Главная цель экологии - узнать, как работают экосис­темы биосферы.

Обычно ученые изучают это, исследуя природные (леса, пусты­ни, степи, озера, реки, океаны) или созданные человеком (сель­скохозяйственные поля, поселки, города) экосистемы. Какие орга­низмы обитают в экосистемах? Каким образом они получают необходимые для жизни ресурсы веществ и энергии? Как эти орга­низмы взаимодействуют друг с другом и с окружающей их неживой

4 2

природой? Какие изменения будут происходить в экосистемах с течением времени? Экология пытается получить ответы на эти и другие вопросы о функционировании экосистем.

Для решения экологических проблем глобального уровня прежде всего надо изучить экосистемный уровень организации жизни.

■ Состав экосистемы, как сказано выше, представлен дву­мя группами компонентов: абиотическими - компонентами нежи­вой природы и биотическими - компонентами живой природы.

Абиотические компоненты - это химические и физические элементы неживой природы:

- неорганические вещества и химические элементы, участвую­щие в обмене веществ между живой и неживой материей: диок­сид углерода, вода, кислород, кальций, магний, калий, натрий, железо, азот, фосфор, сера, хлор и др.;

- органические вещества, связывающие абиотическую и биотичес­кую части экосистем: углеводы, жиры, аминокислоты, белки, и др.;

- поток энергии;

- воздушная, водная или твердая среда обитания;

- климатический режим: солнечный свет, испарение, ветер, темпе­ратура, влажность, осадки, водные течения и др.

Биотические компоненты состоят из трех функциональных групп организмов (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Биотические компоненты экосистем

Первая Группа организмов - продуценты (лат. producens - создающий, производящий), ИЛИ автотрофные Организмы (гр. autos - сам, trophe - пища),

т. е. «сами являющиеся пищей».

Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

Продуценты, или автотрофы - это такие организмы, кото­рые в качестве питательного материала используют простые не­органические вещества: воду, углекислый газ, нитраты, фосфа­ты и др. В качестве энергетического материала продуценты используют либо солнечный свет, либо энергию химических ре­акций. Они подразделяются на фото- и хемоавтотрофов.

Фотоавтотрофы используют в качестве источника энергии солнечный свет, а в качестве питательного материала - в основ­ном углекислый газ и воду. К этой группе организмов относятся все зеленые растения и некоторые бактерии. В процессе жизне­деятельности они синтезируют на свету органические вещества -углеводы, или сахара (СН₂0)_п, которыми питаются животные:

Хемоавтотрофы используют энергию, выделяющуюся при хими­ческих реакциях. К этой группе принадлежат, например, нитрифи­цирующие бактерии, окисляющие аммиак до азотистой и затем азотной кислоты:

Химическая энергия [Qj, выделенная при этих реакциях, исполь­зуется бактериями для синтеза органических веществ.

Главная роль в создании органических веществ принадлежит зеленым растительным организмам. Роль хемосинтезирующих бак­терий в этом процессе относительно невелика. Каждый год фотосин-тезирующими организмами на Земле создается около 150 млрд т органического вещества, аккумулирующего солнечную энергию.

Вторая группа ОргаНИЗМОВ - КОНСуменТЫ (лат. consume - потреблять), ИЛИ гетеротрофные ОргаНИЗМЫ (гр. heteros - другой, trophe - пища), Т. е.

«питающиеся другими».

Консументы, или гетеротрофы используют в качестве источ­ника и энергии, и питательного материала готовое органичес­кое вещество. Консументы осуществляют процесс разложения органических веществ. Их делят на фаготрофов (гр. phagos - пожираю­щий) и сапротрофов (г_Р. sapros - гнилой).

Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

Фаготрофы питаются непосредственно растительными или животными организмами. К ним относятся в основном крупные животные - макроконсументы.

Сапротрофы используют для питания органические вещества мертвых остатков. К этой группе относятся как мелкие организ­мы (муравьи, черви и др.), так и крупные животные (гиены, шакалы, вороны и др.).

Третья группа организмов - редуценты(лат. reductio - восстановле­ние), ИЛИ Деструкторы (лат. destruclio - разрушение).

Редуценты, или деструкторы - это консументы, участвую­щие в последней стадии разрушения, т.е. в минерализации орга­нических веществ, которые они восстанавливают до неорганичес­ких соединений (С0₂, Н₂0 и др.). Редуценты очищают природ­ную среду от отходов, они возвращают вещества в круговорот, превращая их в формы, доступные для продуцентов. Таким об­разом жизненный цикл возобновляется.

