Экологические системы

Элементарной единицей биосферы является биогеоценоз, или экосистема.

Экологическая система – совокупность организмов и условий их существования, которые находятся в закономерной взаимосвязи друг с другом и функционируют как единое целое.

Каждая экосистема представляет собой единство живых организмов и среды их обитания, имеющее естественные границы. Экологическими системами, к примеру, являются озеро, река, болото, луг, лес, поле.

В экосистему поступают солнечный свет, вещества из почвы, газы из атмосферы, вода в виде дождя, снега. Живые вещества выделяют теплоту, кислород, углекислый газ, продукты жизнедеятельности.

Экологические системы устойчивы. Если какой-либо вид исчезает, его место занимает другой вид, близкий ему по роду.

Живая часть экосистемы представляет собой совокупность живых организмов, которые условно можно разделить на три большие группы.

1. Производители преобразуют неорганические вещества в органические. К ним относятся растения, сине-зеленые водоросли, некоторые виды бактерий.

2. Потребители используют готовые органические вещества. Потребители первого порядка ‒ травоядные животные ‒ питаются веществами растительного происхождения. Потребители высших порядков ‒ плотоядные животные ‒ с пищей получают вещества животного происхождения.

3. Разрушители разлагают останки мертвых организмов до простых органических и неорганических веществ. К ним относятся бактерии и грибы. Они тоже являются гетеротрофами.

Растениям не нужны живые организмы для строительства своего тела. Поэтому их называют также автотрофами, что буквально переводится как «самопитающиеся». Они используют энергию солнечного света, чтобы из неорганических веществ создавать органические, поэтому и называются производителями. Большая группа организмов не способна извлекать энергию и строить свое собственное тело только из неорганических веществ. Эти организмы питаются растениями и поэтому их называют потребителями первого порядка. К ним относятся белки, зайцы, грызуны и т.д. и т.п. Волки, лисы, совы и множество других хищников, которые их поедают, ‒ потребители второго порядка. Таких порядков может быть несколько, причем, во всех стихиях, где царит жизнь. Потребители называются также гетеротрофами, что означает – «питающиеся другими». Разрушители разлагают мертвые останки и продукты жизнедеятельности живых организмов на воду, углекислый газ (СО₂) и минеральные удобрения и тем самым замыкают трофические цепи. Таким образом, в экологических системах от одних звеньев трофических цепей к другим циркулируют питательные вещества и энергия.

Все живые организмы связывают между собой энергетические отношения ‒ цепи питания. Каждое звено называется трофическим уровнем. При переходе с более низкого уровня на более высокий происходит потеря части энергии, поскольку каждый организм нуждается в энергии для жизнедеятельности.

Например, если в какой-либо экологической системе членистоногие съедят 10 000 кг водорослей, то их биомасса – общая масса их тел – увеличится на 1 000 кг. Биомасса мелкой рыбы, которой эти членистоногие достанутся в пищу, возрастет на 100 кг. Хищная рыба, съев эту мелкую, увеличит свою биомассу на 10 кг. А человек, употребив в пищу уже хищную рыбу, станет тяжелее на 1 кг. Таким образом, можно условно изобразить пирамиду, в основании которой покоится 10 кг водорослей, а вершину венчает 1 кг массы человека. Мы видим, что в этой воображаемой пирамиде при переходе с более низкого на более высокий энергетический уровень теряется биомасса организмов – звеньев трофической цепи. А это означает соответствующую потерю энергии.

Виды приспосабливается и к определенной пище, и к тому, чтобы быть съеденными. Второе кажется парадоксальным. Но в подтверждение можно привести пример. Как удав переваривает целиком проглоченного кролика? Оказывается, что главная роль в этом принадлежит лизосомам клеток самого кролика. Лизосомы – органеллы эукариотических клеток, которые расщепляют белки, нуклеиновые кислоты и другие сложные вещества на более простые. Соляная кислота желудка удава проникает в клетки кролика и разрушает оболочку лизосом, выпуская в цитоплазму особые ферменты, которые разрушают белки в клетках кролика. По существу, тело кролика сначала переваривается собственными ферментами, а затем его усваивает организм удава[84].

Если какая-либо популяция достигает состояния, при котором возможно ее уничтожение, то в клетках составляющих ее организмов включаются механизмы, которые вырабатывают повышенное количество половых гормонов, выше обычного возрастает плодовитость самок. Такие меры способствует скорейшему восстановлению популяции.

Напротив, когда численность популяции избыточно, между организмами учащаются конфликты, стрессовые ситуации. Поэтому возрастает гибель от ран, полученных в столкновениях с конкурентами своего же вида. Также падает плодовитость самок, рождается больше организмов, страдающих отклонениями от нормы.

В развивающейся экологической системе низкоорганизованные виды постепенно заменяются высокоорганизованными. Наиболее яркий пример являет пустое поле. Сначала оно зарастает сорняками, впоследствии их вытесняют цветы. Затем помимо цветов начинают расти сначала кустарники, а потом и деревья. Растительность становится все более разнообразной. На месте прежде пустого поля вырастает густой лес.

Одним из свойств экологических систем является их устойчивость ‒ способность противодействовать разрушительным воздействиям. Если в экосистеме цепи питания длинные, то погибшую популяцию могут заменить другие, близкородственные. Длинные цепи возникают в экосистемах с большим биологическим разнообразием.

Более разнообразные экологические системы являются и более устойчивыми.