Людина і біосфера

Біосфера та її роль в житті людей, основні підходи до вирішення проблеми взаємовідносин суспільства і природи

Середовищем проживання та життєзабезпечення людини є планетарне утворення - біосфера, яка розташовується на земній поверхні, формується, функціонує і розвивається завдяки взаємообумовленості та взаємодії Сонця, Землі, Місяця та їх інтегральної енергії. Згідно з поглядами В.І. Вернадського, біосфера є природною сферою, що займає простір, який включає атмосферу (до озоновому шару), гідросферу і літосферу, а також жива речовина: мікроорганізми, гриби, рослинний і тваринний світ. Характеристикою біосфери є постійний кругообіг енергії і речовин, який виник у процесах їх переміщення з одного організаційного рівня на іншій. При цьому спостерігається безперервна трансформація енергії без утворення речовинних відходів.

В сучасній глобальній соціоекосістемі фіксують глобальні, швидкоплинні зміни в навколишньому середовищі, які загрожують цілісності біосфери і виживанню людства. Все більше спостерігаються ознаки змін клімату, складу повітря, руйнуванню озоносфери, порушення віковічних глобальних циклів (вуглецевого, водного, кисневого), посилення спустошення, деградації всіх природних систем. Це обумовлено тим, що зростання суспільних потреб збільшує обсяги забруднюючих речовин (канцерогенів, мутагенів, токсинів тощо), які викидаються у природну сферу, в порушення законів саморегуляції біосфери, і які природа вже не здатна трансформувати до небезпечних. Тому, дуже важливого значення набуває оптимізація відносин людства з природою, в основі якої лежить пошук шляхів знешкодження негативних наслідків антропогенних змін природи.

У науковій літературі існує три різних підходи до вирішення проблеми суперечності між людиною і природою на сучасному етапі і в перспективі. Один з них орієнтований на абсолютне підкорення природи людському суспільству з метою задоволення всезростаючих потреб людей без врахування природних закономірностей. Цей безапеляційний підхід ужепрівел до сучасного соціоекологічной кризі. Інше альтернативний напрям проголошує доцільність повного і свідомого підкорення людини природі. Однак такий підхід також не вирішує проблеми взаємовідносин суспільства з природним середовищем, оскільки передбачає відмову від інтенсивного природокористування, який призведе до загибелі від голодної смерті мільярдів людей.

Третій погляд на вирішення даної проблеми є найбільш конструктивним. Він передбачає гармонізацію взаємовідносин людського суспільства і природного навколишнього середовища. У даному контексті особливого значення набувають біологічні науки, які є фундаментом сучасної екології. Це зумовлено насамперед тим, що без виявлення та вивчення закономірностей функціонування природних екосистем, кругообігу речовин у біосфері, без дослідження впливу антропогенних факторів на природні екосистеми, на різні види тварин, рослин і окремі організми не можливо вирішити питання охорони живої природи, раціонального використання і відновлення біологічних ресурсовно прийняти науково і логічно обгрунтовані рішення щодо реалізації планів розвитку цивілізації.

2. Біоекологія як фундамент сучасної екології, її предмет та основні завдання

За сучасними уявленнями, екологія - це наука про взаємовідносини живих організмів між собою та з неорганічної природою, що їх оточує, про зв'язки в системах, яким підпорядковане існування організмів, про структуру і функціонування цих систем.

Екологія - це наука, яка досліджує закономірності життєдіяльності організмів (в будь-яких її проявах на всіх рівнях інтеграції) у їхньому природному середовищі життя з урахуванням змін, що вносяться в середу діяльністю людини.

Змістом сучасної екології є дослідження взаємовідносин організмів між собою і з середовищем на популяційно-біоценотіческом рівні і вивчення життя біологічних макросістем вищого рангу: біогеоценозу (екосистем),

біосфери та їх продуктивності та енергетики.

