Лекция 2. Структура экосистем
Как было определено в лекции 1, экосистема (биогеоценоз) - это система, в которой происходят различные взаимодействия между живыми организмами, а также их взаимодействие с абиотической средой. Экосистема – основное понятие экологии, но в отличие от понятия «популяция» является условным и выбирается в зависимости от задачи исследования, например, при изучении океанов в качестве экосистем могут быть выбраны - «экосистема бухты», «экосистема залива», «экосистема внутреннего моря» или «экосистема океана».
Структура экосистемы определяется сочетанием ее элементов, которые называются экологическими факторами. Экологический фактор – это любой компонент среды, способный оказывать влияние на организм. Экологи выделяют три типа экологических факторов: абиотические, биотические и антропогенные.
I. Абиотические факторы
К абиотическим, или факторам неживой природы относятся: температура, освещенность, влажность и др., т.е. факторы климата и рельефа. Их делят на три группы – физические (температура, электромагнитные, радиоактивные и другие поля, механические воздействия), химические (соленость, концентрация кислорода и другие) и эдафические (совокупность физических, химических и механических свойств почв).
Живые существа всегда живут в определенном диапазоне какого-либо абиотического фактора. Лимитирующими экологическими факторами называют такие, которые ограничивают развитие организма из-за их недостатка или избытка по сравнению с потребностью. Впервые это стало понятно на примере закона Либиха (1840): урожай зависит от фактора, находящегося в минимуме. Общая схема воздействия любого абиотического фактора выглядит следующим образом (рис. 1).
Рисунок 1. Схема действия абиотического фактора на живые организмы
степень
благоприятностизона толерантности
фактора
нижний оптимум верхний
предел
предел
зона
нормальной
гибель зона жизнедеятельности гибель
угнетения
Интенсивность действия фактора
Таким образом, можно выделить четыре зоны с разным уровнем воздействия факторов неживой природы на популяцию: 1) оптимальную, 2) зону нормальной жизнедеятельности (когда вид может не только расти, но и размножаться), 3) зону угнетения (когда в популяции сохраняются только взрослые особи, но нет молодняка), 4) зону летальности (нижний и верхний предел выживания).
В процессе существования вида под воздействием изменчивости, наследственности и естественного отбора возникают адаптации (от лат. «приспособление») к факторам внешней среды. Поскольку температура является важнейшим из лимитирующих факторов, возникло множество адаптаций к температуре: теплокровность, спячка, диапауза (неактивное состояние у насекомых) и др. Второй важный абиотический фактор – свет - является первичным источником энергии, без которого жизнь невозможна. Свет выполняет сигнальную роль в жизни животных и растений. Это явление называется фотопериодизмом – влиянием длины светового дня на физиологию живых существ. В зависимости от приспособлений растений к влажности выделяют три группы растений: гигрофиты – влаголюбивые (рис, папирус), мезофиты – переносят незначительную засуху (большинство растений леса), ксерофиты – растения пустынь и степей. Важнейшими среди биогенных факторов являются макроэлементы (K, P, Ca, S, Mg) и микроэлементы (металлы, кремний, хлор и др.), входящие в состав белков и получаемые растениями из почвы, а животными из пищи. Эдафические факторы определяются свойствами почв. Толщина почв в умеренной зоне составляет 1,5 – 2 м и имеет три горизонта – перегнойный (гумусовый и элювиальный), вымывания и материнской породы.
Отношение вида к абиотическим условиям существования и его роль в сообществе определяет понятие экологическая ниша. Ниша не просто пространство, занимаемое организмом, но его «профессия» в сообществе. Модель экологической ниши определяется количеством факторов, воздействующих на организм, т.е., как правило, она многомерна. Экологическую нишу, определяемую только физиологическими особенностями организма, называют фундаментальной, а такую, в пределах которой вид реально встречается в природе, - реализованной.