагувати на дію того чи іншого фактора зовнішнього середови­ща, але відповідальним за життя рослини чи тварини є організм, який має багато механізмів для забезпечення гомеостазу (від грецьк. гомео — той самий, стаз ~ стан), тобто здатності протистояти змінам і зберігати стан рівноваги в організмі.

Особливе ускладнення екологічних зв'язків спостерігаємо в угрупо­ваннях живих організмів, об'єднаних у популяції, біоценози. Екосисте­ми, як і популяції та організми, що в них входять, здатні до самопідтримки і саморегулювання. Тож кібернетика (від грецьк. кібернетес — лоцман, або правитель) — наука про управління, має важливе прикладне зна­чення в екології, особливо сьогодні, коли людина продовжує порушува­ти природний механізм контролю або намагається замінити його на штучний, що виявляється в керованих людиною культурфітоценозах: сільськогосподарських посівах, лісових плантаціях, садах і ягідниках, лісозахисних смугах, паркових газонах і квітниках.

Для екологічних явищ характерні повсюдність і спонтанність. Вони мають глобальний характер, однак їх можна моделювати й у лабораторії і створювати керовані системи. Яскравим прикладом такої екологічної лабораторії є космічна станція, де в змодельованому і керованому середовищі живуть люди, рослини, тварини, мікроорганізми. Отже, екологічні явища спостерігаються там, де присутні організми. Часто го­ворять про "погану екологію" у містах чи на рудниках, беручи до ува­ги лише рівень техногенних забруднень, а не стан живих організмів, їх життєдіяльність і можливості існування. Такий підхід можна назвати технократичним і аж ніяк не екологічним. Адже екологічна наука перед­бачає кількісну й якісну оцінки стану особин того чи іншого виду, а також їх місця у відповідних рівнях екосистем — популяції чи біоценозі.

До екологічних явищ належить стан живої природи та процеси, які в ній перебігають, а також екологічні механізми, які управляють систе­мою екологічних взаємозв'язків.

Екологічний стан — це природна ситуація, яка виникла внаслідок дії біологічних, фізичних і хімічних чинників. Його можна встановлю­вати, вивчаючи, наприклад, породний склад і кількість біомаси дерев і чагарників або ж усіх рослин на ділянці лісу площею 1 га. В інших ви­падках екологічний стан визначається кількістю лісової підстилки і швидкістю її перегнивання, або ж кількістю мікроорганізмів, що заселя­ють 1 см³ ґрунту.

Для оцінки екологічного стану часто звертаються до вивчення струк­тури рослинного покриву, особливо коли мова йде про складні лісові чи паркові угруповання. Тоді вивчають ярусність насадження, проекцію крон, видовий склад дерев, чагарників і трав'яного покриву. Вивчення просторової структури лісової екосистеми дає змогу встановити кількість, вік і просторовий розподіл оленів чи інших представників мис­ливської фауни.

Екологічні процеси — це зміни стану у часі. До основних процесів, які є предметом екологічних досліджень, належать зміни кількості біомаси організмів у часі, зміни структури систем, рух енергії. Одним з прикладів вивчення динаміки процесів є визначення народжуваності та смертності виду. Це стосується і людського суспільства. Погіршення демографії, зокрема перевищення смертності над народжуваністю в сучасній Україні, є наслідком складних соціальних і екологічних процесів, які вимагають негайного вивчення і втручання.

4. Екологічні стосунки (зв'язки)

Екологічні стосунки виступають на всіх рівнях екологічних систем як безпосередньо між організмами, так і між організмами й оточуючим се­редовищем. Найпростішим прикладом є залежність організму від пев­них чинників, які присутні в оточуючому середовищі. Такими є темпе­ратура повітря або температура ґрунту, від яких залежить розвиток рос­лини. Врожай певних рослин може впливати на розмноження популяції синиці чи інших пташиних. Щільний намет дерев не дає можливості розвиватися підросту. Порушення ієрархічної структури популяції до­мової миші призводить до випадків, коли новонароджені з'їдаються до­рослими особинами в гнізді.

В природі реалізується величезне розмаїття екологічних зв'язків, серед яких найбільше поширені такі: хижацтво, паразитизм, симбіоз і конкуренція.

Розмаїття впливів і залежностей, що виявляються в екосистемах, виз­начає зміст перебігу екологічних процесів, а також внутрішніх стосунків у межах цих систем. Перші спроби класифікувати екологічні стосун­ки в біоценозі зроблено Клементсом і Шелфордом у 1939 p., які виділили в них два типи, або цикли: І цикл охоплює збуджуючу дію середовища на організм, тобто акцію, а також зворотню реакцію організму, тобто його вплив на оточення; II цикл охоплює коакції, або ж впливи одних організмів на інші. Слід зазначити, що стосунки між особинами одного виду можуть суттєво відрізнятись від стосунків осо­бин різних видів.

