Уровни организации живой материи и структура экологии

Структура - это самое главное. Ведь без структуры нет никакой раздельности. А если в предмете нет никакой раздельности, то это значит только то, что мы не можем приписать ему никаких свойств, ведь всякое свойство предмета уже вносит в него какую- то раздельность.

А.Ф. Лосев

Возникновение жизни на Земле связано с биологическим круговоротом веществ в пределах границ, определяемых областью распространения жизни, т.е. биосферой. Такой круговорот осуществляется посредством взаимодействия огромного множества различных живых организмов, которые относятся к тому или иному виду растений, животных или микроорганизмов. Элементарной единицей в круговороте веществ и основной формой организации материи является вид. Эволюция видов - основной вопрос эволюционной теории.

Живые организмы, населяющие Землю, не разбросаны хаотично по ее поверхности, а организованы в определенные развивающиеся группы. Такие группы, начиная с отдельных индивидов, составляют уровни организации живого, или структурные уровни. Жизнь предстает перед нами как сложная иерархическая система, в которой элементы низшего уровня организации служат составными частями для структур более высокого уровня.

В настоящее время имеется множество схем, отражающих иерархическую соподчиненность уровней живого. Еще сравнительно недавно высшим уровнем организации живого считался орга- низменный уровень, рассматривающий организм как наиболее целостный и самостоятельный элемент организации живого. Прогресс биологических наук заставил пересмотреть эту точку зрения. Успехи молекулярной биологии, с одной стороны, и экологии, с другой - способствовали выявлению более сложной иерархии уровней. Вопрос об уровнях организации живых систем в настоящее время до конца еще не решен, поскольку разные авторы называют неодинаковое число уровней.

Чаще всего выделяют до десяти уровней организации живой материи: молекулярно-генетический, органоидный, клеточный, тканевый, органный, организменный, популяционно-видовой, биоценотический, экосистемный (биогеоцено- тический) и биосферный.

Отличительная особенность организации живого па Земле состоит в том, что все функциональные единицы структурных уровней находятся в иерархическом соподчинении. Это означает, что меньшие подсистемы составляют большие системы, а сами в то же время являются подсистемами более крупных систем. Например, клетка является составной частью живой ткани, последняя включается в систему органа, из органов состоит организм (особь), организмы же одного вида составляют популяцию и т.д. По мере усложнения уровня организации подсистем, системы их включающие усложняются и увеличиваются. Причем в одних случаях системы и их подсистемы оказываются относительно независимыми образованиями (например, особь в популяциях), в других же случаях эта самостоятельность намного меньше (орган, клетка в живой ткани).

Следует отметить, что экология в качестве поля деятельности для своих исследований охватывает несколько уровней организации жизни: организ- менный и надорганизменные - от популяционно-видового до биосферного (рис. 1.2). Несомненно, такие исследования нельзя проводить в отрыве от факторов окружающей среды.

Не все трактуют систему форм организации живого единообразно. К.М. Завадский, например, отмечает четыре формы организации живого: организменный, популяционно-видовой, биоценотический и биосферный. Н.П. Наумов рассматривает три уровня организации органического мира: видовой (популяционный), ассоциации видов (сообщества) и биосферу в целом. М.А. Голубец все разнообразие живых систем сводит к трем уровням: организменному, популяционному и экосистемному, что фактически очень напоминает схему К.М. Завадского; различие состоит только в объединении последним биоценотичес- кого и биосферного уровней в один - экосистемный. Обоснованность выделения этих трех уровней подтверждается тем, что в системах организменного, популяционного и экосистем- ного уровней организации происходят все биохимические, физиологические, биогеоценотические, биофизические и биогео- химические процессы, обеспечивающие существование и эволюцию биосферы.

Изучая взаимосвязи живого с окружающей абиотической средой, экология решает разные задачи на каждом системном уровне организации жизни.

На организменном уровне рассматриваются проблемы адаптации организмов, механизмы, обеспечивающие устойчивость их функционирования.

