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