Тема 9. Экология во второй половине 20 века.

Исследование сезонных явлений в жизни животных. Связь экологии с этологией. Успехи популяционной экологии. Исследования искусственных биоценозов. Изучение влияния радиоактивности на биоценозы. Развитие количественных методов исследования в экологии. Развитие социальной экологии. Работы Н.Ф. Реймерса и Н.Н. Моисеева.

Краткий конспект лекций

Лекция №17.

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ЭКОЛОГИИ 20 ВЕКЕ.

В середине XX века экология вступила в новую фазу развития, которая характеризуется не только громадными масштабами исследований, но и усилением внимания, прежде всего, к популяционной проблематике. Интенсивному изучению подверглись биотические отношения организмов, а изучение роли абиотических факторов постепенно отходит на второй план.

Длительные стационарные исследования в сочетании с точными количественными методами позволили детально изучить экологию основных видов пушных и копытных зверей, ряда вредных млекопитающих, многих видов птиц, рыб, насекомых, особенности их питания, размножения, миграции.

Специальное внимание было уделено сезонным явлениям в жизни животных, в частности миграциям. При исследовании перелетов птиц получило применение не только массовое кольцевание, но и наблюдение с помощью радара. Продолжалось изучение экологии млекопитающих и птиц в зимние месяцы как наиболее тяжелый для их существования период года. Много нового принесли исследования экологии животных в экстремальных условиях обитания – в пустынях, высокогорьях, Антарктике, Арктике.

Изучение разнообразных сторон жизни животных, главным образом млекопитающих и птиц, привело к необходимости учета особенностей их поведения. Это усилило связь экологии с этологией, что пошло на пользу обеим наукам. Это подтверждается многими частными работами, а также сводкой П. Клопфера «Поведенческие аспекты экологии» (1962, 1973).

Расширение масштабов экологических исследований, усложнения их задач потребовало совершенствование прежних и создание новых методов, отвечающих современным научным и техническим требованиям и возможностям. Словесные описательные характеристики различных сторон жизни животных, сменились количественными оценками, что резко повысило степень точности полевых работ. Одновременно непрерывно совершенствуются сами количественные методы, их техническое оснащение.

Обработка количественных данных о численности животных и экологических процессах потребовало использования методов вариационной статистики (биометрии) и теории вероятности. Наряду с использованием математики неоднократно делались попытки применить к экологии кибернетику, системный анализ, моделирование структуры биоценозов.

Благодаря сочетанию методов полевой и экспериментальной экологии, морфологии и физиологии, больших успехов достигла популяционная экология, особенно в изучении закономерностей существования естественных группировок животных. Интересные результаты принесло изучение искусственно созданных модельных популяций. Опыты позволили раскрыть последствия повышенной плотности населения для взаимодействия особей и регуляции плодовитости. При этом был выяснен физиологический механизм этого процесса, значение реакции стресса, регуляторная роль желез внутренней секреции. Ценные результаты принесло использование методов этологии, в частности, изучение иерархической структуры популяций.

Успехи популяционных исследований стимулировали биоценологическое изучение животного мира. К прежним стимулам развития биоценологии присоединились новые – охрана природы и рациональное использование биологических ресурсов, что привело к интенсивной разработке учения о биосфере созданного В.И. Вернадским. Само понятие биоценоз претерпело существенную трансформацию: под биоценозом стали понимать взаимодействующий комплекс видовых популяций, приуроченных к единой территории – биотому – и связанных с соответствующими абиотическими условиями.

О состоянии биоценологических исследований во второй половине 20 века можно составить представление по таким сводкам как книги Л. Дайса «Естественные сообщества» (1952). В. Тишлера «Синэкология наземных животных» (1955). Значительный интерес представляет книга П. Дювиньо и М. Танга «Биосфера и место в ней человека (экологические системы и биосфера)» (1973), содержащая характеристику круговорота веществ и биоценотических связей в биосфере и отдельных экосистемах.

Наибольшее внимание специалистов привлекли вопросы цикличности «волн жизни» различных видов и анализ факторов, определяющих подъемы и падения их численности. Было установлено огромное значение внутрипопуляционных регуляторных механизмов. Об их наличии свидетельствовали ритмические колебания численности подопытных популяций, хотя они и находились в совершенно стабильных близких к экологическому оптимуму условиях. Оказалось, что плодовитость и смертность находятся в зависимости от численности плотности населения вида и подвержена действию внутрипопуляционной регуляции, призванной обеспечить оптимальный в данных условиях уровень численности. Эта регуляция осуществляется с помощью эндокринного механизма за счет снижения плодовитости отдельных самок соответствующего изменения половой и возрастной структуры популяции, падения ее суммарной плодовитости , а одновременно увеличение смертности от стресса, истощения, нехватки убежищ, обострения внутривидовой конкуренции, деятельности хищников и т.д. Попытки объяснить колебания численности действием отдельных факторов постепенно уступают место синтетической теории динамики численности. Обзор представлений о причинах «волн жизни» выполнены Д. Лэком (1957) и Г.А. Викторовым (1967).

Широкое использование атомной энергии и испытания ядерного оружия явились причиной повышения радиоактивности биосферы. В результате животные сталкиваются с новым мощным экологическим фактором, который влияет как непосредственно, так и косвенно.

Начало исследованиям в этом направлении положил В.И. Вернадский, занимавшийся биохимией радиоактивных элементов Мирового океана. Наблюдения и эксперименты показали, что различные виды обладают разной экологической чувствительностью. При облучении биогеоценозов происходит «рассогласование взаимодействия компонентов и нарушается нормальное функционирование сообщества.

В последние десятилетия в исследованиях по экологии растений и фитоценологии, как и в экологии животных, обнаружились новые тенденции, на первое место по интенсивности изучения вышла экология популяций. Установлено существование ряда типов популяций – экотипов различного ранга: климатические, эдафические (связанные с почвенно-грунтовыми условиями), ценотические (особенности растительного покрова). Эта система соподчиненных единиц позволяет связать внутривидовые группировки с определенными условиями существования (А.А. Корчагин, 1964). Детально разрабатывались вопросы возрастного состава популяций (Т.А. Работнов, 1950, 1964).

При исследовании как растительных сообществ в целом, так и их частей, и отдельных видов растений стало уделяться значительное внимание учетам продукции растительной массы. Получение таких данных дает возможность выявить основные закономерности в распределении растительной массы и ее продукции по земному шару. Были сделаны попытки подсчета биомассы и продукции наземных и водных растений (и животных) по географическим зонам (И.А. Суетов, 1973).

Предпринимаются попытки создать математическую модель фитоценоза и биоценоза. Первые попытки применения математических методов в экологии были сделаны в исследованиях А. Лотки (1924) и В. Вольтерры с сотрудниками (1926). В них рассматривалась динамика численности двух и более видов, которая описывалась системой нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений; число последних соответствовало количеству взаимодействующих видов. Исследования систем уравнений показало, что в группе из нескольких видов могут возникнуть периодические колебания численности, были определены условия полного вымирания одного из видов и т.д. Естественно, что такие модели носят весьма упрощенный характер. Во второй половине XX века был выполнен цикл работ по моделированию биогеоценозов (И.А. Полетаев и др., 1966), в них учитывалось не только взаимодействие организмов, но и их отношения с неорганической средой (учет потока солнечной энергии, запаса питательных веществ в почве). Было показано, что модели, в которых учитывалась роль неорганических факторов, как правило, обладают устойчивыми решениями. Однако, несмотря на явные успехи, такие модели являются упрощенными и не отображают действительного положения вещей достаточно полно.

В 50-90 гг. XX века вопросам экологии посвящены работы видных отечественных и зарубежных исследователей, таких как Р. Дажо (Основы экологии, 1975), Р. Риклефс (Основы общей экологии, 1979), Ф. Рамад (Основы прикладной экологии, 1981), С.Г. Спурр, Б.В. Барнес (Лесная экология, 1984), В.А. Ковда (Биогеохимия почвенного покрова, 1985), Н.Ф. Реймерс (Природопользование, 1990, Экология, 1994), К.М. Петров (Общая экология, 1996) и др.

Значительный вклад в разработку теоретических основ современной экологии внес российский биолог-эколог - Н.Ф. Реймерс. Экология в его трудах представлена как вершина естествознания – мегаэкология, вокруг которой концентрируются другие научные дисциплины, которые откликаются на актуальные проблемы человечества и угрозу экологического кризиса.

По-новому освещает антиэкологические издержки прогресса и перспективу взаимоотношений человека и природы Н.Н. Моисеев – выдающийся ученый, математик с мировым именем, специалист в области системного анализа, моделирования и прогнозирования. По его мнению, устремление к новой цивилизации должно реализоваться через коэволюцию (совместную, взаимосвязанную эволюцию) человеческого общества и биосферы.

Основной задачей экологии на современном этапе является реконструкция биосферы Земли. Эта задача реализуется путем повышения продуктивности природных растительных сообществ, создания искусственных высокопродуктивных биогеоценозов, рекультивации бросовых земель и т.д. Однако, это бессмысленно, если не остановить стремительно развивающийся экологический кризис.

Литература: 4, 5, 7, 8, 14.