Эколо́гия (от др.-греч. οἶκος — жилище (дом), местопребывание и λόγος — учение ) — естественная наука (раздел биологии ) о взаимодействиях живых организмов между собой и с их средой обитания , об организации и функционировании биосистем различных уровней ( популяции , сообщества, экосистемы ) .

В просторечии под экологией часто понимается состояние окружающей среды , а под экологическими проблемами — вопросы охраны окружающей среды от воздействия антропогенных факторов . Экологизм — общественное движение за усиление мер охраны окружающей среды и за предотвращение разрушения среды обитания .

История

Британская энциклопедия рассматривает в качестве первых истоков экологии как науки работы древнегреческих естествоиспытателей, в первую очередь Теофраста , описывавшего отношения организмов между собой и с окружающей неживой природой. Дальнейшее развитие этой области науки дали ранние исследователи физиологии растений и животных .

Одна из ключевых составляющих экологии как науки, концепция экологической пирамиды , интуитивно сформулированная ещё средневековым арабским мыслителем Аль-Джахизом , в 1881 году нашла отражение в работе К. Земпера «Воздействие естественных условий существования на жизнь животных», которая считается одним из самых ранних исследования перераспределения энергии в природе .

Термин

Термин «экология» ( нем. Ökologie ) в 1866 году ввёл немецкий биолог Э. Г. Геккель . В книге «Общая морфология организмов» он писал об экологии как о науке, изучающей взаимоотношения живой и неживой природы . В 1896 году вышел немецкий «Учебник экологической географии растений: введение в знания о растительных сообществах» .

Американский зоолог в 1895 году определил экологию как науку об отношениях животных и растений к другим живым существам и ко всему их окружающему. Частичными или полными синонимами понятия «экология» были « этология » (определённая И. Жоффруа Сент-Илером как науку о взаимоотношениях организмов в семье и сообществе), и «гексикология» ( англ. hexicology ), которую Сент-Джордж Джексон Миварт в 1894 году определил как науку о взаимоотношениях организмов и окружающей среды . Во второй половине века были введены в обиход также понятия « биосфера » ( Э. Зюсс , 1875) и « биоценоз » ( К. А. Мёбиус , 1877) .

А. Тенсли в 1935 году ввёл термин « экосистема », а В. Н. Сукачёв 5 лет спустя — термин « биогеоценоз » .

Наука

Экология как наука начала институционализироваться во втором десятилетии XX века с образованием в 1913 году Британского экологического общества , а в 1915 году — . С 1913 года в Великобритании начал выходить Journal of Ecology — первый международный рецензируемый научный журнал в этой области . В первой половине XX века исследования растительных сообществ в Европе и Америке велись по разным направлениям. Европейцев в первую очередь интересовали состав, структура и распространение растительных сообществ, тогда как американские ботаники занимались вопросом развития ( сукцессии ) таких сообществ. Исследования экологии животного мира велись отдельно, пока американские биологи не сместили акценты, обратившись к изучению взаимодействия растительных и животных сообществ как единых биот . Впервые идея, что экология как наука должна заниматься одновременно растительными и животными сообществами, была высказана в 1913 году в книге «Руководство по изучению экологии животных» .

В 1926 году В. И. Вернадский дал современное определение понятию биосферы (как совокупности всех экосистем) и отметил влияние человека на эту систему . В этот же период усилился интерес к популяционной динамике, и математические модели популяционных процессов (среди авторов — Р. Пирл , А. Лотка , В. Вольтерра ) начали применяться в исследованиях взаимоотношений хищников и добычи, межвидовой конкуренции и естественной регуляции численности популяций .

В России

Среди первых учёных, обратившихся к связи организмов и среды в России, были Карл Рулье и его ученик Николай Северцов . У истоков экологии стоял также русский географ князь П. А. Кропоткин , обративший внимание на то, как отступают с начала Промышленной революции ледники. Он призывал ограничить отстрел диких животных и остановить обезлесение .

Русские учёные долгое время избегали термина «экология». Так, не одобрял его К. А. Тимирязев , который вместо экологии предпочитал говорить о биологии в узком смысле, или биономии. М. Н. Богданов в труде «Птицы и звери Чернозёмной полосы Поволжья, долины средней и нижней Волги» вместо понятия «экология» использовал термин « биоценоз », введённый ранее К. А. Мёбиусом .

В двухтомном труде «Птицы России» (1893—1895) М. А. Мензбир впервые предложил экологический подход к составлению систематических зоологических сводок. В 1895 году в Дании вышел в свет первый в истории фундаментальный учебник по экологии растений (автор — Й. Э. Варминг ), а в 1901 году швейцарец Ф.-А. Форель издал первый учебник по лимнологии . В 1905 году вышла книга Ф. Э. Клементса «Исследовательские методы в экологии» — первая работа, в которой формулировались принципы систематического подхода к экологическим исследованиям .

