Рівні організації живої матерії.

 

Сукупність рослинності, тваринного світу, мікроорганізмів і певної ділянки земної поверхні, які пов'язані між собою обміном речовин та енергії, прийнято називати біогеоценозом. Даний рівень організації живої матерії включає в себе певні угруповання організмів, ґрунт, ґрунтову воду і нижні шари тропосфери. Його межі визначаються головним чином межею фітоценозу (рослинного угруповання).

Склад біогеоценозу можна представити у вигляді наступної схеми (мал. 12).

У свою чергу грунт в якійсь мірі визначає, кліматичні особливості впливає на тварин рослини і мікроорганізми. Всі живі, організми найтіснішим чином пов'язані між собою будучи, один для одного або джерелом їжі, або середовищем проживання, або факторами смертності. Особливо важлива роль мікроорганізмів у процесах грунтоутворення, мінералізації органічних речовин і нерідко виступають в якості збудників захворювань рослин і тварин.

Паралельно з терміном «біогеоценоз» застосовується термін

«екосистема», який був запропонований англійським ученим А.Тенслі в 1935 році. Екосистема - це будь-яка сукупність організмів різних видів і неорганічних компонентів, в якій можливе здійснення круговороту речовин і перетворення енергії.

Біогеоценоз і екосистема — поняття подібні, але не тотожні. Обидва поняття — це взаємодіючі сукупності живих організмів і середовища, але екосистема — поняття безмежне. Мурашник, болото, гірський хребет, біосфера загалом, кабіна космічного корабля — все це екосистеми. Біогеоценоз — це екосистема, межі якої визначені фітоцено-зами. Іншими словами, біогеоценоз — окремий випадок, певний ранг екосистеми.

Таким чином, поняття «екосистема» ширше, ніж поняття «біогеоценоз»..

 

 

Рис.. Схема складу біогеоценозу

 

Характеристика екологічної системи. Системна парадигма домінує в сучасній науці, у тому числі і екології, яка має своїм основним об'єктом вивчення екологічних систем. Перш ніж їх розглянути, слід торкнутися загального поняття "система", що має вирішальне значення для осмислення складних природних взаємодій.

Під системою розуміється сукупність елементів, що знаходяться у відносинах і зв'язках один з одним, створюючи певну цілісність, тобто структурно-функціональна єдність.

Основними характеристиками будь-якої системи будуть:

а) межі,

б) властивості елементів і системи в цілому,

в) структура,

г) характер зв'язків і взаємодії між елементами системи, а також між системою і її зовнішнім середовищем.

Межі – найскладніші характеристики системи, витікаючи з її цілісності, визначувані тим, що внутрішні зв'язки і взаємодії набагато сильніше за зовнішні. Остання обставина визначає стійкість системи до зовнішніх дій.

Структура системи визначається співвідношенням в просторі і в часі складових її елементів і їх зв'язків.

Характер зв'язків і взаємодії між елементами і із зовнішнім середовищем є різними формами речовинного, енергетичного і інформаційного обміну. За наявності зв'язків системи із зовнішнім середовищем межі є відкритими, в осоружному випадку – закритими.

Вивчення природних екосистем в загальному випадку проводиться в структурному і функціональному аспектах. В структурному відношенні досліджується видовий склад екосистеми: з'ясовується перелік видів мікроорганізмів, рослин і тварин, що населяють екосистему, їх кількісне співвідношення.

Інформація, в екологічних системах може розумітися як енергетично слабий сигнал, що управляє системою. Наприклад, він може сприйматися її організмами у формі закодованого повідомлення про можливість багато разів більш могутніх впливів з боку інших організмів, або чинників середовища, що викликають їх у відповідь реакцію. Так, слабі і абсолютно нечутливі для людини підземні поштовхи - передвісники більш могутнього руйнівного землетрусу, сприймаються багатьма тваринами, своєчасно покидаючими свої нірки.

Таким чином, інформаційна суть екосистеми складається з потоків сигналів физико-хімічної природи і визначає її кібернетичні можливості (кібернетика - мистецтво управління, гр.). Управління в екосистемах грунтується на зворотному зв'язку, зворотною петлею, по якій частина сигналів з виходу системи поступає назад на її вхід (рис.1). При цьому їх вплив на управління системою може різко посилиться. В природі часто низькоенергетичні сигнали викликають високоенергетичні реакції.

 

 

 

Рис 1 Механізм зворотного зв'язку

 

В екосистемах формуються найскладніші ланцюги і мережі причинно-наслідкових зв'язків, засновані на механізмі зворотного зв'язку, які часто утворюють замкнуті кільця, іменовані контуром зворотного зв'язку. Найпростішим прикладом такого контура служить модель "хижак-жертва (вовки - північні олені). Зобразимо графічно динаміку їх численностей (N) залежно від часу (t) (рис.2).

