Мета уроку: проаналізувати структуру сучасної екології, визначити її місце в системі наук; розвивати творчу активність та пізнавальні інтереси учнів, навички практичного застосування одержаних теоретичних знань; виховувати розуміння впливу людини на майбутнє всієї планети.
Окремі галузі екології часто виділяють за напрямком досліджень. Загальна екологія займається дослідженням усіх типів екосистем. Екологія рослин досліджує зв’язки рослинних організмів із середовищем. Екологія тварин досліджує динаміку й організацію тваринного світу.
Важливу роль у диференціації екологічної науки мав третій ботанічний конгрес який відбувся 1910 року в Брюсселі. На ньому було вирішено виділити в екології рослин окрему екологію особин (аутекологію) та екологію угруповань (синекологію). Цей поділ поширився також на екологію тварин і загальну екологію. Пізніше було окремо виділено також екологію популяцій (демекологію). Крім того, виділяють екологію людини, тварин, рослин та екологію мікроорганізмів. Із 70-х років XX століття складається соціальна екологія, що вивчає особливості взаємодії суспільства й навколишнього середовища та його охорони.
Аутекологія вивчає взаємозв’язки представників виду з навколишнім середовищем. Вона переважно досліджує межі стійкості виду і його ставлення до різних екологічних факторів: тепла, світла, вологи, родючості і т. п., а також дію середовища на морфологію, фізіологію й поведінку організму, розкриває загальні закономірності впливу факторів середовища на живі організми.
Синекологія аналізує стосунки між особинами, що належать до різних видів певного угруповання організмів, а також взаємодії між угрупованнями й факторами довкілля.
Демекологія вивчає структуру виду: біологічну, статеву, вікову, етологічну, описує коливання чисельності різних видів і встановлює їх причини.
Екологія — це дисципліна, що вивчає загальні закони функціонування екосистем різного ієрархічного рівня. Це комплексна наука, що досліджує середовище існування живих істот (включаючи людину). Вона розглядає деяку сукупність предметів і явищ з точки зору суб’єкта або об’єкта (живого або за участі живого), котрий є центральним у цій сукупності.
Прикладна екологія як наука базується перш за все на різних галузях біології — фізіології, генетики, біофізики, але вона також пов’язана з іншими природничими науками — фізикою, хімією, геологією, географією, математикою. Прикладна екологія, крім того, не може бути відділена від моралі, права, економіки, оскільки лише в поєднанні з ними можна докорінно змінити ставлення людини до природи. Сучасна кризова ситуація вимагає екологізації всіх форм людської діяльності, врахування законів і вимог екології.
Останнім часом в усьому світі життя примусило започаткувати найрізноманітніші напрямки екологічних досліджень з метою забезпечення фахівців необхідною для прийняття рішень екологічною інформацією з усіх сфер людської діяльності. Нині сформувалося близько ста напрямів екологічних досліджені які можна об’єднати за принципами галузевої належності, взаємозв’язків, взаємопідпорядкованості, пріоритетності, теоретичного та практичного значенні
У зв’язку з цим екологія розпалася на ряд наукових галузей і дисциплін, це є досить далекими від початкового визначення екології як науки про стосунки живих організмів з навколишнім середовищем. Але в основі всіх сучасних напрямків екології лежать фундаментальні ідеї екології.
Згідно з предметом дослідження, екологія поділяється на екологію мікроорганізмів, грибів, рослин, тварин, людини, сільськогосподарську, приклади інженерну та загальну екологію — теоретичну й узагальнюючу дисципліну.
За середовищами та компонентами розрізняють екологію суші, прісних водоймищ, морську, високогірну, хімічну тощо.
За підходами до предмета вивчення виділяють аналітичну й динамічну екологію.
Прикладна екологія — дисципліна, що вивчає механізми руйнування б сфери людиною, способи запобігання цим процесам і розробляє принципи раціонального використання природних ресурсів без деградації життєвого середовища.
З прикладної екології за науковими напрямками виникають промислова екологія, екологія енергетики, сільськогосподарська, канцерогенезу тощо.
