10. Экосистема как уровень организации жизни. Эмерджентные свойства данного уровня.

Экосистема — это совокупность живых организмов и среды их обитания, в рамках которой осуществляется круговорот веществ и преобразование потоков энергии. Термин был введен в 1935 г. американским экологом Артуром Тенсли. Термины «экосистема» и «биогеоценоз» нередко рассматриваются как синонимы.

Живыми компонентами экосистемы являются растения, животные, грибы, большинство бактерий и вирусы (биоценоз экосистемы); неживыми компонентами экосистемы являются атмосфера, солнечная энергия, вода, почва (биотоп экосистемы). Экосистемы являются структурными единицами биосферы.

Совокупность специфического физико-химического окружения (биотопа) с сообществом живых организмов (биоценозом) и образует экосистему.

Тенсли предложил следующее соотношение

Биотоп + биоценоз = экосистема.

Рис. -1 -

биоценоз —

Биотоп — определенная территория со свойственными ей абиотическими факторами среды обитания (климат, почва).

Биогеоценоз — совокупность биоценоза и биотопа (рис. 1). Термин «биогеоценоз» — введен российским ученым В.Н. Сукачевым (1942).

Биогеоценоз и экосистема — понятия сходные, но не тождественные. В обоих случаях — это взаимодействующие совокупности живых организмов и среды. Биогеоценоз — это экосистема в границах фитоценоза - обязательное звено. Примеры биогеоценозов - однородные участки леса, луга, степи, болота и т. п.

Экосистема — понятие более общее. Экосистемы могут и не иметь растительное звено. Таким примером являются системы, формирующиеся на базе разлагающихся органических остатков, гниющих в лесу деревьев, трупов животных, муравейник, аквариум, болото, биосфера в целом, кабина космического корабля и т. п. В них достаточно присутствие зооценоза и микробоценоза или только микробоценоза, способных осуществлять круговорот веществ.

Биогеоценозы и экосистемы могут различаться и по временному фактору (продолжительности существования). Любой биогеоценоз потенциально бессмертен, поскольку все время пополняется энергией за счет деятельности растительных фото- или хемосинтезирующих организмов. В то же время экосистемы без растительного звена заканчивают свое существование одновременно с высвобождением в процессе разложения субстрата всей содержащейся в нем энергии.

Таким образом, каждый биогеоценоз может быть назван экосистемой, но не каждая экосистема относится к рангу биогеоценоза.

Классификация экосистем осуществляется по разным признакам.

1. По размерам:

• микроэкосистемы (гниющее дерево, труп животного с населяющими его организмами, аквариум);

• мезоэкосистемы — лес, пруд, озеро, река и др.;

• макроэкосистемы — тундра, океан, степь, тропики и др.;

• глобальная экосистема — биосфера Земли.

Очень крупные экосистемы называются биомами. Каждый биом включает целый ряд меньших по размеру экосистем, связанных друг с другом. Каждая экосистема имеет характерный набор растений, животных и микроорганизмов.

1. 2. По месту нахождения. Ю. Одум выделил три группы природных экосистем:

   1. наземные экосистемы — тундра, пустыня, лесостепи и т. д.;

   2. пресноводные экосистемы — стоячие воды, текущие воды, заболоченные угодья;

   3. морские экосистемы — открытый океан, прибрежные воды, глубоководные зоны и т. д.

2. 3. По продуктивности экосистемы подразделяются на четыре класса:

   1. экосистемы очень большой продуктивности биомассы — свыше 2 кг/м2 в год;

   2. экосистемы высокой продуктивности биомассы — 1-2 кг/м2 в год;

   3. экосистемы умеренной продуктивности биомассы — 0,25-1 кг/м2 в год;

   4. экосистемы низкой продуктивности биомассы — меньше 0,25 кг/м2 в год.

Экосистемы подразделяются также на естественные и искусственные.

Естественные экосистемы— это системы, в которых процессы проходят без прямого участия человека (леса, степи, океаны и др.).

Искусственные экосистемы (нообиогеоценозы) — это совокупность организмов, живущих в созданных человеком условиях.

Нообиогеоценоз, в отличие от естественных экосистем, включает в себя дополнительно сообщество людей, называемое нооценозом.

Нооценоз — это часть искусственной экосистемы, включающая в себя средства труда, общество и продукты труда.

В экосистемах, как в любой живой системе, всегда существует обмен веществом, энергией и информацией. Живые организмы, входящие в экосистемы, для своего существования должны постоянно пополнять и расходовать энергию. Растения в процессе фотосинтеза или хемосинтеза запасают энергию в химических связях образующихся органических соединений. Растения являются первичными поставщиками пищи и энергии для всех других организмов.

Основная часть энергии, усвоенной организмом вместе с пищей, расходуется на его жизнеобеспечение (поддержание температуры, рост, размножение, движение и т. п.). Эта энергия высвобождается из химических связей органических веществ в процессе дыхания. Часть этой энергии переходит в тело организма- потребителя, увеличивая его массу. Некоторая доля пищи не усваивается организмом и из нее не высвобождается энергия. В последующем она высвобождается из экскрементов другими организмами, которые потребляют их в пищу (сапрофагами).

Эмерджентность - это наличие у системы особых свойств, отсутствующих у элементов системы. Нельзя описать процессы, происходящие в лесной экосистеме только на основе знания свойств растений, животных, микроорганизмов без учета взаимодействия между ними.

Свойства экосистем. Эмерджентные свойства

1. Целостность. Потоки вещества и энергии обеспечивают целостность экосистемы – взаимосвязь ее организмов друг с другом и с природной средой.

2. Самовоспроизводимость. Основными условиями самовоспроизводства экосистемы являются:

• · наличие в среде пищи и энергии (для автотрофов – солнечной, для хемотрофов – химической);

• · способность организмов к размножению;

• · способность организмов воспроизводить химический состав и физические свойства природной среды (структуру почвы, прозрачность воды).

3. Устойчивость экосистем.Устойчивость экосистем падает с обеднением видового состава. Самые устойчивые – богатые жизнью тропические леса (свыше 8000 видов растений), достаточно устойчивы леса умеренной полосы (2000 видов), менее устойчивы тундровые биоценозы (500 видов), мало устойчивы экосистемы океанических островов. Еще менее устойчивы фруктовые сады, а посевные поля без поддержки человека вообще не могут существовать, они быстро зарастают сорняками и уничтожаются вредителями.

4. Саморегуляция экосистем. Эффективность саморегуляции определяется разнообразием видов и пищевых взаимоотношений между ними. Если снижается численность одного из первичных консументов, то при разнообразии видов хищники переходят к питанию более многочисленными животными, которые раньше были для них второстепенными.

5. Эмерджентные свойства – новые, уникальные свойства экосистемы, возникающие в результате синергичного взаимодействия ее компонентов. Например, некоторые водоросли и кишечнополостные животные, эволюционируя совместно, образуют систему коралловых рифов, в результате чего возникает эффективный механизм круговорота элементов питания, позволяющий такой комбинированной системе поддерживать высокую продуктивность в водах с очень низким содержанием питательных элементов. Следовательно, огромная продуктивность и разнообразие коралловых рифов являются эмерджентными свойствами характерными только для уровня рифового сообщества.