Понятие об экосистемах

Содержание.

Введение. 2

1. Понятие об экосистемах. Естественная и искусственная экосистемы. 4

2. Понятие о саморегуляции самоорганизации живых существ. 10

Заключение. 12

Список литературы: 13

Введение.

Экология (греч. oikos – жилище, местопребывание и logos – учение) – учение о взаимоотношении организмов с окружающей средой. Понятие экологии впервые было использовано в 1866 г. немецким биологом Геккелем в работе «Всеобщая морфология организмов для обозначения отрасли биологии, которая изучала воздействие на организм неорганической и биотической среды. При этом Геккель исходил из установки: «Экология – наука, изучающая все сложные взаимосвязи и взаимоотношения в природе». Впоследствии организмоцентрическая биология (животных и растений) разделилась на аутоэкологию (видов) и синэкологию (сообществ или биоценозов). Исторически известно, что еще с древних времен экологические воззрения делились на два направления: 1) исследовавшие природу без учета воздействия человека, а самого человека рассматривая как органическое образование наряду с растительным и животным миром; 2) трактовавшие человеческую деятельность как основной фактор динамики природных процессов.

Интенсивные исследования в области экологии изменили ее статус как естественной науки: оказалось уже недостаточно изучать связи между живыми существами и средой, исключая при этом человека. Пришло осознание, что доминирующими факторами изменяющейся биосферы являются антропогенные воздействия. Экология прошла определенные исторические этапы от протоэкологии к естественной истории (традиционной экологии животных и растений), а затем к становлению неклассической (с появлением понятия «экосистема» в 1985 – Тенсли) и постнеклассической экологии (идея вторжения социального человека в экосистемы). Выход за рамки традиционной оппозиции «организм-среда», характерной доя классической экологии, способствовал изучению новой оппозиции «естественное-искусственное». В результате появляется понятие «социальная экология», которое было предложено в 20-х годах ХХ века Р.Парком и Э.Бержессом. Социальная экология стала изучать структуру функционирования объектов особого типа, т.е. объектов «второй», искусственной среды обитания человека.

С развитием  социума роль искусственной среды  обитания постоянно возрастает. Преобразующая технология вторгается в естественные процессы и видоизменяет их в соответствии с потребностями человека, замещая естественные элементы среды искусственными. Такой техницизм основывается на антропоцентристском взгляде на природу как на нечто, подвластное воле человека. К тому же в ХХ в. под влиянием генетики формируются представления об организмах как запрограммированных системах, поддающихся перепрограммированию при соответствующих научных и технических методиках. К концу ХХ столетия искусственно созданная человеком техносфера стала сопоставима с биосферой Земли: так, уже известно, что масса всех искусственно созданных человеком предметов и живых организмов (техномасса) значительно превосходит естественную биомассу. Подобная деятельность человека обострила экологические проблемы – они приобрели глобальное измерение.

Совокупная  человеческая деятельность способна теперь коренным образом подорвать природное равновесие биосферы и тем самым привести к гибели человеческую цивилизацию. Глобальные проблемы современности и новые социокультурные детерминации изменяют те парадигмальные установки, которые традиционно конституировали и определяли содержание картины экологической реальности. Решение проблем экологической безопасности сегодня – на пороге третьего тысячелетия – показывает, что в качестве доминирующих парадигм должны быть избраны такие, например, как «чувство глобальности» (А.Печчеи), «виртуальная ценность» (Ортега-и-Гассет) и другие элементы нового гуманизма, составляющие контекст современного цивилизационного процесса. Именно они призваны уже в новых социальных реалиях сформировать системное экологическое мышление и иерархию функционирующих в обществе ценностей-регуляторов целенаправленной индивидуальной и массовой деятельности. В развитии социума подобные ценностные установки определяют уровень экологической культуры, когда субъект на основе выбора соответствующих парадигм способен создавать приоритетные социокультурные программы, обеспечивающие нормальное развитие системы «природа-общество», ее закономерную коэволюцию, правильно оценивать, моделировать и решать возникающие экологические проблемы.

