3.2. Основные понятия

Современная экология, как любая другая фундаментальная наука, имеет собственную методологию, ряд основных понятий, терминов, определений, правил, принципов и четких законов.

В планетарном масштабе основным понятием классической экологии является биосфера.

Биосфера – (от греч. bios – жизнь и sphaira – шар) – оболочка планеты, состав, энергетика и организация которой обусловливаются взаимодействием ее компонентов (биогеноценотический покров Земли). Биосфера является естественной средой обитания любого живого организма.

Естественная среда – это все живое и безжизненное, что окружает организмы, и с чем они взаимодействуют. Различают воздушную, водную и грунтовую среду, последним может быть и тело другого организма (для паразитирующих организмов).

Основной (элементарной) функциональной единицей биосферы является экосистема.

Экосистема – единый естественный комплекс, образованный за большой период времени живыми организмами и средой, в которой они существуют, в котором все компоненты тесно связаны обменом вещества и энергии. Экосистемой может стать лишь среда, где имеет место стабильность и четко функционирует внутренний кругооборот вещества и энергии.

Круговорот вещества и энергии – закономерный процесс многократного участия вещества и энергии этого вещества, космической, иных форм энергий в явлениях, протекающих в биосфере и определяющих характер этих явлений.

Биогеоценоз – совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, почвы и гидрологических условий, растительности, животного мира и мира микроорганизмов), имеющая свою, особенную специфику и взаимодействие слагающих ее компонентов, определенный тип обмена веществом и энергией между собой и другими явлениями природы.

Элементарными единицами биогеоценоза являются биоценоз и биотоп.

Биоценоз – сообщество организмов (продуцентов, консументов и редуцентов), которые живут в границах одного биотопа, связанное определенными отношениями между собой и окружающей средой.

Биотоп – естественное, относительно однородное пространство определенного естественного биоценоза. Биотоп включает в себя минеральное и органическое вещество, а также жизненное пространство определенного биотопа.

В современной экологии различают биоценозы суши, воды, естественные и антропогенные, насыщенные и ненасыщенные, полночленные и неполночленные.

Сообщество – это система взаимодействующих, дифференцированных по экологическим нишам видов животных и растений, часто конкурирующих друг с другом. Понятие «сообщество» зачастую употребляется в классической экологии, как синоним биоценоза.

Популяция – совокупность особей одного вида, имеющая общий генофонд и населяющая определенное пространство с относительно однородными условиями обитания. Все популяции имеют свойство, благодаря которому они поддерживают свою численность на оптимальном уровне в условиях среды, которые постоянно изменяются. Этим свойством является гомеостаз.

Гомеостаз – состояние внутреннего динамического равновесия естественной системы (экосистемы), которое поддерживается регулярным восстановлением ее основных элементов и вещественно-энергетического состава, а также постоянным функциональным саморегулированием компонентов.

Вид (биологический) – совокупность организмов с родственными морфологическими признаками, которые могут скрещиваться друг с другом и имеют общий генофонд. Это основная структурная единица в системе живых организмов. Виды имеют морфологические, физиолого-биохимические, эколого-географические (биогеографические) и генетические характеристики.

Биомасса – выраженное в единицах массы или энергии количество живого вещества тех или иных организмов, приходящееся на единицу площади или объема.

Живое вещество – совокупность тел живых организмов, населяющих землю.

Продуктивность биологическая – скорость продуцирования биомассы популяцией или сообществом (экосистемой) на данной площади за единицу времени. Различают первичную – биомасса надземных и подземных органов, а также энергия и биогенные летучие вещества, производимые продуцентами на единице площади за единицу времени, и вторичную – биомасса, энергия и биогенные летучие вещества, производимые всеми консументами на единице площади за единицу времени.

Катаценоз – заключительная стадия вымирания биотической общности, деградация биотической среды.

Климакс – завершающая фаза биогеоценотической сукцессии; завершающий этап развития биогеоценозов в данных условиях существования; завершающая довольно стойкая фаза (не изменяется на протяжении десятилетий) естественной биогеноценотической сукцессии, которая отвечает экологическим условиям данной местности в определенный период геологического времени.

Сукцессия – последовательное изменение биоценозов, которое возникает на одной и той же территории (биотопе) под влиянием естественных или антропогенных факторов.

Энтропия – величина, характеризующая меру связанной энергии (∆S), которая в изотермических процессах не может превратиться в работу. Является мерой беспорядка в живых системах.

Негентропия – величина, обратная энтропии; мера отдаленности от состояния энергетического равновесия, стремление к неравномерности. Негентропия увеличивается с возрастанием организованности системы.

Эти и целый ряд других понятий более широко будут раскрыты далее в соответствующих разделах и главах.

