Раздел 7. Экологические концепции Тема №21. Экологические системы и их структура

План:

21.1 Структура экосистемы.

21.2 Взаимодействие экосистемы и окружающей ее среды.

21.3 Энергетическая характеристика экосистем.

21.4 Человек как часть биосферы.

К экологическим системам (экосистема, биогеоценоз) обычно относят все живые системы вместе с их экологической нишей, т.е. окружающей средой, начиная от отдельной популяции и кончая биосферой. Все они являются открытыми системами, которые обмениваются с окружающей природной средой веществом, энергией или информацией. Наименьшей единицей экологии является популяция. Следовательно, ни молекулярный, ни клеточный, ни организменный уровни не рассматриваются в экологии, хотя и живая молекула, и клетка, и тем более организм представляют собой открытые системы, которые могут существовать благодаря взаимодействию со средой.

Еще более крупным системным объединением в экологии считается биом, который включает в свой состав живые системы и неживые факторы на обширной территории, например лиственные породы деревьев на Среднерусской возвышенности.

Наконец, биосфера охватывает, согласно Вернадскому, все живое, биокосное и косное вещество на поверхности нашей планеты. И хотя она в известных пределах функционирует автономно, но может существовать и развиваться только благодаря энергии Солнца и потому является также открытой системой, которую в отличие от других систем называют экосферой.

В экологии наибольшее значение для изучения структуры ее систем приобретает анализ тех трофических, или пищевых, связей, которые соединяют различные популяции друг с другом. В экосистеме можно выделить два уровня:

1. на верхнем, автотрофном уровне, который называют также зеленым поясом, мы встречаемся с растениями, содержащими хлорофилл и перерабатывающими солнечную энергию и простые неорганические вещества в сложные органические соединения;

2. на нижнем, гетеротрофном уровне происходит преобразование и разложение этих органических соединений в простые, неорганические.

Таким образом, в механизме трофических связей можно выделить следующие элементы:

а) продуценты, автотрофные организмы, главным образом зеленые растения, которые могут производить пищу из простых, неорганических веществ;

б) фаготрофы, гетеротрофные животные, к которым принадлежат животные, питающиеся другими живыми организмами, растительными и животными;

в) сапротрофы, организмы, которые получают энергию путем разложения мертвых тканей или растворенного органического вещества.

В связи с этим гетеротрофные организмы разделяют на биофагов, поедающих живые организмы, и сапрофагов, питающихся мертвыми тканями. Одна из характерных черт всех экосистем состоит в том, что в них происходит постоянное взаимодействие автотрофных и гетеротрофных подсистем организмов. Такое взаимодействие приводит к круговороту вещества в природе, несмотря на то, что иногда организмы разделены в пространстве. Автотрофные процессы наиболее интенсивно протекают на зеленом ярусе системы, где растениям доступен солнечный свет, а на нижнем ярусе усиленно протекают гетеротрофные процессы. Причем значительный временной разрыв между производством органического вещества автотрофами и его использованием приводит к его накоплению. Именно благодаря такому временному разрыву на нашей планете образовались огромные запасы ископаемого топлива, которые до сих пор служат важнейшим источником энергии для человечества.

Взаимодействие экосистемы и окружающей ее среды. В биологических исследованиях, в особенности в классической теории эволюции, обычно делается упор на изучение воздействия окружающей среды на живые организмы и их системы. Именно под таким углом зрения рассматривается действие различных факторов на эволюцию.

Энергетическая характеристика экосистем. Если проследить процессы превращения и получения энергии в экосистемах, то можно прийти к выводу, что жизнь есть создание солнечного луча. Действительно, лучистая энергия Солнца с помощью фотохимического синтеза сначала преобразуется зелеными растениями в органические соединения, которые впоследствии служат пищей для растительноядных животных, а последние, в свою очередь, пищей для других животных. В экосистемах происходит постоянное преобразование рассеянной в пространстве солнечной энергии в более концентрированные ее формы сначала автотрофными растениями, а затем гетеротрофными животными и человеком. При этом на каждой стадии превращения энергии происходит также ее диссипация, или рассеяние, в окружающее пространство. Для характеристики этих процессов нам необходимо привлечь известные законы термодинамики, которые необходимо конкретизировать применительно к экосистемам.

Человек как часть биосферы. Биосфера является открытой, диссипативной и нелинейной системой. Открытость биосферы лежит в основе ее функционирования. Биосфера по определению непрерывно обменивается энергией и веществом на всех уровнях. Все живые организмы являются объектами питания других организмов. Создаются пищевые цепи, в которые вовлечена, в частности через процесс фотосинтеза, и энергия Солнца. Продукты выделения животных и их остатки участвуют в геологических и биохимических процессах. Энергия и материя находятся в биосфере в процессе непрерывного движения, то есть биосфера является динамической средой, находящейся в период между катастрофами в состоянии динамического равновесия. Биосфера рассеивает поступающую и вырабатываемую энергию, то есть является диссипативной системой.

Вернадский понимал неизбежность перехода биосферы в качественно новое состояние. По Вернадскому биосфера, преобразованная трудом человека и его мыслью – это ноосфера или «сфера разума».

Контрольные вопросы:

1.Что такое экология?

2. Какова структура экосистем?

3.На какие группы делятся организмы по типу питания?

4. Что такое ноосфера?

Рекомендуемая литература:

1. Байков А.Ю., Бадаев Р.Р., Дегтяренко В.Т., Искандорян Р.А., Кесслер Г.Э., Петров Д.М., Покревский П.Е., Прокофьев М.Н., Солдатова И.В. Концепции современного естествознания. Учеб.пособие. – М.: МФА, 2008. – С. 126.

2. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. М.: Юнити, 2010. ISBN: 5-238-00564-4.

Интернет ресурсы:

3. http://www.lookatme.ru/wiki/%D0%AD%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F- сайт об экологии.

4. http://www.ebio.ru/index-5.html - электронный учебник.