5.1.3. Екосистема — основний об’єкт екології

Концепція екосистем за Ю. Одумом є провідною у сучасній екології — саме на вивченні властивостей структури та динаміки екосистем мають бути сконцентровані зусилля екологів. Із цієї точки зору слід проаналізувати ряд визначень природних об’єктів, які, на думку дослідників, можуть претендувати на роль основних об’єктів, що вивчає екологія.

За визначенням Ю. Одума, екосистемою є будь­яка одиниця, що включає всі спільно функціонуючі організми на даній ділянці і взаємодіє з фізичним середовищем таким чином, що потік енергії створює чітко визначені біотичні структури та кругообіг речовини між живою та неживою частинами (Одум, 1976).

Подальший розвиток уявлень про екосистему та біогеоценоз привів до класифікації екосистем, де біогеоценоз є окремим ступенем організації екосистем, який маркується фітоценозом (Голубець, 2005). Біогеоценоз — екосистема в межах конкретного фітоценозу.

Поряд із визначенням екосистеми в країнах колишнього СРСР екологи широко використовували поняття «біогеоценоз». Цей тип біотичної системи вперше виділив В. М. Сукачов. За його визначенням, біогеоценоз — сукупність на певній ділянці земної поверхні однорідних природних ланок (атмосфери, гірської породи та гідрологічних умов), що має свою особливу специфіку взаємодії компонентів, із яких вона складається, тип обміну речовиною та енергією між собою та іншими явищами природи і являє собою внутрішню діалектичну єдність, що знаходиться в постійному русі, розвитку (Сукачёв, 1964).

Підбиваючи підсумок цьому короткому порівнянню, відзначимо, що всі розглянуті об’єкти є системами взаємодіючих біоценотичних і екотопічних складових, а відмінності спостерігаються лише у визначенні меж цих систем у природі.

Все це змушує розглядати поняття «екосистема» у визначенні Ю. Одума як основний об’єкт екологічного дослідження. І нижню межу екосистеми можна встановити за наявністю біогенного кругообігу речовин.

5.2. Різноманіття живих систем

5.2.1. Роль живої речовини в утворенні середовища існування

Жива речовина — сукупність усіх форм життя у біосфері. Результати інтегрованої активності різних живих організмів виявляються не лише у вигляді їх пристосування до проживання в різних умовах, але й у зворотній дії на середовище, що призводить до зміни його характеристик. В основі цього лежить процес обміну речовин як специфічна властивість життя.

Сучасне середовище як сукупність абіотичних складових (атмосфери, клімату тощо) значною мірою зумовлене життєдіяльністю організмів, що мешкають у ньому. Живі організми, діючи та накопичуючись у вигляді мертвої органіки впродовж геологічної історії планети, докорінним чином змінили початкові хімічні та фізичні властивості середовища у бік, сприятливий для стійкого існування життя.

Як відомо, походження та властивості ґрунту в основному обумовлені діяльністю живих організмів. Тільки вони виробляють і розкладають органічну речовину, без якої гірські породи не мають специфічних властивостей ґрунту, зокрема родючості. Діяльність мікроорганізмів, рослин і тварин формує структуру ґрунтів, їх хімізм, сприяє процесу подальшого ґрунтоутворення.

У водному середовищі яскраво виражений вплив живих організмів на хімічний склад води. Різні групи організмів постійно виводять у водне середовище продукти метаболізму, зокрема іони солей, органічні кислоти, нітрогенвмісні речовини, сірководень тощо. Рослини — мешканці еуфотичної зони виділяють кисень, який частково залишається в розчиненому стані. Тварини-фільтратори, маса яких дуже велика, безперервно пропускають через свої організми величезну кількість води, вилучаючи з неї зважені органічні частки та розчинені солі. Підраховано, що фільтратори Великого Бар’єрного рифу (Австралія) упродовж 5 років профільтровують весь об’єм Тихого океану. Масштаби водообміну, що створюється фільтраторами, нерідко перевершують природні гідрологічні процеси. Коефіцієнт водообміну ДніпровськоБузького лиману — 1,8, а молюски, що населяють його, протягом теплого сезону профільтровують воду лиману 5 разів!

Характерна для багатьох гідробіонтів вибірковість вилучення певних речовин із середовища, а також здатність накопичувати їх в організмі приводять не тільки до зміни хімізму середовища, а й до формування специфічних особливостей рельєфу, властивостей морського дна (наприклад, утворення коралових рифів, атолів, органогенних мулів тощо). Рельєф дна формується і під впливом великих тварин. Відомо, наприклад, що у північно-східній частині Берингова моря тихоокеанські моржі та сірі кити, живлячись бентосом, утворюють на дні ями та жолоби в такій кількості і таких розмірів, що за своїм впливом на рельєф вони можуть бути порівняні з геологічними процесами. Багатьом тваринам властиве накопичення певних солей, які акумулюються у складі скелетних утворень (Са, Si, Mg, Р тощо). Відмираючи, ці організми утворюють потужні відкладення вапняків, доломіту, кремнезему, формуючи таким чином геологічну структуру морського дна. Виникнення органогенних донних відкладень приводить до того, що ці речовини випадають із біотичного кругообігу і стають складовою частиною літосфери. Якщо життя в активній формі проникає в літосферу відносно неглибоко, то породжені ним шари осадових порід мають потужність порядку декілька десятків кілометрів (В. І. Вернадський, 1965).

Сучасний газовий склад атмосфери практично цілком визначається діяльністю живих організмів, головним чином через фотосинтез і дихання. Історія формування сучасної атмосфери достатньо складна. Вільний молекулярний кисень виділявся й у добіологічний період історії Землі. Його джерелом був процес фотодисоціації водяної пари. Але накопичення кисню в атмосфері в цей час не відбувалося; він негайно з’єднувався з оксидом Карбону вулканічних газів і з іншими речовинами, а частково створював у верхніх частинах атмосфери озоновий шар, який перешкоджав подальшому наростанню фотолізу пари.

У період до початку палеозою накопичення кисню в атмосфері йшло поволі й не перевищувало 10 % сучасного рівня. Тільки з появою наземної рослинності починається помітне підвищення рівня кисню в атмосфері; одночасно шар озону та накопичення у верхніх частинах атмосфери СО₂ і водяної пари поступово екранували короткохвильову частину сонячного випромінювання й усували можливість подальшого утворення кисню шляхом фотолізу води.

Діоксид Карбону (СО₂) на ранніх етапах розвитку Землі мав переважно вулканічне походження, і вміст його в атмосфері був вище сучасного. У даний час значна частина СО₂ атмосфери має біологічне походження: він виділяється головним чином у процесі дихання живих організмів. Показано, наприклад, що на 1 га пшеничного поля за добу продукується 135 кг СО₂, зокрема 75 кг мікроорганізмами та 60 кг корінням пшениці.

Вулканічний СО₂ становить лише соті долі відсотка; проте постійне надходження в атмосферу абіогенного діоксиду Карбону, на думку деяких вчених, компенсує високий рівень споживання його у біологічних процесах.

Сучасні властивості газової оболонки Землі мають істотне значення в її тепловому балансі. Значна частина сонячної енергії досягає поверхні Землі у видимій частині спектра. Земля випромінює отриману енергію (як відносно холодніше тіло) головним чином в інфрачервоній (довгохвильовій) частині спектра. Інфрачервоне випромінювання Землі екранується парами води, СО₂ та озоном. Це запобігає надмірній втраті тепла поверхнею Землі випромінюванням і сприяє підвищенню температури на поверхні планети. Підраховано, що без цього «парникового ефекту» температура в навколоземному шарі була б приблизно на 40 °С нижчою, ніж реєстрована нині. Природно, така температурна ситуація не сприяла б розвитку життя, принаймні у тих формах, в яких вона відома на Землі.

Поступове збільшення концентрації СО₂ в атмосфері, що відбувається в наші дні, пов’язане з промисловими викидами і може бути причиною наростання «парникового ефекту» та потепління клімату. У той же час, часткове руйнування озонового екрана, що спостерігається зараз, може певною мірою компенсувати цей ефект за рахунок збільшення витрат тепла з поверхні Землі. Одночасно збільшиться потік короткохвильового ультрафіолетового випромінювання, що небезпечно для багатьох живих організмів. Зрозуміло, що антропогенне «втручання» в атмосферу породжує непередбачувані й небажані наслідки.

На рівні конкретних екосистем формуються важливі деталі клімату. Відома роль рослинності в утворенні певного режиму температури та вологості. Наприклад, активна транспірація рослинами лісів і луків вологи впливає на кількість опадів. Так, у Німеччині саме за рахунок транспірації рослинами лісів кількість опадів збільшується.

Рослинність впливає також на вітровий режим, умови залягання снігового покриву та інші важливі кліматичні параметри. Загалом, на тлі фундаментальних географічних особливостей клімату, що визначаються астрономічними чинниками, рельєф і тип рослинності утворюють особливості мезо- та мікроклімату, що має велике значення у формуванні складних багатовидових угруповань живих організмів. У континентальних водоймах аналогічний ефект досягається за рахунок впливу рослинності на швидкість течії, температурний режим і хімізм водойми.

Таким чином, сукупна діяльність усіх форм життя активно перетворює властивості основних середовищ його існування: повітряного, наземного, підземного, водного. Сучасна біосфера (сфера живого) — продукт взаємодії живого та неживого (літосфери).