Структурные уровни организации материи и объекты изучения экологии.
Связь экологии с другими науками
Экология, являясь разделом биологии, тесно связана с современными разделами теоретической физики, биофизики и кибернетики. Поскольку биология выдвинула ряд фундаментальных законов, описывающих живую природу (закон эволюции Дарвина, закон гомеостазиса живых организмов, закон постоянства биомассы биосферы и т. д.), представляется необычайно важным установление связей между этими законами… Читать ещё >
Структурные уровни организации материи и объекты изучения экологии. Связь экологии с другими науками (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Результат системного подхода в изучении живой природы — представление об уровнях организации живой материи (УОЖМ). По наличию специфических элементарных единиц и явлений минимальное и достаточное их количество — четыре: молекулярно-генетический, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотически-биосферный. Более познавательную картину о жизни формирует ее характеристика с позиций девяти УОЖМ (табл. 1.5).
Таблица 1.5
Характеристика уровней организации живой материи
УОЖМ. | Примеры объектов. | Характеристика. |
Молекулярный. | Белки, ДНК, РНК, углеводы, жиры. | Соответствующий раздел науки — молекулярная биология. Анализ строения и функций белков как ферментов и элементов цитоскелета, роли нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) в хранении и реализации генетической информации, т. е. процессов синтеза ДНК, РНК, белков. Достигнуты практические успехи в области биотехнологии и генной инженерии. |
Субклеточный или надмолекулярных структур | Органоиды (органеллы): хромосомы, митохондрии, рибосомы. Включения клетки: пигменты (родопсин, меланин). | Анализ строения и функционирования органоидов (органелл); других включений клетки — продуктов клеточного метаболизма, имеющих форму гранул, капель, кристаллов различного химического состава (липиды, белки, полисахариды и др.). |
Кл сточный. | Клетки. | Соответствующий раздел науки — цитология. Рассматривает морфологическую организацию клеток, их специализацию в ходе развития; функции клеточных мембран; механизмы и регуляцию деления клетки. Результаты исследований важны для медицины, например при решении проблем лечения рака. |
Органотканевый. | Сердце — центральный орган кровеносной системы. | Анализ особенностей строения и функционирования отдельных органов и составляющих их тканей. |
Железы — органы животных и человека, вырабатывающие и выделяющие специальные вещества, участвующие в физиологических отправлениях организма. | ||
Кровь — соединительная ткань. |
Продолжение табл. 1.5
УОЖМ. | Примеры объектов. | Характеристика. |
Организ; менный. | Особь. | Изучение особи и свойственных ей как целому черт строения, физиологических процессов, в том числе дифференцировки, механизмов адаптации акклиматизации и поведения; механизмов регуляции, функций центральной нервной системы. Соответствующий раздел биологии — ау токология. |
Популяционно; видовой. | Вид — совокупность всех особей, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства; населяет ареал. | Анализ факторов, влияющих па численность популяций, проблем сохранения исчезающих видов, динамики генетического состава популяций, действия факторов микроэволюции и др. Для хозяйственной деятельности важны достижения популяционной биологии в областях: 1) мониторинга и регулирования численности видов, наносящих ущерб хозяйству и здоровью человека; 2) поддержания оптимальной численности эксплуатируемых и охраняемых популяций. Соответствующий раздел экологии — популяционная экология (демэкология). |
Популяция — совокупность особей одного вида, находящихся во взаимоотношениях (хотя бы периодически), занимающих территорию — биотоп. | ||
Дем — локальная популяция (небольшая, до нескольких десятков) с более тесными связями между особями в данный период времени. | ||
Биоцено; тичсский. | Сообщество (биоценоз) — включает взаимоотношения только между различными организмами. | Анализ взаимоотношений организмов в биоценозах и условий, определяющих их численность и продуктивность; устойчивости сообществ и экосистем; роли влияния человека на сохранение естественных экосистем и их комплексов. Соответствующий раздел экологии — синэкология. |
Биогео; ценотиче; ский. | Экосистема, биогеоценоз — включает взаимоотношения как между живыми организмами, так и организмов с неживыми (косными) компонентами окружающей среды (с грунтом, с водной и воздушной средой). |
УОЖМ. | Примеры объектов. | Характеристика. |
Биосферный. | Биосфера. | Анализ глобальных явлений в масштабе планеты Земля. Например, оценка интенсивности образования свободного кислорода (02) растениями Земли, изменения концентрации углекислого газа (С02) в атмосфере, связанного с деятельностью человека. Соответствующий раздел экологии — глобальная экология. |
Разделение живой материи и проблем биологии, но уровням организации, хотя и отражает объективную реальность, но является условным, поскольку почти все конкретные задачи касаются одновременно нескольких уровней, нередко и всех сразу. Например, проблемы эволюции или индивидуального развития и жизни особи следует рассматривать с позиций следующих представленных в табл. 1.5 уровней — от молекулярного до биогеоценотического. Решение проблем регуляции численности организмов опирается на популяционно-видовой и молекулярный УОЖМ, но также включает все остальные уровни, включая такие аспекты, как, например, загрязнение всей биосферы.
