Биосфера как целостная система

Наша планета Земля неповторима в плане разнообразия условий внешней среды. Это океанские просторы и горные цепи, сеть крупных рек и мелких речушек, жаркие пустыни и вечные льды полюсов. Земля- это чудо вселенной, уникальная сфера, жемчужина в космическом пространстве. Главная особенность планеты - это существование на ней жизни в самых разных ее проявлениях. Изумляет богатое разнообразие живых существ : микроскопические организмы, насекомые, растения, рыбы, птицы, млекопитающие и, наконец, сам человек.

Эти существа способны самовоспроизводиться, менять свою форму в результате комбинации и рекомбинации генов и передавать эти изменения потомкам. Делящаяся клетка остается неизменной в новых поколениях. Жизнь постоянно и беспрерывно воспроизводит себя и проявляется в возникновении новых видов и особей, каждая из которых уникальна. Все они являются живыми организмами, взаимодействующими с окружающей их неживой природой.

Согласно Одуму, все живые организмы и их окружение неразделимо связаны друг с другом. Они постоянно взаимодействуют и совместно функционируют таким образом, что потоки энергии создают четко определенные биотические структуры и круговорот веществ между живой и неживой частями, представляющими собой экологическую систему.

ЭКОСИСТЕМА

Термин экосистема впервые предложен в 1935г. английским экологом Тенсли, однако само представление об экосистеме сформировалось гораздо раньше.

Обратимся к смыслу самого понятия системы. Систему можно представить как совокупность элементов, определенным образом связанных и взаимодействующих между собой. Т.е. любой предмет, реальный или мыслимый, части которого взаимодействуют между собой. Можно представить как систему. Части системы называются ее элементами.

Структуру системы определяет способ взаимодействия элементов, что связано возникновением новой системы, ее новых свойств и новых характеристик. Отличительной чертой каждой системы является наличие входа в систему и выхода из нее. Изменения входной величины влечет за собой изменения выходной величины. Зависимость выходной величины определяется законом поведения системы. В идеальном случае этот закон может быть математическим уравнением, имеющим аналитическое решение.

Любая экосистема является открытой системой, т.е. она должна получать и отдавать энергию. Процессы, протекающие в экосистемах, являются общими для всех организмов, от бактерий до млекопитающих. Все особи сообщества, будучи связанными с окружающей средой функциональной связью, извлекают из нее материальные вещества и обогащают среду продуктами жизнедеятельности.

Любая биологическая система характеризуется специфичностью функций, упорядоченными взаимоотношениями составляющих систему частей (подсистем) и основывающимися на этих взаимоотношениях регуляторными механизмами, определяющими целостность и устойчивость системы на фоне изменяющихся внешних условий. В состав биосферы, как экологической системы, входят биологические системы разного уровня: биогеоценоз: популяция: организм. Следовательно, изучая биосферу как целостную систему, следует рассмотреть ее подсистемы.

БИОГЕОЦЕНОЗ

Биогеоценоз – это эволюционно сложившаяся, относительно пространственно ограниченная, внутренне однородная природная система живых организмов и абиотклимической среды, в которой происходит постоянный обмен веществом и энергией. Сущность биогеоценоза В.Н.Сукачев видел в процессе взаимного обмена веществом и энергией между составляющими его компонентами, а также между ними и окружающей внешней средой. Биогеоценоз имеет сложную структуру, которая включает пять основных функционально связанных частей. Это фитоценоз – растительное сообщество (автотрофные организмы, продуценты); зооценоз – животное население (гетеротрофы, консументы) и микробоценоз – различные микроорганизмы, представленные бактериями, грибами, простейшими (редуценты). Эту живую часть биогеоценоза В.Н.Сукачев относил к биоценозу. Неживую, абиотическую часть биогеоценоза слагают совокупность климатических факторов данной территории – климатоп и биокостное образование – эдафотоп (почва). В последнее время в структуру абиотической среды биогеоценоза включают также и гидрологические факторы (гидротоп). Такая совокупность абиотических компонентов биоценоза носит название биотоп.