Экология как наука оставалась малоизвестной в СССР вплоть до 1960-х годов, так как её заменила биогеоценология . В связи с актуальностью вопросов охраны природы , к учёным-экологам начали чаще обращаться государственные структуры и природоохранные организации, заинтересованные в их решении .

Связь с другими науками

Другая область знания, ставшая объектом интереса учёных в начале XX века, — энергетический баланс. В 1920 году немецкий гидробиолог А. Тинеман ввёл понятие трофической, или пищевой, цепи , между «звеньями»-уровнями которой энергия передаётся в виде пищи . Ч. Элтон в фундаментальной работе «Экология животных» (1927) развил эту идею, добавив к ней концепции экологической ниши (сам термин впервые появился за 10 лет до этого в работе ) и пирамиды численности . В 1942 году американский учёный Р. Линдеман выступил с новой концепцией экологии, в основу которой легли идеи о трофической динамике; позже количественные исследования энергетического перераспределения в экосистемах были предприняты братьями Ю. и Г. Одумами (США) и Дж. Д. Овингтоном (Австралия) . Учебник Одумов «Фундаментальные понятия в экологии», изданный в 1953 году, считается первой публикацией, в основе которой лежит холистический , макроскопический подход .

Ко второй половине XX века относится и возникновение экологии человека и в целом социальной экологии — областей экологии, изучающих взаимодействие человека и общества с окружающей средой и вопросы её защиты . Возникли экологизация многих естественных наук и связь с социологией .

Значительное влияние экологические данные оказали на развитие эпидемиологии , где помогли разработать системы мер против распространения малярии , тифа , чумы , жёлтой лихорадки и сонной болезни , основанные на борьбе с насекомыми- переносчиками . Знание жизненных циклов вредителей сельского хозяйства, возможное благодаря экологии, также увеличивает эффективность борьбы с ними. В число мер защиты сельскохозяйственных культур могут входить перенос сроков посева и сборки урожая или интродукция определённых хищников и паразитов. Экология позволяет лучше наладить животноводство в различных климатических условиях и определить оптимальный режим севооборота и требуемый уровень разнообразия в агроценозах .

Предмет изучения

В связи с многогранностью предмета и методов исследований допустимо рассматривать современную экологию как комплекс наук, который изучает функциональные взаимосвязи между организмами (включая человека и человеческое общество в целом) и окружающей их средой, круговорот веществ и потоков энергии, делающих возможной жизнь . Общий объект её изучения — устройство и функционирование надорганизменных систем всех уровней ( популяций , биоценозов , экосистем и биосферы ) . Это широкое определение экологии охватывает ряд наук, которые могут рассматриваться и как самостоятельные области знания. Понятие среды обитания включает в себя все внешние факторы, оказывающие влияние на отдельный организм или сообщество организмов. Эти факторы можно условно разделить на физические ( климатические ); химические (которыми в первую очередь занимаются — солёность , кислая или основная реакция среды , состав и содержание растворённых газов); и биологические .

В 1910 году на Третьем Международном ботаническом конгрессе в Брюсселе были выделены три подраздела экологии:

• Аутэкология — раздел науки, изучающий взаимодействие индивидуального организма или вида с окружающей средой ( жизненные циклы и поведение как способ приспособления к окружающей среде).
• Демэкология — раздел науки, изучающий взаимодействие популяций особей одного вида внутри популяции и с окружающей средой.
• Синэкология — раздел науки, изучающий функционирование сообществ и их взаимодействия с биотическими и абиотическими факторами.

Также выделяют геоэкологию , биоэкологию , гидроэкологию, ландшафтную экологию , , социальную экологию , химическую экологию , радиоэкологию , экологию человека , антэкологию , и др.

Дополнительные сложности с определением предмета изучения экологии заключаются в отсутствии консенсусного определения надорганизменных сообществ и их иерархии. Одна из необщепринятых возможных иерархий сообществ по сложности устройства включает (в возрастающем порядке) консорции , и формации . Другой распространённый подход — классификация биологических сообществ по доминантным и субдоминантным видам — лучше применим к наземным растительным сообществам умеренного климата , где один вид действительно способен определить облик степи или леса, но хуже работает для тропических или водных сообществ .

Важной темой для экологии в целом являются пищевые (трофические) цепи , в понятиях которых можно описать передачу вещества и энергии с уровня на уровень в рамках биологического сообщества при поедании одних организмов другими. Основой пищевых цепей обычно выступают зелёные растения , которые, используя солнечную энергию , создают на основе диоксида углерода и воды сложные органические вещества. В экологической терминологии эта нижняя ступень пищевой цепи именуется автотрофами (буквально «питающими себя») или продуцентами , тогда как все животные и некоторые другие растения, стоящие выше в пищевой пирамиде, попадают в категорию гетеротрофов или консументов . Гетеротрофы сами не производят питательных веществ и вынуждены потреблять в пищу другие организмы. В дальнейшей иерархии первичные консументы ( фитофаги ) служат пищей для вторичных (хищников). Отдельное звено трофической цепи определяется как экологическая ниша .