 

 

N       A              B                C

                                                                             

                                                                             N_o

                                                                                 

                                                                                 

                                                                             N_c

 

 

                                                                              N_в

                                                                           

                                                                                  t   

 

Рис.2. Графік динаміки численностей оленів, вовків і сов.

 

 

На відрізку часу А збільшення чисельності оленів (N_О) унаслідок сприятливих умов, перш за все кормових, приведе до збільшення чисельності вовків (N_В). Внаслідок цього поголів'я оленів стане менше (відрізок В), що веде до зменшення популяції хижака (відрізок С). Кількість сов (N_с) для даних умов є величиною сталою.

Таким чином, чисельності "хижака" і "жертви" взаємозалежні і утворюють контур зворотного зв'язку:

В цілому контур зворотного зв'язку має негативний знак і середні чисельності оленів і вовків будуть постійними. Це визначає гомеостаз (гомос - однаковий, стасис - стан, гр.) системи "хижак-жертва. Гомеостазом називається здатність організмів зберігати або підтримувати стійку динамічну рівновагу в умовах середовища, що змінюється.

Будь-яка екологічна система є системою відкритої, оскільки вона завжди взаємодіє із зовнішнім середовищем: сонячною радіацією, вологооборотом на поверхні і в грунтах, вітровим привносом і винесенням матеріалу. Отже, будь-які просторові обмеження екосистеми завжди умовні.

Будь-яка природна екосистема повільно змінюється в часі в першу чергу в частині біоти, тобто живих організмів.

Ця послідовна зміна біоценозів, яка послідовно виника є на одній і тій же території ( біотопі ) під впливом природних факторів або впливу людини називається сукцесій ( від лат. « сукцедо » - іду ).

Так, на свіжій вирубці, спочатку з'являються трав'янисті рослини, потім - сходи дерев і чагарників - світлолюбних і швидкозростаючих, зазвичай - листяних, далі - під їх пологом ростуть хвойні дерева.

 Завершальне співтовариство - стійке, самовідвновлюване ,що знаходиться в рівновазі із середовищем - називається клімаксне ( від грец. « klimax », сходи ).

Клімакс - стабільне, кінцевий стан розвитку екосистеми в умовах даного середовища..

 Поняття екологічної системи ієрархічно. Це означає, що всяка екологічна система певного рівня включає ряд екосистем поперед-нього рівня, менших за площею і сама вона, у свою чергу, є складовою частиною більш крупної екосистеми.

Це значить, що будь-яка екологічна система складається з підсистем. Їх кількість і якісна відмінність не можуть бути строго фіксовані, але визначаються фізико-географічними і іншими умовами життя. Або, виходячи з правила повноти складових: число функці - ональних складових екосистеми і зв'язків між ними в умовах квазістаціонарного її стану - завжди оптимально.

Порушення цього правила, викликане внутрішнім само-розвитком системи, або зовнішнім на неї дією, виводить систему із стану рівноваги і стимулює її перехід в іншу якість.

Кількість зв`язків М залежить від кількості компонентів N, що складають екосистему, і може бути визначено за формулою

 

 (напр., при N=1000, М=500000).

 

Харчові ланцюги

 

У екосистемі всі організми зв'язані між собою харчовими зв'язками і утворюють харчові ланцюги. Харчовий ланцюг - це лінійна послідовність організмів, в якій відбувається передача речовини і енергії від однієї ланки до іншого.

У екосистемах первинне органічна речовина утворюється в процесі фотосинтезу зеленими рослинами, поглинаючими сонячну енергію. Енергія фотонів перетворюється в енергію хімічних зв'язків, при цьому виділяється вільний кисень в атмосферу і поглинається діоксид вуглецю. Фотосинтез - єдиний біологічний процес, який йде з збільшенням вільної енергії і забезпечує доступною хімічною енергією всі земні організми. Хлорофіл поглинає світлову енергію, зосереджену в видимому спектрі з довжиною хвилі від 0,4 до 0,69 мкм (блакитний і червоні кольори ). Отже, знаючи склад сонячного випромінювання, можна стверджувати, що теоретично в реакцію фотосинтезу може залучатися не більше 10 % сонячної енергії ( реальна цифра ще менша - 1 - 2 % ). У результаті фотосинтезу рослинність земної кулі щорічно утворює більше 100 млрд. т органічної речовини. Близько половини цієї кількості припадає на частку фотосинтезу рослин морів і океанів.. Рослини щорічно запасають в результаті фотосинтезу енергію, що дорівнює 20,9 * 1022 кДж. Крім рослин, бактерії також можуть синтезувати органічну речовину з неорганічних сполук, використовуючи енергію, що звільняється при хімічних реакціях - це хемотрофи. До них відносяться серобактерии, залізобактерій, пурпурні бактерії.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: