Экология была определена по-разному как «изучение взаимосвязи организмов с окружающей их средой и друг с другом», как «экономика природы» и «биология экосистем».
Сегодня предметом науки Экология являются объединение многих областей исследований. Существует много видов взаимоотношений между организмами и окружающей их средой. Организмами могут быть отдельные индивидуумы, группы индивидуумов, все члены одного вида, сумма многих видов или общая масса видов (биомасса) в экосистеме. И термин «среда» включает в себя не только физические и химические свойства, но и биологическую среду, в которой задействовано еще больше организмов.
На практике экология состоит из широко перекрывающихся подходов и далее разделяется на следующие группы:
Эволюционная экология исследует экологические факторы, способствующие адаптации видов. Исследования эволюции видов могут быть направлены на то, чтобы ответить на вопрос о том, что генетически изменилось в течение нескольких поколений, и на то, чтобы попытается выяснить, каковы могут быть основные механизмы таких изменений. Эволюционная экология ищет эти механизмы. Эволюционная экология также рассматривает более широкие вопросы, такие как наблюдения, что растения в засушливых средах часто не имеют листьев или очень маленькие листья, или что у некоторых видов птиц есть помощники, которые выращивают и чужих птенцов кроме своих. Критический вопрос заключается в том, возник ли один набор адаптаций один раз и просто был сохранен всеми видами, происходящими от общего предка, имеющего эти приспособления, или адаптация неоднократно развивалась из-за одних и тех же факторов окружающей среды.
В случае растений, обитающих в засушливых средах, кактусы из Нового Света и эйфории из Старого Света могут выглядеть поразительно подобными, даже если они находятся в несвязанных семействах растений.
Физиологическая экология выясняет, как организмы выживают в своей среде. Часто делается упор на экстремальные условия, такие как очень холодная или очень жаркая среда или водная среда с необычайно высокими концентрациями соли.
Примерами вопросов, которые может исследовать физиологическая экология, являются следующие вопросы:
– Как некоторые животные процветают в самых сухих пустынях, где температура часто высока, а свободная вода никогда не доступна?
– Как бактерии выживают в горячих источниках, например, в Йеллоустоунском национальном парке на западе Соединенных Штатов, где развивается большинство видов?
– Как нематоды живут в почвах сухих долин в Антарктиде?
Физиологическая экология рассматривает специальные механизмы, которые используют индивидуумы вида, и сообщества видов, для преодоления обстоятельств, налагаемых средой.
Поведенческая экология исследует экологические факторы, стимулирующие поведенческие адаптации. Объектом изучения и рассмотрения в этом разделе экологии является то, как популяции видов находят свою пищу и избегают своих врагов. Например, почему некоторые птицы мигрируют, в то время как другие живут на месте? Почему некоторые животные, такие как львы, живут в группах, в то время как другие, такие как тигры, в основном одиноки?
Экология популяций, или аутоэкология, исследует отдельные виды. Один непосредственный вопрос, который затрагивает предмет экологии популяций, – это то, почему некоторые виды встречаются редко, в то время как другие – в изобилии.
Изучение взаимодействий определенного вида с другими видами может дать некоторые ответы. Например, враги вида могут ограничивать численность, изучаемого вида. Такими врагами могут быть хищники, болезнетворные организмы, конкуренты, и др.
Следовательно, экология популяций имеет неопределенную границу с экологией сообщества, которая изучает взаимодействие между несколькими видами многих видов.
Численность видов различается как по годам, так и по географическому диапазону видов. Экология популяций выясняет, что вызывает колебания численности. Почему, например, число некоторых видов, как правило, птиц и млекопитающих, может изменяться, возможно, в три раза или четыре раза в течение десятилетия или около того, а число других видов, как правило, насекомых, варьируется в десятки раз от одного года к другому?
Еще один ключевой вопрос – это то, что ограничивает численность, поскольку без ограничений, количество видов будет расти экспоненциально.
Биогеография – это исследование географического распределения организмов, и она задает вопросы, которые параллельны вопросам экологии популяций.
Некоторые виды имеют крошечные географические ареалы, ограниченные, возможно, лишь несколькими квадратными километрами, в то время как другие виды имеют ареалы, охватывающие континент. Некоторые виды имеют более или менее фиксированные географические диапазоны, в то время как другие колеблются, а третьи растут. Такие исследования могут иметь помимо биологического еще и большое экономическое значение. Напрмер, если распространенный вид является сельскохозяйственным вредителем, болезненным организмом или видом, который несет болезнь, то понимая причины увеличения его географического диапазона, можно существенно снизить негативное влияние этого вида на продуктивность сельскохозяйственной деятельности людей.