Гомеостаз экосистемы
Естественные экосистемы существуют в течение длительного времени - десятков и сотен лет, т.е. обладают определенной стабильностью во времени и пространстве. Для этого необходима сбалансированность потоков вещества и энергии, процессов обмена веществ между организмами и окружающей их средой. Конечно, ни одна экосистема не бывает абсолютно стабильной, неподвижной: например, периодически увеличивается численность популяций одних видов животных и растений, но уменьшается численность других. Подобные процессы имеют более или менее правильную периодичность и в целом не выводят систему из состояния равновесия. Состояние подвижно-стабильного равновесия экосистемы носит название гомеостаза. Гомеостатичность - важнейшее условие существования любой экосистемы, однако в разных сообществах его признаки и закономерности не одинаковы. Основным условием для поддержания гомеостаза в экосистеме является ее открытость, открытая экосистема непрерывно получает информацию из окружающей среды. К растениям - фотосинтетикам непрерывно поступает солнечная энергия, масса химических веществ. Ассимиляция сопровождается диссимиляцией, накопление вещества - его распадом. Замкнутые экосистемы не могут длительное время находиться в состоянии гомеостаза.
Все компоненты экосистем, находясь в постоянном взаимодействии между собой, образуют круговорот веществ. Обмен веществом между сообществом и окружающей средой можно рассматривать как процесс передачи информации (энергетической химической, генетической) между отдельными составляющими и окружающей средой. Устойчивость экосистем и сбалансированность биологического круговорота веществ обеспечивается механизм обратной связи. В естественной экосистеме всё время поддерживается равновесие, исключающее необратимое уничтожение тех или иных звеньев в трофических цепях. Рассмотрим условно простую систему «заяц – лиса», состоящую из 2 трофических уровней (рис. 4.2 ).
Рис. 4.2 - . Схема механизма обратной связи системы «заяц - лиса»
Если численность жертвы в силу каких-либо причин постоянно растёт, то хищник также имеет возможность увеличить свою численность. В этом проявляется свойство положительной обратной связи (ПОС), которая стремится вывести систему из равновесия. Так как хищник ест жертву, то естественно снижает плотность ее популяции. Это аналогично действию отрицательной обратной связи (ООС) которая компенсирует отклонение и возвращает систему в состояние равновесия. Информированность экосистемы адекватна её экологическому резерву.
В общем случае в каналах передачи информации и каналах обратной связи могут возникать помехи. Роль помех обычно играют как биотические, так и абиотические факторы, но чаще всего - антропогенные. Давление помех на экосистемы не может быть беспредельным. При определенном. уровне помех. иначе говоря стрессовом уровне, информационная обеспеченность экосистемы за счёт действия ООС не сможет компенсировать отклонения, определяемые ПОС, тогда данная экосистема гибнет. Стресс - напряжённое состояние экосистемы, испытывающей возмущающее воздействие необычных природных или антропогенных факторов, проявлявшееся в изменении энергетических процессов, круговорота биогенных веществ и структуры сообщества.
Та область, в пределах которой механизмы ООС способны, несмотря на стрессовые воздействия, сохранять устойчивость системы, называют гомеостатическим плато (рис. 4.3).
Рис. 4.3 - Схема гомеостатического плато
Устойчивость экосистемы - способность экосистемы и ее отдельных частей противостоять колебаниям внешних факторов и сохранять свою структуру и функциональные особенности. Напротив, степень неспособности экосистемы противостоять внешним воздействиям означает ее уязвимость. Если в экосистеме количество осадков понижается на 50 % по сравнению со среднегодовыми значениями, то продукция растений уменьшается при этом на 25 %, а численность популяции растительных организмов - всего лишь на 10 %. Относительное затихание колебаний в среде по мере их прохождения по пищевым цепям служит мерой внутренней устойчивости экосистемы - ее способности противостоять изменениям факторов окружающей среды.
Функционирование популяций, экосистем и биосферы в целом имеет свои законы и правила, они определяют взаимосвязь организмов с окружающей средой.