Природные биосистемы

Структура экосистем
1. Видовая;
2. Морфологическая (пространственная):
а). горизонтальная;
б). вертикальная;
3. Временная;
4. Трофическая;
5. Функциональная.

Видовая структура экосистем
Для каждого вида биоценоза видовая структура вполне закономерна. Более того, наблюдается сходство жизненных форм (а иногда и видовой состав) биогеоценозов, расположенных в разных природных (ландшафтных) зонах. Например, участки тундры попадаются высоко в горах не только в умеренном поясе, но даже в тропиках (альпийская тундра).
Доминанты – наиболее многочисленные виды. Например, в ельнике-черничнике среди деревьев постоянно доминирует ель, среди наземных растений – черника, зеленые мхи, среди птиц – пеночка-теньковка, синица-гаичка, рябчик, а среди мышевидных грызунов преобладает рыжая полевка.
Наиболее разнообразны в биоценозе редкие и малочисленные виды.
Виды-доминанты определяют главные связи в сообществе, видовой состав других видов и внешний облик. Часть массовых видов – важные средообразователи (эдификаторы).

Видовая структура экосистем
Эдификаторы (средообразователи) – виды организмов-доминантов (в основном, растения), в наибольшей степени влияющие на условия жизни в сообществе.
Виды – индикаторы – немногочисленные стенобионтные виды (способные обитать в условиях устойчивого постоянства какого-либо фактора или группы взаимодействующих факторов), являющиеся лучшими показателями состояния сообщества. Например, лишайники и некоторые хвойные растения являются индикаторами чистоты воздуха.
Индикаторные растения используются человеком при оценке механического состава и засоления почв, в поисках пресных вод в пустынях и некоторых полезных ископаемых.
Хвощ полевой – индикатор кислотности почв

Видовая структура экосистем
Биоценоз способен вместить столько видов, сколько способов разграничения они используют.
Экологическая ниша – место, занимаемое видом в экосистеме.
Ниши разных видов частично перекрываются, но полностью никогда не совпадают, так как при этом вступает в действие закон конкурентного исключения Гаузе, и один вид вытесняет другой из данного биоценоза.
Чем больше в экосистеме видов, тем они малочисленнее, тем ярче выражена их специализация, тем полнее используются ресурсы среды и тем более устойчива эта экосистема.

Пространственная структура экосистем
Ярусность – вертикальная структура - расположение организмов в несколько «этажей» - позволяет максимально эффективно использовать ресурсы среды и избегать конкуренции.
Первый ярус – самые светолюбивые древесные растения;
Второй ярус – менее светолюбивые и более низкорослые деревья;
Третий ярус – кустарники;
Четвертый ярус – травянистый.
Горизонтальная структура проявляется в мозаичности, неравномерности распространения элементов сообществ (кочки, «окна»).

Временная структура экосистем
Помимо пространственного разграничения, существует еще и временное.
К зиме отмирают виды- однолетники, оставляя семена, споры, яйца. Животные мигрируют, птицы улетают или кочуют, другие впадают в спячку или оцепенение.
Весной, пока не распустилась листва, цветут светолюбивые растения-эфемеры. В это же время года цветут ветроопыляемые растения.

Трофическая структура
Все виды организмов связаны между собой сложной системой пищевых взаимоотношений.
Каждый организм, участвующий в этом процессе, образует пищевое (трофическое) звено. В результате соединения нескольких трофических звеньев получается пищевая (трофическая) цепь, в которой каждое предыдущее звено служит пищей последующему.
Каждый организм в экосистеме обычно является звеном разных трофических цепочек, которые совместно образуют трофическую сеть.

Зеленые растения и бактерии-автотрофы
Животные, растения-хищники, паразиты
Грибы, бактерии-сапротрофы, некоторые животные

Круговороты
Вещество может передаваться по замкнутым циклам
Первичным источником энергии на Земле является Солнце. Часть его энергии захватывается растениями и преобразуется в энергию химических связей органических веществ, остальная рассеивается в виде тепла. Количество энергии, поступающей с уровня на уровень постоянно уменьшается. Круговорота энергии быть не может. Для создания первичной продукции нужна новая порция солнечной энергии.
вещества
…и энергии
Тепло
Тепло
Тепло
Тепло

Правило 10%
Размеры хищников с переходом на следующий уровень возрастают, а их численность снижается.
Акуле, чтобы увеличить свою массу на 1 кг, нужно съесть 10 кг рыбы; этой рыбе потребовалось 100 кг зоопланктона, которому, в свою очередь, необходимо было переработать 1000 кг фитопланктона.
Подобная закономерность носит название экологической пирамиды и связана с тем, что на каждом трофическом уровне организмы способны использовать лишь от 5-15% энергии поступившей биомассы (пищи) для построения своего тела. Остальная энергия расходуется на движение, рассеивается в виде тепла, либо просто не усваивается.

Правило 10%
85-90 %
В связи с прогрессивным убыванием количества энергии с уровня на уровень, число звеньев в пищевых цепях ограничено (обычно от трех до пяти).

Правило 10%
Правило 10% можно выразить графически в виде экологической пирамиды энергии, которая отражает её прогрессивное убывание с уровня на уровень.
Помимо пирамиды энергии существует пирамиды численности и биомассы. В отличие от пирамиды энергии они могут быть перевернутыми.
Пирамиды биомассы – прямая и перевернутая.
Пирамиды численности – прямая и перевернутая
Пирамида энергии

Основные законы устойчивости
живой природы
1. Постоянный приток энергии извне (солнечной) и ее расход в цепях питания;
2. Круговорот веществ, цикличность в использовании элементов;
3. Биологическое разнообразие, взаимодополняемость и взаимозаменяемость видов в экосистеме, полноценное использование пространства и ресурсов;
4. Сложные трофические связи;
5. Саморегуляция (отрицательные обратные связи – хищничество, паразитизм и др. способы регуляции численности);
Способность экосистемы к саморегуляции и поддержанию динамического равновесия называется гомеостазом.
6. Генетическое разнообразие особей популяций.