Живые организмы и их неживое (абиотическое) окружение неразделимо связаны друг с другом и находятся в постоянном взаимодействии. Любая единица (биосистема), включающая все совместно функционирующие организмы (биотическое сообщество) на данном участке и взаимодействующая с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные биотические структуры и круговорот веществ между живой и неживой частями, представляет собой экологическую систему, или экосистему.
Экосистема — основная функциональная единица в экологии, поскольку в нее входят и организмы, и неживая среда — компоненты, взаимно влияющие на свойства друг друга и необходимые для поддержания жизни в той ее форме, которая существует на Земле. Экосистемы представляют собой открытые системы, поэтому важной составной частью концепции являются среда на выходе и среда на входе.
Масштабные изменения географической обстановки или типа ландшафта под влиянием природных катастроф или деятельности человека приводят к определенным последовательным изменениям состояния биогеоценозов местности — сукцессиям (от англ. succession — последовательность). Развитие экосистемы, более известное под названием экологической сукцессии, состоит в изменении во времени видовой структуры и биоценотиче-ских процессов. Сукцессия происходит в результате изменений сообществом физической среды и взаимодействий. Таким образом, сукцессия контролируется сообществом, несмотря на то, что физическая среда определяет характер и скорость изменения, а часто и ограничивает пределы развития. Если сукцессионные изменения определяются преимущественно внутренними взаимодействиями, то говорят об аутогенной (т. е. самопорождающейся) сукцессии. Если же на изменения регулярно воздействуют или контролируют их внешние силы среды на входе (например, штормы и пожары), то такую сукцессию называют аллогенной (порожденной извне). Аутогенная сукцессия при заселении новых территорий (возникших в результате извержения вулкана, строительства новых водохранилищ) обычно начинается с несбалансированного сообщества.
Среди аутогенных сукцессий различают сингенетические (сингенез) и эндоэкогенетические (эндоэкогенез) смены.
Сингенез (от греч. syn — вместе, genesis — происхождение) — сукцессия, протекающая вследствие размножения растений и конкуренции между ними без существенного кумулятивного изменения условий места обитания. Сингенетические смены характерны для начальных стадий сукцессии на первичных (изначально лишенных растительности) или вторичных (сначала занятых растительностью, потом уничтоженной) субстратах.
Эндоэкогенез (от греч. endon — внутри, oicos — дом) — процесс изменения растительности в результате глубокого и кумулятивного изменения условий среды.
В зависимости от источников энергии, за счет которых происходит процесс развития, сукцессии делят на:
• автотрофные сукцессии (например, развитие леса на оставленном поле, где первоначально появляются автотрофные организмы);
• гетеротрофные сукцессии (например, в случае загрязнения реки большим количеством отбросов избыточное органическое вещество начинает интенсивно поглощаться различными гетеротрофами).
Различают первичную сукцессию — постепенное заселение организмами появившейся девственной суши, оголенной материнской породы (отступившее море или ледник, высохшее озеро, песчаные дюны, голые скалы и застывшая лава после вулканического извержения и т. п. ). В этих случаях решающую роль играет процесс почвообразования. Начальное выветривание, приводящее к разрушению и разрыхлению поверхности минеральной основы под действием перепадов температуры и увлажнения, высвобождает или принимает нанос некоторого количества биогенов, которое уже может быть использовано бактериями, лишайниками, а затем и другой редкой первоначальной растительностью. Постепенно происходит заселение территории сериями все более сложных растительных сообществ, все более крупными растениями и животными.
Вторичная сукцессия начинается там, где поверхность полностью или в значительной степени лишена растительности, но прежде находилась под влиянием живых организмов и обладает органическим компонентом. Таковы, например, лесные вырубки, выгоревшие участки или заброшенные сельскохозяйственные угодья. Здесь в почве могут сохраняться семена, споры и органы вегетативного размножения, например корневища, которые будут оказывать влияние на сукцессию.
