Экосистемы: закономерности существования и развития

СТРУКТУРА ЭКОСИСТЕМ
Структура экосистемы достаточно полно проявляется на примере
биогеоценоза, все компоненты которого тесно связаны между собой единством территории, общим потоком энергии (от Солнца к автотрофам и от них к гетеротрофам), обменом биогенных химических элементов, сезонными колебаниями климатических условий, численностью и взаимной приспособленностью видов всех уровней организации.
Биоценозы, в отличие от биогеоценоза, включают только взаимосвязанные между собой живые организмы, обитающие в данной местности. Биоценоз — это, по сути, система популяций, населяющих тот или иной экотоп.
Биоценозы — группировки живых организмов, находящихся в стабильном равновесии, устойчивые во времени.

БИОЦЕНОЗЫ ХАРАКТЕРИЗУЮТСЯ:
1) видовым разнообразием — числом видов растений, животных
и других организмов (микробов, грибов), образующих биоценоз;
2) плотностью популяций — числом особей каждого вида в данном биоценозе;
3) биомассой — общим количеством живого органического вещества, выраженного в единицах массы. Количество биомассы, появившейся в биоценозе в единицу времени, называется продуктивностью.

Биологический вид - совокупность особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособленных к определенным условиям жизни, обладающих определенным типом взаимоотношений с абиотической (неживой, косной) и биотической (живой) средой и занимающих в природе определенную область, называемую ареал.
Виды отличаются друг от друга определенными признаками.

Популяция – группировка особей одного вида с общим генофондом, сходной морфологией и единым жизненным циклом.
Популяция является элементарной структурой вида, в виде которой вид существует в природе.
Популяция характеризуется признаками, объединяющими группу как единое целое, а не как отдельных особей в группе:
а) плотность популяции;
б) численность популяции;
в) рождаемость;
г) возрастной состав;
д) характер распределения в пределах территории;
е) смертность в популяции;
ж) тип роста.

Популяция – группировка особей одного вида с общим генофондом, сходной морфологией и единым жизненным циклом.
Популяция является элементарной структурой вида, в виде которой вид существует в природе.
Популяция характеризуется признаками, объединяющими группу как единое целое, а не как отдельных особей в группе:
а) плотность популяции;
б) численность популяции;
в) рождаемость;
г) возрастной состав;
д) характер распределения в пределах территории;
е) смертность в популяции;
ж) тип роста;
з) «социальная» организация.

Возрастная структура популяции — количественное соотношение
особей разного возраста. Возрастная структура обычно представлена поколениями, каждое из которых является потомком предыдущих поколений. Различают три основных типа возрастной структуры:
— стабильную, где число особей разных возрастов равномерно меняется и носит характер нормального распределения (например, население стран Западной Европы);
— возрастающую, в которой преобладают молодые особи, такая популяция растет в числе или внедряется в экосистему (например,
население страны третьего мира);
— уменьшающуюся (отмирающую), в которой преобладают особи
старших возрастов, например, Россия 90-х гг. XX в.
В каждой популяции существует стремление сохранить стабильную структуру, обеспечивающую максимальное участие в размножении половозрелых особей. Возрастная структура — очень важная характеристика популяции, тесно связанная с понятиями рождаемости и смертности.

Важное значение для экосистемы имеет размещение особей, составляющих популяцию, в пространстве сообщества. Оно может
быть:
— случайным, когда особи встречаются редко, особенно при недостаточной плотности популяции (у редких растений), либо малой конкуренции между ними (например, как у многих одиночно живущих пауков);
— равномерным, что бывает при сильной конкуренции (например, размещение стеблей злаков на лугу);
— групповым, при котором внутри популяции существуют зоны
плотного заселения и зоны разрежения, т.е. особи обитают группами (например, стаи птиц).
Группы в свою очередь сами могут распределяться случайно, равномерно или группами. Следует отметить, что в большинстве случаев живые организмы проявляют ту или иную степень скученности особей.

