3. Экосистемы и экологические факторы

1. Биосистемы и экосистемы

Все экологические факторы подразделяются на две категории:

а) абиотические (или абиогенные) - факторы неживой или косной природы: климатические, косми­ческие, почвенные (компоненты – вещество и энергия);

б) биотические (или биогенные) - факторы жи­вой природы (компоненты – гены, клетки, органы, организмы, популяции, сообщества).

Сообщество - система совместно существующих на некото­ром участке земли или в пределах какого-либо объема простран­ства (почвы, воды) автотрофов и гетеротрофов (однако может от­дельно рассматриваться сообщество растений, т.е. автотрофов-продуцентов, или сообщество животных, т.е. консументов-гетеротрофов).

Биосистемы - это биологические системы, в которых биоти­ческие компоненты разных уровней организации (от генов до сообществ) упорядоченно взаимодействуют с абиотическими компонентами (энергией и веществом), составляя единое целое с окружающей физической средой. Биосистемы разных уровней изучаются различными дисциплинами: гены - генетикой, клетки - цитологией, органы - физиологией, организмы - ихтиологией, микробиологией, орнитологией, антропологией и др.

Популяция - совокупность разновозрастных особей одного вида, обменивающихся генетической информацией, объединен­ных общими условиями существования, необходимыми для под­держивания численности (например, популяция грызунов). Важ­нейший параметр популяции - ареал, т.е. занимаемая площадь, размер (численность, биомасса, плотность), способ распределе­ния в пространстве (равномерное или случайное). Любой вид в природе представлен совокупностью популяций.

Биоценоз - совокупность популяций, которая функционирует в определенном пространстве абиотической среды - биотопе.

Биотоп - однородное по абиотическим факторам местообита­ние, занятое одним и тем же сообществом. Примеры биотопов - лесопарк, прибрежная отмель, склон оврага.

Экосистема - это над организованная система, в которой био­тический компонент представлен биоценозом, абиотический - биотопом (биоценоз + биотоп = экосистема).

Биосфера - сумма экосистем, включающая все живые орга­низмы, взаимосвязанные с физической средой Земли.

3.2. Состав и структура экосистем

Состав экосистемы представлен абиотическими компонента­ми неживой природы и биотическими компонентами живой при­роды.

Абиотические компоненты - это:

- неорганические вещества и химические элементы, участ­вующие в обмене между живой и мертвой материей (вода, кисло­род, кальций, магий, железо, азот, фосфор и т.д.);

- органические вещества, связывающие абиотическую и биотическую части экосистем (углеводы, жиры, аминокислоты, белки);

- воздушная, водная или твердая среда обитания;

- климатические факторы (энергия солнца, осадки, ветер).

Биотические компоненты состоят из трех функциональных групп организмов.

1) Продуценты (producens - создающий, производящий) или автотрофные организмы (trophe - пища) - создатели первичной биологической продукции, организмы, синтезирующие органи­ческие вещества из неорганических соединений (диоксида угле­рода СО₂ и воды). Главная роль в синтезе органических веществ принадлежит зеленым растительным организмам - фотоавтотрофам, которые используют в качестве источника энергии сол­нечный свет, а в качестве питательного материала - неорганиче­ские вещества, в основном углекислый газ и воду:

СО₂ + Н₂О = (СН₂О)_n + О₂.

В процессе жизнедеятельности они синтезируют на свету ор­ганические вещества - углеводы или сахара (СН₂О)_n. Фотосинтез - превращение зелеными растениями энергии Солнца в энергию химических связей и органические вещества. Световая энергия, поглощаемая зеленым пигментом (хлорофиллом) растений, поддерживает процесс их углеродного питания. Реакции, в которых поглощается световая энергия, на­зываются эндотермическими (эндо - внутрь). Энергия солнечного света аккумулируется в форме химических связей.

2) Консументы (consume - потреблять) или гетеротрофные орга­низмы (heteros - другой, trophe - пища) осуществляют процесс разложения органических веществ. Эти организмы используют органические вещества в качестве питательного материала и ис­точники энергии. Гетеротрофные организмы делят на фаготрофы (phaqos - пожирающий) и сапротрофы (sapros - гнилой). К фаготрофам относятся животные; к сапротрофам - бактерии.

3) Редуценты (redus - возвращающий) - организмы, которые превращают органические остатки в неорганические вещества. Редуценты: бактерии, грибы - участвуют в последней стадии раз­ложения - минерализации органических веществ до неорганиче­ских соединений (СО₂, Н₂О, метан и др.). Они возвращают веще­ства в круговорот, превращая их в формы, доступные для проду­центов. Без редуцентов в природе накапливались бы груды органических остатков и иссякли бы запасы минеральных веществ.

Функционирование экосистем обеспечивается взаимодействием трех основных составляющих: сообщества, потока энергии, кру­говорота веществ.

С точки зрения пространственной структуры в природных системах выделяют два яруса:

- верхний - автотрофный, или «зеленый пояс» Земли, который включает растения или их части, содержащие хлорофилл;

- нижний - гетеротрофный, или коричневый пояс Земли, кото­рый включает почвы или донные осадки, где преобладают процессы разложения мертвых органических остатков растений и животных.

Саморегуляция экосистем - важнейший фактор их существо­вания - обеспечивается внутренними механизмами, устойчивыми интегративными связями между их компонентами, трофическими и энергетическими взаимоотношениями.

Важнейшим свойством экосистемы является ее устойчивость, сбалансированность обмена и происходящих в ней процессов. Со­стояние подвижного равновесия биосистем называется гомеостазом. Гомеостаз (homoios - тот же, подобный; stasis - состояние) - это способность популяций или экосистемы поддерживать устойчивое динамическое равновесие в изменяющихся условиях среды. В основе гомеостаза лежит принцип обратной связи. Для поддер­жания равновесия в природе не требуется внешнего управления. Пример гомеостаза - субсистема «хищник - жертва», в которой регулируются плотность популяций хищника и жертвы.

Человек - самое могущественное существо, способное изме­нить функционирование экосистем. Человек относится к гетеротрофам, несмотря на совершенство техники, он нуждается в ре­сурсах жизнеобеспечения, даваемых природой. Сберечь человека можно только с помощью регулирующих механизмов, которые позволяют биосфере приспособиться к отдельным антропоген­ным воздействиям. Для поддержания своего жизнеобеспечения человек должен стремиться к сохранению режимов саморегуля­ции естественных систем жизнеобеспечения планеты.