Основные экологические законы:

1. Биогенетический – онтогенез есть краткое и быстрое повторение филогенеза, в ходе которого индивидуальное развитие служит источником новых направлений эволюции, а она отражается на онтогенезе.

2. Биогенной миграции атомов В.И.Вернадского – миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется живым веществом и в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом.

3. Физико-химического единства живого вещества В.И.Вернадского – живое вещество физико-химически едино. При всей разноколичественности живых организмов они настолько физико-химически схожи, что вредное для одних не может быть абсолютно безразлично для других.

4. Десяти процентов – среднемаксимальный переход с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой составляет 10%. 10% энергии или вещества в энергетическом выражении, как правило, не ведет к неблагоприятным последствиям для экосистемы и теряющего энергию трофического уровня.

5. Копа – новые группы организмов происходят не от высших глубокоспециализированных представителей предковых групп, а от малоспециализованных форм, сохраняющих эволюционную пластичность.

6. Одного процента – изменение энергетики природной системы в пределах до 1%, как правило, не выводит ее из равновесного состояния.

7. Однонаправленности потока энергии – энергия, которую получает сообщество (биогеоценоз, экосистема) и которая усваивается продуцентами, вместе с их биомассой необратимо передается консументам первого, второго и т.д. порядков, а затем редуцентам с падением потока энергии на каждом трофическом уровне в результате процессов, сопровождающих дыхание. В обратный поток поступает ничтожное количество энергии (не более 0,24%), поэтому говорить о круговороте энергии говорить нельзя.

8. Соответствия условий среды генетической предопределенности организма – вид организмов может существовать до тех пор и постольку, поскольку окружающая его природная среда соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям.

9. Экологической корреляции – в экосистеме все входящие в нее виды функционально соответствуют друг другу, и уничтожение одного вида или их группы всегда в конечном итоге ведет к исчезновению взаимосвязанных других видов. Вид никогда не исчезает один, но всегда вместе с взаимосвязанными формами.

Существует еще ряд законов общей биологии, генетики, других естественнонаучных дисциплин, которые должны учитываться для осознания экологических процессов.

Основные правила экологии:

1. Адаптивной радиации – филогенез любой группы организмов сопровождается ее разделением (дивергенцией) на ряд отдельных дочерних стволов, виды которых осваивают различные экологические условия.

2. Аллена – выступающие части тела теплокровных животных в холодном климате короче, чем в теплом, поэтому они отдают меньше тепла в окружающую среду.

3. Бергмана – у теплокровных животных, подверженных географической изменчивости, в среднем размеры тела особей больше у популяций, живущих в более холодных частях ареала вида.

4. Вавилова – виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходным рядом наследственной изменчивости.

5. К. Мебиуса-Г.Ф.Морозова – виды в биоценозе приспособлены друг к другу настолько, что их сообщество составляет внутренне противоречивое, но единое системное целое.

6. Географического оптимума – в центре видового ареала обычно существуют оптимальные для вида условия существования, ухудшающиеся к периферии области обитания вида.

7. Обязательности заполнения экологических ниш – пустующая экологическая ниша всегда бывает естественно заполнена.

8. Необратимости эволюции – организм (популяция, вид) не может вернуться к прежнему состоянию, уже осуществленному в ряду его предков, даже вернувшись в среду их обитания.

9. Чередования главных направлений эволюции – в истории монофилетической группы организмов за периодом крупных эволюционных перестроек (ароморфоза) всегда наступает период частных приспособлений (аллогенеза, катагенеза, гипогенеза и т.д.). Освоение новой среды или крупные морфофизиологические преобразования всегда ведут к вспышке видообразования.

Основные принципы:

1. В.Олли – агрегация (скопление) особей, как правило, усиливает конкуренцию между ними за пищевые ресурсы и жизненное пространство, приводит к повышенной способности группы к выживанию, что связано с повышающейся при большой агрегации особей конкурентоспособности группы по отношению к другим видам.

2. Исключения Гаузе – два вида не могут существовать в одной и той же местности, если их экологические потребности идентичны, т.е., если они занимают одну и ту же экологическую нишу.

3. Основателя – особь-основатель новой изолированной колонии или островной популяции несет в себе лишь незначительную часть генетической информации, заложенной в популяции (виде), откуда происходит особь-основатель.

4. Харди-Вайнберга – при отсутствии внешнего давления какого-либо фактора частоты генов в бесконечно большой панмиктической популяции стабилизируются в течение одной смены поколений.

Только знание основных законов, принципов и правил классической экологии, их осознанное применение на практике может обеспечить действенную охрану и защиту окружающей среды.