«Социальная» организация популяций, связана с образованием внутрипопуляционных групп и формированием стереотипных отношений между особями. Главная цель такой организации — обеспечить устойчивое размножение и равномерную смену поколений. Выделяют два способа «социального» распределения особей:
1) семейный (одиночный), когда на одном участке обитает семья
(например, прайд львов) или отдельная особь; при этом границы
участка метятся, что гарантирует использование ресурсов (в первую очередь пищевых) всеми членами семьи и предотвращает перенаселение; границы в период размножения проницаемы или отсутствуют;
2) групповое размещение, при котором организмы способны изменять внешнюю среду в благоприятном для себя направлении (например, пчелы).

Экологическая ниша — это совокупность всех факторов среды, в пределах которых возможно существование вида в природе.
Экологическую нишу можно представить как часть воображаемого многомерного пространства (гиперобъема), отдельные измерения которого
соответствуют факторам, необходимым для вида. Чем больше варьируется параметр (приспособленность вида к определенному экологическому фактору), тем шире экологическая ниша; она увеличивается и при ослабленной конкуренции.
В каждой экосистеме по разным причинам могут выявляться свободные экологические ниши, позволяющие внедряться в сообщество новым видам.

В современной экологии популяция рассматривается как элементарная единица процесса эволюции. Именно в популяции появляются новые адаптации — системы признаков, с помощью которых достигается соответствие между организмом и его средой обитания. Все
адаптации имеют экологическую приуроченность к определенным условиям среды и формируются на протяжении всех стадий жизненного цикла особей вида в результате действия естественного отбора.
Таким образом, можно сказать, что адаптации отдельной популяции и вида в целом развиваются в процессе освоения экологической ниши.

По отношению к межбиоценотическим связям можно выделить три основные группы наземных экосистем:
1) стабильные сообщества, расположенные на равнинных междуречьях, в которых вынос веществ в другие экосистемы и получение их со стороны незначительны;
2) мало теряющие, но много получающие биоценозы, расположенные на низких уровнях рельефа, где накапливаются большие запасы органического вещества;
3) много теряющие, но мало получающие экосистемы на крутых склонах. Так образуется цепь экосистем, перераспределяющая вещество и энергию в биосфере.

Интенсивная хозяйственная деятельность человека ведет к замене естественных экосистем искусственными, в первую очередь сельскохозяйственными, или агроценозами. В агроценозах растительный покров создается человеком и представлен обычно одним видом или сортом культивируемого растения и сопутствующими сорняками. Как и в любой экосистеме, в агроценозе существуют пищевые цепи. Комплексы организмов, за исключением культивируемых растений, в агроценозе формируются под влиянием естественного отбора. При этом человек, создавая условия для возделываемого вида, жестко подавляет другие виды — его деятельность становится дополнительным экологическим фактором. Агроценоз неспособен длительно существовать без вмешательства
человека, так как не обладает саморегуляцией.

Закрытая (искусственная) экосистема должна состоять из следующих компонентов:
— звено регенерации воды и газовой среды (для поддержания состава кислорода в воздухе, удаления углекислого газа, а также
токсичных веществ, обогащения и регенерации воды, выделяемой организмами, и санитарно-гигиенической воды);
— звено обеспечения пищей и синтеза пищевых продуктов;
— звено удаления и утилизации отходов жизнедеятельности (сбор отходов, их переработка, очищение от запахов);
— устройства конденсирования влаги из газовой среды;
— санитарно-гигиенические устройства.
К настоящему времени создать эффективную искусственную экосистему, способную обеспечить жизнь человека в течение длительного времени, пока не удалось.

ИЗМЕНЧИВОСТЬ И СТАБИЛЬНОСТЬ ЭКОСИСТЕМ
Экосистема живет и развивается как единое целое. В природе менее устойчивые экосистемы со временем заменяются более устойчивыми.
Их смена определяется тремя факторами:
1) упорядоченным процессом развития экосистемы — установлением в ней стабильных взаимоотношений между видами;
2) изменением климатических условий;
3) модификацией физической среды под влиянием жизнедеятельности организмов, составляющих экосистему.