Зв’язок екології з іншими областями наукового знання

Екологія, як витікає з її визначення, – біологічна дисципліна. Однак, в нашій свідомості вона в наш час асоціюється з проблемами, що виникли в результаті радикального перетворення природи під впливом антропогенної діяльності. Тому екологія пов’язана не тільки з біологічними, але й з технічними та соціальними науками. Розглянемо декотрі з цих зв’язків.

Філософія: на думку багатьох вчених, екологія не стільки галузь науки, скільки метод мислення, принцип підходу. Філософів цікавили проблеми виникнення життя, його розвитку, впливу навколишнього середовища на людину та вплив людини на природу. Актуальним філософським елементом є екологічна етика, пов’язана з екологічно коректним поводженням людини з природою, усвідомленням того, що всі живі організми мають рівне з людиною право на життя на планеті.

Біологічні науки. В основі екології лежить фактологічний матеріал багатьох інших галузей біології (морфологія – вчення про будову організмів, що включає анатомію; ембріологію – розвиток зародишу; гістологію – будова тканин; цитологію – вчення про клітку), а також таких наук, як зоологія, ботаніка, мікробіологія.

Математика. Екологія – точна наука, і тому всі взаємодії та закономірності оцінюються мірою та числом. Всі процеси та закономірності можуть бути представлені у вигляді рівнянь, графіків тощо, що дозволяє встановлювати зв’язки, прогнозувати відповідні процеси. Широко використовується математичне модулювання, прогнозування процесів та явищ.

Хімічні науки. В основі життя лежить обмін речовин між організмами та середовищем, що міститься в асиміляції, метаболізмі та дисиміляції речовини. Все це – хімічні процеси. В наш час сформувалися специфічні області науки про Землю: хімія води, хімія грунту, хімія атмосфери, хімія води, хімія грунту, хімія атмосфери, сформувався новий напрямок – хімія навколишнього середовища.

Фізика. Закономірності біологічних процесів перетворення речовин в харчових ланцюгах, в водному та повітряному середовищах підкоряються фундаментальним законам фізики: закону збереження маси та другому початку термодинаміки.

Географічні науки. Сприйнятливість природних систем різних географічних зон (як водних, так і наземних) до антропогенних впливів неоднакова. Це необхідно враховувати в організації природокористування. Самостійно розвиваються такі області географії, як ботанічна та зоологічна.

Медицина. Погіршення якості навколишнього середовища

в результаті тих чи інших природних процесів або через антропогенні перетворення природи в загальному випадку означає відхилення конкретних умов від фізіологічних вимог організму. Тому необхідно знати які наслідки для організму шкідливі речовини можуть викликати, в яких концентраціях та дозах вони ще безпечні або вже небезпечні, який вміст забруднюючих речовин можна допустити в навколишньому середовищі або в організмі, щоб вони були небезпечні. Встановлення таких концентрацій та доз (санітарно-гігієнічне нормування) – задача медицини, область науки має назву – санітарна охорона навколишнього середовища.

Охорона праці та техніка безпеки.

Основні методи екології

Екологія як самостійна наука має свої специфічні методи досліджень. Коло цих методів дуже широкий і різноманітний залежно від об'єктів досліджень і поставлених завдань. Зрозуміло, що не можна досліджувати популяцію мух такими ж методами, як популяцію слонів. Тим не менш, всі екологічні методи можна розділити на ряд основних груп.

Методологічні підходи екології, як і будь-якої науки, можна поділити на редукціоністскіе і холістичні.

У першу чергу - це описові методи, які були першими методами екологічних досліджень. В їх основі лежить спостереження за станом і поведінкою тих чи інших організмів або їх популяцій в природних умовах і співвіднесення їх із змінами різних факторів зовнішнього середовища.

До них відносяться визначення динаміки чисельності, біомаси, розмірно-вікової структури популяцій, сезонних і багаторічних циклів розмноження, міграцій і т.п. з паралельним отриманням даних про стан навколишнього середовища.

У результаті бурхливого розвитку техніки ці методи зазнали значний розвиток - від простого спостереження з використанням найпростіших технічних засобів (бінокль, кільцювання птахів тощо) до найскладніших систем дистанційного стеження із застосуванням електронних та комп'ютерних технологій. У їх числі - датчики, що встановлюються на птахах, морських ссавців і пр., знімки і космосу.

В особливу групу методів виділився екологічний моніторинг, або постійне стеження за станом певних об'єктів або цілих природних комплексів з метою попередження про створюються критичних ситуаціях.

Експериментальні методи передбачають безпосереднє вивчення впливу зміни окремих екологічних факторів на організми або популяції. Основоположником експериментального методу в науці є великий італійський фізик Галілео Галілей, який вперше провів знаменитий експеримент з визначення швидкостей руху кулястих тіл різної маси по похилій площині.

Експериментальний метод включає ряд обов'язкових компонентів:

1. Постановка завдання; 2. Створення експериментальної установки з реєструючої апаратурою; 3. Проведення експерименту; 4. Математична обробка результатів; 5. Формулювання виявлених закономірностей.

У більшості експериментів виділяються контроль і досвід. Вперше чітке поняття про контроль та досвіді ввів французький фізик і філософ Блез Паскаль. Значення одного або декількох факторів в досвіді відрізняються від таких у контролі. Інші фактори залишаються досить постійними або змінюються в однаковій мірі в контролі і досвіді. Тому якщо в досвіді виявлені достовірні (порівняно з контролем) зміни певних параметрів організму або популяції, їх можна з певною часткою впевненості приписати впливу цього чинника.

Якщо в експерименті змінюється один фактор, він називається однофакторном, якщо два або більше - багатофакторним.

Експерименти діляться на лабораторні, які проводяться в досить контрольованих лабораторних умовах, і польові, виконувані в менш контрольованих природних умовах. Обидва ці типи експериментів мають свої переваги і недоліки. Висновки, отримані в лабораторних експериментах, часто лише з обережністю можна переносити на природні умови. З іншого боку, в польових експериментах важче чітко виділити вплив змін окремих факторів на окремих особин і популяцій.

У зв'язку з розвитком техніки дистанційного спостереження за живими організмами описові методи все більше зближуються з методами польових експериментів. Тому більшість сучасних польових досліджень по суті являє собою неорганізований експеримент.

З 1930 років почали бурхливо розвиватися методи математичного моделювання екологічних процесів. Першою відомою моделлю, що одержала загальне визнання, стала модель «хижак - жертва» фізиків Лотки і Вольтерра.

Модель Лотки - Вольтерра пояснювала наявні емпіричні дані. Цілий ряд наступних моделей також ставили метою пояснити реальні процеси в популяціях і екологічних системах. Особливо виділялися серед них моделі, що описують потоки речовини і енергії в різних екосистемах.

Однак багато сучасних моделей часто аналізують гіпотетичні ситуації, які навіть не мають місця в природі. Тому існує певна небезпека у відриві методів математичного моделювання від реального розвитку екології.

Основні екологічні закони

Завданням екології є пошук законів функціонування та розвитку цієї галузі об´єктивної реальності. Історично першим для екології є закон, що встановлює залежність живих систем від факторів, котрі обмежують їхній розвиток (так званих лімітуючих факторів).

Закон мінімуму. В 1840 році Ю. Лібіх встановив, що врожай зерна часто лімітується не тими поживними речовинами, котрі вимагаються у великих кількостях, а тими, котрих потрібно небагато, однак їх мало в ґрунті. Він сформулював закон, за яким "речовиною, що є в мінімумі,регулюється врожай і визначається величина та стійкість його в часі". Дію цього закону обмежують два принципи. Згідно з першим закон Лібіха застосовується лише за умов стаціонарного стану. Його більш точне формулювання: "При стаціонарному стані лімітуючою буде та речовина, доступна кількість котрої найбільш близька до необхідного мінімуму*´. Другий принцип стосується взаємодії факторів. Висока концентрація та доступність певної речовини може змінити споживання мінімальної поживної речовини. Організм тоді заміняє одну, дефіцитну, речовину іншою, що є в надлишку.