Экосистемы

Экосистемы

Введение

В 1968 г. Космонавты сфотографировали Землю с поверхности Луны. Эти снимки яснее, чем когда либо ранее, продемонстрировали, что наша планета- это шар, парящий в пустынном космосе. Она напоминает огромный космический корабль в бесконечном путешествии. У него нет базы, на которую можно вернуться для ремонта, чтобы пополнить запасы или избавиться от отходов; в его распоряжении только непрерывный поток солнечного излучения. Термином «космический корабль Земля» мы обязаны футуристу Бакминстеру Филлеру, первому взглянувшему на нашу планету с этой новой точки зрения.

Кто стоит у штурвала космического корабля Земля? К сожалению, никто! Но этот корабль оснащен изумительным набором самоподдерживающихся систем. Огромное разнообразие видов растений и животных  взаимодействует так, что удовлетворяет свои потребности и способствует существованию других. Воздух и вода в ходе своего круговорота непрерывно очищаются. Механизмы саморегуляции стремятся поддерживать все системы в равновесии друг с другом.

Определение и примеры экосистемы

Экосистему можно определить как совокупность различных видов растений, животных и микробов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей их средой таким образом, что вся эта совокупность может сохраняться неопределённо долгое время. Данное определение представляет собой очень сжатое описание наблюдаемых в природе фактов; понять его помогут примеры, многие из которых Вам, вероятно, хорошо знакомы.

Если ехать по США от Атлантического океана до Тихого, маршрут пересечет по очереди листопадные леса, злаковые прерии, пустыни с характерными кактусами на юго-западе страны и, наконец, вечнозелёные хвойные леса.

При ближайшем рассмотрении заметно, что каждый из перечисленных ландшафтов характеризуется особым растительным обществом, т.е. группировкой определённых растений. Например, листопадные леса  образованы различными  породами лиственных деревьев и асоциированые с ними травянистыми видами. Для каждого такого общества характерен определённый набор животных, которые зависят от какого-либо растения или нескольких растений, эти животные могут также зависеть от других животных. Таким образом, уничтожая один вид, мы приводим к уничтожению другого вида, а в конечном итоге и среды их обитания. Следует, однако, отметить, что мелкие животные (мыши, птицы, земляные черви, насекомые т.д.) во всех экосистемах  гораздо многочисление и их суммарный живой вес (биомасса) намного больше чем у других. Наконец с любой экосистемой связан ещё определённый набор микробов.

Экосистемы не изолируются, друг от друга между ними существуют так называемые переходные зоны. В этих зонах можно встретить виды характерные, и для первой, и для второй экосистем.

Переходная зона нередко представляет собой особое местообитание со своими специализируемыми видами. Поэтому её можно рассматривать как отдельную экосистему.

Итак, речь идёт об определённых группировках растений, животных и микробов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей средой. Мы знаем, что такие группировки  существовали задолго до появления человека и при отсутствии нарушений с его стороны могут сохраняться неопределённо долго. Каждая из них вместе со своей средой и есть экосистема. Очень крупные наземные экосистемы типа перечисленных выше называются биомами.

Структура экосистем

Познакомимся со структурой экосистем, т.е. с их составляющими частями и путями взаимодействия последних, обеспечивающими сохранения единого целого. В каждой экосистеме два основных компонента: организмы. С одной стороны, и факторы окружающей их среды неживой среды - с другой. Всю совокупность организмов (растений, животных, микробов) называют биотой экосистемы. Пути взаимодействия разных категорий организмов – это её биотическая структура; неживые факторы окружающей среды называют абиотическими.

Биотическая структура

Категории организмов

Несмотря на громадное разнообразие экосистем – от дождевых тропических лесов до пустынь, всем им, по мнению экологов, свойственна примерно одинаковая биотическая структура. Другими словами, все они включают одни и те же основные категории организмов взаимодействующих друг с другом стереотипным образом. Эти категории следующие: продуценты, консументы детридофаги и редуценты

.Продуценты – это в основном зелёные растения, осуществляющие фотосинтез, т.е. процесс превращения воды и двуокиси углерода в сахара с выделением в качестве побочного эффекта кислорода, для чего необходима световая энергия солнца. Из сахаров и минеральных элементов питания (биогенов), получаемых из почвы или воды. Далее следует рисунок:

Молекула. С помощью, которой они улавливают световую энергию необходимую для фотосинтеза зелёный пигмент хлорофилл. Таким образом, в большинстве случаев консументы можно узнать по характерной зелёной окраске. Консументы очень разнообразны – это и микроскопические одноклеточные водоросли, и средние по величине злаки и кактусы, и гигантские деревья. Итак, Для каждой крупной экосистемы характерны свои специфические зелёные растения, осуществляющие фотосинтез.

Все живые организмы экосистемы и биосферы в целом можно подразделить на фотосинтезирующие продуценты и все остальные – консументы.

Консументы – это самые разнообразные организмы от микроскопических бактерий до громадных синих китов. К ним относятся такие похожие друг на друга существа, как черви, рыбы, моллюски, насекомые и т.д. С точки зрения экосистем их можно подразделить на ряд подгрупп в соответствии с различиями в источниках пищи.