Исходя  из выше выдвинутых нами проблем экологии, мы считаем, что изучение экосистемы, как единого природного комплекса  является весьма актуальной.

1. Понятие об экосистемах.  Естественная и искусственная  экосистемы.

ЭКОСИСТЕМА (от греческого oikos - жилище, местопребывание  и система), единый природный комплекс, образованный живыми организмами и  средой их обитания (атмосфера, почва, водоем и т.п.), в котором они  связаны между собой обменом  вещества и энергии. Понятие экосистема применяется к природным объектам различной сложности и размеров: океан или небольшой пруд, тайга  или участок березовой рощи.

Реальная  экосистема характеризуется следующими особенностями строения и функционирования:

Система и её элементы открыты для внешних  воздействий 

Экосистема - динамичная структура, развивается.

Структура системы соподчинена, и реакция  на внешние воздействия происходит на разных уровнях организации.

Система реагирует на воздействия по принципу обратной связи (саморегуляция).

Все элементы экосистемы находится в разной степени  связи между собой. В данном случае выбрана экосистема в масштабе биогеоценоза. На этом уровне можно подчеркнуть  ещё особенность в строении и  функционировании системы:

Элементы  системы (популяции) постоянно возобновляются и развиваются.

Экологическая система(экосистема) – пространственно определенная совокупность живых организмов и среды их обитания, объединенных вещественно-энергетическими и информационными взаимодействиями.

Термин  “Экосистема”  был введен в экологию английским ботаником А. Тенсли.

Различают водные и наземные экосистемы. При  этом в одной природной зоне встречается  множество сходных экосистем  – или слитых в однородные комплексы  или разделенных другими экосистемами.

В каждой  наземной экосистеме есть абиотический компонент – биотоп, или  экотоп – участок с одинаковыми ландшафтными, климатическими, почвенными условиями; и биотический компонент – сообщество, или  биоценоз – совокупность всех живых организмов, населяющих данный биотоп. Биотоп является общим местообитанием для всех членов сообщества. Биоценозы состоят из представителей многих видов растений, животных  и микроорганизмов. Практически каждый вид в биоценозе представлен многими особями разного пола и возраста. Они образуют популяцию (или часть популяции) данного вида в экосистеме. Биоценоз очень трудно рассматривать отдельно от биотопа, поэтому вводят такое понятие, как биогеоценоз (биотоп+биоценоз). Биогеоценоз - элементарная наземная экосистема, главная форма существования природных экосистем. Этот термин ввел В.Н.Сукачев.

Каждая  экосистема имеет определенную функциональную структуру.

В каждую экосистему входят группы организмов разных видов, различимые по способу питания:

автотрофы (“самопитающиеся”)

гетеротрофы (“питающиеся другими”).

Консументы –потребители органического вещества живых организмов.

Дитритофаги, или сапрофаги, - организмы, питающиеся мертвым органическим веществом – остатками растений и животных.

Редуценты – бактерии и низшие грибы – завершают деструктивную работу консументов и сапрофагов, доводя разложение органики до ее полной минерализации и возвращая в среду экосистемы последние порции двуокиси углерода, воды и  минеральных элементов.

Все названные  группы организмов в любой экосистеме тесно взаимодействуют между  собой, согласуя потоки вещества и энергии.

Их совместное функционирование не только поддерживает структуру и целостность биоценоза, но и оказывает существенное влияние  на абиотические компоненты биотопа, обусловливая самоочищение экосистемы, ее среды.

В подавляющем  большинстве экосистем осуществляется фундаментальный обратимый химический процесс.

Принципиальное  различие между потоками вещества и  энергии в экосистеме заключается  в том, что биогенные элементы, составляющие органическое вещество, могут многократно участвовать  в круговороте веществ, тогда  как поток энергии однонаправлен  и необратим. Каждая порция энергии  используется только однократно. В  соответствии со вторым законом термодинамики  на каждом этапе трансформации энергии  значительная ее часть неизбежно  теряется, рассеивается в виде теплоты.

Прослеживая пищевые взаимоотношения между  членами биоценоза, можно построить пищевые цепи и пищевые сети питания различных организмов. Различают несколько типов пищевых систем:

Пастбищные  пищевые цепи (цепи эксплуататоров)

Цепи  паразитов

Детритные цепи

Благодаря определенной последовательности пищевых  отношений различаются отдельные трофические уровни переноса веществ и энергии в экосистеме, связанные с питанием определенной группы организмов. Так, первый трофический уровень во всех экосистемах образуют продуценты – растения, второй – первичные консументы- фитофаги, третий – вторичные консументы- зоофаги и т.д. Совокупность трофических уровней различных экосистем моделируется с помощью трофических пирамид численностей, биомасс и энергий.  

Экосистему  можно представить в виде диаграммы  потока энергии. Она существенно  зависит от типа экосистемы, исходной биомассы продуцентов и числа трофических уровней.  Для реальных систем характерно ветвление потоков энергии.

Вход  системы – поток солнечной  энергии. Большая ее часть рассеивается в виде теплоты. Часть энергии, эффективно поглощенная растениями, преобразуется  фотосинтезом в энергию химических связей углеводов и других органических веществ. Это валовая первичная продукция (ВПП, брутто-продукция) экосистемы. Часть ее веществ окисляется в процессе дыхания растений и освобождает энергию. Эта энергия используется в других биохимических процессах в растении и в конечном счете также рассеивается в виде тепла. Оставшаяся часть новообразованных органических веществ обусловливает прирост биомассы растений – чистую первичную продукцию (ЧПП, нетто-продукцию) экосистемы. Отношение чистой продукции к валовой, т.е. коэффициент эффективности  фотосинтеза, зависит от типа растительности.

Суммарная биомасса стабильной экосистемы относительно постоянна. При переходе от одного трофического уровня к другому часть доступной  энергии не воспринимается, а часть  расходуется на дыхание. В среднем  при переходе с одного трофического уровня на другой общая энергия уменьшается  приблизительно в 10 раз (“правило 10%”). Чем длиннее пищевая цепь, тем  меньше остается к ее концу доступной  энергии. Поэтому число трофических  уровней никогда не бывает слишком  большим. Диаграммы потоков энергии  существенно зависят от типа экосистемы, исходной биомассы продуцентов и  числа трофических уровней.

В природных  экосистемах происходят постоянные изменения состояния популяций  организмов. Они вызываются разными  причинами.

Кратковременные – погодными условиями и биотическими воздействиями, сезонные – большим  годовым ходом температуры. От года к году – различными случайными сочетаниями абиотических и биотических  факторов. Однако все эти колебания, как правило, более или менее  регулярны и не выходят за границы  устойчивости экосистемы. Такое состояние экосистемы носит название климаксного. 

Климаксные  сообщества характеризуются устойчивым динамическим равновесием между  биотическими потенциалами входящих в  сообщество популяций и сопротивлением среды.

Выделяют 4 типа эволюции экосистем, частично перекрывающихся и совмещающихся  во времени и пространстве (Старобогатов, 1985).

Первый тип (дивергенционный) начинается со специализации видов-эдификаторов в одной части экосистемы при  неизменности их в остальных. Это  сразу же высвобождает значительное число лицензий. При этом малозначимые виды могут использовать прежние  лицензии. В результате из одной  системы получаются две разные, разделенные  в пространстве.

Второй тип (анагенетический) очень  сходен с первым, но специализация  тут усиливается не в разных пространственных участках, а в ходе изменения общих  условий во времени. Результат - смена  одной экосистемы другой.

Третий тип (интродукционный) обусловлен успешным вселением какого-то ранее  не существовавшего в ней вида и его обособления от предкового. В этом случае также формируются  новые ниши и происходит перераспределение  лицензий. Важно подчеркнуть, что  скорость процессов, идущих при этом типе (в отличие от двух предыдущих), заметно больше и в то же время  экосистема, эволюционирующая по такому пути, в силу гораздо меньшего числа  связей заметно менее устойчива.

Наконец, четвертый тип (диверсификационный) предусматривает формирование экосистемы за счет "внутренних ресурсов" (H.Odum, Cantlon, Kornicker, 1960). Этот путь эволюции характерен для экосистем изолятов, например, островов и гигантских долгоживущих озер (Байкал, Каспий, Танганьика и др.), резко изолированных или внешними преградами или режимом. При этом какой-то вид или какие-то немногие виды вселяются в незаселенный и  изолированный биотоп. Далее, в результате освоения каких-то ниш, уже существовавших или возникших при взаимодействии видовых популяций, формируются новые лицензии, которые тут же используются с образованием новых реализованных (а затем и фундаментальных) ниш и так далее. Важно подчеркнуть две главные особенности этого типа. Во-первых эволюция при этом типе идет крайне быстро, так как формирование свободных лицензий до какого-то момента идет лавинообразно, во-вторых в силу адаптаций к конкретным условиям острова или озера, невозможности появления хищников и конкурентов извне, экосистемы, эволюционирующие по этому типу, крайне чувствительны к внешним воздействиям.

Геомеостаз  экосистемы – постоянство важнейших  экологических параметров. 

Стремясь  поддержать постоянство экосистемы, тем не менее, способны к изменениям, к развитию, к переходу от более  простых к более сложным формам. Масштабные изменения географической обстановки или типа ландшафта под  влиянием природных катастроф или  деятельности человека приводят к определенным последовательным изменениям состояния  биогеоценозов местности – сукцессиям. (Различают первичную и вторичную сукцессии).

Первичная сукцессия - постепенное заселение  организмами появившейся девственной  суши, оголенной материнской породы.

Вторичные сукцессии имеют характер постепенного восстановления свойственного данной местности  сообщества после нанесенных повреждений. Сукцессии происходят путем замещения одних видов другими.

Развитие  экосистем не сводится к сукцессиям. В отсутствие нарушений среды  незначительные, но стойкие отклонения от единицы приводят к изменению  соотношения между автотрофами  и гетеротрофами, постепенно увеличивают  биологическое разнообразие и относительное  значение детритных цепей в круговороте  веществ, так что вся продукция  используется полностью. Человеку удается  снимать высокие урожаи биомассы только на начальных фазах сукцессий или развития искусственных  экосистем с преобладанием монокультуры, когда нетто-продукция велика.

“Правило 10%” (правило пирамиды  энергий Р.Линдемана): с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой, более высокий ее уровень (по “лестнице” продуцент – консументы), в среднем около 10% поступившей на предыдущий уровень энергии.

“Правило 1%”: для биосферы в целом доля возможного потребления чистой первичной  продукции (на уровне консументов высших порядков)  не превышает 1%.

2. Понятие о саморегуляции  самоорганизации живых существ.

Поведение животных прежде всего направлено на индивидуальное и видовое самосохранение. В процессе филогенеза сформировался целый ряд врожденных рефлексов, каждый из которых выполняет свои конкретные функции и принимает участие в поддержании нормальной жизнедеятельности организма- Врожденные рефлексы генетически детерминированы, имеют готовую морфофункциональную основу и возникают при действии соответствующих адекватных стимулов.

Конкретные, регулярно повторяющиеся условия  обитания исторически закрепили за каждым видом животных определенный фонд врожденных поведенческих реакций. Весь генетический фонд врожденных реакций отдельного индивида представляет своего рода «видовую (генетическую) память», способствующую сохранению себя, своего потомства, популяции и вида. фонд врожденных рефлексов каждого вида животных сформирован эволюцией таким образом, чтобы живому существу, появившемуся на свет и не имевшему предшествующего опыта, был присущ первичный репертуар адаптивных поведенческих реакций.

