МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ Для самостоятельной работы студентов Дисциплина ОУД.14 Экология Тема: Среда обитания и факторы среды. Общие закономерности действия факторов среды на организм. Популяция. Экосистема. Биосфера.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ и молодежной политики КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ
государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
Краснодарского края
«КРАСНОДАРСКИЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ»
(ГБПОУ КК КМСК)
МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
Для самостоятельной работы студентов
Дисциплина ОУД.14 Экология
Тема: Среда обитания и факторы среды. Общие закономерности действия факторов среды на организм. Популяция. Экосистема. Биосфера.
Автор: Пархоменко О.В.
преподаватель,
кандидат биологических наук.
2016
ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ
Задачи экологии. Экологические факторы
Экология – это отрасль биологии, исследующая исторически сложившиеся взаимоотношения организмов с окружающей средой на уровне видов, видовых популяций, биогеоценозов и биосфер для раскрытия закономерностей указанных процессов и решения задач народного хозяйства, здравоохранения, охраны природы.
Компоненты природной среды, влияющие на состояние и свойства организма, популяции, природного сообщества, называют экологическими факторами. К ним относятся:
1. Абиотические факторы, куда входят климатические и атмосферные (свет, лучистая энергия, влажность, атмосферное давление), почвенно-грунтовые, геоморфологические, гидрологические факторы.2. Биотические – взаимодействие между особями в популяциях, между популяциями в природных сообществах.
3. Антропогенный фактор – вся деятельность человека, которая приводит к изменению природы как среды обитания всех живых организмов.
Все организмы, обитающие на планете, приспособились по-разному к экологическим факторам.
Есть организмы теплолюбивые и холодолюбивые, влаголюбивые и засухоустойчивые и т. д.
Интенсивность факторов, наиболее благоприятных для организмов, называют оптимальными.
У организмов формируются в процессе естественного отбора пределы выносливости по отношению к температуре, влаге, солености воды и т. д. Если количественное значение хотя бы одного из факторов выходит за пределы выносливости, то существование вида невозможно. Например, низкие температуры, повышенная влажность в тундре ограничивает распространение многих видов растений.
Факторы, выходящие за границы выносливости, называют ограничивающими.
Выявление биологического оптимума, знание закономерностей взаимодействия экологических факторов имеют большое практическое значение для развития сельскохозяйственного производства.
Биогеоценозы
Биогеоценоз – это устойчивое сообщество растений, животных, и микроорганизмов, находящихся в постоянном взаимодействии с компонентами атмосферы, гидросферы, литосферы.
Основными функциями биогеоценоза являются аккумуляция и перераспределение энергии и круговорот веществ.
Биогеоценоз – это целостная, саморегулирующаяся и самоподдерживающаяся система.
Она включает следующий ряд неживых и живых компонентов:
1. Климатический режим (температура и другие физические факторы).
2. Органические вещества (белки, углеводы, жиры и др.).
3. Продуценты – автотрофные организмы, главным образом зеленые растения, синтезирующие органические вещества из неорганических.
4. Консументы – автотрофные организмы (растительноядные и плотоядные), потребители живого органического вещества.
5. Редуценты – гетеротрофные организмы, которые разрушают мертвые остатки животных и растений и превращают их в простые соединения.
Биогеоценозы характеризуются видовым разнообразием, плотностью популяций, биомассой. Биомасса образуется в результате связывания солнечной энергии. Общую массу живых организмов оценивают в 2,43–1012 т. Биомасса на суше на 99,2 % представлена растениями и на 0,8 % – животными и микроорганизмами. В океане соотношение обратное: растений – 6,3 % биомассы, а животных и микроорганизмов – 93,7 %. Суммарная продукция фотосинтеза называется первичной продукцией. Наибольшее количество биомассы образуется в тропиках, очень мало – в тундре.
Организмы, входящие в состав биогеоценозов, испытывают действия абиотических, биотических факторов, а в настоящее время велико влияние антропогенного фактора, наиболее сильного и агрессивного.
