Понятие экосистемы и основы ее функционирования

Деятельность человека как фактор воздействия на биоту осуществляется двояко: во-первых, человек как часть биоты, оказывает на нее непосредственное (прямое, внутреннее) влияние, например, когда охотится, заготавливает лес, занимается генной инженерией, и во-вторых, оказавшимся способным подчинить себе абиотическое (неживое) окружение, человек оказывает опосредованное (косвенное, внешнее) влияние, например, путем загрязнения атмосферы.

Однако первый вид воздействия является естественным для биоты и в силу этого он проще поддается регулированию, нежели второй, ибо в этом случае не всегда находятся адекватные способы противодействию сил извне. Поэтому необходимо тщательно рассмотреть каким образом человек воздействуя на свое абиотическое окружение, тем самым наносит непоправимый ущерб собственной биоте. Тот факт, что между битой и абиотическим окружением существует глубокая связь, лежит в основе понятия экосистемы (экологическая система).

Экосистема - это замкнутая устойчивая функциональная единица, объединяющая в единое целое биоту и абиотическую среду. Примером экосистемы является тундра, пустыня, космический корабль. Человек вместе со своими домашними животными и культурными растениями образует - экосистему человека.

Поскольку в понятии экосистема объединено в единое целое ее биотическая и абиотическая составляющие то, в последующем мы будем рассматривать не биоту (что невозможно в силу ее зависимости от абиотической среды), а экосистему, которая в свою очередь является функциональной единицей биосферы, и является предметом изучения особой науки, называемой экологией.

Для того чтобы понять как воздействует человек на экосистему, необходимо выяснить как она устроена и как функционирует.

Экосистема осуществляет обмен веществ между биотической и абиотической составляющими. Обмен веществ происходит в так называемой трофической ( от греч. “трофе” - питание) структуре, которая в свою очередь состоит из продуцентов и консументов. Продуценты - это те организмы, пищей которым служит абиотическая среда, т. е. это зеленые растения, осуществляющие фотосинтез (грибы и некоторые виды растений не являются продуцентами). Все остальные организмы, потребляющие в качестве пищи органику называются консументами.

Мертвая органика (погибшие животные, опавшие листья) называется детритом. Организмы питающие детритом называются детритофагами (от греч. “фагос” - пожирающий). К ним относятся грифы, черви, муравьи, а также грибы и бактерии. Последних часто выделяют в особую подгруппу называя редуцентами. Организмы, питающиеся только продуцентами (растениями) называют фитофагами, это консументы первого порядка, консументы второго порядка это плотоядные, т. к. они питаются фитофагами.

Если теперь проанализировать структуру экосистемы, то не трудно заметить что это замкнутая и самодостаточная система. Говоря “замкнутая”, мы подразумеваем, что солнечная энергия является одной из ее составляющих. Из солнечной энергии, воды, углекислого газа и минеральных солей продуценты образуют органику и кислород. Эти два продукта потребляются консументами, которые выделяют углекислый газ, биогенные отходы, т. е. то, что необходимо продуцентам. Погибшие продуценты и консументы также поедаются детритофагами или разлагаются ими до простой органики. Таким образом, любая экосистема может находиться неопределенно долгое время в устойчивом состоянии.

Возникает вопрос: за счет чего сохраняется устойчивость экосистемы? Иначе говоря, почему в конкурентной борьбе один вид организмов не вытесняет другого?

Принцип стабильности экосистемы гласит: видовое разнообразие обеспечивает стабильность экосистемы. Видовое разнообразие позволяет организмам занять различные экологические нищи, а также осуществлять гомеостатический контроль. Под экологической нищей понимается способность организмов специализироваться и адаптироваться к питанию разным кормом, в разное время и в разных местах (например, как это делают жираф и сова).

Термин гомеостаз (от греч. “гомео” - тот же и “статис” - состояние) означает способность биологических систем противостоять изменениям и сохранять состояние равновесия.

Саморегулирование в экосистеме осуществляется по принципу обратной связи. Как известно, управление по обратной связи возможно в том случае, когда сигналы выхода полностью или частично поступают на вход. Если при такой подаче сигнала значение управляемой величины возрастает, то такую связь называют положительной обратной связью, если же ее значение уменьшается, то мы будем иметь дело с отрицательной обратной связью. Схематически гомеостатический контроль можно изобразить следующим образом:

Рис.2 . Схема гомеостатического контроля в экосистеме

Из рисунка 2 видно, что рост популяции жертвы является положительной обратной связью для популяции хищника, т. к. приводить к увеличению к его численности. В то же время рост популяции хищника является отрицательной обратной связью, т.к. приводит к снижению численности популяции жертвы. Тем самым в этой системе “жертва – хищник” поддерживается динамическое равновесие. При этом необходимо отметить, что для того чтобы данная система стала стабильной, требуется определенный период эволюционного приспособления.

Состояние равновесия принято обозначать термином климакс, а экосистему находящуюся в таком состоянии климаксовой.

Однако, как и любая другая система, экосистема может перейти из одного состояния в другое. Такой переход называют сукцессией (лат. - преемственность). Различают первичную сукцессию и вторичную. При первичной сукцессии, в результате изменения абиотических и/или биотических факторов, образуется новая климаксовая экосистема. При вторичной сукцессии, восстанавливается прежняя климаксовая экосистема.

Таким образом, мы видим, что экосистема представляет собой самодостаточное и саморегулирующееся устройство. А это значит, что любое воздействие, внешнее или внутреннее, может быть адаптировано только внутри и за счет экосистемы.

Но как поступает человек, вступая во взаимодействие с природой, основополагающей, функциональной единицей которой является экосистема?