Животные, питающиеся, непосредственно продуцентами называются первичными консументами. Их самих употребляют в пищу вторичные консументы. Например: кролик ест морковку, а лиса охотится за ним. Бывают консументы третичные и более высоких порядков.

Первичные консументы называют растительноядными или фитофагами. Консументы второго и более высоких порядков – плотоядными. Виды, которые едят, как и продуценты, так и консументы – всеядными.

Если одно животное охотится на другое и в конечном итоге съедает его, то первое животное называют хищником, а второе – жертвой. При этом говорят, что между ними существует связь хищник-жертва.

Ещё одна важная группа консументов – паразиты. Т.е. организмы, тесно связаны со своими «жертвами» и питаются ими в течении длительного времени, но, как правило. Не убивают свою жертву, хотя и причиняя ей вред. Растение или животное, выступающее в этом случае, называется хозяином. Между хозяином и жертвой существует связь хозяин- паразит.

Детритофаги и редуценты. Мёртвые растительные и животные останки, например опавшие листья. Называются детритом. Существует множество видов, специализирующимися на поедании детритов. Их называют дертритофагами. (грифы, земляные черви, некоторые грибы и бактерии)

Абиотические факторы

Организмы – это лиш одна составляющая экосистемы; вторая – это окружающая их среда. Химические и физические факторы среды называют абиотическими.

степень присутствия или отсутствия каждого из них существенно отражаются на жизнеспособности организмов, но не одинаково в случае разных видов. Это сильно влияет на экосистему в целом.

Оптимум стрессовые зоны пределы устойчивости

Для разных видов условия, в которых они себя хорошо чувствуют, не одинаковы. Например, некоторые растения предпочитают очень влажную почву, другие – относительно сухую. В лабораторных экспериментах эти различая проявляются особенно чётко.

Растения выращивают в нескольких камерах, где контролируется все абиотические факторы; при этом один из них, например, температуру можно по определённой схеме изменять, остовляя все прочие на постоянном уровне. Очевидно, что такого рода эксперимент проводится для того, чтобы отделить температуру от прочих факторов. Результаты показывают, по мере повышения температуры от некой точки, при которой рост вообще невозможен, растение развивается всё лучше и лучше, пока интенсивность роста не достигнет своей максимальной уровня. Затем при дальнейшем повышении температуры растение будет чувствовать себя всё хуже и хуже, пока не погибнет. Графически это выглядит так:

Точка, при которой наблюдается максимальный рост, называется оптимумом. Как правило, это некий диапазон температур, составляющий несколько градусов, поэтому лучше говорить о зоне оптимума. Весь диапазон температур от минимальной до максимальной, при которых ещё возможен рост называется диапазоном устойчивости. Точки, ограничивающие его, т.е. максимальная и минимальная пригодные для жизни температуры, - приделы устойчивости. Между зоной оптимума и пределами устойчивости по мере приближения к последним растение испытывает всё нарастающий стресс, т.е. речь идёт об стрессовых зонах в рамках диапазона устойчивости.

Сходные эксперименты можно провести и для проверки влияния других факторов, причем результаты графически всегда будут соответствовать кривой такого же типа. Естественно, не для каждого вида выяснялось воздействие всех возможных абиотических факторов, однако повторяемость наблюдаемых тенденций позволяют заключить, что речь идёт о фундаментальном биологическом принципе. Для каждого вида (растений и животных) существуют оптимум, стрессовые зоны и приделы устойчивости в отношении каждого средового фактора.

Кроме того, подобные эксперименты демонстрируют, что виды могут существенно различаться с точки зрения оптимальных условий и приделов устойчивости

Биотические факторы

В роли лимитирующих факторов в живой природе часто выступают и биотические факторы, т.е. воздействие одних видов на другие. Так при годовой суме осадков свыше 750 мм условия для развития злаковников вполне благоприятные. Однако такая же влажность способствует росту деревьев, затеняющих злаки, что приводит к гибели последних. Таким образом, фактор, препятствующий развитию злаковников на влажных территориях – биотический, а именно конкуренция с более высокими растениями.

Физические барьеры

Ещё один фактор, препятствующий проникновению видов из одной экосистемы в другие – это физические барьеры, которые тот или иной вид преодолеть не в состоянии, например, моря, пустыни, горные хребты. Поэтому экосистемы, развивающиеся на разных континентах или на далёких от них островах в сходных абиотических условиях, могут сильно различаться в видовом составе. Если же какому-то виду удастся преодолеть физический барьер, то это приведёт к существенным изменениям, а то и к разрушению сложившихся пищевых цепей.

Охрана экосистем

Среда обитания человека в опасности!

От промышленного загрязнения страдают растения, животные и сами люди. Огромные площади некогда плодородных земель превращаются из-за эрозии, истощения водных ресурсов, засоления, отравления ядохимикатами.

Многое из вышеперечисленного происходит по вине человека. Для того, чтобы уменьшить негативное влияние человека на экосистемы и биосферу в целом и существует экологическое законодательство.