К редуцентам относятся главным образом микроскопические организмы (бактерии, грибы и др.) - микроконсументы. Их выде­ляют в отдельную группу потому, что роль редуцентов в кругово­роте веществ чрезвычайно велика. Без них в биосфере накапли­вались бы груды органических остатков; иссякли бы запасы минеральных веществ, необходимых продуцентам, и жизнь в той форме, которую мы знаем, прекратилась бы.

Пространственная структура экосистем обусловлена тем, что процессы образования и разложения органических ве­ществ, т.е. автотрофные и гетеротрофные процессы, обычно разделены в пространстве. Первые активно протекают в верхних слоях, куда проникает солнечный свет, а вторые интенсивнее в нижних слоях экосистем: почвах, донных отложениях. Кроме того, эти процессы разделены во времени, поскольку существует временной разрыв между образованием органических веществ растениями и разложением их животными организмами.

Например, в пологе леса лишь небольшая часть зеленой массы немедленно используется животными, паразитами и насекомыми.

Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

Большая часть образованного материала (листья, древе­сина, семена, корневища и др.) не потребляется сразу и пере­ходит в почву или в донные осадки. Могут пройти недели, месяцы, годы или даже тысячелетия, прежде чем накопленное органическое вещество будет использовано.

Следовательно, с точки зрения пространственной структуры, в природных экосистемах можно выделить два яруса:

верхний, автотрофный ярус, или «зеленый пояс» Зем­
ли, который включает растения или их части, содержащие хло-­
рофилл; здесь преобладают фиксация света, использование
простых неорганических соединений и синтез органических ве­
ществ, т.е. накопление солнечной энергии в сложных фотосинте-
зируемых веществах;

нижний, гетеротрофный ярус, или «коричневый пояс» Земли, представлен почвами в наземных экосистемах и донны­ми осадками - в водных. В них преобладают процессы разложе­ния мертвых органических остатков растений и животных.

Живые и неживые компоненты экосистем так тесно переплетены друг с другом в единый комплекс, что разделить их крайне трудно. Большая часть входящих в состав живых организмов химических ' элементов и органических соединений, называемых биогенными веществами, встречается как внутри, так и вне живых организмов и образует постоянный поток между живым и неживым. В то же время некоторые вещества могут принадлежать только одному из этих состояний. Например, АТФ-азы (аденозинтрифосфатазы) встре­чаются только в живых клетках, ДНК (дезоксирибонуклеиновая кис- лота) и хлорофилл не функционируют вне живых клеток, а гумус никогда не встречается в организмах.

2.2. Свойства Экосистемы, как и популяционные системы, и функции помимо «биологических свойств», присущих экосистем отдельным организмам, обладают рядом призна­ков, характеризующих сообщество в целом, называемых совокупными свойствами. Кроме того, они характеризуются

качественно новыми уникальными свойствами, отсутствую­щими у популяционных систем, входящих в их состав.

□ Свойства экосистем, таким образом, можно разделить на две группы: совокупные и качественно новые свойства.

Совокупные свойства складываются из свойств отдельных подсистем, входящих в экосистему, представляют собой сумму свойств отдельных компонентов и не характеризуют уникальные особенности, возникающие при функционировании системы как целого. Рождаемость - пример совокупного свойства, характеризую­щего сумму рождений отдельных организмов. К совокупным свой­ствам относятся также площадь обитания биоценоза, плотность организмов, их общая численность, смертность и т. д.

Помимо совокупных свойств, как сказано выше, каждая экосис­тема приобретает уникальные, качественно новые свойства, на­зываемые эмерджентными (англ. emergent - неожиданно возникающий, появля­ющийся).

Эмерджентные свойства являются следствием иерархической организации живой природы. По мере объединения подсистем в более крупные функциональные единицы у этих новых систем возникают уникальные свойства, которых не было на предыдущем уровне. Эти качественно новые свойства нельзя предсказать на основании свойств подсистем низшего порядка, составляющих си­стему следующего, более высокого уровня организации.

Для иллюстрации эмерджентных свойств можно привести при­мер из химии. Водород и кислород, соединяясь в определенном соотношении, образуют воду - жидкость, совершенно не похожую ни на водород, ни на кислород, свойства которой невозможно предсказать, исходя из свойств исходных газов. Так же и в челове­ческом сообществе. Психология толпы не есть сумма психологи­ческих портретов отдельных людей. Поведение человека вне толпы отличается от его поведения в окружении массы людей. Ч. Айтма­тов (2000 г.) пишет: «Если взять отдельного человека, то сам по себе он безопасное существо. Но как только люди собираются в большие группы, нации, этносы и вооружаются экстремистскими

Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

идеями, начинают действовать разрушительные силы толпы, с кото­рой вести диалог уже невозможно».

Дата добавления: 2015-07-20