Условия жизни человека и устойчивость природных биогеоценозов в течение последних десятилетий быстро ухудшаются в результате загрязнения окружающей среды веществами, образующимися в результате производственной деятельности человека. Сернистый газ, оксиды азота, углекислый газ, соединения меди, ртути и т. д. оказывают отрицательное действие на видовой состав биогеоценоза и на здоровье самого человека.
Видовое разнообразие биогеоценозов.
Цепи питания
В состав биогеоценозов входит огромное количество видов различных организмов – от бактерий до позвоночных. Регулятором численности видов биогеоценоза служат пищевые отношения.
Ряд взаимосвязанных видов, из которых каждый предыдущий служит пищей последующему, называется цепью питания. Место каждого звена в цепи питания называется трофическим уровнем. В основе цепей питания лежат зеленые растения, то есть это первый трофический уровень – продуценты, создатели органического вещества, второй трофический уровень – растительноядные консументы, третий – плотоядные, живущие за счет растительноядных форм, и т. д.
Количество особей, включенных в пищевую цепь, последовательно уменьшается, численность жертв больше численности их потребителей. Это связано с тем, что теряется большое количество энергии, которая расходуется в виде тепла на поддержание рабочих процессов в клетках. Меньшая часть энергии идет на рост тканей, на запас питательных веществ, то есть к следующему потребителю поступает энергия, которая заключена в массе поедаемого организма. Эта закономерность называется правилом экологической пирамиды. Цепи питания могут перекрещиваться, образуя сети питания.
Чем больше видовое разнообразие в биогеоценозе, тем он устойчивее. Биогеоценоз развивается как целостная система, менее устойчивые биогеоценозы со временем сменяются на более устойчивые, и связано это с изменением климатических условий, с процессами жизнедеятельности организмов или с природными катаклизмами.
Взаимоотношение организмов
Живые организмы приспосабливаются к совместному проживанию на определенной территории.
Выделяют симбиотические отношения (или симбиоз) – это когда оба партнера приносят пользу друг другу.
Например, лишайники, сожительство гриба и водоросли, клубеньковые бактерии на корнях бобовых растений и т. д.
Хищничество – это антибиотические отношения, имеющие большое значение в саморегуляции биогеоценозов.
Паразитизм – использование одними организмами других в качестве места жительства и как источник питания.
Конкуренция – отрицательное взаимоотношение, когда ужесточается борьба за существование среди особей одного вида или разных, но питающихся одинаковой пищей.
Все формы биологических связей между видами служат регуляторами численности растений и животных в биогеоценозе, определяя его устойчивость.
ОСНОВЫ УЧЕНИЯ О БИОСФЕРЕ
Рост населения, качественный скачок в развитии науки и техники за последние столетия, особенно в наши дни, привели к тому, что деятельность человека стала фактором планетарного масштаба, направляющей силой дальнейшей эволюции биосферы.
В. И. Вернадский считал, что влияние научной мысли и человеческого труда обусловили переход биосферы в новое состояние – ноосферу (сферу разума).
В современном понимании ноосфера – это единая система «человечество – производство – природа», развивающаяся на основе социальных законов.
Эволюция биосферы обусловлена сильно связанными между собой тремя группами факторов:
1) развитием нашей планеты как космического тела и протекающими в ее недрах химических преобразований;
2) биологической эволюцией живых организмов;
3) развитием человеческого общества.
Структура биосферы
Биосфера включает:
1. Живое вещество, образованное совокупностью организмов;
2. Биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, известняки и др.);
3. Косное вещество, которое формируется без участия живых организмов (движение земной коры, метеориты, деятельность вулканов);
4. Биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (почвы).
Обмен веществ в биосфере
Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами.
Круговорот веществ – естественные циклические процессы превращения и перемещения химических элементов. В воздушный круговорот включено ≈ 98 % веществ, в водный ≈ 2 %.Через газообразную фазу проходят О2, Н2, N , С и др.
Через водную фазу – Na, Mg, F, S , Сl, К и др.
Круговорот воды осуществляется за счет энергии Солнца. Под действием его энергии происходит испарение воды с поверхности морей, океанов и т. д., перенос с атмосферными потоками на сушу, возвращение в мировой океан речным стоком и с грунтовыми водами, разложение воды растениями в процессе фотолиза, транспирация растениями (поглощение корнями и испарение листьями).
Круговорот углерода связан с живыми организмами: ассимиляция зелеными растениями в процессе фотосинтеза и превращение в органические соединения, выделение углекислого газа в процессе дыхания, связывание углерода в виде торфа, карбонатов в океане и т. д.
В процессе деятельности человека выделяется в атмосферу огромное количество соединений углерода (сжигание топлива, уничтожение лесов и т. д.).
Круговорот азота. Атмосферный азот – один из основных биогенных элементов – включается в круговорот благодаря деятельности азотофиксирующих бактерий и водорослей. Часть азота фиксируется в результате образования оксидов во время электрических разрядов в атмосфере. Соединения азота из почвы поступают в растения и используются для построения белков.
Круговорот серы. Сера входит в состав ряда аминокислот. Соединения серы с металлами – сульфиды – переводятся микроорганизмами в доступную форму – сульфаты, которые поглощаются растениями.
Последствия хозяйственной деятельности человекадля окружающей среды
При современном уровне развития производства деятельность человека сказывается на биосфере в целом. Недостаток экологических знаний приводит к возникновению глобальных проблем, связанных с разрушением окружающей среды человеком, к нарушению функций биосферы. Систематически происходит загрязнение воздуха сернистым газом, оксидами азота, соединениями свинца. Жидкие и твердые частицы, взвешенные в воздухе, уменьшают количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. В реки и озера поступают вымываемые дождями минеральные удобрения, пестициды. Значительно загрязняются моря и океаны, что приводит к гибели многих организмов, а рыба и моллюски непригодны в пищу. Постоянно идет изменение и почвы, которая подвергается эрозии, закислению.
Проблема рационального использования природных ресурсов, охрана природы от губительных последствий хозяйственной деятельности человека приобрела в настоящее время огромное государственное и межнациональное значение. Международным союзом охраны природы учреждена Красная книга мира, созданы подобные книги в каждом государстве и регионе. Созданы заповедные территории, заказники, национальные парки, где идет систематическое изучение и охрана представителей животного и растительного мира. Но этого будет недостаточно, если каждый человек не осознает, что природопользование необходимо основывать на глубоких знаниях, как социальных, так и биологических закономерностях развития живой природы.
Закон оптимизма
Каждый фактор имеет лишь определённые пределы положительного влияния на организм. Результат действия переменного фактора зависит от силы его проявления. Недостаточное и избыточное проявление фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности организма. Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимизма экологического фактора или оптимизмом для организмов вида. Чем сильнее отклонение от оптимизма, тем больше выражается угнетающее действие данного фактора на организм. Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки, за пределами которых существование уже невозможно, наступает смерть.
Пределы выносливости между критическими точками называют экологической валентностью живых существ. Так баргузинский соболь переносит температуру воздуха от –45° до +35°, степной корсак от –40° до +45°. Одна и та же сила проявления экологического фактора является оптимизмом для одного организма и пессимизмом для другого. Неспособность перенесения организмами одних условий и приспособляемость к другим вызывает определённую физиологическую реакцию на экологические условия. Чем сильнее отклонение от оптимизма, тем больше выражено угнетающее действие фактора на организм.
Неоднозначность действия фактора на разные функции
Каждый фактор неоднозначно влияет на разные функции организма. Оптимизм для одних организмов может являться пессимизмом для других. Например, высокая температура для хладнокровных является оптимизмом, проявлением активности, в то время как для теплокровных – условием впадения в тепловое оцепенение. Жизненные циклы развития организмов обусловлены сезонными изменениями в экологической среде (питание, рост, размножение, расселение, фазы цветения у растений, стадии покоя и т. д.).
Изменчивость, вариабельность и ответные реакциина действие факторов
Степень выносливости, критические точки, оптимальные и пессимальные зоны отдельных организмов не совпадают. Это проявляется у отдельных индивидуумов на разных стадиях развития. Например, у бабочки мельничной огнёвки критическая минимальная температура для стадии гусеницы допустима –7 °С, для взрослых – 22 °С, для яиц – 27 °С. Следовательно, экологическая валентность вида всегда шире экологической валентности каждой отдельной особи.
