2.6. 2. Потоки вещества в экосистемах. Трофические цепи.

Только продуценты могут усваивать энергию и вещество непосредственно из окружающей среды. Все остальные живые организмы получают то и другое вместе с питанием.

Ряд организмов, в котором каждое предыдущее звено является пищей для последующего, называется трофической или пищевой цепь.

При переходе от одного звена трофической цепи к другому передается только 10-20% связанной энергии, а 80-90% рассеивается в виде тепла.

Длина трофической цепи, не может быть слишком большой. Она, как правило, не превышает пяти - семь уровней.. Это обусловлено тем, что к каждому следующему организму трофической цепи переходит только часть энергии потребляемой на предыдущем уровне, остальная идет на поддержку жизненных процессов и значительная часть рассевается в виде тепла. Поэтому, общая масса живого вещества, следующего пищевого звена, резко уменьшается.

В экологии соотношения численности организмов, или их биомасс, или связанной в биомассе энергии, обычно, изображают в форме экологических пирамид. С точки зрения оценки общей эффективности экосистем наибольшую информацию дают экологические пирамиды энергии

Живые организмы экосистем взаимозависимые с окружающей средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные биологические структуры и кругооборот вещества между живой и неживой частями экосистемы.

Под биогеохимическим кругооборотом понимается поступление химических элементов из почвы, атмосферы, гидросферы в живые организмы, преобразование их в процессе жизнедеятельности в сложные органические соединения и возвращение их потом в почву, атмосферу, гидросферу в процессе жизнедеятельности с ежегодным отмиранием части органического вещества и переработкой его редуцентами - разложение на простые химические элементы.

Уравнение разложения имеет вид:

биомасса + О₂ ^{редуценты} + мин. соли СО₂ + Н₂О + тепловая энергия

Экосистемы будут нормально функционировать, если нет нарушений при прохождении энергии через трофические цепи и нормально функционируют биогеохимические кругообороты вещества.

Увеличение загрязнения атмосферы промышленными выбросами усложняет усвоение солнечной энергии растениями, потому что пылью “забиваются” их поры, через которые происходит питание и газообмен. В результате, уменьшается количество еды, а следовательно, и энергии, которая поступает всем другим живым организмам, все большее их количество не сможет противостоять увеличению энтропии и погибнет. При определенных размерах этого процесса вся система может погибнуть.

2.6.3. Устойчивость и саморегуляция экосистем

В основе устойчивости экосистем и биосферы в целом лежит широкий комплекс механизмов и их структурных особенностей. Главный фактор устойчивости экосистем - это наличие в ней живой материи.

Устойчивость экосистем в значительной мере связана с уровнем их эволюционной продвинутости. Существует мысль, что эволюционно более молодые и прогрессивные экосистемы сложной организации со значительными ресурсами удельной свободной энергии имеют повышенную стойкость. Снижается устойчивость экосистемы при упрощении их структуры. Именно она определяет преимущество синтеза и структуризации над процессами распада. Предоставляет устойчивость экосистеме разнообразие форм жизни. Устойчивость экосистем зависит от устойчивости организмов и популяций, которые в нее входят. Устойчивость организмов и популяций проявляется в их способности к самой поддержке и сохранению в условиях неблагоприятных внешних влияний.

Основой устойчивости живых организмов является их способность к адаптации. Адаптация может быть определена как соответствие между организмом и его средой.

В эпоху глобального антропогенеза особенно важное значение получила стойкость живых существ к разного рода химическим веществам, которые в естественной среде отсутствуют. За счет переадаптации, живые организмы способны противостоять вредному влиянию химических веществ.

Адаптация - это не только свойство организмов, это и свойство популяций. На популяционном уровне адаптация проявляется в формировании гетерогенного состава популяции и появлении в них экотипов - особенных форм, которые отличаются характером приспособлений к среде и расширяют амплитуду условий, в которых может выжить данный вид.

Более устойчивыми оказываются генетически переменчивые, лабильные популяции, которые быстрее приспосабливаются к изменениям условий существования. При наличии сложной внутренне популяционной структуры растения и животного более стойкие и жизнеспособные. Таким образом, биологическое многообразие является интегральной формой вариабельности живой материи, формой ее существования, и потому является одной из объективных ценностей природной среды.

При рассмотрении развития любых биосферных структур, от организмов ко всей биосфере, стоит иметь в виду соотношение стихийного и умного начала. Первые фазы развития социума осуществлялись в условиях явного перевеса стихийного развития. Именно так, изменяли друг друга, такие важные этапы, как одомашнивание диких животных, возникновение оседлости и земледелия, научно-техническая революция. Во всех этих случаях доминировало саморазвитие. Новым этапом в развитии социума, к которому приблизилось человечество на рубеже ХХI века, есть формирование экологического общества. Он требует отказа от общепринятой ориентации на рост материального богатства. Этот этап уже не может осуществиться как стихийное развитие. Он может быть реализован только системой сознательных действий и знаменует переход от этапа стихийного к этапу самоуправляемого развития социума, когда как каждый отдельный человек, так и общественные объединения разных рангов, вплоть до государства осознают, что они являются частицами биосферы, и принимают участие в ее регуляции.