Читайте также:
|
|
Это подтверждает хотя бы тот факт, что состав атмосферы Земли резко отличается от условий на других планетах Солнечной системы. Согласно гипотезе Геи, предложенной Дж. Лавло-ком (1979), состав атмосферы «Земли без жизни» приближался бы к составу атмосферы на Марсе или Венере (табл. 2.1).
Таблица 2.1
Сравнение состава атмосферы и температурных условий на Земле и других планетах (по Ю. Одуму, 1986, с изменениями)
Планета | Содержаниие основных газов в атмосфере, объемные доли, % | Температура поверхности, °С | ||
со2 | N2 | о2 | ||
Марс Венера «Земля без жизни» Земля | 95,0 98,0 98,0 0,03 | 2,7 1,9 1,9 78,09 | 0,13 Следы Следы 20,93 | - 53 -290 |
Таким образом, именно зеленые организмы, поглощая С02 и выделяя 02, сыграли основную роль в формировании геохимической среды Земли, благоприятной для существования других организмов. Значительное количество накопившегося кислорода сделало возможными появление и эволюцию высших форм жизни.
Примерно 300 - 500 млн лет назад отмечался особенно большой избыток органической продукции, что привело к образованию и накоплению в недрах Земли горючих ископаемых. Позже за счет накоплений этой энергии человек смог совершить промышленную революцию.
Соотношение скоростей автотрофных и гетеротрофных процессов может служить одной из главных функциональных характеристик экосистем.
Глава 2. Экосистемы - предмет экологии
Глава 2. Экосистемы - предмет экологии
Соотношение концентраций С02 и 02 отражает соотношение скоростей этих процессов в экосистемах, т. е. соотношение аккумулированной продуцентами и рассеянной консументами энергии. За последние 60 млн лет в атмосфере установилось относительно постоянное содержание 02 (21 %) и С02 (0,03 %).
Соотношение СО2 и 02 в атмосфере характеризует баланс автотрофных и гетеротрофных процессов в биосфере в целой.
При этом в разных экосистемах баланс этих процессов может быть либо положительным, либо отрицательным. Существуют автотрофные экосистемы с преобладанием процессов продукции, т. е. с положительным биотическим балансом (тропический лес, мелкое озеро, агроэкосистема). В гетеротрофных экосистемах преобладают процессы деструкции, т. е. имеет место отрицательный баланс (горная река, город).
Для биосферы в целом важнейшее значение имеет отставание процессов разложения органических веществ от процессов синтеза их зелеными растениями. Именно это отставание обусловило накопление в недрах горючих ископаемых, а в атмосфере - кислорода.
Установившийся в биосфере положительный баланс продукцион-но-деструкционных процессов обеспечивает жизнь аэробных организмов, в том числе и человека. Озабоченность вызывает деятельность человека, который значительно ускоряет процессы разложения, сжигая древесину и органическое вещество, накопленное в горючих ископаемых. В воздух выбрасывается большое количество С02, до этого связанного в угле, нефти, торфе, древесине, что может нарушить биотический баланс в биосфере.
2.3. Саморегуляция Относительно стабильное соотношение и стабильность скоростей автотрофных и гетеротроф- экосистем ных процессов на Земле существует благодаря способности экосистем и биосферы к саморегуляции, которая поддерживает экологическое равновесие в биосфере.
□ Саморегуляция экосистем обеспечивается внутренними механизмами, устойчивыми взаимодействиями между их компонентами, трофическими и энергетическими связями.
Экосистемы, популяции и организмы имеют кибернетическую природу (гр. куЬетеНке - искусство управления) и характеризуются развитыми информационными сетями, состоящими из потоков физических и химических сигналов, связывающих все их части в единое целое. Эти потоки («невидимые провода природы») управляют системой, подобно тому, как гормональная и нервная системы связывают все части организма и управляют им.
Для обеспечения работы информационной связи необходимы три элемента: рецептор, который воспринимает сигнал изменения или нарушения в системе; анализатор, который принимает, оценивает и анализирует информацию, посылаемую рецептором, и преобразователь, который изменяет или восстанавливает нарушенное состояние системы и с помощью обратного сигнала подает информацию анализатору.
