Состав и структура экосистем

Состав экосистемы представлен абиотическими компонента­ми неживой природы и биотическими компонентами живой при­роды.

Абиотические компоненты – это:

- неорганические вещества и химические элементы, участ­вующие в обмене между живой и мертвой материей (вода, кисло­род, кальций, магий, железо, азот, фосфор и т.д.);

- органические вещества, связывающие абиотическую и биотическую части экосистем (углеводы, жиры, аминокислоты, белки);

- воздушная, водная или твердая среда обитания;

- климатические факторы (энергия солнца, осадки, ветер).

Биотические компоненты состоят из трех функциональных групп организмов.

1) Продуценты (producens – создающий, производящий) или автотрофные организмы (trophe - пища) – создатели первичной биологической продукции, организмы, синтезирующие органи­ческие вещества из неорганических соединений (диоксида угле­рода СО₂ и воды). Главная роль в синтезе органических веществ принадлежит зеленым растительным организмам – фотоавтотрофам, которые используют в качестве источника энергии сол­нечный свет, а в качестве питательного материала – неорганиче­ские вещества, в основном углекислый газ и воду:

СО₂ + Н₂О = (СН₂О)_n + О₂.

В процессе жизнедеятельности они синтезируют на свету ор­ганические вещества - углеводы или сахара (СН₂О)_n. Фотосинтез – превращение зелеными растениями энергии Солнца в энергию химических связей и органические вещества. Световая энергия, поглощаемая зеленым пигментом (хлорофиллом) растений, поддерживает процесс их углеродного питания. Реакции, в которых поглощается световая энергия, на­зываются эндотермическими (эндо – внутрь). Энергия солнечного света аккумулируется в форме химических связей.

2) Консументы (consume – потреблять) или гетеротрофные орга­низмы (heteros - другой, trophe - пища) осуществляют процесс разложения органических веществ. Эти организмы используют органические вещества в качестве питательного материала и ис­точники энергии. Гетеротрофные организмы делят на фаготрофы (phaqos – пожирающий) и сапротрофы (sapros – гнилой). К фаготрофам относятся животные; к сапротрофам – бактерии.

3) Редуценты (redus – возвращающий) – организмы, которые превращают органические остатки в неорганические вещества. Редуценты: бактерии, грибы – участвуют в последней стадии раз­ложения - минерализации органических веществ до неорганиче­ских соединений (СО₂, Н₂О, метан и др.). Они возвращают веще­ства в круговорот, превращая их в формы, доступные для проду­центов. Без редуцентов в природе накапливались бы груды органических остатков и иссякли бы запасы минеральных веществ.

Функционирование экосистем обеспечивается взаимодействием трех основных составляющих: сообщества, потока энергии, кру­говорота веществ.

С точки зрения пространственной структуры в природных системах выделяют два яруса:

- верхний – автотрофный, или «зеленый пояс» Земли, который включает растения или их части, содержащие хлорофилл;

- нижний – гетеротрофный, или коричневый пояс Земли, кото­рый включает почвы или донные осадки, где преобладают процессы разложения мертвых органических остатков растений и животных.

Саморегуляция экосистем – важнейший фактор их существо­вания – обеспечивается внутренними механизмами, устойчивыми интегративными связями между их компонентами, трофическими и энергетическими взаимоотношениями.

Важнейшим свойством экосистемы является ее устойчивость, сбалансированность обмена и происходящих в ней процессов. Со­стояние подвижного равновесия биосистем называется гомеостазом. Гомеостаз (homoios – тот же, подобный; stasis – состояние) – это способность популяций или экосистемы поддерживать устойчивое динамическое равновесие в изменяющихся условиях среды. В основе гомеостаза лежит принцип обратной связи. Для поддер­жания равновесия в природе не требуется внешнего управления. Пример гомеостаза – субсистема «хищник – жертва», в которой регулируются плотность популяций хищника и жертвы.