Сукцессии происходят путем замещения одних видов другими. Продолжительность сукцессии во многом определяется структурой сообщества. Изучение первичной сукцессии на таких местах, как песчаные дюны, свидетельствует о том, что в этих условиях для развития устойчивого состояния экосистемы требуются многие сотни лет. Вторичные сукцессии, например на вырубках, протекают гораздо быстрее. Все же требуется не менее 200 лет, чтобы в условиях умеренного влажного климата смог восстановиться лесной массив. Вторичная сукцессия в степи, например, продолжается около 50 лет.
Зрелое сообщество способно противостоять изменениям физических факторов (таких, как температура, влажность) и даже некоторым видам химических загрязнений в гораздо большей степени, чем молодое. Однако молодое сообщество способно продуцировать новую биомассу в гораздо больших количествах, чем старое. Таким образом, можно собирать богатый урожай в виде чистой продукции, искусственно поддерживая сообщество на ранних стадиях сукцессии.
В природных экосистемах происходят постоянные изменения состояния популяций организмов. Однако все эти колебания, как правило, более или менее регулярны и не выходят за границы устойчивости экосистемы — ее обычного размера, видового состава, биомассы, продуктивности, соответствующих географическим и климатическим условиям местности. Такое состояние экосистемы носит название климаксного. Теоретически климаксное сообщество поддерживает само себя неопределенно долго, все внутренние его компоненты уравновешены друг с другом, и оно находится в равновесии с физической средой. Различают:
• единственный региональный, или климатический, климакс, находящийся в равновесии с общими климатическими условиями;
• различное число локальных, или эдафических, климаксов, которые представляют собой модификации стационарных состояний, соответствующие особым местным условиям.
В тех местах, где рельеф местности, почва, водный режим и регулярные возмущения, например пожары, препятствуют развитию экосистемы до теоретического конечного состояния, сукцессия заканчивается эдафическим климаксом.
Принято считать, что эволюционные изменения в экосистемах происходят путем естественного отбора на видовом или более низком уровне. Однако важная роль принадлежит и естественному отбору на более высоких уровнях, особенно коэволюции.
Коэволюция — это тип эволюции сообщества (т. е. эволюционных взаимодействий между организмами, при которых обмен генетической информацией между группами минимален или отсутствует), заключающийся во взаимных селективных взаимодействиях друг на друга двух больших групп организмов, находящихся в тесной экологической взаимозависимости. Например, таких, как растения и травоядные, крупные организмы и их микроскопические симбионты, паразиты и их хозяева.
Устойчивость экосистем и биосферы в целом характеризуется понятием гомеостаза.
Гомеостаз — способность биологических систем противостоять изменениям внешней среды и сохранять постоянство своей структуры и свойств. На уровне популяций гомеостаз выражается пространственной структурой распространения особей и численностью. На уровне экосистем гомеостаз проявляется через видовое разнообразие, устойчивое взаимодействие между видами и поддержание процессов круговоротов. Стремясь к поддержанию гомеостаза — способности противостоять изменениям и сохранять динамическое относительное постоянство, экосистемытем не менее способны к изменениям, развитию, переходу от более простых к более сложным формам.
Одним из важных факторов поддержания гомеостаза является способность животных и растений приспосабливаться к непрерывно изменяющимся условиям окружающей среды. Это свойство живых организмов называется адаптацией. Различают три уровня процесса адаптации: генетический уровень (сохранение жизнеспособности вида на основе генетической изменчивости); приспособление на уровне изменения обмена веществ (сезонные изменения); быстрые изменения в ответ на кратковременные отклонения факторов окружающей среды (например, реакция у растений на смену освещенности). Изолированность в пространстве и во времени аналогичных популяций отражает реальную природную структуру. В реальной природной среде многие виды рассеяны на огромных пространствах, поэтому изучать приходится некую видовую группировку в пределах определенной территории. Некоторые из группировок достаточно хорошо приспосабливаются к местным условиям, образуя так называемый экотип. Однако настоящих одновидовых группировок и поселений в природе не существует, и мы обычно имеем дело с группировками, состоящими из многих видов.
Используемая литература: Графкина М. В., Михайлов В. Л., Иванов К. С.
Экология и экологическая безопасность автомобиля : учебник / М. В. Графкина, В. А. Михайлов, К. С. Иванов. — М. :
ФОРУМ, 2009. — 320 с. — (Высшее образование).
Скачать реферат: