БИОЛОГИЯ Том 1 - руководство по общей биологии - 2004

10. ОРГАНИЗМЫ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА

Экология — это наука о взаимосвязях живых организмов друг с другом и с их неживым, или физическим, окружением. Экологические исследования создают научную основу сельского, лесного и рыбного хозяйства; они позволяют предсказывать, предотвращать и устранять последствия загрязнения окружающей среды; помогают оценить возможные результаты крупномасштабных изменений ландшафта, например при постройке плотин или проведении каналов; наконец, они дают возможность рационально организовать охрану природных объектов.

Связь экологии с другими областями биологии обобщена на рис. 10.1; из рисунка видно, что живые организмы можно изучать на разных уровнях организации. Экологии соответствует правая часть этой схемы и охватывает индивидуальные организмы, популяции и сообщества. Экологи называют эти объекты биотическим компонентом экосистем, или просто биотой. Экосистемавключает в себя также неживой, или абиотический компонент, состоящий из вещества и энергии. Термины «популяция», «сообщество» и «экосистема» имеют в экологии точные определения, которые даны на рис. 10.1. Совокупность экосистем планеты образует ее биосферу, или экосферу, объединяющую все организмы и физическую среду, с которой они взаимодействуют. Таким образом, океаны, поверхность суши, нижний слой атмосферы — все это части биосферы.

Рис. 10.1. Уровни организации живого от генов до экосистем. Вся планета Земля представляет собой единую экосистему. Океаны, леса, степи и т. д. представляют собой более мелкие экосистемы, связанные между собой потоком энергии и обменом веществами в общепланетарную биосферу. Популяция — это группа организмов одного вида, обитающих на ограниченной территории и обычно в той или иной степени изолированных от сходных групп. Сообщество — любая группа организмов, принадлежащих к разным видам и сосуществующих в одном местообитании или определенной местности; все эти организмы связаны между собой пищевыми и пространственными взаимодействиями. Экосистема представляет собой взаимодействующие как единое целое сообщество и окружающую его физическую среду.

10.1. Подходы в экологии

Отличительная черта экологии — холистический подход, придающий большее значение целому, а не его составным частям. Эколог в идеале должен учитывать сразу все факторы, взаимодействующие в данном месте. Конечно, это невозможно, поэтому на практике большинство ученых в своих исследованиях отдают предпочтение одному из перечисленных ниже «неидеальных» подходов.

1. Экосистемный подход. При таком подходе в центре внимания эколога оказывается обмен энергией и веществами между биотическим и абиотическим компонентами экосистемы. Делается упор на функциональные связи организмов между собой (например, пищевые цепи) и с их физическим окружением. Видовой состав биоты и судьба составляющих ее отдельных таксонов при этом отодвигаются на второй план.

2. Синэкологический подход, или изучение сообществ, ставит во главу угла биотический компонент экосистемы. Важными объектами при таком исследовании становятся сукцессия и климаксные сообщества (разд. 10.6).

3. Популяционный (аутэкологический) подход использует в настоящее время главным образом математические методы при изучении закономерностей роста, сохранения или сокращения численности популяций отдельных видов. Он дает научную основу для понимания «вспышек» численности, например сельскохозяйственных вредителей или патогенных микробов, а также помогает определить критическую численность особей, необходимую для выживания редкого вида. Традиционная аутэкология исследует взаимоотношения какого- либо конкретного вида с окружающей средой. Она пытается связать особенности его морфологии, поведения, пищевых предпочтений и т. п. с типами местообитаний, распределением и эволюционной историей.

4. Экотопный подход. Экотоп, или местообитание, — объект, ограниченный в пространстве. Под ним понимают ту часть биосферы, с которой тесно взаимодействуют организм, популяция, сообщество или экосистема (разд. 10.5). Любое местообитание неоднородно и может быть подразделено на микроместообитания с условиями, отличными от усредненных (например, под корой дерева или на его листьях). Этот подход удобен для изучения отдельных факторов среды, тесно связанных с растениями и животными, в частности состава почвы, влажности, освещенности.

5. Эволюционный (исторический) подход. Изучая изменения экосистем, сообществ, популяций и местообитаний во времени, мы можем понять причины этих изменений, что создает основу для более или менее достоверных прогнозов на будущее. Эволюционная экология занимается изменениями, происходящими в геологических временных масштабах. Ее интересует, скажем, влияние таких событий, как образование горных хребтов, на формирование и распространение видов и таксонов. Она может ответить, например, на вопрос, почему кенгуру водятся только в Австралии или почему в дождевых тропических лесах встречается такое разнообразие видов. Она помогает понять, какие факторы привели к образованию и вымиранию того или иного вида, а на более детальном уровне — объяснить происхождение тех или иных особенностей морфологии вида или репродуктивной стратегии. Палеоэкология применяет знания, накопленные при изучении современных экосистем, к ископаемым организмам. Она пытается реконструировать экосистемы прошлого и, в частности, понять, как функционировали экосистемы и сообщества до вмешательства человека. Историческая экология занимается антропогенными изменениями в экосистемах, т. е. влиянием на экосистемы развивающихся технологий и культуры людей. Осознание того, что человек — это основной фактор, оказывающий разрушительное воздействие на окружающую среду, жизненно необходимо для ее охраны. При этом, особенно в плане экономического обоснования тех или иных природоохранных стратегий, очень важно различать собственно антропогенные и естественные процессы в биосфере. Например, является ли подкисление вод и почвы чисто природным явлением или это целиком и полностью обусловлено промышленным загрязнением атмосферы и, следовательно, преодолимо путем вмешательства в технологию производства.

Перечисленные экологические подходы взаимосвязаны и не разделены четкими границами. Однако их полезно различать с методологической точки зрения. В этой главе невозможно уделить одинаковое внимание всем подходам. Мы сосредоточимся в основном на трех первых, т. е. на экосистемах, сообществах и популяциях.