Законы экологии

Крупный вклад в теоретические основы экологии внёс Барри Коммонер , сформулировавший основные 4 закона экологии:

1. Всё связано со всем
2. Ничто не исчезает в никуда
3. Природа знает лучше — закон имеет двойной смысл — одновременно призыв сблизиться с природой и призыв крайне осторожно обращаться с природными системами.
4. Ничто не даётся даром (в оригинале: « Бесплатных завтраков не бывает »)

Второй и четвёртый законы по сути являются перефразировкой основного закона физики — сохранения вещества и энергии . Первый и третий законы — действительно основополагающие законы экологии. Первый закон экологии может считаться основой экологической философии. В частности, эта философия положена в основу понятия «глубокая экология» в книге «Паутина жизни» Фритьофа Капры .

Методология экологии

Методологический подход к экологии как к науке позволяет выделить предмет , задачи и методы исследований.

Объекты исследования экологии — в основном, системы выше уровня отдельных организмов: популяции , биоценозы , экосистемы , а также вся биосфера . Предмет изучения — организация и функционирование таких систем.

Методы исследований в экологии подразделяются на полевые наблюдения, эксперименты в поле или в лаборатории и моделирование .

Полевые методы представляют собой наблюдения за функционированием организмов в их естественной среде обитания и делятся, в свою очередь, на экспедиционные, маршрутные, стационарные, описательные и экспериментальные.

Экспериментальные методы включают в себя варьирование различных факторов , влияющих на организмы, в контролируемых лабораторных либо полевых условиях.

Методы моделирования позволяют прогнозировать развитие различных процессов взаимодействия живых систем между собой и с окружающей их средой.

Поскольку объектом изучения экологии являются сложные системы живых организмов, это означает большое количество переменных, которые приходится учитывать в экологических исследованиях, и которые часто плохо поддаются численному выражению. Это в свою очередь означает ограниченную применимость методов, разработанных для других отраслей науки, и меньшую точность получаемых результатов. В частности, в экологии практически нет применения чисто экспериментальным исследованиям в силу невозможности контролировать в естественных условиях многочисленные переменные; соответственно, эксперименты в экологии ограничены лабораторными условиями, либо же, если проводятся в полевых условиях, ставят целью проверку эффектов только очень небольшого числа переменных. В то же время различные физические и химические аспекты природного окружения могут быть выражены численно, а развитие биостатистики и улучшение методов сбора образцов облегчают применение статистических методов в экологических исследованиях. Среди современных методов наблюдений — биотелеметрия и использование радиоизотопов для отслеживания передачи энергии в форме пищи в трофических цепях. С развитием компьютерной техники важное место в экологических исследованиях заняло также математическое моделирование , в особенности в таких областях прикладной экологии как контроль природных ресурсов и решение проблем в сельском хозяйстве, вызванных экологическими факторами .

Специализированные журналы

• Journal of Ecology
• Journal of Animal Ecology
• Экология (журнал)
• Экологическая химия

См. также

Примечания

Литература

• Экология: Энциклопедический словарь = Akhatov A.G. Ecology. Encyclopaedic Dictionary. — Казань=Kazan: ТКИ, Экополис, 1995. — 368 с. — Тираж 5000 экз. — ISBN 5-298-00600-0 .
• Ахатов А. Г. Экология и международное право = Ecology & International Law. — М.: АСТ-ПРЕСС, 1996. — 512 с. — Тираж 1000 экз. — ISBN 5-214-00225-4 .
• Будыко М. И. Глобальная экология. — М., 1972. — 327 с.* Одум Ю. Экология. В 2 т. — М.: Мир, 1986.
• Одум Ю. Основы экологии / Пер. с англ. — М., 1975. — 740 с.
• Пианка Эрик. Эволюционная экология. — М.: Мир, 1981. — 399 с.
• Саблин Р. Зелёный Драйвер — Код к экологичной жизни в городе. — Зелёная Книга. — ISBN 978-5-9903591-2-3
• Begon, M.; Townsend, C. R., Harper, J. L. (2006). Ecology: From individuals to ecosystems. (4th ed.). — Blackwell. ISBN 1-4051-1117-8 .
• Morris, Christopher. // The Princeton Guide to Ecology / Edited by: Simon A. Levin, editor. — Princeton University Press, 2009. — С. 761—773. — ISBN 978-0-691-12839-9 .