3.3. Структура биосферы. Понятие экосистемы.

Понятие экосистемы.

Основной структурной единицей биосферы является экосистема.

Экосистема - совокупности организмов и неживых компонентов, взаимодействующих совместно и связанных потоками вещества и энергии.

Ранги экосистем:

1) микроэкосистемы (лужа, гниющий пень, разлагающийся труп и т.п.);

2) мезоэкосистемы (лес, озеро, река, небольшой остров и т.п.);

3) макроэкосистемы (море, океан, континент, большой остров и т.п.);

4) глобальная экосистема (биосфера).

Биогеоценоз.

Биогеоценоз - это крупная экосистема, строящаяся на основе фитоценоза (растительности), обеспечивающего поступление первичной энергии.

В составе любой экосистемы выделяют два блока:

1. биоценоз – это совокупность взаимосвязанных популяций разных видов.

2. экотоп – это среду обитания данного биоценоза (лужа, пень).

Особенности экосистем:

1. Тесная взаимозависимость всех биотических и абиотических звеньев, обеспечивающая экосистемный гомеостаз (саморегулировку).

2. Сильные положительные и отрицательные обратные связи.

3. Явно выраженная эмерджентность.

Коэффициент эмерджентности.

Степень органичности экосистемы оценивается коэффициентом эмерджентности, зависящим от количества в ней симбиозов. Чем он выше, тем выше устойчивость экосистемы.

Воздействие человека на экосистемы.

Человека разрушает связи в экосистемах и подвергает их хроническим стрессам, которые не дают наглядных реакций, к ним трудно адаптироваться. Влияние человека на биосферу достигло уровня, после которых начинаются необратимые изменения окружающей среды и климата.

Лекция 4. Движение вещества в биосфере.

Цель: изучение механизмов, обеспечивающих непрерывность жизни.

4.1. Живое вещество биосферы. Классификация веществ по Вернадскому:

1. живое вещество – это совокупность всех живых организмов (0.01-0.02% от массывсей биосферы);

2. костные вещества – это вещества не вовлеченные в круговорот жизни;

3. биокостное вещество в отличие от костного так или иначе обусловлено воздействием жизни и вовлечено в ее круговорот (вода, почва и т.п)

4. биогенные вещества образуются в результате жизнедеятельности живых организмов (уголь, нефть, известняки, руды металлов и т.п.);

5. антропогенные вещества образуются в процессе деятельности человека.

Свойства живого вещества.

1. Высокая химическая активность благодаря ферментам.

Например, фиксация азота атмосферы требует t=500 град. и p=300-500 атмосфер.

2. Высокая скорость протекания реакций.

Например, гусеницы массой m потребляют за день пищи (100-200)m.

3. Высокая скорость обновления живого вещества.

В среднем для биосферы - 8 лет, для суши - 14 лет, для океана - 33 дня.

4. Способность быстро занимать все свободное пространство (всюдность).

Например, численность некоторых бактерий удваивается за 22 минуты.

Площадь листьев растений на 1га, составляет 8-10га и более.

5. Активность движения вопреки принципу роста энтропии.

Например, движение рыб против течения реки, движение птиц против силы тяжести.

6. Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти.

Мы живем потому, что в нас беспрерывно что-то умирает и заменяется новым. Смерть обеспечивает бесконечность жизни.

7. Высокая приспособительная способность (адаптация).

Некоторые организмы выносят температуры, близкие к абсолютному нулю, другие до 140 град., в жерлах вулканов и т.п.

Функции живого вещества в биосфере.

1. Энергетическая - аккумулирование энергии и ее перераспределение (фотосинтез и хемосинтез).

2. Окислительно-восстановительная - окисление вещества в процессе жизнедеятельности и восстановление в процессе разложения при дефиците кислорода.

3. Газовая - способность изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом (первая точка Пастера (1.2 млрд. лет назад) - 1% кислорода от современного уровня и появились первые аэробные организмы; вторая точка Пастера - 10 % кислорода от современного уровня, формирование озонового слоя).

4. Деструктивная - разрушение погибшей биоорганики и костных веществ (практически все живые организмы за исключением растений являются деструкторами (разрушителями); главная роль в этом процессе принадлежит грибам и бактериям; жизнь разрушает костные вещества вовлекая их в круговорот).

5. Рассеивающая - рассеяние живого вещества на больших пространствах (например, рассеяние гемоглобина крови кровососущими).

6. Концентрационная - способность организмов концентрировать в своем теле рассеянные элементы окружающей среды (результатом концентрационной деятельности живых организмов являются залежи руд, известняков, горючих ископаемых и т.п.)

7. Транспортная - перенос и перераспределение вещества и энергии (например, при миграциях животных).

8. Средообразующая - преобразование параметров среды (живые организмы создали особый тип вещества – почвы; коралловые заросли создают в океанах целые острова; в лесах микроклимат существенно отличается от микроклимата поля)(условия на Земле при отсутствии жизни: количество в атмосфере СО2 - 98% (сейчас 0.03%), N2 - 1,9% (сейчас 79%), O2 – 0% (сейчас 21%), средняя температура поверхности 29050оС).

9. Информационная - накопление информации и закрепление ее в наследственных структурах.