Предметом дослідження екології є біологічні макросистеми (популяції, біоценоз, біогеоценоз) і своя динаміка в часі і в просторі. Основними завданнями біологічної екології є вивчення динаміки популяцій; дослідження біогеоценозу й розкриття законів процесів формування біогеоценозу з тим, щоб навчитися керувати ними в умовах неминучої індустріалізації та урбанізації.

У залежності від об'єкта дослідження виділяють екологію рослин, тварин, грибів, мікроорганізмів, екології людини. Кожен з цих біоекологіческіх напрямів залежно від рівня дослідження має свої галузі.

Аутекологія - екологія особин.

Демекологія - екологія популяцій.

Ейдекологія - екологія видів.

Сінекологія - екологія угруповань.

Аутекологіей іноді називають факторіального екологією. Вона досліджує взаємовідношення особин, популяцій, біоценозу з їх навколишнім середовищем. Факторіального екологія досить тісно пов'язана з фізіологією та морфологією організму.

Класичним об'єктом факторіального екології є система особина-середовище, яке називається моноцелом. Слово «середовище» часто використовується в багатьох біологічних і небіологічних дисциплінах в різноманітних

значеннях. В екології під середовищем розуміють сукупність взаємодіючих змінних, яка підтримує або припиняє життєдіяльність. Середа - це все, що оточує організм і прямо або опосередковано впливає на його стан, розвиток, зростання, виживання, розмноження та ін середа кожного організму складається з багатьох елементів неорганічної та органічної природи і елементів, що вносяться людиною її виробничою діяльністю. У найбільш загальному розумінні це поняття визначає

суму всього того, що знаходиться в оточенні будь-якого живого чи неживого об'єкта.

Теоретичну основу факторіального екології складають узагальнення російського фізіолога І.М. Сеченова, що сформульовані як принцип єдності організму і середовища, відповідно до якої живий організм (рослинний чи тваринний), - є саморегулюється, тривалим у часі механізмом, який є своєрідною циркулюючої машиною, яка тісно пов'язана зі своїм оточенням через процеси обміну речовинами й енергією.

Кожен організм для підтримки свого життя черпає з оточення енергію і будівельні матеріали і виділяє у нього продукти свого обміну. Постійним результатом присутності організмів у даному середовищі є перетворення оточення. Зв'язок організм-середовище, таким чином, має чітко визначений двосторонній характер.

Зовнішнє оточення кожного організму складається з великої кількості факторів, які важко піддаються підрахунку. У природі всі фактори діють не ізольовано один від одного, а у вигляді складного комплексу. Під впливом цих факторів, які мають назву екологічні, живий організм пристосовується (адаптується) до умов навколишнього середовища.

Екологічний фактор - це будь-яка умова середовища, на яке реагує організм пристосувальна реакціями (за межами пристосування лежать летальні фактори). За своїми особливостями вони досить різноманітні, мають різну природу і специфіку дії. Екологічний фактор ділиться на 3 великі групи: біотичні, абіотічні і антропогенні.

Абіотічні чинники - це комплекс умов неорганічної природи, які впливають на організм До абіотічніх факторів відносяться кліматичні (світло, вологість повітря, температура, атмосферні опади тощо), едафіческіе (структура, хімічний склад грунтів, що циркулюють у грунті речовини - газ, води, органічні і мінеральні елементи та інші), орографічні (рельєф, нахил схилу, експозиція), гідрофізичний і гідрохімічні (включають всі фактори, які пов'язані з водою).

Біотичні фактори - це різноманітні форми впливу на організм життєдіяльності інших живих істот: тварин, рослин, грибів, мікроорганізмів. Між особинами різних видів можуть виникати різні зв'язки, які дозволяють їм співіснувати в угрупованні. До таких зв'язків відносяться наступні:

1. Конкуренція - міжвидові взаємини, при яких популяції різних видів у боротьбі за їжу, місце проживання та інші необхідні для життя умови впливають один на одного. Класичним прикладом є досвід Г.Ф. Гауз щодо змісту популяцій двох видів інфузорій на одному і тому ж обмеженому харчуванні: спочатку

спостерігалося зростання чисельності кожного з них, пізніше - кількість одного постійно скорочувалися, поки він взагалі не зник, а іншого залишалася постійною. У даному випадку конкуренція зумовлена обмеженими харчовими ресурсами.