Все взаимодействия компонентов биогеоценоза связаны между собой совокупностью пищевых частей и взаимообусловлены. Каждый компонент в природе неотделим от другого. Поддержание круговорота в конкретных биологических условиях - основная функция биогеоценоза. Она основана на пищевых взаимоотношениях видов, формирующих упорядоченную трофическую структуру биогеоценозов: продуцентов, консументов, редуцентов (живой биотической части биогеоценоза). В конкретных биогеоценозах эти 3 группы представлены популяциями множества видов. Обмен веществ строго видоспецифичен, поэтому разнообразие видов в составе каждого трофического уровня, а следовательно, экосистемы в целом, имеет большое биологическое значение:

1 – при этом обеспечивается максимальная эффективность использования источников и форм энергии для синтеза первичной продукции и трансформации вещества на разных этапах биогенного круговорота, вплоть до полной минерализации и повторного включения в цикл;

2 – многообразие однозначных по функциям в биоценозе видов выступает как мощный механизм устойчивости потоков вещества и энергии по пищевым цепям, что ведет к повышению эффективности и устойчивости функционирования систем.

Рассмотрим подробнее биотическую часть биогеоценоза.

Продуценты Автотрофные организмы. Синтезируют с помощью солнечного света из углекислого газа и воды, а также минеральных веществ органические соединения, преобразуя при этом световую энергию в химическую. Скорость, с которой в ходе фотосинтеза солнечная энергия преобразуется в органическое вещество, в пересчете на единицу площади носит название первичной продукции.

Консументы. Гетеротрофные (животные) организмы. Питаются готовым органическим веществом растений или животных. Консументы сами не могут строить органическое вещество из неорганического и получают его в готовом виде, питаясь другими организмами. В своих телах они преобразуют органику в специфические формы белков и других веществ, а в окружающую среду выделяют отходы, которые образуются в процессе их жизнедеятельности. Скорость образования биомассы консументами носит название вторичной продукции.

Деструкторы (разрушители), или редуценты. Окисляют мертвые органические остатки до углекислого газа и воды. К редуцентам относятся бактерии, грибы, простейшие, т.е. находящиеся в почве гетеротрофные микроорганизмы. Деструкторы полностью разлагают все растительные и животные остатки до неорганических составляющих, которые снова могут быть вовлечены в круговорот веществ, тем самым замыкая его.

Энергия, содержащаяся в одних организмах, потребляется другими организмами. Такой перенос энергии от автотрофов через последовательный ряд организмов к потребителям – гетеротрофам, происходящий в результате поедания одними организмами других, называется пищевой цепью. Число звеньев в ней может быть различным. Совокупность организмов, объединненых определенным типом питания, носит название трофического уровня. Первый трофический уровень занимают автотрофы (продуценты), второй – растительноядные животные (консументы первого порядка), третий – хищники, питающиеся растительноядными животными (консументы второго порядка), и паразиты первичных консументов. И, наконец, вторичные хищники (консументы третьего порядка) и паразиты вторичных консументов образуют четвертый трофический уровень. Трофических уровней может быть и больше, когда учитываются паразиты, живущие на консументах предыдущих уровней.

ПОПУЛЯЦИЯ

Популяция - это любая совокупность особей одного вида, способных обмениваться генетической информацией, обладающая

всеми необходимыми и существующая неопределенно длительное время на данной территории,условиями для поддержания своей численности

Любая популяция характеризуется рядом признаков, имеет определенную организацию и структуру. Популяции присущи как пространственные (статические), так и временные (динамические) характеристики. К пространственным характеристикам относятся общая численность, плотность, пространственное распределение (дисперсия), а также различные характеристики популяционной структуры – возрастной состав, соотношение полов. Они характеризуют состояние популяции в какой-то определенный момент времени t . Из временных (динамических) характеристик отметим рождаемость, смертность, скорость роста, кривую роста. Данные показатели характеризуют процессы, протекающие в популяции за некоторый промежуток времени. Кроме этого, для популяции характерно наличие сложных взаимоотношений с окружающей ее средой.

Как было сказано выше, популяция – совокупность особей одного вида.

ВИД

Вид - основная структурная единица живой природы. Вид возникает, развивается, а при изменении условий существования может исчезнуть или преобразоваться в другие виды.

Видом называют совокупность особей, сходных по морфофизиологическим свойствам, имеющих общее происхождение, занимающих определенный ареал, могущих свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство.

Существование жизни осуществляется на уровне структурной единицы вида особи, или организма.

В комплексе физиологических процессов на уровне организма можно выделить 2 типа реакции:

• физиологические процессы, составляющие сущность жизни: переваривание, усвоение, метаболизм;

• физиологические процессы, обеспечивающие выживание организма: механизмы адаптации к действию факторов;

• влияющие на протекание жизненных процессов.

Таким образом, биосфера (экосистема) – основная функциональная единица экологии представляющая собой единство биотических компонентов с абиотической средой, организованное потоками энергии и биологическим круговоротом веществ. Это фундаментальная общность живого и среды его обитания.