Связи между организмами в экосистеме

Концепции современного естествознания

Лекция: «Связи между  организмами в экосистеме»

Биосфера - совокупность всех живых организмов вместе со средой обитания. Эту среду составляют вода, нижняя часть атмосферы и верхняя часть земной коры, населенная микроорганизмами. Живые организмы и среда непрерывно взаимодействуют и находятся в тесном единстве, образуя целостную систему. Как самая глобальная система на Земле биосфера состоит из ряда подсистем Фактором, объединяющим все уровни организации живого в единое целое - биосферу, - является биотический обмен веществ.

Биосфера - единство живого и минеральных элементов, вовлеченных в сферу жизни. Она - иерархически построенное единство, включающее разные уровни жизни: особь, популяция, биоценоз. Крупнейшие наземные сообщества, тесно связанные с определенными природными зонами и поясами, называются биомами. Растения и животные существуют в тесной зависимости от окружающей неживой природы и от других организмов, испытывают на себе их воздействие и приспосабливаются к ним. Биоценоз, или сообщество, - это совокупность растений или животных, населяющих участок среды обитания. Биогеоценоз, или экосистема, - это совокупность сообщества и среды его обитания. Биоценоз - живая часть биогеоценоза - состоит из популяций организмов разных видов, в них сосуществуют популяции видов с разной историей.

Принцип устойчивости - один из главных в экологии. Многокомпонентные системы не всегда отличаются от малокомпонентных по степени устойчивости, вероятно, устойчивость экосистемы определяется не числом видов, а их экологическими особенностями. Для понимания функциональной структуры биосферы важны экологические ниши, определяющие положение вида в цепях питания. Строится пирамида питания, состоящая из нескольких трофических уровней. Низший уровень занимают автотрофные организмы, получающие питание из косного вещества. Это - в большинстве своем растения. Выше располагаются гетеротрофные организмы, питающиеся биомассой растений (травоядные). Затем - гетеротрофы более высокого порядка, питающиеся травоядными животными и т.д. (рис. 1). Эта пирамида связана с круговоротом веществ в биосфере. Круг замыкают бактерии и грибы, способные разлагать органические вещества. Пирамида более устойчива, если трофических уровней больше. Но чем больше трофических уровней, тем выше потери энергии в системе. Было установлено, что два вида, занимающих одну нишу, не могут существовать неограниченно долго в одном месте.

Различные виды организмов образуют друг с другом связи, многие из которых жизненно необходимы, а  источником энергии для них служит излучение Солнца. Каждый биоценоз является трансформатором солнечной энергии в свою собственную. Сложная структура экосистем - необходимая предпосылка поддержания устойчивости.

Вернадский выделил  несколько условий существенности взаимосвязей в экосистемах: а) каждый организм может существовать только при условии постоянной связи  с внешней средой (в том числе  и с неживой природой, и с  другими организмами);

б) жизнь изменила нашу планету, при этом организмы все шире распространились по ней, стимулируя перераспределение энергии и веществ;

в) размеры популяции  растут до тех пор, пока среда может  поддерживать их дальнейшее увеличение, после чего наступит равновесие; численность  популяции всегда почти равновесна, колеблется около равновесного значения.

Принцип равновесия для живых систем играет огромную роль. Общее равновесие в биосфере поддерживает множество равновесий между разными ее компонентами. Равновесие в живой природе динамично, это колебания около точки устойчивости. Если они не изменяются, говорят о гомеостазе. Гомеостатический механизм поддерживает в живом организме параметры внутренней среды таковыми, чтобы препятствовать воздействиям внешней среды, например температура, кровяное давление, частота пульса поддерживаются такими механизмами. Естественные биоценозы могут сохраняться долгое время, а могут изменяться, например, заболачивается озеро, образуется торфяник, на месте болота вырастает лес. Таким образом, развиваются не только организмы и виды, но и экосистемы. Постоянное взаимодействие всех компонентов биогеоценоза может стать причиной его изменения, а толчком к этому может служить небольшое изменение.

Экологические сукцессии (от лат. successio - преемственность) - закономерные изменения биоценоза, связанные с его эволюцией. В результате ряда процессов биоценоз приобретает новые возможности для увеличения разнообразия. Экологи называют сукцессию переходом биоценоза из стадии развития и стабилизации в состояние климакса.

Пример: песчаная дюна - трава - сухой дубовый лес - влажный лес из дуба - климаксовый лес из бука и клена. Относительная независимость биоценозов, связи между которыми ограничиваются посредниками из неживых компонентов биосферы - минеральными солями, газами атмосферы, водой, обеспечивает устойчивость всей биосферы и ее способность к эволюции.

При этом оказалось, что при развитии систем в направлении повышения  устойчивости увеличивается разнообразие. Снижение разнообразия, имеющее место  в современных условиях, стало опасным для устойчивости биосферы.

Распространенность видов  в биоценозах закономерна - чем меньше масса организма (и выделяемая им теплота), тем больше численность особей, причем наибольшим распространением отличается сравнительно небольшое число видов. При изменении условий жизни первыми начинают вымирать специализированные к данным условиям виды, а виды с более широким спектром возможностей выживают.