3. Устойчивость
Устойчивость динамической системы и ее способность к самосохранению зависит от преобладания внутренних взаимодействий над внешними. Поскольку основной объединяющий фактор в биогеоценозах – это пищевые цепи, то, чем более многообразен состав, тем устойчивее экосистема.
В тропических лесах большое разнообразие видов растений и животных гарантия стабильности. Но и малокомпонентные системы могут быть устойчивы (степь). Дело в экологических особенностях видов. Например, при современной антропогенной нагрузке большое значение приобретают виды – эфемеры (короткоцикличные), которые успевают за короткий период в резко быстрой смены поколений и большой численности приспособляться к необычным стрессам. При устойчивых, необратимых изменениях среды происходит направленная смена типов сообществ, формирование нового климакса. Надо признать, что в последнее время деятельность человека существенно влияет на этот процесс.
В биосфере действует закон, связывающий размеры потребляющих органические вещества видов с их численностью и размерами. В потоках вещества и энергии главную роль играют мелкие организмы (бактерии, грибы и т.д.). Доля потребностей позвоночными животными – 1% продуктов биосферы.
Вовлеченность вещества в кругооборот обеспечивается развитой системой информации связи между различными видами живого вещества. Это физические (звук, цвет, свет, температура) и химические (запах) связи. Информационные связи связывают все части системы и способствуют ее устойчивости.
4. Гомеостаз
Гомеостаз (от греч. homoios – тот же, statos - состояние) - способность биологических систем – организма, популяции экосистемы - противостоять изменениям и сохранять относительное динамическое постоянство своей структуры и свойств.
Понятие «гомеостаз» широко используется в экологии для характеристики устойчивости различных систем. Гомеостаз клетки определяется специфическими физико-химическими условиями, отличными от условий внешней среды; гомеостаз многоклеточного организма – поддержанием постоянства внутренней среды. Константами гомеостаза животных являются, например, объем и состав крови.
Гомеостаз популяции определяется поддержанием пространственной структуры, плотности и генетического разнообразия. Вследствие гомеостатической регуляции поддерживается постоянство состава и численности популяций в сообществах.
На уровне экосистем гомеостаз проявляется в наиболее устойчивых формах взаимодействия между видами, что выражается в приспособленности к особенностям среды и поддержании циклов круговорота биогенов.
Наиболее устойчивы крупные экосистемы и самая стабильная из них – биосфера.
Для управления экосистемами не требуется регуляция извне – это саморегулирующаяся система. Саморегулирующий гомеостаз на экосистемном уровне обеспечен множеством управляющих механизмов, действующих по принципу отрицательной обратной связи. Один из них – субсистема «хищник – жертва» (рис….). Положительная обратная связь «усиливает отклонение», например увеличивает чрезмерно популяцию жертвы. Отрицательная обратная связь «уменьшает отклонение», ограничивает рост популяции жертвы за счет увеличения численности популяции хищников. Эта схема иллюстрирует процесс коэволюции в системе «хищник – жертва».
Рис. . Взаимодействие положительной (+) и отрицательной (-) обратных связей в системе хищник - жертва
Принципы функционирования экосистем. Жизнь в биосфере поддерживается постоянным притоком солнечной энергии, которая воспринимается молекулами живых клеток и через фотосинтез преобразуется в энергию химических связей. Химические вещества переходят из одних организмов к другим по трофическим цепям. При этом живой организм извлекает энергию из пищи, используя упорядоченность ее химических связей. Часть этой энергии расходуется на поддержание жизненных процессов самого организма, часть теряется, а 10% (5 – 20%) от общего количества передается организмам последующих пищевых уровней. Не израсходованная на дыхание часть биомассы разлагается редуцентами. В итоге вся биомасса при распаде высвобождает всю содержавшуюся в ней энергию.
Таким образом экосистемы представляют собой энергетически открытые системы. Поэтому постоянный поток солнечной энергии – необходимое условие существования экосистемы. Высвобождающаяся энергия безвозвратно теряется для системы, а химические элементы вновь вовлекаются в круговорот веществ.