2. Відносини типу хижак-жертва, паразит-жівітель. Це форма міжвидових взаємин, при яких один вид живе за рахунок іншого. Це прямі харчові зв'язки, які для одного з партнерів мають негативні, а для другого позитивні наслідки. Ці відносини лежать в

основі регулювання численності обох компонентів біоценозу.

3. Коменсалізм - взаємини, на базі харчових зв'язків, при яких один з партнерів отримує вигоду, а для іншого вони байдужі. Наприклад, мальки багатьох риб живуть серед щупалець актиній і медуз і харчуються залишками їх їжі.

4. Симбіоз або мутуалізмом - взаємовигідне співіснування різних видів. Класичний приклад - рак-самітник і актинії. Лишайники - симбіоз водоростей і грибів. Мікориза - симбіоз вищих рослин і грибів.

5. Аменсалізм - для одного з двох взаємодіючих видів наслідки спільного життя негативні, тоді як друга не від ніхні шкоди, ані користі. Така форма взаємодії найчастіше зустрічається у рослин. Наприклад, світлолюбні трав'янисті види, які ростуть під ялиною, відчувають утиск в результаті сильного затінення її кроною, тоді як для самого дерева сусідство може бути байдужим.

6. Нейтралізм - це така форма біотичних відносин при якій співжиття двох видів на одній території не викликає для них ні позитивних, ні негативних наслідків. Наприклад, білки і лосі, живучи в одному лісі практично не контактують між собою. Однак, утиск лісу тривалою посухою або оголення його при масовому розмноженні шкідників відбивається на кожному з цих видів, хоча і неоднаковою мірою. При нейтралізме види не пов'язані один з одним безпосередньо, але залежать від стану угруповання в цілому.

Антропогенні фактори - це впливу людини на екосистему, що зумовлюють у її компонентів (абіотічніх і біотичних) суттєві відгуки (реакції). До цих факторів належать хімічна, радіоактивне та інші види антропогенного забруднення природного середовища тощо.

Демекологія (популяційна екологія) вивчає умови формування, структуру і динаміку розвитку окремих популяцій видів, а точніше внутрішньовидових угруповань, які і називаються популяціями. Популяція - це група особин одного виду, які здатні обмінюватися генетичною інформацією (тобто схрещуватися і давати плідне потомство), які займають певну ділянку земної поверхні і характеризуються багатьма ознаками: чисельністю, щільністю, народжуваністю, смертністю, розподілом за віком та статтю, біотичні потенціалом , характером розташування особин у межах території, типом росту.

Чисельність-загальна кількість особин на даній території або в даному обсязі.

Щільність - середня кількість особин на одиницю площі або об'єму.

Народжуваність - кількість особин, які з'явились у популяції за певний проміжок часу внаслідок народження.

Смертність - кількість особин, які загинули у популяції за певний проміжок часу.

Розподіл за віком - співвідношення чисельності особин різних вікових станемо або груп (наприклад, у рослин - це насіння, паростки, ювенільні, іматурні, віргінільні рослини, молоді, зрілі та старі генеративні, субсенільние і сенільний особи).

Біотичні потенціал (або репродуктивний) - це умовний показник для кожного виду, який характеризує теоретично максимальну швидкість збільшення чисельності його особин при відсутності лімітують факторів.