Правило экологической индивидуальности видов
Каждый вид специфичен по своим экологическим возможностям. Даже близкие виды имеют индивидуальные экологические возможности.
Взаимодействие факторов
Оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к экологическим факторам могут смещаться в зависимости от силы действия одновременно по отношению к другим факторам. Эта закономерность получила название взаимодействия факторов.
Экологические факторы наземной воздушной среды
Наземная воздушная среда является самой сложной средой по экологическим условиям. Жизнь на суше потребовала от организмов таких приспособлений, которые оказались возможными лишь при достаточно высоком уровне организации представителей всех групп наземного органического мира.
Наземная жизнь адаптирована к специфическим влияниям важнейших факторов этой среды.
Световой фактор
Солнечная радиация является основным источником энергии (99,9 % в общем балансе энергии Земли). Из всей энергии, поступающей от Солнца, 47 % достигают поверхности планеты и создают оптимальные условия протекания энергетических процессов в природе. Видимый свет для фототрофных и гетеротрофных организмов имеет разное экологическое значение. Непрерывное искусственное освещение подавляет развитие фотофобов, снижает их активность.
Зелёным растениям свет нужен для образования хлорофила, формирования гранальной структуры хлоропластов; он регулирует работу устьичного аппарата; влияет на газообмен и транспирацию, стимулирует биосинтез белка и нуклеиновых кислот. Свет влияет на давление и растяжение клеток, процесс роста, определяет срока цветения и плодоношения. Большую роль он играет в питании растений, в использовании ими солнечной энергии в процессе фотосинтеза. С этим связаны основные адаптации растений по отношению к свету, о чём свидетельствует весь ход эволюции наземных высших растений.
Световой режим определяется интенсивностью прямою и рассеянного света, суммарной радиацией за год. У растений возникают различные морфологические и физиологические адаптации.
Выделяется несколько морфологических и физиологических адаптированных групп (экологических групп): светолюбивые (гелиофиты), тенелюбивые (сциофиты), теневыносливые (факультативные гелиофиты).
Температурный фактор
Температура отражает среднюю кинетическую скорость атомов и молекул в какой-либо системе. От температуры окружающей среды зависит температура организмов, а также скорость всех химических реакций, составляющих обмен веществ. Граница существования жизни проходит при температуре от 0° до + 50°, при которой возможно нормальное строение и функционирование белков. Границы существования жизни при определённых условиях раздвигаются до + 180°. Существенную экологическую проблему представляет нестабильность, изменчивость температур окружающей среды организма. Повышение температуры способствует увеличению числа молекул, обладающих энергией активации. В процессе эволюции у растений и животных выработались различные приспособления к температуре путём биохимических и физиологических перестроек; путём поддержания постоянной температуры тела животных организмов.
Животные, имеющие температуру тела, зависящую от внешней температуры, называются пойкилотермнымн, а имеющие постоянную температуру, – гомойтермными. Зависимость темпов роста и развития от внешних температур для растений и пойкилотермных животных даёт возможность рассчитать скорость их жизненного цикла в конкретных условиях. После холодного угнетения нормальный обмен веществ восстанавливается для каждого вида при определённой температуре, которая называется температурным порогом развития организма.
Чем больше температура среды превышает пороговую, тем интенсивнее протекает развитие, скорее прохождение отдельных стадий и всего жизненного цикла.
Для осуществления генетической программы развития организма (особенно пойкилотермных) допустимо получение необходимого количества тепла. Это тепло измеряется суммой эффективных температур. Под эффективными температурами понимается разница между температурой среды и температурой порога t° = t°Cp. – t °П.
По степени адаптации растений к условиям крайнего дефицита тепла можно выделить три группы: нехолодостойкие растения (только + 1°), неморозостойкие (до –5° –7°), морозоустойчивые – устойчивые к сезонным низким температурам.
Адаптации к высокой температуре: нежаростойкие виды до +30, 40°; жаровыносливые эукариоты растения сухих мест, переносят температуры поверхности земли до 60 °С. Жароустойчивые прокариоты – термофильные бактерии, сине-зелёные водоросли в горячих источниках до +85, – 90 °С.
В отличие от растений животные производят гораздо больше тепла. Чем мощнее мускулатура и активнее её функционирование, тем больше тепла генерирует животное. Основные пути температурных адаптации у животных следующие:1) химическая терморегуляция – активное увеличение теплопродукции в ответ на понижение температуры среды;
2) физическая терморегуляция – изменение уровня тепло отдачи, способность удержания тепла или наоборот рассеивание его избытка (во время образования пуха или линьки) и др.;
3) поведение организмов – перемещение в пространстве,в тень и т. д. Для многих видов поведение является единственным эффективным способом избегать крайних температур.
Водный фактор
Протекание всех биохимических процессов в клетках и нормальное функционирование организмов в целом возможно только при достаточном обеспечении его водой – необходимым условием жизни. Дефицит влаги – одна из наиболее существенных особенностей наземно-воздушной среды жизни. Водообеспеченность наземных организмов зависит от режима выпадения осадков, наличия водоёмов, запасов почвенной влаги, близости грунтовой воды. Это привело к развитию у наземных организмов множества адаптации к различным режимам водообеспечения. Способности растений регулировать свой водный обмен различны. Среди них выделяют разные по экологии группы. По отношению к воде – гидратофиты – растения, целиком погруженные в воду; гидрофиты – наземно–водиые, частично погруженные в воду; гигрофиты – растения суши, живущие в условиях повышенной влаги; мезофиты – произрастают в условиях среднего увлажнения (многие широколиственные виды лесов, лугов, эфимеры, эфимероиды). Ксерофиты – растения мест с недостаточным увлажнением (ковыль, типчак, полынь). Суккуленты – сочные растения с развитой водозапасной системой (кактусы, молочаи и др.), склерофиты, подразделяющиеся на две подгруппы – эуксерофиты и стипаксерофиты – растения с мелкими листьями, превращёнными в узкие трубочки, мелкими листьями. Различные пути регуляции водообмена позволили растениям заселить самые различные по экологическим условиям участки суши.
Водный баланс наземных животных. Животные получают воду тремя основными путями: через питьё, вместе с сочной пищей и в результате метаболизма (в процессе окисления и расщепления жиров, белков и углеводов). Отдельные виды получают воду через кожные покровы из влажного субстрата. Потери воды у животных происходят через покровы кожи, в процессе дыхания, выделения из тела мочи и т. д. Виды, получающие воду в виде питья, сильнее зависят от наличия водопоев. В сухих, аридных районах такие животные совершают значительные миграции к водоёмам и не могут существовать вдалеке от них.
Среди животных можно выделить шгрофилов и ксерофилов. Промежуточное звено составляют мезофилы. Способы регуляции водного баланса у животных разнообразнее, чем у растений. Их можно подразделить на поведенческие, морфологические, физиологические. К числу поведенческих приспособлений относят поиск водопоев, выбор места обитания, рытьё нор и т. д. К морфологическим способам поддержания нормального водного баланса относятся образования, способствующие задержанию воды в теле. Физиологические приспособления к регуляции водного обмена – это способность к образованию метаболической влаги, экономии воды при выделении мочи, развитию выносливости.
У пойкилотермных видов повышение температуры тела вслед за нагреванием воздуха позволяет избегать излишних потерь воды, которая тратится у гомойтермных для поддержания постоянной температуры. Хотя полного сохранения влаги в данном случае не происходит. Например, у многих рептилий происходит интенсивное испарение воды через кожу.
Воздух как экологический фактор
Наземная среда – самая сложная среда по экологическим условиям. Жизнь на суше способствовала выработке таких приспособлении, которые оказались возможными лишь при достаточно высоком уровне организации растений и животных.
Низкая плотность воздуха определяет его малую подъёмную силу и незначительную спорность. Обитатели воздушной среды должны обладать собственной опорной системой, поддерживающей тело. Растения формируют разнообразные механические ткани, животные – твёрдый скелет. Жизнь во взвешенном состоянии в воздухе невозможна длительное время. С воздухом связано расселение многих растений и животных (насекомых, птиц, микроорганизмов). Малая плотность воздуха обусловливает низкую сопротивляемость передвижению. Благодаря подвижности воздуха, организмы, обитающие в нижних слоях атмосферы способны пассивно передвигаться как вертикально (порою до 12–22 км), так и по горизонтали. Давление воздуха у земной поверхности равно 760 мм рт. ст.
Газовый состав воздуха способствует обеспечению необходимых условии для жизни организмов (азот – 78,1; кислород 21,0; аргон – 0,9; углекислый газ – 0,3). Кислород обеспечивает повышение обмена веществ у наземных организмов. Содержание углекислого газа участвует в определении ритмов фотосинтеза растений и сезонных изменений интенсивности дыхания. В природе основным источником углекислоты является дыхание микроорганизмов почв. Азот воздуха для большинства обитателей наземной среды представляет инертный газ, но ряд микроорганизмов (клубеньковые бающий и азотобактерии) обладают способностью связывать его и вовлекать в биологический круговорот.Почва и рельеф как экологические факторы(эдафические факторы среды)
Почва, свойства местности, рельефа являются важными факторами, влияющими на условия жизни наземных организмов, особенно это важно для растений. Можно выделить ряд экологических групп растений по отношению к разным свойствам почв.
Ацидофильные виды – растущие на кислой почве; нейтрофильные – на почвах с рН 6, 7-7,0 (большинство культурных растений); базифильные – на почвах с рН более 7; индифферентпые – виды, произрастающие на почвах с различным значением рН.
Кроме отмеченного, почвы обладают различной степенью зольности, влияющей на различные виды растений (олиготрофы, эвтрофные, мезотрофные, нитрофилы, галофиты, петрофиты, псаммофиты).
Рельеф местности и характер грунта влияет на специфику передвижения животных, рытьё нор (для животных, зарывающихся в грунт) и т. д.
Погодные условия, климат местностикак факторы экосредыУсловия жизни в наземно-воздушной среде осложняются погодными изменениями: изменение давления воздуха, температуры. Для большинства наземных организмов, особенно мелких, важен как климат района, так и условия их непосредственного местообитания. Очень часто местные элементы среды (рельеф, экспозиция, растительность) резко изменяют условия среды. Такие модификации климата, складывающиеся в приземных слоях воздуха, называются микроклиматом. Особый устойчивый микроклимат возникает в норах, гнёздах, дуплах, пещерах и других закрытых помещениях.
Помимо температуры важную экологическую роль играют осадки. 'Гак сильные ливни, длительные дожди, град оказывают губительное воздействие на организмы, разрушающе действуют на растения, убежища животных.
Особое многообразие экологических воздействий оказывает снежный покров. Снежное покрывало создаёт микроклимат для озимых растений, семян, луковиц. Снег является убежищем дня мелких зверей и птиц. Снег сохраняет кормовую базу для оленей, лосей и других видов, добывающих мхи и сухие травы в течение всей зимы. Белизна снежного покрова демаскирует тёмных животных, поэтому в процессе эволюции он способствовал формированию покровительственной окраски.
Основные пути приспособления живых организмовк условиям среды
Во всем разнообразии приспособлений живых организмов к неблагоприятным условиям среды в материалах Н. М. Черновой и А. М. Быловой выделяются два основных пути:
Пассивный путь приспособления к экологическим условиям – подчинение жизненных функций организма изменение факторов среды. При недостатке тепла это приводит к угнетению организма (у растений и хладнокровных животных), впадению в оцепенение теплокровных животных, снижению обмена веществ. При повышении температур и засухе – впадению в летнюю спячку и эфимеров и эфимероидов, лишайников, таких животных как грызуны: суслики, тушканчики, сурки, залеганию пустынной черепахи и т. д.
