Области экологии

Экология , также называемая биоэкологией , биономикой или экологической биологией , изучает отношения между организмами и окружающей их средой. 
Области экологииНекоторые из наиболее актуальных проблем в делах расширяющегося населения человека, дефицит продовольствия, загрязнение окружающей среды , включая глобальное потепление , вымираний растительных и животных видов , а также всех сопутствующих социологических и политических проблем, в значительной степени экологической.

Области экологии

Слово экология было придумано немецким зоологом Эрнстом Геккелем , который применил термин oekologie к «отношению животного как к своей органической, так и к неорганической среде». Слово происходит от греческого oikos , что означает «дом», «дом» или «место для жизни». Таким образом, экология имеет дело с организмом и окружающей его средой. Понятие окружающей среды включает как другие организмы, так и физическое окружение. Он включает отношения между людьми внутри популяции и между людьми из разных популяций. Эти взаимодействия между людьми, между популяциями и между организмами и окружающей их средой образуют экологические системы илиэкосистема s. Экологию определяют по-разному: «изучение взаимоотношений организмов с окружающей средой и друг другом», «экономика природы» и « биология экосистем».

Области экологии

Историческая Справка

У экологии не было твердых начал. Он произошел от естественной истории древних греков, в частности Теофраст , друг и соратник Аристотеля . Теофраст первым описал взаимоотношения между организмами и между организмами и их неживой средой. Позднее основы современной экологии были заложены в ранних работах физиологов растений и животных.

В начале и середине 1900-х годов две группы ботаников, одна в Европе, а другая в США, изучали растительные сообщества с двух разных точек зрения. Европейские ботаники занимались изучением состава , структуры и распространения растительных сообществ. Американские ботаники изучали развитие растительных сообществ или сукцессии ( см. Экология сообщества: Экологическая сукцессия ). Экология растений и животных развивалась отдельно, пока американские биологи не подчеркнули взаимосвязь сообществ растений и животных как единого биотического целого.

Особый импульс изучение динамики населения получило в начале 19 века после того, как английский экономист Томас Мальтус обратил внимание на конфликт между растущим населением и способностью Земли обеспечивать пищу. В 1920-х годах американский зоолог Раймонд Перл , американский химик и статистик Альфред Дж. Лотка и итальянский математик Вито Вольтерра разработали математические основы для изучения популяций, и эти исследования привели к экспериментам по взаимодействию хищников и жертв , конкурентным отношениям. между видами и регулирование популяций. Исследования влияния поведения на популяции стимулировались признанием в 1920 г. территориальности гнездящихся птиц. Концепции инстинктивного и агрессивного поведениябыли разработаны австрийским зоологом Конрадом Лоренцем и британским зоологом голландского происхождения Николаасом Тинбергеном , а роль социального поведения в регуляции популяций исследовал британский зоолог Веро Винн-Эдвардс.

В то время как одни экологи изучали динамику сообществ и популяций, другие интересовались энергетическим бюджетом. В 1920 г.Август Тиенеманн, немецкий биолог по пресноводным водам, представил концепцию трофических или питательных уровней ( см. Трофический уровень ), с помощью которых энергия пищи передается через ряд организмов, от зеленых растений (производителей) до нескольких уровней животные (потребители). Английский эколог-зоотехник Чарльз Элтон (1927) развил этот подход, представив концепцию экологических ниш и пирамид чисел. В 1930-х годах американские биологи, занимающиеся пресноводной водой Эдвард Бирдж и Чанси Джудей, измеряя энергетический баланс озер, разработали идеюпервичная продуктивность , скорость, с которой пищевая энергия вырабатывается или фиксируется фотосинтезом . В 1942 году Раймонд Л. Линдеман из Соединенных Штатов разработал трофико-динамическую концепцию экологии, в которой подробно описывается поток энергии через экосистему. Количественные полевые исследованияпотоки энергии через экосистемы были далее развиты братьями Юджином Одумом и Говардом Одумом из Соединенных Штатов; похожая ранняя работа по циклированиюпитательные вещества были сделаны Дж. Д. Овингтоном из Англии и Австралии.

Изучение потоков энергии и круговорота питательных веществ стимулировалось разработкой новых материалов и методов — индикаторов радиоизотопов, микрокалориметрии, информатики и прикладной математики, — которые позволили экологам маркировать, отслеживать и измерять перемещение определенных питательных веществ и энергии через экосистемы. Эти современные методы стимулировали новый этап в развитии экологии —системная экология , которая связана со структурой и функцией экосистем.