Например, при повышении температуры тела рецептор кожи посылает информацию по «нервным проводам» в определенный участок мозга - анализатор. Последний, в свою очередь, посылает информацию преобразователю - потовыделяющим железам. Пот испаряется, и организм охлаждается. Когда температура нормализуется, кожные рецепторы посылают новую информацию в мозг, который подает сигнал обратной связи для прекращения потоотделения.
В экосистемах управление также основано на обратных связях, когда часть сигналов с выхода из системы вновь поступает на вход, регулируя состояние системы на выходе. Этот процесс обычно изображают обратной петлей, через которую «стекающая вниз» во вторичную субсистему информация вновь подается на первичную субсистему (рис. 2.5).
Низкоэнергетические сигналы, вызывающие высокоэнергетические реакции, очень распространены в природе. Например, каждый год на планете миллионы людей и животных гибнут от различ-
Глава 2. Экосистемы - предмет экологии
Глава 2. Экосистемы - предмет экологии
ных инфекций в результате заражения и последующего самозаражения микроскопическими паразитами, составляющими малую долю от потока энергии в экосистемах (0,01 - 0,1 %).
Рис. 2.5. Управляющие механизмы экосистем с помощью обратной связи (по Ю. Одуму, 1986, с изменениями)
Обратные информационные связи необходимы для сохранения равновесия в экосистемах. Обратные связи бывают положительными и отрицательными.
Положительная обратная связь является как бы «саморазгоняющейся». Она усиливает однонаправленные изменения в системе дополнительной информацией, поступающей с выхода системы на вход. Например, страна А увеличивает производство вооружения. Это служит сигналом стране Б для выпуска дополнительного вооружения, что является сигналом обратной положительной связи для страны А, которая начинает производить еще больше оружия. Соответственно и страна Б наращивает вооружение и т. д. Этот процесс может продолжаться до тех пор, пока одна или обе страны не обанкротятся или не подорвут себя и соседние страны. Положительная обратная связь может «расшатывать» систему и даже разрушать ее, если не поступят сигналы обратной отрицательной связи. В приведенном примере сигналом отрицательной обратной связи может служить банкротство одной из стран, которое приведет к снижению гонки вооружения в обеих странах.
Положительная обратная информационная связь не всегда губительна. Так, если вы вызываете положительные эмоции у делового партнера, он отвечает вам взаимностью, что вызывает у вас ответную реакцию, деловой интерес возрастает у обоих компаньонов и т. д. Положительная обратная связь усиливает положительные отклонения и в значительной степени определяет рост и выживание организмов, хотя может приводить и к нарушению равновесия. Для осуществления контроля необходима отрицательная обратная связь.
Отрицательная обратная связь - это поток информации в систему, противодействующий изменениям внешних условий. Она помогает избегать перегрева организма или термостата, перепроизводства продукции, перенаселения и т. д. Устройства для управления с помощью обратной связи в технике называют сервомеханизмами. Для живых систем используют термин гомеостатические
механизмы, ИЛИ ГОМеОСТаЗ (гр. homos - одинаковый, stasis - состояние), Т. е.
механизмы, поддерживающие стабильное состояние.
Сервомеханизмы, как и отдельные организмы, имеют механический или физиологический регуляторы, расположенные в «постоянной точке». Например, для поддержания постоянной температуры в помещении, термостате или холодильнике терморегулятор управляет нагревательным прибором, отключая или включая его.
Гомеостаз - это регуляторные механизмы живых систем. V теплокровных животных регуляция температуры тела осуществляется специальным центром в мозгу. Другие центры поддерживают постоянное кровяное давление, сердечный ритм и т. д. В экосистемах в результате взаимодействия круговорота веществ, потоков энергии и сигналов обратной связи от субсистем возникает саморегулирующийся гомеостаз без регуляции извне из «постоянной точки».
Дата добавления: 2015-07-20; просмотров: 186 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
Разложение органических веществ есть процесс, в результате которого организмы получают необходимые химические элементы и энергию при преобразовании пищи внутри клеток их тела. | | | Весие главным образом за счет отрицательных обратных связей. |