§2. "Предмет и методы экологии"

Чем занимаются экологи

В чем суть экологии? Если можно так выразиться — чем она занята? Эта наука стремится в общих чертах понять и объяснить механизмы взаимодействия организмов друг с другом и с неживой природой. При разработке общих теорий экологи создают модели отдельных явлений. На их основе могут быть сделаны прогнозы, доступные для проверки. Если прогноз не сбывается, то модель либо исправляют, либо отбрасывают. Те модели и теории, которые недостаточно хорошо совпадают с действительностью, постепенно заменяют другими — лучше отражающими реальный мир.

Для выработки разумных экологических принципов нужно обладать так называемой биологической интуицией, основанной на знании естественной истории. Вряд ли следует ожидать, что даже самые изящные и сложные модели правильно отобразят окружающий мир. Особенно мало вероятно это, если в их основу положены ошибочные биологические допущения. Следовательно, для занятий современной экологией необходимо обладать определен­ными знаниями в области биологии и математики, а также иметь всестороннюю научную подготовку.

«Экология» и «окружающая среда» — слова, часто встречающиеся в новостях теле- и радиопередач. Их почти всегда связывают с проблемой взаимоотношения человека и природы. Этими понятиями часто злоупотребляют, подразумевая под экологией прежде всего экологию человека. С появлением моды на слово оно обычно утрачивает свой первоначальный смысл. Возникают непонятные для эколога выражения журналистов и политиков, удивительные сочетания слов: «эколо­гизация общества», «экология души», «экологически чистые про­дукты». Они подхватываются в силу своей звучности. Один воз­глашает: «Защитим экологию!», другой сокрушается: «Экология не позволяет отдыхать!». Кто-то уже «воздействует на экологию», другой «борется за нее». Между тем содержание понятия «экология» в современном обществе должно быть ясным для всех.

Определенные проблемы, с которыми мы сегодня сталкиваемся (загрязнение воздуха, воды, проблема пестицидов...), наглядно демонстрируют, что может произойти в результате неразумного использования экологических систем, идущего вразрез с главными экологическими принципами. Отсюда и цель нашего курса — освоить основные понятия и закономерности экологии и применять эти знания при рассмотрении природных явлений. Кроме того, нужно научиться смотреть на природу глазами эколога и, не занимаясь экологией специально, понимать суть окружающих нас явлений. Знание закономерностей экологических процессов поможет понять, что такое овраг или поле пшеницы. Это же позволит отдавать себе отчет в том, к чему ведут глобальные преобразования природы, почему нельзя делить организмы на полезные и вредные.

Экологии давали различные определения, например: «научная естественная история», «наука о структуре и функции природы», «социология и экономика животных», «биономика», «наука о распределении и обилии организмов» и «наука о взаимоотношении организмов с окружающей средой». В начале нашего века экологию определяли как изучение животных в их домашней обстановке.

Определение, наиболее отвечающее сути науки, — «наука о взаимоотношениях организмов с окружающей средой», если понимать под «окружающей средой» сумму всех физических и биологических факторов, оказывающих влияние на конкретный организм. Это определение и стало самым распространенным. Экология развивалась, и реальный ее предмет стал шире, чем можно представить из приведенного определения. Вероятно, лучше всего можно определить содержание современной экологии, исходя из представления об уровнях организации живого — биосфера, сообщество, популяция, организм, орган, клетка, ген. В результате взаимодействия живого с окружающей физической средой (веществом и энергией) возникают на каждом уровне определенные функциональные системы. Экология изучает главным образом системы, начиная с уровня организма и до биосферы. Хотя эти системы вполне самостоятельны для изучающего, но он должен отдавать себе отчет в том, что все уровни организации взаимосвязаны и взаимозависимы. Так, организм не может долго существовать вне популяции, а популяцию невозможно представить без сообщества. Это же объясняет, почему человеческая цивилизация не может существовать независимо от природы.

Несколько слов о современном определении науки. Их существует множество и общепризнанного нет. Разные школы экологов выработали свои определения и придерживаются их. Мы используем определение этой науки, предложенное Э. Пианкой — «наука, изучающая отношения между организмами и всеми физическими и биологическими факторами, в совокупности воздействующими на данные организмы или находящимися под влиянием последних». Следовательно, экология рассматривает то, как организм влияет на свое окружение и как, в свою очередь, это окружение влияет на него самого.

В определении Э. Пианки все это заложено, там отмечены три особенности взаимодействия живого: взаимодействия между организмами; влияние на них неживой природы; а также изменения, которые вносят организмы в окружающую их неживую среду. Взаимодействия организмов — это связи, возникающие между ними, и этого мы уже касались выше. Воздействие среды на организм многообразно, практически все элементы среды влияют на живое, и поэтому их называют экологическими факторами. Классификации таких факторов и их особенностям в этой книге посвящена целая глава.

Что касается преобразований, которые вносят организмы в течение жизни в среду своего обитания, то их так много и они так разнообразны, что даже трудно их проклассифицировать. Представьте себе массив леса, который вырос в степи, — лесопосадки, он изменит здесь и климат, и водный режим, и, конечно, состав растений и животных.

Любая мышь в процессе своей жизни производит огромную работу, изменяя среду. Она избирательно поедает растения и животных, влияя на разнообразие их видов. Она роет норы, изменяя тем самым состав и структуру почвы, ее аэрацию и обводнение. В норы зверек тащит запасы пищи, подстилку для гнезда. Они, частично перегнивая, увеличивают здесь гумусный слой. В подземном жилище мыши обитают ее многочисленные сожители: клещи, нематоды, блохи, а также другие насекомые и их личинки. Без «галереи» норы вся эта фауна не смогла бы здесь жить. Так что мышь своим трудом изменила и состав почвенной фауны своего местообитания.

2. Законы (правила) экологии

Молодые и особенно комплексные биологические науки, подобные экологии, не столь точны, как более старые и устоявшиеся, например, физика или химия. По мере своего развития каждая наука становится все более абстрактной, и ее гипотезы совершенствуются до тех пор, пока не достигнут статуса законов. В экологии к настоящему времени мало твердо установленных законов, но зато много гипотез. (Наука должна иметь свои специфические законы, иначе ее нельзя называть наукой.) Ближе всего
к понятою закона в биологии находится концепция естественного отбора. В экологии этому статусу уже удовлетворяет закон конкурентного исключения (иначе его называют «теорема Гаузе»). Выделено в экологии и большое количество закономерностей, связанных либо с адаптациями животных к внешней среде (правила: Бергмана, Аллена, мехового покрова), либо с соотношениями в сообществах животных и растений различных структурных единиц (закономерности экологической сукцессии, энергетические правила, зависимость между сложностью и устойчивостью в экосистеме). К экологическим нужно отнести и такой общебиологический закон, как закон толерантности («правило Шелфорда»).

Таким образом, экология, имея свои специфические законы, уже удовлетворяет статусу науки.

3. Немного о методиках

Для экологических исследований используются различные методы. Поскольку экологам приходится изучать как сами организмы, так и их группировки, а кроме того, еще и окружающую среду, учитывая изменения ее физических параметров, то естественно, что экологическое исследование всегда имеет комплексный характер. Оно осуществляется не с помощью одного какого-то метода, а с использованием их сочетаний. В последние годы большое развитие получили стационарные круглогодичные и многолетние исследования целых экосистем. Они-то и позволили раскрыть динамику жизни популяций, биоценозов в связи с условиями обитания, географическими зонами, сезонами года. Для современных экологических исследований характерно то, что они основываются на количественных оценках изучаемых процессов. Поэтому если зоологи или ботаники ведут экологическое исследование, то они должны собирать количественные данные об организмах и одновременно об изменениях условий их обитания. Такими могут быть: абсолютная и относительная численность животных и растений, их плотность в данном месте, возрастная и половая структуры популяции и другие оценки, а кроме того, характеристики климата: изменения температуры, влажности, давления. Все это обязательные требования к экологическим исследованиям. Обработка сведений подобного рода требует применения методов математической статистики.

В последние годы значительно возросла роль лабораторных методов в экологических исследованиях. Эти приемы позволяют глубже познать экологические особенности организмов. В них (при их проведении) можно точно дозировать воздействие факторов среды и определять зависимость изменений живого от каждого из них. Такие исследования дают возможность раскрыть внутренние и межвидовые взаимодействия компонентов искусственных популяций при различной их плотности и других характеристиках. Лабораторному анализу весьма способствует широкое использование в экологических исследованиях методик физиологических, биохимических и других экспериментов.

Как в полевых, так и в лабораторных работах все большее значение приобретают современные дистанционные методы: теле- и радиослежение за животными, радиоизотопное мечение. Эти приемы расширяют исследовательские возможности эколога. Создана уже целая индустрия полевых экологических приборов.

Теоретическая экология, самая молодая область науки, занимается экологическими аспектами эволюции, проблемами биоценологии и хронобиологии. Здесь широко используются принципы системного анализа, математическое моделирование. Экология становится одной из самых математизированных биологических дисциплин. Вызвано это и тем, что она часто сталкивается с невозможностью экспериментальной проверки гипотезы. В таких случаях приходится классифицировать и предсказывать события без воспроизведения их в лаборатории. Конечно, нужно помнить, что математические расчеты представляют собой лишь модель и фактически выражают только исходную гипотезу.

1. Как вы объясните, чем занимается экология?

2. Отчего термин «экология в настоящее время часто теряет первоначальный смысл? Хорошо ли это? (Дискуссия в классе).

3. Определить науку экологию.

4. Какие три особенности взаимодействий живого обязательно учитываются в экологическом исследовании?

5. О каких законах (правилах) экологии вы слышали?

6. Что вы знаете о полевых и лабораторных методах в экологии?