Этапы изучения экосистем с точки зрения системного подхода:

1) постановка задачи

2) концептуализация

3) спецификация

4) наблюдение

5) идентификация

6) эксперименты

7) реализация модели

8) проверка модели

9) анализ модели

10) оптимизация модели

11) заключительный синтез

02.03.2010

Биоценоз – сообщество, которое взаимодействует со всеми предыдущими уровнями и, соответственно взаимодействует с животным населением, как правило, с высшими животными (зоозы). Аналогичные связи, присутствующие у данной компоненты, и самая важная компонента - приземный слой воздуха. Среда, участвующая в активном синтезе биологической продукции.

Аналогична структура и для водных экологических систем, только с той лишь разницей, что входит донный грунт, грунтовые воды, микробное население, водный фитопланктон, животное водное население, взаимодействующее с остальными звеньями водной эко системы, водная масса ( для океанов – верхний слой толщи, в зависимости от замутненности), надводный слой воздуха. Как видно, в структуре водной и земной эко систем, практически, одни и те же компоненты. Пропитание живых существ растениями. Наличие микробов, растений и животных – как общая черта 2-х эко систем.

Несмотря на относительно простую структуру эко систем, в длительный период эволюции, имеют сложную форму, сформировали биосферу, которая является саморегулирующейся системой.

Рассмотрим основные этапы эволюции биосферы. Можно разделить на несколько этапов (на самом деле зависит от цели классификации, животного населения, биологических структур, этнических параметров окружающей среды):

1. восстановительный (гетеротрофный) - образование малых анаэробных (не использующие кислород для дыхания) организмов, способных к фотосинтезу и фиксации азота. Фотосинтез приводит к конечной продукции, в данном случае углеводы, а фиксация азота важна, т.к. для существования жизни, входит к качестве строительного материала

2. слабо окислительный, обусловленный аэробным фотосинтезом (поглощением кислорода), характерным для цианобактерий (одноклеточные простейшие, характерно фиолетовый окрас) и сине-зеленых водорослей, выделяющие при фотосинтезе кислород на этом этапе, активно реагирует с железом и другими поливалентными металлами (кроме натрия), растворенными в теплом океане, приводя их к осаждению. Т.е. образование первых донных грунтов.

3. развитие окислительно - фотоавтотрофной атмосферы (включении живых организмов, производившие органическую продукцию и выделяющие свободный кислород), начавшееся, примерно, 1.8 млрд. назад. Характерно, увеличении в биосфере свободного кислорода, обеспечивающего дыхание живых систем, по сути, возможность существования высших организмов, способных дышать. Создание озонового экрана вокруг Земли. Т.е. защита от ультрафиолетовых лучей, более стабильные условия. Стагнация – связывание (накопление) больших органических материалов в виде угля, нефти, горючих сланцев. В это время, круговороты основных элементов (углерода, кислорода, азота, фосфора) еще не сформировались. Циклы не замкнуты, не до конца сформированы.

4. начиная с кембрия (700 мл лет назад), появляются многоклеточные, которые ускоряют и регулируют круговорот биогенных элементов в природе, получая тем самым устойчивость биосферы. При этом, в кризисной ситуации, перемещаются с биосферного уровня на уровень взаимодействия автотрофов и гетеротрофов. эволюционные процессы в меньшей степени становятся зависимыми от абиотических факторов, и в большей определятся совокупностью биотических компонент. По сути, эволюционная притирка. Ускоряются эволюционные процессы высших животных. Появление цветковых растений привело к более эффективному расселению покрытосемянных на суше и определило новую тенденцию в эволюции животных. Чем больше разнообразие покрытосемянных, тем больше разнообразие животных. На этом этапе сформировались устойчивые биогенные круговороты химических элементов, роль регуляторов в биогенной миграции выполняют животные. Биосфера – сложившаяся эко система, обладающая упругой, резистентной устойчивостью т.д.

5. появление универсального регулятора биосферных процессов – человека (человек разумный – 3-3.5 млн лет назад). Современный человек зависит от этноса. критический этап, колоссальные перемены, появление огня, получение химических элементов из стагнации продуктов. Омоложение местных биоценозов. Расширение территории деятельности. Ускорение видообразование. Создание техногенной среды, основанная не на биологических законах.

Уровни устойчивости

• бактерии: высокая генерация

• наземные растения: репродукция

• покрытосемянные растения (высшие): защита оболочкой, пассивная защита

• беспозвоночные: пассивная защита, образование различных оболочек, хитиновый покров

• позвоночные: способность быстрого перемещения

• человек и цивилизация:

Перейдем к рассмотрению биологической регуляции геохимической среды (теория Геи). научной представление о Земле, как о научной целостной живой системе, в истории науки сложилось благодаря следующим ученым:

1. Ж.Б. Ламарк – основатель первой эволюционной систематики организмов

2. А. Гумбольдт

3. Вернадский – определил основные компоненты для взаимодействия живой среды и неживой. Причем опередил на 50 лет. 1972 г. – первая работа.

Рассмотрим специфические особенности (примеры). Согласно теории Геи, эволюция биоты (биотическая часть), т.е. совокупности всех организмов, настолько тесно связана с эволюцией их физического окружения в масштабах планеты, что вместе они составляют единую саморазвивающуюся систему, которая обладает саморегуляционными свойствами, напоминающими физиологические свойства живого организма. Гея, как своего рода «супер организм» поддерживает целый ряд параметров внутренней среды в относительно стабильном, благоприятном для живых организмов уровне, по сути, гомеостаз во временном срезе эволюции. Вся система объединена. Иначе говоря, биотическая компонента организует глобальные параметры среды, подстраивая их под себя. Весь облик Земли: климат, состав горных пород, воздуха и океанических вод, есть не только результат геологических процессов, но и является следствие присутствия жизни. Сформированная жизнь определила среду. Теория Дравина: изменчивость, наследственность, отбор. Взаимодействие между живыми организмами. Иллюминация видов происходит за счет них самих при негативном влиянии на окружающую среду. Звено, негативно влияющее на окружающую среду, будет иллюминировано самими законами. Предполагается, что саморегуляция таких важных свойств, как климат, химический состав, является эммержентным свойством (качественно новое свойство системы, которое нельзя спрогнозировать исходя из свойств компонент системы) процесса развития. При этом, химический состав атмосферы, ионный состав воды, климат поддерживаются в далеком от термодинамического равновесия состоянии, благоприятном для жизни остальных. В данной системе живое и неживое не разделимы. И нужны друг другу, участвуя в общем глобальном процессе, путем круговорота и переноса веществ, обмена информации.

Сам процесс эволюционного развития при этом между живой и неживой частями рассматривается не как не непрерывный процесс, а как ряд последовательных этапов.

Диметилсульфид способствует конденсации, образованию облаков (повышение толерантности живых существ). Двуокись углерода – парниковый газ. Чем больше органического углерода, тем больше освобождается кислорода. Кислород: 21-15%

Резюме: геофизиология рассматривает процессы в регуляции физических параметров окружающей среды, разнообразия живых видов. Уникальность нашей планеты: среда сильно заполнена (забуферена – редкие изменения физических параметров на ходе, приводит к мягкому их влиянию). Факт того, что химия атмосферы и сильно забуференная физическая среда Земли резко отличаются от условий другой любой планеты солнечной системы, привело к тому, что организмы вместе с физической средой образуют сложную систему регуляции, поддерживающую на Земле условия, благоприятные для жизни.

100%							Первые млекопитающие	Цветковые
80%						Первые наземные растения
50%					Первые позвоночные
30%				Организмы с наружным скелетом
10%			Воз-е двуполых орг.в
3%		Возникновение клеток с ядрами (эукариоты) Появление кислорода (прокариоты)
	4	2	1		0.7	0.4		0.1	0 млр. лет назад

В результате, состав атмосферы Земли и умеренные температурные условия, кислотность среды нельзя объяснить, если не учитывать, что основную роль здесь сыграло буферная активность ранних форм жизни. Жизнь изменяет окружающую среду в процессе. Буферная активность простейших произвели колоссальные изменения, которые поддерживаются на более или менее стабильном уровне.

03.03.2010

Живые организмы полностью формируют окружающую среду. Важнейший химический и физический параметр. Кислород сформирован развивающейся биотой. Концентрация кислорода по отношению к некоторому уровню, характеризующий некий этап эволюции. Жизнь с первичной формой: геологический период формирования, изменение и эволюция, возрастание кислорода привязывают к 2 млрд лет назад, начало возрастания. До этого, в основном, преобладали анаэробные организмы, т.е. способные существовать без кислорода. Порядка 1 млрд лет назад первой характерной точкой возрастания кислорода - возникновение клеток с ядрами, т.е. эукариоты. Понятно, что весь диапазон не присваивают одномоментному возникновению. Следующий этап, по сути, экспоненциальное возрастание, растянут во времени. Связан с возникновением двуполых организмов: прокариоты и эукариоты обменивались генетической информацией по средством вирусов и некоторого генетического аппарата. При возникновении двуполых организмов потенциально стало возможно увеличение разнообразная, т.е. генетическая информация передавалась от особей противоположенного поля.

Следующий этап – возникновение первых позвоночные животные: а промежуточная точка – первые животные с наружным скелетом. В районе 200 млн лет назад по сути концентрация вышла на 100% уровень. Эта точка связана с появлением млекопитающих, порядка 90% - первые наземные растения. Порядка 1 млн лет назад – возникновении цветковых растений, т.е. покрытосемянные в связи с устойчивостью. Возникновение человека. К этому моменту времени, по сути, практически, концентрация кислорода не изменялась. Т.о. совокупность всех организмов и ранние формы привели к изменению, например, концентрации важнейшего окислителя, многих биологических процессов на Земле.

Человеку свойственно упорядочивать мир, используя разные системы классификации. Поэтому, в экологии также есть упорядочивание разных уровней систем по различным критериями.