Найбільшу кількість екологічних напрямів досліджень сьогодні має розділ наук про техногенні фактори забруднення довкілля (техноекологія). Кожен із напрямів має низку своїх специфічних підрозділів: так, промислово-екологічний вбирає в себе більше десяти (усі типи промисловості); енергетичний має підрозділи теплової, атомної, гідроенергетики та екології енергетики нетрадиційних видів (вітрової, сонячної, геотермальної, біоенергетики та ін.); еколого-космічні дослідження — екологія космобіонтів, екологія ближнього та зовнішнього Космосу та ін.
Дуже важливі й надзвичайно складні проблеми соціально-екологічного характеру вивчаються науковими галузями третього розділу прикладної екології, які можна об’єднати назвою «Науки про взаємозв’язки суспільства й природи». Основні напрями цього розділу мають вирішувати проблеми перебудови людської моралі й свідомості, конверсії філософії життя, переоцінки критеріїв буття; кожен з блоків науки про довкілля — своє коло специфічних питань, але всі вони тісно зв’язані між собою і кожен користується матеріалами й результатами іншого при виконанні своїх розробок, моделей і прогнозів, які стосуються природного середовища. Наприклад, акцентуючи свою увагу, як і раніше, на вивченні умов існування, розвитку й взаємозв’язків усіх живих істот між собою, в межах популяцій, біоценозів та середовищам існування, біоекологія дає необхідний матеріал для вивчення ряду питань прикладного значення (агрогрунтознавчих, біогеохімічних, медичних, біотехнологічних). У той же час для вирішення «своїх» біологічних питань вона не може обійтися без геолого-географічних матеріалів (відомостей про генезис, розвиток і особливості будови гідросфери, літосфери й атмосфери, особливостей всіх процесів, що в них відбуваються).
Вирішуючи питання охорони природи, раціонального використання природних ресурсів, соціальні (проблеми народонаселення, голоду, урбанізації, працезабезпечення, перезабруднення середовища, дехімізації сільського господарства та ін.), напрями блоків техноекології і соціоекології неминуче користуються всіма даними біоекології та геоекології. Нарешті, розробляючи закони про охорону природи, методики екологічної експертизи, виробляючи тактику й стратегію міжнародної політики, розвитку заповідної справи, освоєння Космосу чи Світового океану, користуються матеріалами досліджень всіх разом взятих екологічних підрозділів.
Звичайно, такий розподіл численних сучасних екологічних напрямів є умовним, але їх класифікація, упорядкування викликані специфікою екологічних досліджень у різних середовищах і допомагають галузевим вченим краще знайти своє місце й правильніше накреслити свої завдання у загальній системі природоохоронних програм і заходів, чіткіше визначити прямі й зворотні зв’язки між усіма природними та антропогенними процесами, які вивчаються, і які мають екологічне значення.
Екологія має безліч дефініцій. Найчастіше її визначають як науку про взаємини живих організмів і середовища їхнього існування. Термін “екологія” (від гр. oikos — “оселя”, “середовище” і logos — “вчення”) запровадив до наукового обігу 1866 року видатний німецький біолог Ернст Геккель. Згідно з його трактуванням, екологія — “це пізнання економіки природи, одночасне дослідження всіх взаємин живого з органічними й неорганічними компонентами середовища”. Після Геккеля поняття екології доповнювали різними значеннєвими відтінками, що розширювали чи звужували предмет цієї галузі знання. Поступово екологічні закономірності стали поширювати на сукупності організмів — популяцій, видів, багатовидових угруповань, нарешті, до живої природи загалом. Екологія набула статусу науки про організацію й функціонування надорганізмених біологічних систем усіх рівнів.
Загальна екологія має на меті об'єднання різноманітних екологічних знань на єдиному науковому фундаменті. її ядром є теоретична екологія, що встановлює загальні закономірності функціонування екологічних систем. Багато природних екологічних процесів відбуваються дуже повільно й зумовлені безліччю факторів. Для вивчення їхніх механізмів недостатньо одних натурних спостережень, потрібен експеримент. Експериментальна екологія забезпечує методичним інструментарієм різні розділи науки. Але можливості експерименту в екології обмежені, тому широко застосовується моделювання, зокрема математичне. Разом з обробкою інформації й кількісним аналізом фактичного матеріалу воно входить у розділ теоретичної екології, що має назву математичної екології.