Направления Обучения

Экология — это обязательно объединение многих областей исследования, потому что ее определение очень всеобъемлющее. Между организмами и окружающей их средой существует множество видов отношений . Под организмами можно понимать отдельных особей, группы особей, всех членов одного вида, сумму многих видов или общую массу видов ( биомассу ) в экосистеме . И термин « среда» включает в себя не только физические и химические характеристики, но и биологическую среду , в которой участвует еще больше организмов.

На практике экология состоит из во многом совпадающих подходов и далее делится на группы видов, подлежащих изучению. Многие, например, специализируются в области «экологии поведения птиц». Основные подходы делятся на следующие классы.

Эволюционная экология изучает факторы окружающей среды, которые способствуют адаптации видов . Исследования эволюции видов могут быть направлены на ответ на вопрос о том, как популяции изменились генетически в течение нескольких поколений, но не обязательно должны пытаться узнать, каковы могут быть основные механизмы. Эволюционная экология ищет эти механизмы. Таким образом, в известном примерепяденица , популяции в промышленно развитых английских Мидлендсе изменились на протяжении поколений от крыльев, окрашенных в основном серовато-белого цвета с черными пятнами, на крылья, которые в основном были черноватыми. Экологический механизм включал в себя хищничество: птицы легко обнаруживали светлые бабочки на фоне стволов деревьев, которые затемняло промышленное загрязнение, тогда как темные бабочки обычно оставались незамеченными.

Области экологии

Биогеография — это исследование географического распределения организмов, которое задает вопросы, аналогичные вопросам популяционной экологии. Некоторые виды имеют крошечные географические ареалы, ограниченные, возможно, всего несколькими квадратными километрами, в то время как другие виды имеют ареалы, охватывающие весь континент.. Некоторые виды имеют более или менее фиксированные географические ареалы, в то время как другие колеблются, а третьи увеличиваются. Если распространяющийся вид является сельскохозяйственным вредителем, болезнетворным организмом или видом, который несет болезнь, понимание причин увеличения ареала может иметь большое экономическое значение. Биогеография также рассматривает ареалы многих видов, спрашивая, почему, например, виды с небольшими географическими ареалами часто встречаются в особых местах, где обитает много таких видов, а не разбросаны случайным образом по планете.

Экология сообществ , или синекология, рассматривает экологию сообществ , набор видов, обитающих в определенном месте. Поскольку полный набор видов для конкретного места обычно неизвестен, экология сообщества часто сосредотачивается на подмножествах организмов, задавая вопросы, например, о сообществах растений или сообществах насекомых. Фундаментальный вопрос связан с размером «множества видов», то есть с тем, какие экологические факторы определяют, сколько видов присутствует на территории. Есть много масштабных паттернов; например, больше видов присутствует на более крупных территориях, чем на более мелких, больше на континентах, чем на островах (особенно отдаленных), и больше в тропиках, чем в Арктике. Есть много гипотездля каждого шаблона. Экологические факторы также вызывают изменение разнообразия видов в меньших масштабах. Например, хотя хищники могут быть вредными для отдельных видов, присутствие хищника может фактически увеличить количество видов, присутствующих в сообществе, ограничивая численность особенно успешного конкурента, который в противном случае мог бы монополизировать все доступное пространство или ресурсы.

Вышеупомянутые вопросы обычно применяются к видам на одном и том же трофическом уровне — скажем, к растениям в сообществе, или насекомым, которые питаются там растениями, или птицам, которые питаются там насекомыми. Однако другой набор вопросов в области экологии сообществ включает в себя, сколько трофических уровней существует в конкретном месте и какие факторы ограничивают это количество.

Биология сохранения стремится понять, какие факторы предрасполагают виды к исчезновению и что люди могут сделать для предотвращения исчезновения. Под угрозой исчезновения часто оказываются виды с наименьшими географическими ареалами или наименьшими размерами популяций, но при этом также присутствуют и другие экологические факторы.

