Саморегуляция и устойчивость экосистем
Благодаря невероятному разнообразию жизни на Земле, в природе практически нет абсолютно сходных особей, популяций, видов и экосистем. Природные сообщества могут включать сотни и тысячи видов: от микроскопических бактерий до огромных деревьев и многотонных животных. Казалось бы, усложнение экосистемы, в частности, ее видового состава, должно было негативно отражаться на устойчивости сообщества. Тем не менее, практические наблюдения полностью опровергают это предположение.
Ознакомимся с рядом правил и принципов, которые помогут более глубокому пониманию причин устойчивости природных систем различной сложности.
Правило внутренней непротиворечивости: в естественных экосистемах деятельность входящих в них видов направлена на поддержание этих экосистем как среды собственного обитания.
Согласно этому правилу, виды в естественной природе не могут разрушать среду своего обитания, так как это вело бы их к самоуничтожению. Напротив, деятельность растений и животных направлена на создание (поддержание) среды, пригодной не только для их жизни, но и потомства.
Принцип системной дополнительности: подсистемы одной природной системы в своем развитии обеспечивают предпосылку для успешного развития и саморегуляции других подсистем, входящих в ту же систему.
Закон экологической корреляции:в экосистеме, как и в любом другом целостном природно-системном образовании, особенно в биотическом сообществе, все входящие в него виды живого и абиотические компоненты функционально соответствуют друг другу.
Выпадение одной части системы (например, уничтожение какого-либо вида) неминуемо ведет к исключению всех тесно связанных с этой частью системы других ее частей. Понимание закона экологической корреляции особенно важно в аспекте сохранения видов живого: они никогда не исчезают изолированно, т.е. в одиночку, но всегда взаимосвязанной группой.
Высокое видовое разнообразие живых существ в природе обусловливает, в свою очередь, следующие свойства сложных систем, которыми являются биоценозы.
Взаимозаменяемость видов. Хотя полностью похожих друг на друга видов не существует, многие из них, имеющие сходные экологические требования и функции, способны перекрываться. Такие виды обычно заменяют друг друга в близких сообществах, например, разные виды пихты и елей в темнохвойных таежных лесах или разные виды насекомых-опылителей на лугах. Как следствие, в случае частичного перекрывания экологических ниш многих видов выпадение или снижение активности одного из них не опасно для экосистемы в целом, так как его функцию готовы взять на себя оставшиеся. Тем самым происходит т.н. «конкурентное высвобождение», и разные звенья круговорота веществ продолжают действовать.
Регуляторные свойства. Одним из основных условий существования сложных систем служит их способность к саморегуляции, которая возникает на основе обратных связей. Принцип отрицательной обратной связи состоит в том, что отклонение системы от нормального состояния приводит в действие такие присущие ей механизмы, которые «пытаются» возвратить её в норму. Так, возрастание численности жертв приводит к увеличению численности хищников и паразитов. Рост плотности популяции выше определенного уровня, в свою очередь, так изменяет связи внутри вида, что снижается его воспроизводительная способность или усиливается рассредоточение особей в пространстве. Подчеркнем, что саморегуляция происходит тем успешнее, чем выше разнообразие видов в биоценозах и чем сложнее структура популяций.
Надежность обеспечения функций. Главные функции биоценоза в экосистеме, такие как создание органического вещества, его последующее разрушение и регуляция численности видов, обеспечиваются множеством видов организмов, которые в своей деятельности «подстраховывают» друг друга. Например, разложение целлюлозы - компонента растительных тканей - могут осуществлять самые различные организмы: специализированные бактерии, различные виды грибов, личинки насекомых, дождевые черви и т.д. Поэтому численность насекомых могут сдерживать многоядные хищники, при более высокой численности - специализированные паразиты, при еще более высокой - возбудители инфекционных заболеваний или же ужесточение конкурентной борьбы и внутрипопуляционные взаимоотношения.
Вышеизложенное позволяет сделать очень важный вывод: главное условие устойчивости всей жизни на Земле состоит в наличии биологического разнообразия.
Контрольные вопросы для самопроверки
1. Что такое экологическая система?
2. Сформулируйте основные принципы функционирования экосистем.
3. Из каких компонентов состоят экосистемы?
4. Можно ли космический корабль назвать экосистемой?
5. Сформулируйте закон максимизации энергии.
6. Что такое цепь питания и из каких звеньев она состоит?
7. Сформулируйте принцип Линдемана.
8. Сформулируйте правило пирамиды продукции экосистемы.
9. Что такое сукцессия и причины ее возникновения? В чем сущность первичной и вторичной сукцессии?
10. Назовите основную причину устойчивости экосистем.
11. Перечислите основные свойства экосистем.
Литература
21. Коробкин В. И., Передельский Л. В. Экология. - Ростов н/Д: Изд-во «Феникс», 2000.
22. Николайкин Н. И., Николайкина Н. Е., Мелехова О. П. Экология: учеб. для вузов. – М.: Дрофа, 2006.
23. Общая экология. В 2-х ч. / Под ред. Н. И. Николайкина. - М.: МГТУ ГА, 2000-2001.
24. Общая экология / Автор-составитель А. С. Степановских. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000. — 510 с.
25. Экология / Под ред. В. В. Денисова. – М.: ИКЦ «МарТ», Ростов н/Д: Издательский центр «МарТ», 2006.
ТЕМА 6
Тема 6. учение о бисфере
Целевая установка:Изучить состав, строение и границы биосферы, ее эволюцию, основные циклы биохимических круговоротов в биосфере, закономерности изменений и причины устойчивости биосферы.
После изучения данной темы слушатели смогут:
охарактеризовать геосферы Земли: магнитосферу, атмосферу, земную кору, мантию и ядро;
дать определение биосферы;
рассказать о составе, строении, химическом составе, свойствах и функциях живого вещества биосферы;
сформулировать геохимические принципы деятельности организмов Вернадского;
охарактеризовать основные экосистемы Земли;
рассказать о круговороте элементов биосферы;
сформулировать принцип Ле Шателье-Брауна;
назвать причины устойчивости биосферы;
рассказать об основных теориях эволюции;
дать классификацию ресурсов биосферы.
В лекции рассматриваются следующие вопросы:
6.1. Общие представления о геосферах
6.2. Состав, строение и границы биосферы
6.3. Живое вещество биосферы
6.4. Распределение биогеоценозов на Земле
6.5. Структура и основные циклы биохимических круговоротов
6.6. Динамика биосферы
6.7. Причины устойчивости биосферы
6.8. Эволюция – история жизни
6.9. Учение о ноосфере
6.10. Ресурсы биосферы
Контрольные вопросы для самопроверки