5.1. Энергетика экосистем.

Синтез глюкозы.

Энергия Солнца улавливается в реакции фотосинтеза зеленых растений: 6CO₂+12H₂O+энергия света  C₆H₁₂O₆+6H₂O+6O₂. Здесь C₆H₁₂O₆ - это богатая энергией молекула глюкозы.

Сжигание гдюкозы.

Глюкоза сгорает в организме, образуя двуокись углерода и воду, удаляемые из организма. Высвобожденная при этом свободная энергия организует физиологические процессы. Эта часть энергии является тратой на дыхание.

Продукция.

Другая часть энергии расходуется на организацию эндотермических реакций, то есть связывается в сложных молекулярных структурах. Эта энергия, накопленная в веществе организма, называется продукцией.

Остаток.

Часть энергии остается в непереваренной пище и высвобождается другими организмами.

Трофическая цепь.

Ввиду наличия в своей структуре сложномолекулярных соединений любой организм может служить пищей для другого организма. Таким образом формируется пищевая или трофическая цепь, в которой происходит перенос энергии через ряд организмов путем поедания одних организмов другими. Трофическая цепь состоит из последовательности уровней, называемых трофическими.

Определения:

1. автотрофы (“самопитающимися”) или продуценты - это в основном зеленые растения создающие первичную продукцию.

2. консументы (потребители) или гетеротрофы – организмы, питающиеся другими организмами;

3. деструкторы (разрушители) или редуценты (редуцере - возвращать) – возвращают вещества в круговорот.

Правило 10%:

Лишь около 10% энергии аккумулируется в структурах организмов и передается на следующий трофический уровень, остальная часть – это дыхание + экскременты. Это правило ввиду ограниченности количества энергии, поступающей от Солнца, приводит к ограничению количество трофических уровней до 4-5.

Трофические сети.

В любой экосистеме разные пищевые цепи переплетаются друг с другом в сложные пищевые (трофические) сети.

Роль пищевых сетей:

1. консументы призваны вернуть вещество в круговорот;

2. 

   сложные трофические сети облегчают поток энергии через экосистему;

3. консументы регулируют экосистему, формируя гомеостаз.

Рост качества энергии вдоль пищевой цепи.

При движении энергии вдоль пищевой цепи уменьшается ее количество, но увеличивается качество. Этот принцип характерен для всех процессов преобразования энергии. Можно повысить качество энергии, но только за счет уменьшения того количества, которое удалось сконцентрировать в данном преобразовании.

Качество энергии и управление.

Рост качества накопленной энергии выражается в возрастании степени управляющего воздействия организмов на природу с каждым новым уровнем пищевой цепи.

Особенности энергетики человека.

В настоящее время наиболее мощные управляющие функции в биосфере несет на себе человек. Но по строению человек не является хищником. Энергетика человека в большей части вынесена за пределы человеческого тела в сферу его производственной деятельности.

5.2. Концепция продуктивности.

Продукция биосферы.

За год фотосинтезирующими организмами Земли создается около 170 млрд.т живого вещества и примерно столько же разрушается.

Уникальность нашего времени в высвобождении человеком накопленной за миллионы лет солнечной энергии и биогенных веществ.

Продуктивность.

Образование продукции в единицу времени на единице площади или в единице объема называется продуктивностью (измеряют в т/(га^.год или ккал/(га^.год)).

Продуктивность моря и суши.

Не смотря на свои масштабы за год море дает всего 55 млрд. тонн чистой первичной продукции, суша дает 115 млрд. тонн в год.

Продуктивность некоторых районов:

• эстуарии (устье крупной реки) - 200-3500 в среднем 1500 г/см² в год,

• коралловые рифы и зарослей водорослей - 500-4000 в среднем 2500 г/см²/год,

• зоны апвеллинга (восходящее движения водных масс от дна к поверхности, вызванное, например, океаническими течениями) - 400-1000 в среднем 500 г/см²/год,

• открытый океан - 2-400 в среднем 125 г/см2 в год.

• остальные прибрежные воды - 200-600 в среднем 360 г/см2 в год,

• влажные тропические и субтропические вечнозеленые леса - 1000-3500 в среднем 2200 г/см2/год,

• леса умеренной зоны - 600-2500 в среднем 1200 г/см2 в год,

• тайга - 400-2000 в среднем 800 г/см2 в год,

• пустыни и полупустыни - 10-250 в среднем 90 г/см2/год,

• тундра - 10-400 в среднем 140 г/см2/год,

• хорошо субсидируемые агроценозы – до 3500 г/см2/год,

• малосубсидируемые агроценозры - до 100 г/см2 в год, в среднем 650 г/см2/год,

• средняя валовая первичная продуктивность по всей биосфере - 333 г/см2/год,

Краевой эффект:

Наибольшая концентрация жизни приурочена обычно к границам сред жизни. Общее название таких границ - экотоны. Сообщества экотона содержат организмы обеих сред и еще организмы, характерные только для экотона.

Энергетические субсидии.

Всякое дополнительное вложение энергии, увеличивающее продуктивность экосистемы, называется энергетической субсидией. Например, использование агротехники, пестицидов и гербицидов, полив и т.п. Природные энергетические субсидии: ветер, приливы, течения и т.п.

Высокие урожаи человека.

Человек получает высокие урожаи только благодаря энергетическим субсидиям. Выведенные нами культуры способны жить только в условиях субсидий. В США на каждую калорию полученной пищи вкладывается около 10 калорий энергии топлива. Для удвоения урожая нужно в 10 раз увеличить субсидии. Чрезмерные субсидии могут понизить продуктивность экосистемы (например, ухудшить качество почвы).

Экологические пирамиды.

Трофическую структуру экосистемы можно изобразить в виде разного рода экологических пирамид.

Пирамида энергии (продуктивности)

Пирамида биомассы (экосистема суши)

Пирамида биомассы (экосистема моря)

Наиболее показательна пирамида энергии (продуктивности), которая иллюстрирует “правило десяти процентов”. Для любой экосистемы она всегда имеет правильную форму. Пирамиды биомассы экосистем суши обычно имеет правильную форму, а для экосистем моря –перевернутую из-за высокой скорости прироста фитопланктона.

Лекция 6. Среда обитания.

Цель: факторы среды и адаптация к ним организмов.