Экология экосистемы изучает крупномасштабные экологические проблемы, которые часто формулируются не с точки зрения видов, а с точки зрения таких показателей, как биомасса, поток энергии и круговорот питательных веществ. Вопросы включают в себя, сколько углерода поглощается из атмосферы наземными растениями и морским фитопланктоном во время фотосинтеза и сколько из него потребляется травоядными животными, хищниками травоядных животных и т. Д. В пищевой цепочке . Углерод — основа жизни ( см. Углеродный цикл), так что эти вопросы можно сформулировать с точки зрения энергии. Например, количество пищи, которую нужно съедать каждый день, можно измерить с точки зрения ее сухой массы или калорийности. То же самое относится к показателям производства для всех растений в экосистеме или для разных трофических уровней экосистемы. Основной вопрос экологии экосистемы — это объемы производства и факторы, которые на него влияют. Неудивительно, что теплые и влажные места, такие как тропические леса, производят больше, чем очень холодные или сухие места, но другие факторы важны. Питательные вещества необходимы, и их количество может быть ограничено. Доступность фосфора и азотачасто определяет продуктивность — это причина того, что эти вещества добавляют в газоны и посевы, — и их доступность особенно важна в водных системах. С другой стороны, питательные вещества могут представлять собой слишком много хорошего. Человеческая деятельность изменила глобальные экосистемы таким образом, что увеличивает выбросы углекислого газа в атмосфере , источника углерода, но также и парникового газа ( см. Парниковый эффект ), и вызывает чрезмерный сток удобрений в реки, а затем в океан , где он убивает живые виды.

Методы В Экологии

Поскольку экологи работают с живыми системами, обладающими множеством переменных, научные методы, используемые физиками, химиками, математиками и инженерами, требуют модификации для использования в экологии. Более того, эти методы не так легко применять в экологии, а результаты не так точны, как полученные в других науках. Например, для физика относительно просто измерить приток и потерю тепла от металлов или других неодушевленных предметов, которые обладают определенными константами проводимости, расширения, поверхностных характеристик и т.п. Однако, чтобы определить теплообмен между животным и окружающей его средой , физиолог-эколог сталкивается с множеством почти не поддающихся количественному измерению переменных и огромныхзадача сбора многочисленных данных и их анализа. Экологические измерения никогда не могут быть столь же точными или подвергаться такой же простоте анализа, как измерения в физике , химии или некоторых поддающихся количественной оценке областях биологии .

Несмотря на эти проблемы, различные аспекты исследований, включающих использование экспериментального плана, в основном ограничиваются лабораторными и контролируемыми полевыми экспериментами, предназначенными для проверки эффектов только одной переменной или нескольких переменных. Использование статистических процедур и компьютерных моделей, основанных на данных, полученных в полевых условиях, позволяет лучше понять взаимодействие популяций и функции экосистем . Модели математического программирования становятся все более важными в прикладной экологии, особенно в управлении природными ресурсами и сельскохозяйственных проблемах, имеющих экологическую основу. окружающей среды могут быть определены физическими и химическими средствами, начиная от простой химической идентификации и физических измерений до использования сложных механических устройств. Развитие биостатистики (статистика применяется для анализа биологических данных), разработка надлежащего экспериментального проектирования, а также улучшенных способами отбора проб позволяет теперь количественный статистический подход к изучению экологии. Из-за чрезвычайных трудностей контроля переменных окружающей среды в полевых условиях

Контролируемые климатические камеры позволяют экспериментаторам поддерживать растения и животных в известных условиях освещения, температуры. , влажности и продолжительности дня, чтобы можно было изучить влияние каждой переменной (или комбинации переменных) на организм.Биотелеметрия и другое электронное оборудование слежения, позволяющее дистанционно отслеживать перемещения и поведение находящихся на свободном расстоянии организмов, может обеспечить быстрый отбор популяций. Радиоизотопы используются для отслеживания путей прохождения питательных веществ через экосистемы, для определения времени и степени передачи энергии и питательных веществ через различные компоненты экосистемы, а также для определения пищевых цепочек. Использование лабораторных микрокосмов — водных и почвенных микроэкосистем, состоящих из биотических и небиотических материалов из природных экосистем, содержащихся в условиях, аналогичных тем, которые встречаются в полевых условиях, — полезно для определения скорости круговорота питательных веществ, развития экосистемы и других функциональных аспектов. экосистем. Микрокосмы позволяют экологу дублировать эксперименты и производить над ними экспериментальные манипуляции.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock
detector