Характер розташування особин у межах території - це їхнє розміщення на певній території суші або акваторії У рослинних популяціях розподіл залежить від біологічних властивостей виду, стадії розвитку популяції, умов зростання. У тварин розташування обумовлено способом життя (осілі або кочові тварини), порою року, наявністю кормів тощо. Виділяють випадкове (або дифузне, коли особи популяції не залежні один від одного і живуть в однорідному для них середовищі), рівномірний (спостерігається в умовах сильної конкуренції або антагонізму (пригнічені), які сприяють рівномірному розмноженню особин у просторі) та груповий (коли організми прагнуть об'єднатися в групи внаслідок місцевих особливостей умов середовища, під впливом добових і сезонних змін погоди, у зв'язку з розмноженням і в результаті соціального тяжіння, який характерний для вищих тварин) просторові розподілу особин у популяцій.

Тип росту - характер збільшення чисельності особин в популяції. Виділяють експонентний та логістичний типи. Перший тип (висловлює біотичних потенціал) спостерігається при відсутності лімітують факторів. Якщо експонентний зростання відобразити на графіку, то крива, що його описує, буде швидко збільшувати свою кривизну і направлятися в нескінченність. Логістичний (або S-подібний) тип росту популяції відбувається при наявності факторів, що стримують надлишкове зростання популяції. При графічному зображені даного типу зростання, крива спочатку буде різко зростати, але при досягненні певної міри крутизни, буде повертатися паралельно горизонтальній осі і визначений проміжок часу знаходитися на даному рівні. Останнє свідчить про те, що під впливом лімітують факторів навколишнього середовища, відбувається уповільнення зростання особин в популяції в результаті збільшення смертності (або зменшення народжуваності, або по обох причин одночасно).

Для популяцій характерні сезоні та багаторічні коливання чисельності, які називаються динамікою популяцій. Сезонні коливання є періодичними. Вони зумовлені щорічним закономірним зміною чисельності за сезонами. Багаторічні коливання бувають як періодичні, так і неперіодичні. Причини їх існування остаточно ще не виявлені. Більшість дослідників схиляються до думки, що вони залежать від загальної дії як зовнішніх (абіотічніх, біотичних і антропогенних) факторів, так і від стану популяції. Крім того, існує погляд, що регулювання чисельності відбувається не на популяційному, а на екосистемного рівні і пов'язана з характером кругообігу біогенних елементів.

Сінекологія (екологія угруповань) вивчає багатовидові угруповання організмів, які населяють екосистеми, та їх взаємодію як між собойтак і з абіотічнім середовищем. Екосистема складається з біоценозу і біотопу. Біоценоз (від гр. Bіos - життя, koіnos - загальний) - це організована група популяцій рослин (фітоценози), тварин (зооценоз) і мікрорганізмів (мікробоценоз), що живуть спільно в одних і тих же умовах середовища. Біотоп - це ділянка поверхні Землі з більш-менш однотипними умовами існування, яку займає біоценоз.

Кожен біоценоз характеризується певною біомасою, продукцією, а також впорядкованої структурою. Розрізняють просторову структуру біоценозу, яка виявляється в закономірний розташуванні різних видів один щодо одного в просторі (наприклад ярусність лісу); видову структуру біоценозу, яка визначається видовим складом його населення і співвідношенням чисельності (біомаси) всіх складових його популяцій і трофічну (харчову структуру, основу яких

складає трофічна сітка). Крім цього, важливою характеристикою біоценозу є форма росту та структура рослинного угрупування.

Необхідно відзначити, що трофічні ланцюги (ланцюги живлення) забезпечують властивий для кожної екосистеми біологічний кругообіг речовин і енергії. В основі цього лежать механізми перенесення енергії та речовин від її джерела (рослин) через ряд організмів, шляхом поїдання одних організмів іншими.

Ланцюг живлення складають організми трьох трофічних груп: продуценти, консументи і редуценти. Продуценти, до яких відносяться рослини і деякі мікроорганізми, у процесі фотосинтезу або хемосинтезу (засвоюють вуглекислоту за рахунок окислення неорганічних сполук) перетворюють енергію сонячного випромінювання в енергію, яка знаходиться в хімічних зв'язках органічних сполук (вуглеводів, жирів і білків).