Біоекологія — основна з екологічних наук. Головна її частина — системна екологія — екологія природних біологічних систем: особин, видів (аутоекологія); популяцій (популяційна екологія, чи демекологія); багатовидових угруповань, біоценозів (синекологія); екологічних систем (біогеоценологія, вчення про екосистеми).
Інша частина біоекології — екологія систематичних груп організмів — царств бактерій, грибів, рослин, тварин, а також дрібніших систематичних одиниць: типів, класів, рядів тощо.
Ще один підрозділ становить еволюційна екологія — вчення про роль екологічних факторів в еволюції. Геоекологія вивчає взаємини організмів і середовища існування з погляду їхньої географічної належності. Екологія людини — комплекс дисциплін, що досліджують взаємодію людини як індивіда (біологічної особини) й особистості (соціального суб'єкта) з природним і соціальним середовищем, яке її оточує. Екологія людини відрізняється від екології тварин різноманіттям засобів пристосування до середовища, наявністю цивілізації, культури. Соціальна екологія як частина екології людини — це об'єднання наукових галузей, що вивчають зв'язок суспільних структур із природним і соціальним середовищем їх оточення. До цього об'єднання належать: екологія людських популяцій, екологія народонаселення — екологічна демографія, екологія етносів та етногенезу — утворення рас і націй. До соціальної екології належить і екологія культури (цивілізації) як головна відмітна риса людського співтовариства. Вершиною цієї галузі знання є еволюційна (історична) екологія людства, що також входить до глобальної екології.
Методичну основу сучасної екології складає поєднання системного підходу, натурних спостережень, експерименту й моделювання. Різноманітність дослідницьких і прикладних завдань спричинює й різноманіття застосовуваних в екології методів.
Методи реєстрації й оцінки стану середовища є необхідною частиною будь-якого екологічного дослідження. До них належать метеорологічні спостереження; виміри температури, прозорості, солоності й хімічного складу води; визначення характеристик ґрунтового середовища, виміри освітленості, радіаційного фону, напруженості фізичних полів, визначення хімічного й бактеріального забруднення середовища тощо. До цієї ж групи методів варто віднести періодичне або безперервне спостереження — моніторинг — за станом екологічних об'єктів і за якістю середовища.
Методи кількісного обліку організмів, оцінки біомаси та продуктивності рослин і тварин лежать в основі вивчення природних угруповань. Для цього застосовуються підрахунки особин на контрольних майданчиках, в об'ємах води або ґрунту, маршрутні обліки, виловлення й мічення тварин, спостереження за їхніми пересуваннями за допомогою телеметрії та інші засоби аж до аерокосмічної реєстрації, чисельності стад, скупчень риби, густоти деревостою, стану посівів і врожайності полів.
Методи імітаційного моделювання, засновані на застосуванні сучасної обчислювальної техніки. Дедалі більшого значення набувають такі нові комп'ютерні методи, як застосування технології нейронних мереж і апарату теорії нечітких множин. Швидко вдосконалюються прийоми глобального моделювання, доведені до моделей, заснованих на проблемно-прогнозному підході. Вони дозволяють розглядати варіанти сценаріїв і будувати обґрунтовані . прогнози глобального розвитку.
Методи прикладної екології швидко розвиваються. З її допомогою можна здійснювати:
— створення геоінформаційних систем і банків екологічної інформації, що стосуються різних регіонів, територій, ландшафтів, агросистем, промислових центрів, міст;
— комплексний еколого-економічшій аналіз стану територій для екологічної діагностики й оздоровлення екологічної ситуації;
— проводити інженерно-екологічні пошуки, необхідні для оптимального розташування, проектування, будівництва й реконструкції цивільних і господарських об'єктів;
— здійснювати екологічно орієнтоване проектування господарських і цивільних об'єктів, засноване на принципах і розрахунках екологічної відповідності;
— знижувати коефіцієнти шкідливої дії виробничих комплексів, процесів, пристроїв і виробів.
