
- •Общие принципы функционирования экосистем и биосферы
- •Экосистемы - что это такое?
- •Биотическая структура
- •Взаимоотношения организмов в экосистеме
- •Абиотические факторы
- •Принципы функционирования экосистем.
- •Цикл углерода.
- •Цикл фосфора.
- •Цикл азота.
- •Экосистемы: почему они устойчивы? Почему изменяются?
- •Изменение экосистем.
- •Экосистемы: адаптация и изменение или вымирание?
Общие принципы функционирования экосистем и биосферы
Общие принципы функционирования экосистем и биосферы
Биосферой называют область распространения жизни на Земле. Живые организмы, среди которых и мы с вами, наиболее плотно заселяют тонкий слой, где встречаются и взаимодействуют воздух, вода и земля. Все живые существа зависят от целостности биосферы. Как клетки представляют собой функциональные единицы организмов, так и экосистемы - это функциональные единицы биосферы. Поэтому наша задача в данной главе - разобраться в том, что они собой представляют и как различные условия определяют их существование, работу и изменения.
Экосистемы - что это такое?
На протяжении данной главы нам часто будет встречаться слово вид. Им обозначают определенные категории растений, животных и микробов. Наиболее четким (но не единственным) критерием вида служит способность к взаимному скрещиванию составляющих его особей. При этом они дают потомство того же вида.
Экосистему можно определить как совокупность различных видов растений, животных и микробов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей их средой таким образом, что вся эта совокупность может сохраняться неопределенно долгое время.
Каждая экосистема характеризуется особым растительным сообществом (тайга, лиственные леса, степи, тропические леса и т.д.). Для каждого такого сообщества характерен особый набор животных. Наконец, с любой экосистемой связан характерный для нее набор микробов (в основном бактерий и грибов).
Очень крупные наземные экосистемы, типа перечисленных выше, называются биомами. Каждый биом включает в себя целый ряд меньших по размерам, связанных друг с другом экосистем. Выделение в ландшафте различных экосистем производится достаточно произвольно. Четкие границы между ними встречаются редко. Экосистемы не изолированы друг от друга. Множество видов растений и животных можно встретить в различных экосистемах, а некоторые, например перелетные птицы, в зависимости от времени года мигрируют между экосистемами.
Люди вместе со своими культурными растениями и домашними животными образуют экосистему человека.
В каждой экосистеме два основных компонента: организмы с одной и факторы неживой природы с другой стороны. Вся совокупность организмов - биота (от лат. bio - жизнь), неживые факторы - абиотические.
Биотическая структура
Несмотря на громадное разнообразие экосистем, всем им, по мнению экологов, свойственна примерно одинаковая биотическая структура. Другими словами, все они включают одни и те же основные категории организмов, взаимодействующих друг с другом стереотипным образом. Эти категории следующие:
продуценты,
консументы,
детритофаги,
редуценты.
Продуценты - это в основном зеленые растения, осуществляющие фотосинтез, т.е. процесс превращения воды и двуокиси углерода в сахара с выделением в качестве побочного продукта кислорода, для чего необходима световая энергия. Глюкоза образуется по следующему механизму:
6СО2 + 6Н2О + свет С6Н12О6 + 6О2
Свет - это кинетическая энергия. Процесс фотосинтеза включает ее поглощение, превращение и запасание в виде потенциальной энергии молекул глюкозы. При этом к.п.д. превращения световой энергии в химическую составляет у растений лишь 1 - 5%.
Из сахаров и минеральных элементов питания (биогенов), получаемых из почвы или воды, растения синтезируют все сложные вещества, входящие в состав их организма.
Однако не все растения - продуценты; грибы и даже некоторые цветковые виды (подъельник) не содержат хлорофилла и не способны к фотосинтезу. Как и животные, они питаются органикой.
Все животные и другие организмы непродуценты питаются органическим веществом, используя его как источник энергии и материал для формирования своего тела. Эта группа организмов носит название консументов.
Источник вещества и энергии, необходимых консументам, - вещество и потенциальная энергия органических молекул, потребляемых с пищей. Процесс расщепления органических молекул с выделением энергии называется клеточным дыханием. В целом он противоположен фотосинтезу:
С6Н12О6 + 6О2 6СО2 +6Н2О + энергия.
Энергия, высвобождаемая при клеточном дыхании, позволяет каждой клетке мышц, нервов, печени и т.д. осуществлять свои специфические функции.
С точки зрения структуры экосистем консументов можно подразделить на первичных, или фитофагов, питающихся растительной пищей, вторичных, использующих в пищу первичных консументов и т.д.
Мертвые растительные или животные остатки, например трупы животных или опавшие листья, называются детритом. Существует множество специализированных на питании им организмов; такие консументы называются детритофагами.
Наконец, значительная часть детрита в экосистеме, в частности валежная древесина, в своем исходном виде не поедается животными, а гниет и разлагается в процессе питания грибов и бактерий. Эта специфическая часть детритофагов называется редуцентами. Их экологическая роль заключается в окончательном разложении органических остатков на минеральные составляющие, которые, таким образом, вновь становятся доступными продуцентам.