Активный путь – усиление сопротивления, развитие регуляторных процессов, способствующих осуществлению функций организмов, несмотря на отклонения факторов от оптимизма.
Изучение экологии в настоящее время
Современные экологические исследования имеют первостепенное значение для рационального использования природных ресурсов с учётом достижений науки и техники. Это является главной предпосылкой их развития и направленности. На первый план выходят вопросы более полного понимания сложных взаимодействий элементов биосферы, их положения и роли в её жизни. Поэтому крайне необходимо всестороннее изучение биосферы на самых различных уровнях таксонометрического и географического порядка, что возможно лишь при условии содружества экологии с самым широким кругом научных дисциплин.
Содержание современной экологии и её основные направления были сформулированы Третьей Всесоюзной конференцией по экологии: «Экология является вполне оформившейся наукой, специально направленной на изучение взаимосвязей, организмов и среды в процессе изменения численности популяций видов и развития взаимодействий группировок видов-биоценозов». Внимание экологов сосредоточено на изучении взаимосвязей, приспособлений и численности организмов в зависимости от условий жизни, на исследовании изменений среды под воздействием организмов в различных естественно-географических ландшафтах и в условиях направленной хозяйственной деятельности человека.
Постоянное возрастание воздействия человека на все природные компоненты превратило экологию в науку, стоящую на грани между естественно-научными и социальными дисциплинами, раскрывающую взаимоотношения между природой и обществом. Это одна из наиболее характерных черт экологии второй половины XX века. Она стала индикатором исторических сдвигов, проходивших в социальной структуре человеческого общества, и его мировоззренческих подходов к научным знаниям. Ибо один из основных её законов – оптимальное развитие природы зависит от динамического равновесия её элементов. Нарушение его, происходящее на уровне взаимоотношений человека и природы, приводит к кризису той или иной цивилизации, являющейся взаимосвязанным компонентом этой системы, что подтверждается фактическими данными.
Значительное воздействие оказывает экология на естествознание, философию и другие гуманитарные науки. Как комплексная наука она выступает связующим звеном естественно-исторических, социально-экономических, политико-идеологических и культурно-эстетических процессов современности. Различный подход к природе в государствах, отличающихся своими общественными системами, накладывает свой отпечаток на эти взаимоотношения и ставит задачу исследования и оценки экологических последствий их научно-технического воздействия. Для предотвращения экологических изменений необходимо такое управление научно-техническим прогрессом, при котором они сводятся к минимуму. Это возможно только при организации всестороннего прогнозирования последствий развития науки, техники, взаимосвязанных с ними процессов и восстановительно-компенсирующих свойств природы. Поэтому особую значимость приобретает разработка методов получения опережающей информации о таких последствиях и экологической устойчивости природы. Некоторые ученые считают, что этого можно достичь, создав теорию биосферы. Это, в свою очередь, достижимо, когда общество выступает с позиции интересов всех своих членов. Тогда появляется возможность рационального управления природой. Такое повышение социальной роли экологии сказалось на развитии и практическом применении многосторонних знаний о природе.
Общество стало не только определяющей причиной изменений в природе, но и одним из основных факторов управления ею. Антропогенное нарушение экологической целостности биосферы выдвинуло задачу сознательного обеспечения управления процессами природной среды, которые до сих пор осуществлялись стихийно. В настоящее время развитие эколого-экономических и биотехнологических направлений привели к расширению понятий экологических факторов и новым подходам к получаемой от природы продукции. Вмешательство человека в природный гидрогеохимический круговорот веществ, ежегодно возрастающее производство химических продуктов приводит к загрязнению среды. В этой обстановке приобретает большое значение экотоксилогическая оценка природных компонентов. Существующие стандартные токсилогические тесты на отдельных организмах уже не удовлетворяют современным требованиям. Требуется разработка новых тестов и создание длительных аналитических программ наблюдений с учётом многих химических и физических процессов, происходящих в природе.
Накопление значительного объёма фактологического экологического материала, появление новых направлений и методов развития этой науки позволили рассмотреть ретроспективное и перспективное развитие этой науки и создать ряд обобщающих теоретических работ в этой области.