На популяционном уровне - это исследование форм взаимоотношений между организмами, обеспечивающих существование популяции как целостной саморегулирующейся системы. Основное здесь - определение тех свойств популяции, которые предоставляют возможность ее неограниченно длительного существования в постоянно изменяющихся условиях среды. Следует отметить, что популяционный уровень наиболее важен из-за возможности управления популяциями со стороны человека. Воздействие на отдельный организм никакого эффекта не дает, поскольку организм смертен и его отдельно взятые индивидуальные свойства во взаимоотношениях между особями и средой в целом ничего не изменят. Но если воздействию подвергается вся популяция, то в случае ее гибели возможно ограничение (или уничтожение) какого-то природного ресурса, важного для человека.

На экосистемном (биогеоценотическом) уровне основной задачей является исследование закономерностей функционирования и продукционных процессов многовидовых биоценозов вместе с их неорганическим окружением.

На биосферном (глобальном) уровне выявляются причины и механизмы изменения элементов биосферы в результате воздействия человеческой деятельности. Двоякое положение человека в биосфере (с одной стороны, это гетеротрофный живой организм, а с другой - высокоразвитое живое существо, наделенное разумом и вооруженное достижениями научно-технической революции) диктует необходимость предельной осторожности и взвешенности решений при любой его попытке вмешательства в исторически сложившиеся взаимосвязи и процессы живой природы.

Экологию можно подразделить на два больших раздела: на общую и частную (специальную).

Общая экология (биоэкология) изучает популяции, взаимоотношения между организмами, организмом и средой, экологию сообществ (биогеоценозов), природные комплексы и биосферу.

Частная, или специальная экология занимается изучением экологических аспектов конкретных организмов (экология различных видов растений, животных, экология человека и т.д.) или сообществ (экология сельскохозяйственных экосистем - агроэкология, растительных сообществ - фитоценология и т.д.).

Взаимодействуя с природой на всех этапах своего развития, человечество столкнулось с проблемой безопасности жизнедеятельности. Развитие промышленности, сельскохозяйственного производства привело к возникновению негативных факторов, одинаково влияющих как на окружающую человека природу, так и на самого человека. В недрах специальной экологии сформировался еще один раздел - прикладная экология. Такие науки, как промышленная (инженерная), сельскохозяйственная, промысловая экология, изучают возможность использования природных ресурсов и среды жизни, допустимые нагрузки на них, формы управления и хозяйствования. Они исследуют воздействие промышленности, транспорта, сельского хозяйства на природу и, наоборот, влияние естественной природной среды на функционирование промышленных предприятий и сельскохозяйственных комплексов.

Современная экология для решения экологических проблем и задач использует как собственные методы исследования, так и методы других наук. Определенный метод является способом познания и исследования явлений природы. Для экологических работ характерно стремление не только описать то или иное явление, но и дать ему определенное объяснение.

Собственные методы экологии можно разделить на три группы. Полевые методы позволяют изучить влияние комплекса факторов естественной среды на естественные биологические системы и установить общую картину существования и развития системы. Лабораторные методы дают возможность изучить влияние комплекса факторов моделированной в лабораторных условиях среды на естественные или моделированные биологические системы, получить приблизительные результаты, которые требуют дальнейшего подтверждения в полевых условиях.

Кроме собственных методов экология широко применяет методы других наук: физики, математики, химии и т.д.

В зависимости от типа изучаемой биологической системы в экологии выделяют следующие направления: аутэкологию (экологию особей, организмов); демэкологию (экологию популяций); эйдоэкологию (экологию вида); синэкологию (экологию сообщества).

Рассмотрим подробнее эти разделы экологии.

Аутэкология - раздел экологии, в задачу которого входит установление пределов существования особи (организма) и тех пределов физико-химических факторов, в диапазоне которых она может существовать. Следовательно, аутэкология изучает взаимоотношения организма с внешней средой, в основе которых лежат его морфофизиологические реакции на воздействие среды. С изучения этих реакций начинается любое экологическое исследование. Причем основное внимание уделяется биохимических реакциям, интенсивности газового и водяного обменов, а также другим физиологическим процессам, которые определяют состояние организма.

В аутэкологии изучаются различные состояния организма и его реакции на внешнее воздействие в различные периоды жизни (сезонная и суточная активность).

Большое место занимают исследования влияния на организм естественной и искусственной радиоактивности, техногенного загрязнения.

Демэкология изучает естественные группировки особей одного вида, т.е. популяции. Важнейшая задача демэкологии - выяснение условий формирования популяций, а также внут- рипопуляционных группировок и их взаимоотношений, структуры, динамики, численности.

Эйдоэкология, или экология видов - наименее разработанный раздел современной экологии. Вид как уровень организации живой природы, как надорганизменная биологическая микросистема только начинает становиться объектом экологических исследований.

Синэкология, или экология сообществ (биоценология), изучает ассоциации популяции различных видов растений, животных и микроорганизмов, образующих биоценозы, их формирование и развитие, структуру, динамику, взаимодействие с физико-химическими факторами среды, энергетику, продуктивность, а также другие особенности.

Между разделами экологии существует тесная взаимосвязь и преемственность.

Исходя из вышесказанного, необходимо сделать вывод о том, что в зависимости от того, на что обращается основное внимание - на особый организм, популяцию, вид или комплекс видов, проводят аутэкологические, демэкологические, эйдоэкологические или синэкологические исследования.

В настоящее время существуют более детальные классификации научных направлении, основывающиеся на общем фундаменте экологии. Например, в зависимости от объекта изучения, выделяют такие направления экологии, как экологию микроорганизмов, грибов, растений, животных.

Различные типы экосистем изучают такие направления, как экология тундр и арктических пустынь, лесная экология, экология степей и лугостепей, экология пустынь, гор, островов, континентальных вод, морских побережий, лиманов, эстуариев, океанов.

Различные факторы и среды жизни изучают: экология атмосферы, гидросферы, почв, литосферы, радиационная, химическая, ландшафтная - изучает взаимосвязи компонентов ландшафта, экологические особенности различных экосистем - биогеоценозов суши.

Глобальная экология изучает биосферу как глобальную экосистему.

Исследованием факторов взаимодействия человека с окружающей средой занимаются такце направления, как историческая экология, экология человека, экология городд (урбоэкология), инженерная, сельскохозяйственная, промысловая, рекреационная, медицинская экология.

Также различают следующие направления: экология и культура, экология морали, экологическое право, экологическая пропаганда (экологическое образование и воспитание), экологическое прогнозирование, экономическая экология, экология и политика.

В процессе становления экологии произошло смешение понятий того, что же определяет суть этой науки в общем и всей структуры экологического цикла наук в частности. Экологию стали трактовать прежде всего как науку об охране и рациональном использовании природы. Автоматически все, что касается природного окружения, стали называть «экологией», в том числе и охрану природы и охрану окружающей человека среды.

При этом последние два понятия были искусственно смешаны и в настоящее время рассматриваются в комплексе. Исходя из конечных целей, охрана природы и охрана окружающей среды близки между собой, но все же не идентичны.

Охрана природы нацелена на поддержание рационального взаимодействия между деятельностью человека и окружающей средой с целью его сохранения и восстановления природных ресурсов и предупреждения вредного влияния результатов хозяйственной деятельности на природу и здоровье человека.

Охрана окружающей среды концентрирует свое внимание прежде всего на потребностях самого человека. Это комплекс самых различных мероприятий (административно-хозяйственных, технологических, юридических, общественных и пр.), направленных на обеспечение функционирования природных систем, необходимых для сохранения здоровья и благосостояния человека.

Природопользование нацелено на удовлетворение различных потребностей человека путем рационального использования природных ресурсов и природных условий.

Таким образом смешений понятий «экология», «охрана природы», «охрана окружающей среды» и «природопользование» совершенно неправомерно, поскольку экология как фундаментальная наука о взаимоотношениях живых организмов и среды обитания значительно шире учения лишь об охране и защите этой природной среды. Экология является фундаментом, базисом, на основании ее развиваются указанные прикладные науки.