Человек – самое могущественное существо, способное изме­нить функционирование экосистем. Человек относится к гетеротрофам, несмотря на совершенство техники, он нуждается в ре­сурсах жизнеобеспечения, даваемых природой. Сберечь человека можно только с помощью регулирующих механизмов, которые позволяют биосфере приспособиться к отдельным антропоген­ным воздействиям. Для поддержания своего жизнеобеспечения человек должен стремиться к сохранению режимов саморегуля­ции естественных систем жизнеобеспечения планеты.

Экологические факторы

Среда обитания – природное окружение живого организма.

Экологические фактор ы – важные для жизни организма ком­поненты окружающей среды.

Условия существования – совокупность экологических фак­торов, обеспечивающих рост, развитие и воспроизводство орга­низмов. К основным группам факторов относятся абиотические (химические, физические, климатические и пр.) и биотические (совокупность воздействия жизнедеятельности одних организмов на Другие).

Все многообразие взаимоотношений организмов подразделя­ются на антагонистические и неантагонистические. При антаго­нистических взаимоотношениях один организм подавляет другой; формы существо­вания: хищничество, паразитизм, конкуренция. Несмотря на это, многие виды в природе могут спокойно уживаться друг с другом, поскольку каждый вид обладает своей собственной экологиче­ской нишей.

Экологическая ниша – совокупность территориальных и функ­циональных характеристик среды обитания, соответствующих требованиям данного вида: пищи, условий размножения и т.д.

Антропогенные факторы – совокупность различных воздейст­вий человека на неживую и живую природу. В результате воздей­ствия человека изменяется климат, рельеф поверхности, химиче­ский состав атмосферы, исчезают виды и естественные экосисте­мы и т.д. Наиболее важный для природы антропогенный фактор – урбанизация.

Каждый живой организм существует и размножается только в определенной области значений факторов среды. Например, паль­ма дает плоды только при температуре от 26°С до 41°С, щука не пере­носит соленой воды, а тунец – пресной. Человек существует при определенных верхних и нижних значениях температуры, давления и т.д. В экономике превалирует понятие прожиточного минимума, а экология требует введения понятия прожиточного максимума.

Область количественных значений какого-либо фактора, в пределах которых могут существовать представители данного вида или данный организм, называют биоинтервалом. Если построить зависимость биологической активности от градиента фактора сре­ды, то обнаруживается, что в ней всегда есть максимум. Вершина диаграммы выживания совпадает с областью биологиче­ского оптимума, ее минимальные значения указывают пределы выживания.

В числе факторов, влияющих на выживание, выделя­ются преобладающие, например, пища, вода, тепло. К наиболее важным экологическим факторам, обеспечивающим жизнедея­тельность человека, следует отнести энергию, климат, воду, ки­слород, почву.

Главным источником биологически используемой энергии для подавляющего числа живых существ, в том числе и человека, являются солнечный свет и пища, в органических веществах ко­торой аккумулирована солнечная энергия. Ресурс солнечной энергии неисчерпаем, а доступность обусловлена климатом и географическим положением. Количество пищи на Земле, опре­деляемое чистой первичной продукцией растений, неуклонно уменьшается.

Любой экологический фактор, приближающийся к верхней или нижней границе диаграммы выживания, называется лимити­рующим. Лимитирующие факторы (например, количество пищи) контролируют условия существования экологических систем. Ос­новное свойство организма – приспособляемость к изменению окружающей среды. В живой природе существует и действует система компенсации экологических факторов – стремление ор­ганизмов ослабить лимитирующее действие физических, биоти­ческих и антропогенных влияний (например, самоочищение во­доема, приспособление растений и животных к температурным воздействиям и пр.). Основное воздействие человека на живую природу – воздействие на компенсационные механизмы (ядови­тые отходы, глобальное уничтожение лесов, тотальное загрязне­ние воды и пр.), что приводит к вредным последствиям для при­роды.

ТЕХНОСФЕРА ЗЕМЛИ