Организация жизни на Земле
Разделы общей экологии, посвященные изучению организмов, популяций, биоценозов и экосистем, отражают сложность жизни на Земле. Жизнь на нашей планете не хаотична. Она представляет достаточно упорядоченную систему, состоящую как бы из нескольких уровней. Прежде всего, живая природа состоит из великого множества разнообразных организмов. Организменный уровень – это первый уровень организации жизни, так как вне организмов (например, в растворах, осадках, кристаллах и т. п.) жизнь не проявляется. Организмы могут быть разной степени сложности – от одноклеточных бактерий или амеб до гигантских деревьев, слонов или китов, состоящих из миллиардов клеток.
Любой организм теснейшим образом связан с окружающей средой через вещество и энергию, которые поддерживают его жизнь. Растения усваивают энергию солнечных лучей, синтезируя из неорганических веществ органические. Животные используют вещество и энергию, заключенные в их пище. Грибы всасывают растворы простых органических веществ, бактерии потребляют как органические, так и разнообразные неорганические соединения. Отработанные продукты обмена веществ выделяются в окружающую среду. Материальную зависимость организмов от внешней среды еще древнегреческий философ Гераклит выразил словами: “Текут наши тела, как ручьи, и материя постоянно обновляется в них, как вода в потоке”. Современные ученые называют организмы “открытыми системами”, которые существуют, пока через них проходят вещество и энергия.
На ход обмена веществ и состояние организмов влияют условия среды, такие как свет, температура, влажность, солевой состав воды или почвы, давление, сила ветра или течения и многие другие. Поэтому любые организмы сильнейшим образом зависят от окружающей среды, должны быть к ней приспособлены и вне еe существовать не могут.
Живая природа состоит также из видов и популяций. Популяционно-видовой – следующий уровень ее организации. Любой организм – представитель какого-нибудь вида. В современном органическом мире описано несколько миллионов различных видов. Виды распадаются на отдельные популяции, которые представляют население данного вида на определенной территории. Члены популяций, существуя вместе, взаимодействуют друг с другом в процессах размножения, использования общих ресурсов, защиты от хищников и т. п. Численность популяции сильно зависит и от внешних условий, и от ее внутренних связей.
Виды могут состоять всего из одной или из многих тысяч популяций, быть распространенными очень узко или по всей Земле, приспосабливаться за счет разных популяций к разнообразным условиям климата, почв и рельефа. Популяции теснейшим образом связаны со средой обитания, используя ее ресурсы и испытывая ее воздействие. Они также представляют собой открытые системы, через которые проходят потоки вещества и энергии.
Но и виды с их популяциями не могут существовать сами по себе. В живой природе они сильно зависят от популяций других видов. Весь органический мир складывается из биоценозов, или сообществ, представляющих сожительства популяций различных видов на общей территории (рис. 1). Третий уровень организации жизни – биоценотический. В биоценозах существование разных видов поддерживается связями между их представителями. Это прежде всего пищевые отношения, изменение среды, создание условий жизни друг для друга, разделение ресурсов. Не все виды могут ужиться вместе. Биоценозы складываются по определенным закономерностям. Для устойчивости биоценозов очень важны как их внутренние связи, так и внешние воздействия.
Рис. 1. Организмы, популяции, сообщества
Ни один биоценоз не может существовать вне зависимости от окружающей среды и от потоков энергии, поступающей извне. Однако, в отличие от организмов и популяций, биоценозы способны поддерживать круговорот веществ, т. е. многократно использовать одни и те же атомы и молекулы из неорганической среды. Происходит это через пищевые связи организмов за счет того, что органические вещества, создаваемые растениями, путем переработки их животными, грибами и бактериями разрушаются до минеральных соединений, вновь доступных для использования их растениями.
Таким образом, биоценозы вместе с теми участками среды, которые они занимают, образуют особые ячейки природы – экосистемы, где живые и неживые компоненты связаны воедино потоками энергии и круговоротом веществ. Экосистемный – еще один уровень организации жизни. Лес, луг, озеро – примеры природных экосистем. Сад, поле, город – экосистемы, созданные человеком. Экосистемы Земли очень разномасштабны. Мелкие входят в состав все более крупных, и все вместе образуют биосферу. Она представляет собой всю область земного шара, охваченную жизнью и измененную ее влиянием, и является самой крупной экосистемой Земли.
Таким образом, жизнь одновременно проявляется на разных уровнях ее организации. Организмы обязательно входят в состав видовых популяций, которые не существуют в природе вне биоценозов, а биоценозы являются составной частью и главной действующей силой экосистем, поддерживая на Земле круговорот веществ (рис. 1).
Человек сильно преобразует экосистемы Земли, создавая сельскохозяйственные угодья, города, дороги, промышленные и горнодобывающие предприятия, используя колоссальное количество энергии, влияя, в конечном счете, на всю биосферу. Одновременно развивается наука, все глубже познающая строение и законы окружающего нас мира.
Экология в своем развитии постепенно охватывала изучением все уровни организации жизни. До середины XIX в. она изучала преимущественно связи организмов различных видов со средой. Затем в ней появились разделы, связанные с обсуждением законов жизни биоценозов и популяций. К середине XX в. сформировался раздел, отражающий особенности строения и функционирования экосистем. Познание законов, действующих в экосистемах вплоть до биосферы, привело к новому взгляду на взаимоотношения человеческого общества и природы.
Современная экология – это наука, познающая основы устойчивости жизни на всех уровнях ее организации. Экология является научной основой грамотных взаимоотношений общества и природы, рационального использования природных богатств, и тем самым – поддержания на Земле человечества. Используя ее законы, человечество может найти пути не только выживания, но и дальнейшего процветания на планете.