Различные формы врожденных реакций организма  оказываются готовыми» к проявлению по мере онтогенетического созревания центральной нервной системы, соответствующих им морфофункциональных систем и возникают при воздействии раздражителей, которые в филогенезе приобрели соответствующую им биологическую значимость. Классическим примером такого врожденного поведения является стереотипная деятельность птенца, обеспечивающая его вылупление из яйца, сопровождающаяся резким повышением уровня бодрствования и усилением мышечного тонуса.

Часто в  природе бывает так, что одни экологические  факторы находятся в изобилии, а другие – в недостаточных  количествах.

В ходе эволюции популяции живых организмов обретают различные свойства. Некоторые из них приспособлены к существованию в суровых, но стабильных условиях, например в пустынях, полупустынях, тундрах. Примером могут служить популяции таких растений, как саксаул, тамариск, обитающие в пустынных зонах, или некоторых видов мхов, населяющих зоны тундры.

Популяции таких организмов не приспособлены  к резким изменениям условий жизни, они крайне чувствительны к возрастающему воздействию человека, легко уязвимы и трудно поддаются восстановлению.

Популяции других организмов, обитающих в зонах  умеренного климата, в особенности  популяции однолетних животных (большинство  насекомых) и растений (некоторые виды трав), способны выдерживать значительные нарушения условий жизни. Колебание их численности обладает очень широкой амплитудой. В годы минимального или максимального обилия численность таких популяций может различаться в десятки, сотни, а иногда и тысячи раз.

Основные  процессы, происходящие в популяции. Основные процессы, происходящие в популяциях, — это рождение и смерть отдельных особей, их частичное расселение за пределы данной территории или появление особей из других популяций.

Заключение.

Экологические проблемы человечества тесно сопряжены  с экономическими и социальными. Региональные экологические проблемы часто становятся прямым источником имущественного неравенства, социальных и геополитических коллизий.

Таким образом, мы можем сделать вывод: биологическая  проблема, заключается в том, что  сущностно эктропийный характер человеческой деятельности в настоящий  момент перестал компенсировать естественные процессы деградации биоты и естественно–искусственные  процессы деградации в системе "техносфера+биосфера", являющиеся следствием природного происхождения  некоторых человеческих качеств.

Вопросы управления экоразвитием и экологизацией, хотя и ставятся в основном на международном уровне, могут найти конкретное воплощение лишь на национальном уровне, поскольку они связаны с особенностями государственного устройства и экологической политикой, проводимой органами власти. Система управления природопользованием в России пока крайне неустойчива и не отвечает практическим требованиям экоразвития и экологизации экономики и производства. Поэтому заключительная глава содержит в основном лишь принципиальные подходы и требования к системе управления экологически ориентированным развитием.

Список литературы:

1. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология: Учебник для вузов. –
2. Алимов А.Ф., Левченко В.Ф., Старобогатов Я.И., 1997. Биоразнообразие, его охрана и мониторинг // Мониторинг биоразнообразия. М. с.16-25.
3. Левченко В.Ф., 1984. О внутренних связях и консервативности структур экосистем // Методологические проблемы эволюционной теории. Тарту, с.22-23.
4. Левченко В.Ф., 1990. Эволюционная физиология и эволюционная экология - что общего? // Журнал эволюционной биохимии и физиологии т.26б, № 4 с.455-461.
5. Левченко В.Ф., 1993. Модели в теории биологической эволюции. Наука СПб, 383 с.
6. Левченко В.Ф., Старобогатов Я.И., 1990. Сукцессионные изменения и эволюция экосистем (некоторые вопросы эволюционнной экологии) // Журнал общей биологии, т.51, № 5, с.619-631.
7. Левченко В.Ф., Старобогатов Я.И.,1986. Два аспекта эволюции жизни: физический и биологический // Физика: проблемы, история, люди Л. Наука, с.102-142. М.: ЮНИТИ, 1998г.- 455 с.
8. Методические указания к практическим занятиям и самостоятельной работе. Одум Ю. Экология -М.: Мир, 1986.