ЕКОЛОГІЧНИЙ ЗАКОН - це об'єктивний, постійний і необхідний взаємозв'язок між біосистемами та навколишнім середовищем, що випливає з їх внутрішньої екологічної сутності. Більшість екологічних законів вдало узагальнив американський еколог Б. Коммонер у 1974 р., звівши їх до чотирьох законів: «Усе пов'язане з усім», «Усе має кудись подітися», «Природа “знає” краще» і «Ніщо не дається задарма». Згідно з основними напрямами біоекології екологічні закони поділяють на аутекологічні, демекологічні, синекологічні, екосистемологічні та біосферологічні.
Аутекологічні закони відображають закономірності дії екологічних чинників на структуру, функції і розвиток організмів. До найвідоміших законів цієї групи окрім закону обмежувального чинника відносять ще закон єдності середовища та організмів, закон оптимуму та закон взаємокомпенсації екологічних чинників.
Демекологічні закони - це закономірності екологічних явищ на рівні популяцій та видів. Закон обмеженого росту, закон Гаузе, правило Бергмана, правило Алена є прикладами законів популяційної екології, що вивчає динаміку розвитку популяцій, їхні механізми саморегуляції, формування адаптацій та ін.
Синекологічні закони, або закономірності функціонування біоценозів й угруповань. Це закон обмеженості (вичерпності) природних ресурсів, правило екологічного дублювання,
правило «метаболізм і розміри особин» (правило Ю. Одума) та ін.
Екосистемологічні закони є закономірностями взаємозв'язків екосистем з довкіллям та між собою в складі біосфери. До цієї групи відносять правило екологічної піраміди, закон односпрямованості потоку енергії, закон внутрішньої динамічної рівноваги.
Біосферологічні закони мають найвищий статус серед екологічних закономірностей. Більшість із них сформулював В. І. Вернадський. Це закон біогенної міграції хімічних елементів, закон єдності живої речовини, закон ноосфери.
Отже, головне завдання екології полягає в тому, щоб осягнути закономірності досліджуваних екологічних зв'язків, зрозуміти сутність й явища, характерні для надорганізмових систем.
Методологічною основою сучасної екології є філософське розуміння поняття «система» та системний підхід як особливий напрям досліджень. Сутність цього підходу полягає у вивченні кожного елементу структури системи в його взаємодії з іншими елементами й середовищем, що уможливлює розуміння функціонування й змін системи в цілому. Застосування системного підходу ґрунтується на основних положеннях:
1) кожна система має свою СТРУКТУРУ, що утворюється сукупністю елементів;
2) кожна система має ВНУТРІШНІ Й ЗОВНІШНІ ЗВ'ЯЗКИ;
3) ФУНКЦІОНУВАННЯ системи відбувається у взаємозв'язках із середовищем.
Застосування екологічних законів у практичній діяльності людини має відбуватися на основі певних принципів:
• принцип оновлення ресурсів - людина має використовувати такі ресурси й у такій
кількості, щоб відбувалося їх поступове відновлення внаслідок природних процесів;
• принцип цілісності природи - вплив на якийсь елемент природи позначається на її інших
складниках, оскільки всі елементи й процеси природи нерозривно пов'язані між собою;
• принцип рециклічності, або повторне багаторазове використання найважливіших речовин, оскільки в природі є й невідновні ресурси;
• принцип завбачливості - людина має передбачати наслідки впливу на природу, запобігати виникненню та розвитку негативних змін.
Основними галузями застосування екологічних закономірностей є сільське господарство, рибне господарство, лісова промисловість, охорона природи. Так, для вирощування рослин необхідними є знання закономірностей впливу екологічних чинників, для розведення риби - знання популяційних закономірностей, створення штучних екосистем має відбуватися на основі екосистемологічних законів.
Отже, розуміння екологічних закономірностей та принципів їхнього застосування є необхідною умовою збереження природи та розвитку суспільства.