Определение понятия, состав, свойства и функции экосистем. Понятие о биоценозе и биотопе. Структура и организация экосистемы.

Экосистема – это сообщество различных видов организмов и среды их обитания, находящихся во взаимосвязи друг с другом.

Выделяют микроэкосистемы – капля воды, горшок с цветами, ствол гниющего дерева; мезоэкосистемы– лес, пруд, космический пилотируемый корабль; макроэкосистемы - океан, континент и, наконец, глобальную экосистему (биосфера Земли), или экосферу, - интеграцию всех экосистем мира.

Любая экосистема включает в себя две главные составляющие: экотоп, т.е. совокупность абиотических факторов (климатические, почвенно-грунтовые), и биоценоз – совокупность живых организмов: животных (зооценоз), растений (фитоценоз), микроорганизмов (микробоценоз).

Экосистемы характеризуются:

- потоком энергии;

- круговоротом веществ;

- развитыми информационными связями (потоки физических и химических сигналов).

Живые организмы, входящие в состав биоценоза, не одинаковы и различаются по способу получения энергии. В этой связи различают продуценты, консументы и редуценты. В экосистеме эти группы организмов тесно взаимодействуют. Данное взаимодействие осуществляется за счет функционирования так называемых трофических или пищевых цепей. Особенность функционирования трофических цепей состоит в том, что именно они могут быть причиной некоторых заболеваний человека.

Сообщество организмов, использующих ту или иную форму энергии (лучистую, или энергию в форме эквивалентного ей вещества) называется трофическим уровнем.

Перенос энергии в виде эквивалентного ей вещества от одного вида организмов к другим называют пищевой или трофической цепью.

Функционирование пищевых цепей имеет свои особенности.

· Закон прогрессивного уменьшения энергии в трофической цепи. При переносе энергии по трофической цепи часть ее теряется. Каждое звено уменьшает долю энергии (массы) примерно на порядок. Отсюда следует, что число консументов (в том числе и людей), которые могут прожить при данном выходе первичной продукции, сильно зависит от длины пищевой цепи. Если предполагается, что на основе имеющейся первичной продукции придется кормить большое количество населения, то иногда нужно вовсе отказаться от какого-то продукта, например мяса, или резко снизить его потребление. С этим свойством связано ухудшение качества рациона человека, дисбаланс по необходимым компонентам и, следовательно, создание условий для формирования патологического процесса. Пример – заболевание квашиоркор, возникающее при недостаточности белкового питания.

· Принцип концентрирования в трофической цепи. Одно из следствий функционирования пищевых цепей – эффект концентрирования. Токсичные соединения, которые попадают в окружающую среду, способны мигрировать по трофическим цепям, при этом их концентрация на каждом трофическом уровне увеличивается на порядок. Это нагляднее всего демонстрируется на радионуклидах и пестицидах. Так, если количество выброшенного от аварии на ЧАЭС стронция в почве принять за условную единицу, то в траве он концентрируется с фактором 27, а в костях животных – с фактором 714. Поэтому чем длиннее пищевая цепочка, тем больше радионуклида накапливается.

Наиболее ярко последствия подобного явления демонстрируются следующим примером. Для того чтобы сократить численность комаров на Лонг-Айленде (США), болота много лет обрабатывали ДДТ. Концентрации этого пестицида были весьма малыми. Тем не менее остатки ДДТ, сорбированные на детрите, попадали в ткани детритофагов, затем мелких рыб и, наконец, рыбоядных птиц (бакланов). Коэффициент концентрации для птиц составил 500 000. Действие ДДТ привело к гибели данной популяции из-за того, что этот инсектицид относится к группе эффекторов эндокринной системы. Снижает в крови концентрацию стероидных гормонов (минералокортикоидов) и нарушает образование яичной скорлупы. При высиживании птенцов скорлупа яиц не выдерживала массы птиц, бакланы не могли вывести потомство.

Следовательно, принцип биологического накопления надо учитывать при любых решениях, связанных с загрязнением среды, и при рассмотрении причин заболеваний, которые можно отнести к экологически зависимым.

В зависимости от доступного источника энергии выделяют четыре типа экосистем:

· Природные, субсидируемые только солнечной энергией. К ним относятся океаны. Они занимают огромные площади и являются гомеостатом для Земли;

· Природные, субсидируемые другими естественными источниками энергии (приливы, течения);

· Природные, субсидируемые дополнительно человеком (агроэкосистемы);

· Индустриально-городские, субсидируемые сжиганием ископаемого топлива. Оказывают наиболее сильное воздействие на человека.

Природные экосистемы – это открытые системы: они должны получать и отдавать вещества и энергию.