Биогеоценотический уровень

На следующем уровне организации живой материй мы сталкиваемся с наукой экологией, изучающей общие за­кономерности взаимоотношения живой и неживой при­роды. Основным: понятием экологии является биогеоце­нозили экосистема— исторически сложившееся сообщество организмов разных видов (биоценоз), тесно связанных между собой и окружающей их неживой природой (биотоп) обменом веществ, энергии и информации, так что эта единая система сохраняет устойчивость в течение продолжительного времени. Таким образом, для естественных экосистем характерны три признака:

- экосистема обязательно представляет собой совокуп­ность живых и неживых компонентов;

- в рамках экосистемы осуществляется полный цикл, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические состав­ляющие;

- экосистема сохраняет устойчивость в течение некото­рого времени, что обеспечивается определенной струк­турой биотических и абиотических компонентов.

Примерами природных экосистем являются озеро, лес, пустыня, суша, океан. При этом более простые экосистемы входят в более сложно органи­зованные, высшей из которых является уникальная гло­бальная экосистема — биосфера.

С функциональной точки зрения биогеоценоз являет­ся открытой системой, находящейся в состояний дина­мического равновесия. Постоянное поступление солнечной энергии определяет существование этой системы. Ведущая активная роль в процессах взаимодействия компонентов биогеоценоза принадлежит живым существам, то есть био­ценозу.Функционально биоценоз подразделяется на три группы организмов — продуцентов, консументов и реду­центов, находящихся в тесном взаимодействии друг с дру­гом и неживой природой и объединенных трофическими (пищевыми) связями.

Продуцентысоставляют группу автотрофных орга­низмов (фото- и хемосинтетиков), которые, потребляя ми­неральные вещества из биотопа и используя энергию сол­нечного света (либо энергию, выделяемую при окислении ими неорганического субстрата), создают (синтезируют) первичное органическое вещество. К этой группе относят­ся растения и некоторые бактерии. Растения за счет со­держащегося в них пигмента хлорофилла улавливают солнечную энергию и используют ее для синтеза глюкозы. Из глюкозы вместе с получаемыми из почвы минеральны­ми элементами питания — биогенами — образуются все ткани растительного мира: белки, углеводы, жиры, ДНК, РНК, то есть органическое вещество плане­ты. Бактерии для этой же цели, в отличие от растений, используют не солнечный свет, а энергию химического синтеза.

Консументы— гетеротрофные организмы, исполь­зующие готовые органические вещества (в виде пищи) как источники энергии и веществ, необходимых для их жиз­недеятельности. К ним относятся все животные, некото­рые грибы, бактерии и растения (растения-хищники и растения-паразиты).

Редуценты— это организмы-деструкторы, разлагаю­щие «остатки» отмирающих организмов и возвращающие тем самым в биотоп неорганические вещества, которые были «изъяты» продуцентами.

Трофические отношения между тремя названными компонентами биоценоза определяют всю «экономику» биогеоценоза — потоки энергии и круговорот веществ. Продуценты, поглощая минеральные вещества и улавли­вая солнечную энергию, создают органические вещества, из которых строится их тело (солнечная энергия, таким образом, переводится в энергию химических связей). Консументы, поедая продуцентов и друг друга (растительно­ядные, хищные, паразитические организмы), расщепля­ют органические вещества пищи, используя их и высво­бождающуюся энергию для построения собственного тела и обеспечения жизнедеятельности. Наконец, редуценты разлагают органические вещества мертвых организмов, получая необходимые им материалы и энергию. Редуцен­ты обеспечивают возврат неорганических веществ, изъя­тых из биотопа продуцентами, и теперь эти вещества вновь поступают в «распоряжение продуцентов. Постоянное осуществление круговорота веществ является залогом длительного существования биогеоценоза, несмотря на ограниченный запас минеральных веществ.

Одним из свойств биогеоценозов является способность к саморегуляции, то есть к поддержанию своего состава на определенном стабильном уровне. Это достигается благодаря устойчивому круговороту веществ и энергии. Устойчивость же самого круговорота обеспечивается несколькими механизмами:

• достаточность жизненного пространства, то есть такой объем или площадь, которые обеспечивают один организм всеми необходимыми ему ресурсами;
• богатство видового состава. Чем он богаче, тем устойчивее цепи питания и, следовательно, круговорот веществ;
• многообразие взаимодействия видов, которые также поддерживают прочность трофических отношений;
• средообразующие свойства видов, то есть участие видов в синтезе или окислении веществ;
• направление антропогенного воздействия.

Таким образом, механизмы обеспечивают существование неменяющихся биогеоценозов, которые называются стабильными. Стабильный биогеоценоз, существующий длительное время, называется климаксическим. Стабильных биогеоценозов в природе мало, чаще встречаются устойчивые — меняющиеся биогеоценозы, но способные, благодаря саморегуляции, приходить в первоначальное, исходное положение.

Взаимодействия всех организмов биогеоценоза меж­ду собой и с физической средой характеризуются дина­мическим равновесием (экологический гомеостаз системы, включая почву). Так, в благоприятный по погодным условиям год (большое число солнечных дней, оптималь­ные значения температуры и влажности) растения созда­ют повышенный объем биомассы. Обилие пищи обуслов­ливает массовое размножение грызунов, что вызывает уве­личение численности хищников и паразитов, которые сокращают число грызунов. Уменьшение количества гры­зунов, по, принципу обратной связи, приводит к сокраще­нию численности хищников, в результате гибели части их от недостатка добычи. Таким образом, восстанавлива­ется исходное состояние системы.

Совместная жизнь организмов в биогеоценозах протекает в виде 6 основных типов взаимоотношений:

1. Взаимополезные.
• симбиоз
• мутуализм
2. Полезнонейтральные.
• нахлебничество
• квартиранство
• сотрапезничество
3. Полезновредные.
• хищничество
• паразитизм
• полупаразитизм
4. Взаимовредные.
• антагонизм
• конкуренция
5. Нейтральновредные.
• аменсализм
6. Нейтральные.

 

Рассмотрим теперь кратко экологические факторы биогеоценоза. Живая и неживая природа, окружающая растения, животных и человека, носит название среды оби­тания. Множество отдельных компонентов среды, влияю­щих на организмы, называются экологическими факто­рами. Различают абиотические, биотические и антропо­генные факторы. Абиотические факторы— это свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы. К ним относятся температура, ко­личество осадков и влажность, спектральные характери­стики, интенсивность светового воздействия, водные ус­ловия, почва и др. Биотические факторы— это все фор­мы воздействия живых организмов друг на друга. Здесь следует отметить такие специфические отношения между живыми организмами, как конкуренция (внутривидовая и межвидовая), хищничество, паразитизм. Антропогенные факторы— это все формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания и других видов и непосредственно сказы­ваются на их жизни. К сожалению, антропогенные воз­действия на экосистемы сейчас таковы, что могут харак­теризоваться как экологический кризис.

Для жизни организмов необходимо определенное со­четание экологических факторов. Если все условия среды благоприятны, за исключением одного, то именно это ус­ловие становится решающим для жизни рассматриваемо­го организма. Оно ограничивает (лимитирует), развитие организма, поэтому называется лимитирующим факто­ром. Лимитирующим может быть не только недостаток, но и избыток какого-то фактора (например, гибель уро­жая из-за дождей или перенасыщения почвы удобрения­ми). Этот факт лежит в основе так называемого закона толерантности. Диапазон значений экологического фак­тора, при котором данная популяция организмов может существовать в экосистеме, называется пределами толе­рантностиили экологической валентностью организма к данному фактору. В соответствии с законом толерантно­сти, в частности, любой избыток вещества или энергии оказывается загрязняющим среду началом.

Итак, биогеоценоз- это: