Принцип емерджентності

Компоненти екосистеми мають визначені властивості.

По мірі об'єднання компонентів або підмножин у більш значні функціональні одиниці, у цих нових одиниць виникають нові властивості, які були відсутні на попередньому рівні. Ці нові властивості звуться емерджентними.

Принцип емерджентності можна сформулювати так: властивості цілого неможливо зводити до суми властивостей його частин.

Емерджентні властивості виникають як результат взаємодії компонентів, а не в наслідок зміни природи цих компонентів.

Емерджентні властивості виникають при функціонуванні екосистеми як цілого і зникають при руйнації екосистеми.

Вся сукупність умов необхідних для існування того або іншого виду живих організмів, а також його роль у біологічному співтоваристві становлять екологічну нішу. Кожний вид займає свою нішу у співтоваристві.

У випадку зникнення виду, його екологічну нішу рано чи пізно займе інший вид, здатний виконувати ті ж функції у співтоваристві, що і зниклий, відбувається екологічне дублювання.

2.6 Функціонування екосистем. Потоки енергії та

речовини в екосистемах

Функціонування екосистеми будь-якого рівня здійснюється лише за рахунок використання матеріально-енергетичних і інформаційних можливостей навколишнього середовища.

Як уже визначалося раніше, визначальною характеристикою життя як особливої форми існування матерії є обмін речовин.

Обмін речовин окремих організмів із навколишнім середовищем у процесі подиху, харчування, різноманітних виділень, або в більш загальному виді - кругообіг речовини в екосистемах можливий лише в процесі використання і передачі енергії.

Кожній екосистемі і всім організмам в ній потрібний постійний і достатній приплив енергії для підтримки достатньо складних внутрішніх зв'язків, без чого не можливо протистояти ентропії, тобто прагненню енергії перейти не в корисну для організму роботу по обміну речовини (або кругообігу речовини у екосистемі ), а в тепло і розсіятися в навколишньому просторі. В екосистемі, як і у біосфері в цілому, основними потоками енергії є потоки концентрованої (в основному Сонячної ) і розсіяної енергії (теплової ). Живі організми, у деякому змісті, можна порівнювати зі своєрідними машинами, що виробляють біомасу. Розрахунки показали, що КПД рослинної машини не більше 1%, тобто тільки 1% сонячної енергії, запасено в рослинній продукції. Куди ж витрачаються інші 99% ?

Достатньо велика кількість (30-40%) променистої енергії не проникає

в листя і відбивається від їхньої поверхні. Велика частина (60-70%) витрачається на подих, випар, екскрецію, перетворюючись у тепло. Розподіл енергії на рівні продуцентів і первинних консументів подано на схемі рис.2.2

Потік сонячної енергії перетвориться рослинами в процесі фотосинтезу в енергію хімічних зв'язків, яка послідовно переходить із їжею від рослин до тварин - консументів першого порядку, від них – до консументів другого і більш високих порядків, а по мірі загибелі організмів або виділення ними покидьків - до редуцентів.

Особливістю перетворення енергії в екосистемах є її одностороння спрямованість - промениста енергія, пройшовши ряд перетворень, у значній мірі розсіюється у вигляді тепла. Таким чином, для нормального функціонування екосистеми необхідна постійна і достатня притока концентрованої енергії, спроможної перетворюватися в роботу, при цьому ентропія навколишнього середовища збільшується, тому обов'язково необхідний стік теплової енергії з екосистем.

Схема потоків енергії і речовини в екосистемах показана на рис.2.3.

Рис. 2.3.- Потоки енергії і речовини в екосистемах:

1 - сонячне світло 2 – потік речовин, 3 – теплова енергія

З.Е. - запасена енергія, З.Р. - запас речовини, П - продуценти,

К - консументи, Р - редуценти.

Ряд організмів в якому кожна попередня ланка використовується як харч для подальших має назву трофічного ( харчового ) ланцюга.

Один із варіантів трофічного ланцюга показаний на рис. 2.4.

Довжина трофічного ланцюга, не може бути занадто великою. Вона, як правило, не перевищує п'яти - семи рівнів. Це обумовлено тим, що до кожного наступного організму трофічного ланцюга переходить тільки мала доза енергії споживаної на попередньому рівні, інша йде на підтримку життєвих процесів і значна частина розсіюється у виді тепла. При переході від однієї ланки трофічного ланцюга до іншої передається тільки 10-20% зв'язаної енергії, а 80-90% її розсіюється у виді тепла. Тому, загальна маса живої речовини, наступної харчової ланки, різко зменшується..

В екології співвідношення чисельності організмів, їх біомас або зв'язаної в біомасі енергії звичайно зображують у формі екологічних пірамід (рис. 2.5.)

Розрізняють екологічні піраміди чисельності (А), біомаси (Б) та енергії (В). В основі екологічної піраміди розміщаються організми першого трофічного рівня. З точки зору оцінки загальної ефективності екосистем найбільшу інформацію дають екологічні піраміди енергії. Вони відображають швидкість утворення біомаси та показують скільки енергії утримується на кожному з трофічних рівнів за певний період часу (звичайно за рік ).Живі організми екосистем взаємозалежні з навколишнім середовищем таким чином, що потік енергії створює чітко визначені біологічні структури і кругообіги речовини між живою і неживою частинами екосистеми.

А- чисельність організмів,

Б-кількість біомаси організмів,

В- кількість зв'язаної енергії.

Під біологічним кругообігом розуміється надходження хімічних елементів із грунту, атмосфери, гідросфери в живі організми, перетворення їх у процесі життєдіяльності в складні органічні сполуки і повернення їх потім у грунт, атмосферу, гідросферу в процесі життєдіяльності з щорічним опадом частини органічної речовини і переробки її редуцентами - розкладання на прості хімічні елементи.

Біогеохімічні кругообіги речовини - частина біологічного кругообігу, складена обмінними циклами хімічних речовин, тісно пов'язаних із життям (головним чином вуглецю, води, азоту, фосфору, сірки і біогенних катіонів ).

Екосистеми будуть нормально функціонувати, якщо немає порушень при проходженні енергії через трофічні ланцюги і нормально функціонують біогеохімічні кругообіги речовини.

Збільшення забруднення атмосфери промисловими викидами ускладнює засвоєння сонячної енергії рослинами, тому що пилюкою “забиваються” їхні устячка, через які відбувається живлення і газообмін. В результаті, зменшується кількість їжі, а отже, і енергії, що надходить всім іншим живим організмом, усе більша їхня кількість не зможе протистояти збільшенню ентропії і загине. При визначених розмірах цього процесу вся система може загинути.

Це тільки один приклад негативного антропогенного впливу на Природу.