9.2 Биосфера как глобальная экосистема

Биосфера – это оболочка Земли состав, структура и энергетика которой определяется живыми организмами. Главная функция биосферы заключается в обеспечении кругово­рота химических элементов, который выражается в цирку­ляции веществ между атмосфе­рой, почвой, гидросферой и живыми организмами.

Круговорот воды. Вода испаряется и воздушными течениями переносится на большие расстояния. Выпадая на поверхность суши в виде осадков, она способствует разрушению горных пород, делает их доступными для растений и микроорганизмов, размывает верх­ний почвенный слой и уходит вместе с растворенными в ней химическими соединениями в моря и океаны.

Круговорот углерода. Углерод входит в состав разнообразных органических веществ, из которых состоит все живое. В процессе фотосинтеза зеленые растения используют угле­род диоксида углерода и водород воды для синтеза органических соединений, а освобо­дившийся кислород поступает в атмосферу. Им дышат различные животные и растения, а конечный продукт дыхания — СО₂ — выделяется в атмосферу.

Круговорот азота. Атмосферный азот включается в круговорот благодаря деятельности азотфиксирующих бактерий и водорослей, синтезирующих нитраты, пригодные для ис­пользования растениями. Часть азота фиксируется в результате образования оксидов во время электрических разрядов в атмосфере. Соединения азота из почвы поступают в рас­тения и используются для построения белков. После отмирания живых организмов гни­лостные бактерии разлагают органические остатки до аммиака. Хемосинтезирующие бактерии превращают аммиак в азотистую кислоту, а затем в азотную кислоту. Некото­рое количество азота благодаря деятельности денитрифицирующих бактерий поступает в воздух. Часть азота оседает в глубоководных отложениях и на длительный срок выклю­чается из круговорота; эта потеря компенсируется поступлением азота в воздух с вулка­ническими газами.

Круговорот серы. Сера входит в состав ряда аминокислот и также представляет собой жизненно важный элемент. Находящиеся глубоко в почве и в морских осадочных поро­дах соединения серы с металлами — сульфиды — переводятся микроорганизмами в дос­тупную форму — сульфаты, которые и поглощаются растениями. С помощью бактерий осуществляются отдельные реакции окисления — восстановления. Разложение трупов животных или растений обеспечивает возврат серы в круговорот.

Круговорот фосфора. Фосфор сосредоточен в отложениях, образовавшихся в прошлые геологические эпохи. Постепенно он вымывается из них и попадает в экосистемы или вносится на поля как удобрение. Растения используют только часть этого фосфора; много его уносится реками в моря и снова отлагается в осадках. Вместе с выловом рыбы, содержащей этот элемент, фосфор возвращается на землю. В результате деятельности человека движение многих веществ резко ускоряется, при этом в одних местах возникает недостаток, а в других — избыток каких-то веществ.

10.1 Основные исторические этапы развития экологии

Первые попытки обобщения сведений об образе жизни, зависимости от внешних условий, характере распределения животных и растений мы встречаем в трудах античных философов. Аристотель описал свыше 500 видов известных ему животных и рассказал об их поведении: о миграциях, зимней спячке, строительной деятельности, способах самозащиты и т. п. Ученик Аристотеля, «отец ботаники» Теофраст Эрезийский привел сведения о зависимости формы и роста растений от разных условий, почвы и климата.

В средние века интерес к изучению природы ослабевает и заменяется господством богословия и схоластики. Великие географические открытия в эпоху Возрождения, колонизация новых стран послужили толчком к развитию систематики. Описание растений и животных, их внешнего и внутреннего строения, разнообразия форм – главное содержание биологической науки на ранних этапах ее развития. Первые систематики – А. Цезальпин (1519–1603), Д. Рей (1623–1705), Ж. Турнефор (1656–1708) и другие сообщали и о зависимости растений от условий произрастания или возделывания. Аналогичные сведения накапливались и о поведении, повадках, образе жизни животных.

До середины XIX в. В центре внимания – морфология организма.

Карл Линней (Систематика животных и растений, Понятие вида (вид = элементарный акт творения), Бинарные латинские названия, Иерархический принцип в систематике (таксоны)

 Первые попытки выявить общие закономерности во влиянии климата на растительность земного шара принадлежат немецкому естествоиспытателю А. Гумбольдту. Его труды (1807) положили начало развитию нового направления в науке – биогеографии. А. Гумбольдт ввел в науку представление о том, что «физиономия» ландшафта определяется внешним обликом растительности. В сходных климатических условиях у растений разных таксономических групп вырабатываются сходные «физиономические» формы, и по распределению и соотношению этих форм можно судить о специфике физико-географической среды.

Первые экологические работы в России проводил Карл Рулье («О задачах экологии», 1851). К. Ф. Рулье впервые обратил внимание на сходство внешнего строения у разных видов, ведущих сходный образ жизни в той или иной среде, положив начало изучению жизненных форм в животном мире. 

Эрнст Геккель автор термина «Экология». Экология - общая наука об отношениях организмов к окружающей среде, куда относятся все условия их существованияю «Общая морфология организмов».

Развитие экологии во второй половине XIX в: В центре внимания – организм. Основные направления исследований: Описание образа жизни разных видов, Изучение жизни в экстремальных условиях (Арктика, пустыни), Закономерности влияния факторов среды (правило аллена и бергмана, адаптации), Связь морфологии организмов и среды обитания, Периодические явления в жизни организмов (сезонность, суточные ритмы). Учение о жизненных формах, биоритмы, экопериодизм, Экологические классификации. Понятие о биоценозе (Мёбиус). Объектом экологии становится сообщество организмов.

Определение границ биоценозов – необходимо для классификации и картографирования растительности. Геоботанические карты. В основе существования биоценозов лежат взаимодействия организмов между собой (нейтрализм, аменсализм0-, конкур--, хищ-+,комменс0+, мутуализм++)

Клементс и теория сукцессий.Саморазвитие биоценозов.

Основные обобщения биоценологии: Создание классификации биоценозов (геоботанические карты). Закономерности структуры биоценозов (ярусность, мозаичность), Классификация биотических связей, Концепция экологической ниши, Концепция устойчивости и саморегуляции биоценозов, Закономерности саморазвития биоценозов.

1930-е гг. – формирование нового направления –экологии популяций. Популяция – группа особей одного вида, взаимодействующих между собой и населяющих общую территорию. Основные обобщения: Критерии для описания популяций (структура популяций, динамика), Классификация межпопуляционных взаимодействий, Законы динамики популяции, Гомеостаз популяций (существуют механизмы саморегуляции популяций. Регуляция осуществляется по принципу обратной связи.). Механизмы гомеостаза, Теория экологических стратегий (стратегия большого числа потомков с высокой смертностью и стратегия большого числа потомков с высокой смертностью).

Тенсли в 1935 вводит концепцию экосистемы. А сукачев Бгц.  В этих понятиях нашла отражение идея о единстве совокупности организмов с абиотическим окружением, о закономерностях, которые лежат в основе связи всего сообщества и окружающей неорганической среды – о круговороте веществ и превращениях энергии.

Особенности развития экологии в XX в.: Математическое моделирование, Компьютеризация. Базы данных., Количественные оценки. Прогнозы, Международное сотрудничество (МБА), Прикладная экология. Охрана природы, Организационные мероприятия (общества, журналы, совещания).

Конец XX века: экология перестает быть только академической наукой, становится теоретической базой природопользования, Экология становится модной, Размывание термина «Экология» (наука, состояние ос, степень заг-я ос ии проч).