Екология
кологията (от гръцки: οἶκος, „къща“, и -λογία, „изследване на“, букв. „домоведие“) е наука, раздел на биологията, която изучава взаимодействията между организмите, както и средата, в която живеят.[1] Основен предмет на изследване на екологията са екосистемите, взаимно свързани мрежи от растения, животни и други организми в даден географски район, които зависят едни от други. Екологията е наука за икономиката на живата природа. Екологията се обособява от останалите природни науки в края на 19 век. Тя е тясно свързана с други области, като физиология, теория на еволюцията, генетика и етология.[2] За разлика от тях предмет на екологията са по-общите процеси и принципи, на които се основава функционирането на биосферата, сред които:[1][3][4] жизнените процеси, обясняващи адаптациите разпространението и числеността на организмите движението на материалите и енергията в живите съобщества сукцесионното развитие на екосистемите биоразнообразието Съществуват четири основни среди на живот – водна, сухоземна, почвена и организмова. Организмите, които ги обитават, имат редица приспособления, позволяващи им да живеят с тях. Тези приспособления се формират под влияние както на специфичните условия на средата, които наричаме абиотични екологични фактори (светлина, топлина, вода, соли, разтворени във водата, и др), така на сложните взаимодействия между организмите – биотичните екологични фактори (конкуренция, хищничество, взаимопомощ и т.н.). Тези връзки са предмет на екологията. Екологията има множество практически приложения в области като консервационна биология, управление на природните ресурси (селско, горско и рибно стопанство), градоустройство, здравеопазване, икономика и дава принципната основа за изследване на обществените взаимодействия при хората.[5][6][7][8] История Екологията е обособена като биологична наука едва през 19 век от Ернст Хекел, който пръв употребява понятието. Заслуга за развитието ѝ има В. Вернадски, който обосновава становището, че организмите и средата, в която живеят са едно цяло и че помежду им се извършва кръговрат на веществата. Благодарение на този кръговрат животът на Земята не е застрашен от изчезване. Според американския учен Ю. Одум (1977) екологията е междудисциплинна област на знанието, която свързва физичните и биологичните явления и образува мост между естествените и обществените науки. Въпреки че е сравнително млада наука, екологията бързо заема важно място в живота на човека. Днес с нея се занимават не само биолозите, но и хората с най-различни професии. Причината за този интерес е важността на явленията, които тя изследва. В България екологията се е развила като раздел на ботаниката и зоологията. Изучават се влиянията на различните екологични фактори върху растенията и животните. Истинското развитие на екологията като самостоятелна биологична наука започва около началото на 60-те години на ХХ век. Нива на организация Екологията изучава системи от надорганизмово ниво – индивид, популация, съобщество, екосистема. Във връзка с тях, най-употребяваните термини и понятия са следните: Биотични компоненти (фактори) на системата: Съвкупността от всички видове организми във функционалната система. Класифицират се съобразно функцията на различните видове организми: производители, консуматори и разложители. Според начина си на хранене с минерален или органичен въглерод се разделят съответно на автотрофни и хетеротрофни. Според начина си на дишане, с кислород или без кислород се разделят на аеробни и анаеробни. Абиотични компоненти (фактори) на системата: атмосфера, хидросфера и литосфера. Частите в тях, които съдържат живот се обединяват в понятието биосфера. Индивид: всеки отделен организъм. Популация: група от индивиди от даден вид обитаващи определена територия. Съобщество: група от съвместно обитаващи определена територия различни популации от автотрофни и хетеротрофни организми. Екосистема: съвкупността от съобществата на организмите и неживата среда в която те функционират единно и взаимно зависят. Дефинира се още като най-малката основна функционална единица на природата включваща биотична и абиотична съставки. Или още, всяка природна площ или природен обем съдържаща двете абиотични и биотични компоненти се нарича екосистема. Доминиращата компонента определя каква е екосистемата т.е тя може да бъде горска екосистема, полска екосистема, планинска екосистема, почвена екосистема, водна екосистема и т.н. Околна среда: Всички условия (фактори) обуславящи съществуването на организмите (биотични и абиотични). Екологични фактори: Елементите на околната среда, които са необходими за съществуването на организмите или действащи отрицателно върху тях се наричат екологични фактори. Те се класифицират на: Абиотични фактори на околната среда. Включват се всички компоненти на неживата природа. Те са светлината, температурата, относителната влажност на въздуха и други компоненти на климата и околната среда, каквито са аерирането на почвата, нейното плодородие, естествената радиация и т.н. Биотични фактори на околната среда. Това е съвкупността от въздействието на жизнената дейност на едни организми върху съществуването и развитието на други организми. Едни организми служат за храна на други организми. Растенията (продуценти) служат за храна на тревоядните животни (консументи от първи порядък). Те от своя страна служат за храна на хищниците (консументи от втори порядък). Или едни организми са среда за обитаване на други организми (гостоприемник – паразит). Антропогенни фактори на околната среда. Съвкупността от човешки дейности, които причиняват промяна на околната среда. Една от последиците на въздействието на антропогенните фактори е промяната на местообитанията на организмите, което застрашава тяхното съществуване. Историята на човечеството е история на неговия труд. Негово начало е ловът следван от възникването на земеделието, промишлеността, транспорта и т.н., което води до силно изменение на природата на Земята. Тези модификации упражняват въздействие върху човешкото здраве и икономическата активност. С това възниква проблемът за опазването на околната среда чрез рационализиране на човешката дейност и преди всичко рационалното използване на природните ресурси. Идентифицирането на антропогенните фактори като своеобразен вид екологични фактори осмисля връзката на екологията с опазването на околната среда и придава на тази наука приложен характер в различни изражения – геоекология, инженерна геоекология, агроекология, медицинска екология и др. Ареалът е пространството, в пределите на което е разпространен определен вид или група таксономична единица от растения или животни. Големината на ареала на различни видове е най-различна – от цялата суша или Световен океан до съвсем ограничени участъци. Организми с органичен ареал се наричат ендимити, а тези които са разпространени на големи пространства, са космополити. Например колорадския бръмбар отна1ало е имал ограничен ареал. Във връзка с отглеждането на картофа той бързо е разширил ареала си – отначало по цялата територия на САЩ, а след това по цяла Северна Америка, Европа и Азия и се превърнал в космополит. Космополит е и сивият плъх. Границите на ареалите се определят от естествени прегради (планини, морета, океани), а също и от особеностите на климата, почвата, особеностите на биотичните фактори (възможност за изхранване, наличието на конкурентни взаимоотношения и др. Анторогенните въздействия оказват влияние върху ареалите на много видове. Например България бяха внесени норки, чинчили, щрауси и др. и по такъв начин бяха разширени техните ареали. Антропогенната дейност може да предизвика и стесняване на ареалите обикновено чрез замърсяване и ли унищожаване на естествените им местообитания. Биотоп или екотоп е географски район с различна площ или обем, който се отличава с приблизителна еднородност на преобладаващата част на екологичните фактори. Характерният за всеки биотоп комплекс от условия определя както видовия състав на организмите, така и особеностите на формиране, съществуване и развитие на популациите. От друга страна, биоценозата въздейства върху биотопа и го променя. Всичко това определя единството на биоценозата и биотопа. Биотопът може да бъде и жив организъм – такава е жизнената среда на паразитиращите видове. В този случай паразитът и гостоприемникът формират система и са продукт на съвместна еволюция, като при паразита тази еволюция е регресивна, а при гостоприемника се формират приспособителни реакции, които се включват в сборното понятие имунитет. Биоценозата и екотопът са взаимно свързани и взаимно зависими. Екотопът е източник на ресурси и жизнената среда на биоценозата, а биоценозата непрекъснато променя екотопа. При тези промени е в сила обективен екологичен закон: живото вещество въздейства активно върху жизнената среда като промените са в насока подобряване на условията на съществуване. Основни поддисциплини Приложна екология – Екология на човека – Социална екология – Геоекология – Биоекология – Геохимическа екология – Химическа екология – Физична екология – Космическа екология – Теоретична (математическа) екологияОсновни идеи Науката Екология изучава взаимоотношенията между живите организми, включително хората, и тяхната физическа среда. Разпространението и изобилието на организми на Земята се формира от биотични фактори, свързани с живите организми, и абиотични фактори – физически фактори, свързани с неживата природа. Екологията разглежда взаимоотношенията на много нива, включително организъм, популация, съобщество, екосистема и биосфера. Да учим екология! Случвало ли ти се е при разходка в гората да забележиш невероятното разнообразие на организми, живеещи заедно, от папрати и дървета до гъби с размер на чинии за вечеря? Правило ли ти е впечатление при пътуване как се променя пейзажът край пътя от дъбова гора до високи борови гори, до тревисти поляни? Ако това е така, значи вече познаваш класическия вкус на екологията, клон на биологията, който изследва как организмите взаимодействат помежду си и с тяхната физическа среда. Но екологията не изучава само богати на видове гори, девствени пущинаци или живописни гледки. Ако си виждал/а паяци, плетящи мрежи в някой тъмен ъгъл, плесени в банята или дори гъбички, пълзящи между пръстите на краката ти, то това също са примери за екология в действие. Изображения, илюстриращи взаимодействията между организмите и между организми и тяхната физическа среда. Горе вляво: гъби, растящи на мъхест дънер. Горе вдясно: зелени хълмове, покрити с диви цветя, треви и тук-там някое дърво. Долу вляво: поле със суха, жълта трева и покрити с храсти хълмове и заснежени планини в далечината. Долу вдясно: хлебарка на под. Източници на изображенията: горе вляво, Гора от Jens Hellermann, публично достъпно; горе вдясно, Прериен резерват Konza от Kgwo1972, публично достъпно; долу вляво, Степите Сан Рафаел от Dominic Sherony, CC BY-SA 2.0; долу вдясно, Хлебарка в близък план от 邰秉宥, CC BY-SA 2.0 Биотични и абиотични фактори Една от основните цели на екологията е изучаването на разпространението и разнообразието на живи организми във физическата им среда. Например в близката градинка или квартален парк вероятно растенията, животните и плесените са много различни от тези в задния двор на някой друг, който използва Кан Академия в момента на противоположната страна на земното кълбо. Наблюдаваните модели в природата се определят от взаимоотношенията между организмите, както и от взаимоотношенията между организмите и тяхната физическа среда. Като пример нека се върнем обратно към нашата плесен в банята. Много по-вероятно е тази плесен да се появи в банята, отколкото в чекмеджето за чорапи. Защо това е така? Може би плесента се нуждае от определена влажност, за да се развива, и такава влажност има само в банята. Наличието на вода е пример за абиотичен или нежив фактор, който влияе на разпространението на организмите. Може би плесента се храни с мъртвите кожни клетки, намиращи се в банята, но не и в гардероба. Наличието на хранителни вещества, предоставени от други организми, е пример за биотичен фактор, т.е. фактор, който е свързан с жив организъм, и който може да повлияе на разпространението. Изследване на случай: Червената панда Нека да приложим идеята за биотични и абиотични фактори към друг организъм, какъвто примерно би изучавал един полеви еколог. Червените панди са далечни роднини на ракуните и се срещат само в Източните Хималаи. Те прекарват по-голямата част от времето си по дърветата и имат предимно вегетарианска диета. През последните години числеността на червената панда е намаляла значително, поради което природозащитните групи я квалифицират като уязвим или застрашен вид \[^{1, 2}\]. Червена панда, висяща от клон на дърво. Това е симпатично животно, което изглежда приблизително подобно на ракун с червеникава кожа. Източник на изображението: Червена панда от Sander van der Wel, CC BY-SA 2.0 Кои са основните фактори за тази промяна на числеността на пандите? Еколозите установили, че биотични фактори като изсичането на горите и предаването на болести от домашните кучета са изиграли важна роля за намаляването на числеността на червената панда \[^ 2\]. Абиотичните фактори до момента имат по-малко значение, но променящите се температури може да доведат до допълнителна загуба на местообитания в бъдещето \[^ 3\]. Разбирането на основните фактори, отговорни за спада в броя на червените панди, помага на еколозите да създадат природозащитни планове за защита на този вид. Как еколозите задават въпроси? За да задават въпроси за природния свят като: "Защо числеността на червената панда намалява?" — еколозите се опират на много области на биологията и сродни дисциплини. Сред тях са биохимия, физиология, еволюция, поведенческа биология и молекулярна биология, както и геология, химия и физика. Природните историци се приемат за първите еколози — започвайки още от гръцкия философ Аристотел! Днешните еколози обаче правят задълбочени и количествени проучвания. Те осъществяват контролирани експерименти, използват статистика, за да установят закономерности в големи масиви от данни и изграждат математически модели на екологичните взаимодействия. Екология в различни мащаби В рамките на дисциплината екология изследователи работят на пет обширни нива, понякога без връзка между тях, а понякога с припокриване: организъм, популация, съобщество, екосистема и биосфера. Нека да разгледаме всяко ниво. Организъм: На това ниво еколозите проучват адаптациите, благоприятстващите белези, затвърждавани от естествения подбор, които позволяват на организмите да живеят в специфични местообитания. Тези адаптации могат да бъдат морфологични, физиологични или поведенчески. Популация: Популация наричаме група организми от един и същ вид, които живеят в една и съща област по едно и също време. Популационните еколози изучават числеността, плътността и структурата на популациите и как те се променят с течение на времето. Съобщество: Биологичното съобщество включва всички популации на различните видове, които живеят в дадена област. Съобщностните еколози се фокусират върху взаимодействията между популациите и как тези взаимодействия формират съобществото. Екосистема: Екосистема наричаме съвкупността от всички организми в дадена област, съобществото и абиотичните фактори, които влияят върху това съобщество. Еколозите, изучаващи екосистемите, често се фокусират върху потока на енергията и цикъла на хранителните вещества. Биосфера: Биосферата е планетата Земя, разглеждана като една екологична система. Еколозите, работещи на биосферното ниво, може да проучват глобални модели — например климата или разпространението на видовете, взаимодействията между екосистемите, и феномени, които засягат целия свят, като климатичните промени. Диаграма с три клетки, обясняващи йерархията на живите организми. Горното квадратче съдържа снимка на високи дървета в гора и следния текст: “Организми, популации, съобщества: В тази гора всяко борово дърво е отделен организъм. Всички борове в тази гора представляват една популация. Всички популации от различни видове в тази област представляват съобщество." Второто квадратче съдържа снимка на воден басейн, зад който има висока трева, преминаващ в по-гъста растителност и дървета в далечината. Снимката е придружена от следния текст: “Екосистеми: Тази крайбрежна екосистема в югоизточната част на САЩ съдържа съобществата от живите организми плюс тяхната физическа среда." Третото квадратче съдържа изображение на планетата Земя и е означено със следния текст: “Биосфера: Биосферата включва съвкупността от всички екосистеми на планетата Земя." Източник на изображението: модифициарно от Предмет на екологията: фиг. 1 от OpenStax College, Биология, CC BY 3.0 Петте нива на екологията са изброени по-горе във възходящ ред. Те нарастват постепенно — популациите са съставени от индивиди; съобществата са съставени от популации; екосистемите са съставени от съобществата плюс тяхната окръжаваща среда; и така нататък. Всяко ниво на организация има появяващи се свойства, нови свойства, които не присъстват на нивото на съставните части, но се появяват от взаимодействията и отношенията между тези части. Нивата на изследвания в екологията предлагат различна информация за това как организмите взаимодействат помежду си и с околната среда. Аз обичам да си представям тези нива като лупи с различна увеличителна способност. Ако наистина искаш да разбереш какво се случва в определена екологична система, вероятно ще трябва да използваш повече от една от тях! Към края на разговора