Основная область компетенции экологии — УОЖМ «биогеоценотический», т. е. уровень экосистем. Но компетенция экологии также включает и другие УОЖМ: клеточный, организменный, популяционно-видовой, биоценотический, биосферный. Объекты экологии — это взаимоотношения организмов, элементарной единицей которых является клетка. Различают одноклеточные организмы, например бактерии, некоторые виды водорослей, простейшие и многоклеточные.
Разделение экологии на разделы неразрывно связано с уровнями организации живой материи. Каждый из разделов экологии изучает соответствующий уровень организации материи.
Все материальные объекты, существующие вокруг нас, можно подразделить на объекты живой и неживой природы. Рассматривая генетическую иерархию материи в порядке усложнения ее строения, можно получить ряды генетической иерархии материи.
Существуют два ряда генетической иерархии материи: генетическая иерархия живой и неживой материи.
Рассмотрим генетическую иерархию материи, относящуюся к сфере экологии: физическое поле —> элементарная частица —> атом —" молекула —> —" молекулярный комплекс —" ген —> клетка —> орган —> организм —> популяция —" биоценоз —" биогеоценоз —" биосфера —" Солнечная система —" —" Галактика —" Вселенная.
Уровни организации от поля до атома изучаются физикой, молекулы и молекулярные комплексы — химией, гены — генетикой, органы — анатомией, организмы — физиологией и экологией, Солнечная система и т. д. — астрономией и физикой. Предметом изучения экологии являются уровни организации от организма до биосферы.
Рассмотренный ряд иерархии обладает важными особенностями:
- • равноправие уровней — нельзя утверждать, к примеру, что атомарный уровень организации менее или более важен, чем уровень физического поля;
- • дискретность— подразумевает строгую обособленность и определенность каждого уровня;
- • иерархическая соподчиненность — нельзя поставить в ряду клеточный уровень перед молекулярным;
- • эмерджентность — количество свойств и сложность систем возрастают при продвижении по ряду слева направо;
- • способность объектов живой природы к массовому воспроизводству.
Вследствие того, что экология охватывает столь широкий спектр вопросов, она неразрывно связана с другими областями знания. Эта связь отчетливо прослеживается и при рассмотрении представленного выше ряда иерархии материи.
Экология, являясь разделом биологии, тесно связана с современными разделами теоретической физики, биофизики и кибернетики. Поскольку биология выдвинула ряд фундаментальных законов, описывающих живую природу (закон эволюции Дарвина, закон гомеостазиса живых организмов, закон постоянства биомассы биосферы и т. д.), представляется необычайно важным установление связей между этими законами и фундаментальными законами физики на основе экологии.
В то же время эта связь обусловливает огромную роль экологии в понимании таких важных технических дисциплин, как природопользование, теоретические основы защиты окружающей среды, ресурсосберегающей технологии, технические средства защиты окружающей среды. Таким образом, физические аспекты экологии представляют известный интерес для развития как технических наук, так и естественнонаучных дисциплин (как биология, геология, океанология, метеорология, география).
В экологии очень широко применяются математические методы и методы статистики, особенно при изучении динамики численности популяций и материальных потоков в биоценозе. При изучении влияния экологических факторов на живые организмы и вопросов загрязнения окружающей среды применяются химические и физические методы исследований.
Экология неразрывно связана с географическими науками: разные участки земной поверхности и глубин нашей планеты различным образом заселены и освоены жизнью. Экосистемы тропической, умеренной и полярной зон совершенно не похожи одна на другую, заселены различными организмами, относящимися к совершенно разным жизненным формам. Восприимчивость экосистем различных географических зон к антропогенным воздействиям неодинакова. Это необходимо учитывать при организации природопользования.
Экология связана также с медициной, так как ухудшение качества окружающей среды в результате тех или иных природных процессов или из-за антропогенных преобразований природы в общем случае означает отклонение конкретных условий от физиологических требований организма. Реакцией организма на такое отклонение является заболевание, а в ряде случаев — гибель. Выявление причин заболеваемости, лечение, устранение причин, вызывающих болезнь, — задача медицины. Врач у постели больного по сути дела решает задачи, близкие к экологическим: он исследует состояние организма, симптомы заболевания, выявляет условия, которые вызвали ту или иную патологию.