Екологічні стосунки виразно проявляються на всіх рівнях організації живого.

Рівень організму. Екологія поодинокого організму являє собою І цикл стосунків. До організмів доходять збудження і впливи фізико-хімічного середовища у вигляді акції. Відповідь організму на дію середовища, тоб­то реакція, являє собою як вичерпування зі середовища засобів для сво­го існування, так і перетворення цього середовища шляхом виділення власних субстанцій.

Як правило, І цикл реалізується в умовах піонерного заселення місць, позбавлених життя (заростання кар'єрів чи піщаних дюн). У нормаль­них умовах на І цикл накладається II, який виникає внаслідок співжиття особин одного або декількох видів. Наприклад, після піонерного заселення звалища поодинокими трав'яними рослинами з'являються зарості чагарників і дерев, утворюючи більш-менш стале угруповання.

Рівень популяції. На кожну природну популяцію діють сили, які спри­чинюють скорочення чисельності особин як через нищівні дії середови­ща, що завершуються фізіологічною смертю особин, так і через впливи організмів, що належать до інших видів, для яких дана популяція є дже­релом споживання або ж конкурентом.

Основним типом внутріпопуляційної коакції є пропагація (від лат. пропагіре — поширення). Вона охоплює розроджувальні зв'язки між особинами, внаслідок яких чисельність популяції зростає. Завдяки пропагації вирівнюється попередня чисельність і одночасно продукують­ся її надлишки, що створює умови для територіальної експансії популяції.

Пропагаційні зв'язки реалізуються або ж завдяки безпосереднім контактам, або ж за допомогою інших організмів шляхом зоогамії або ентомогамії, деколи ж за участю самого середовища, наприклад, за допо­могою вітру (анемогамія) або води (гідрогамія). Для існування в популяції пропагаційних зв'язків не завжди має бути особиста близькість інших особин. У випадку безпосереднього запліднення необхідна взаємна толерантність особин, яка загалом поширена у світі тварин.

Одночасно з толерантними зв'язками в популяціях спостерігаємо коакційні кооперації, які полягають у взаємодії особин для забезпечен­ня свого існування. Ці цілі реалізуються в популяціях шляхом створен­ня таких зв'язків: а) родинних (наприклад, родина Fagaceae в лісових асоціаціях представлена родами бук, дуб і граб); б) стадних (дикі свині); в.) різні форми скупчення організмів (бджолиний рій, мурашникова колонія) тощо.

Між особинами в межах популяції спостерігаються прояви коакційних дизкооперацій, тобто впливів, які є безпосередньо або опосередковано шкідливими для особин. Дизкоопераційні стосунки гаранту­ють, виходячи з правил найкращих умов, існування та розмноження представникам певної популяції, яка заселяє дану територію, оберігаючи тим самим її від витіснення.

Біоценотичний рівень характеризується переважно дизкоопераційними коакціями між окремими популяціями. Тут домінують зв'яз­ки експлуатаційного типу, тобто такі, при яких одна з популяцій (експ­луатована) втрачає, а інша (експлуатуюча) користується цим. За винят­ком більшості зелених рослин (автотрофів) усі популяції організмів-консументів (споживачів органічної речовини), що входять до складу біоценозу, одночасно експлуатуються і є експлуатованими. Цей тип екологічних зв'язків в сфері біоценотичного рівня гарантує обіг матерії з природі і відповідно тривалість життя. Поряд з експлуатаційними зв'яз­ками в біоценозах поширена конкуренція, або ж суперництво окремих популяцій, особливо сильна у випадку експлуатування оточення, обмеже­ного природними факторами, такими, як корм, місця плодоношення тощо.

На рівні міжвидових стосунків виступають також зв'язки коопераційного типу, такі, як симбіоз і толеранційні зв'язки між вида­ми, біологічні потреби яких не перекриваються. Зразком таких толеран­тних стосунків є лугове різнотрав'я, де багато видів протягом тривалого періоду розвитку живуть в умовах взаємодії.

Екологічні залежності, які виступають в тій чи іншій системі, ста­новлять її екологічний механізм, який вирішує напрямки змін чисельності, стану і величини біомаси, а отже, і обігу енергії. Екологічний механізм, який реагує на зміни, що відбуваються у середовищі, одночасно окрес­лює напрям процесів розвитку екосистеми.