Реферат: Биосфера и цивилизация
РЕФЕРАТ
натему:
«Биосфераи цивилизация.»
Государственный комитет Российской Федерации по высшемуобразованию
Тамбовский государственный технический университет
Факультет АХП
Реферат
по дисциплине:
Концепция современногоестествознания.
Выполнила:
студентка гр. Л11:
Яхонтова Ю.А.
Преподаватель:
Исаева О.В.
г. Тамбов — 1997
1.Уровни организации живойматерии.
Всеживые организмы, населяющие нашу планету, существуют не сами по себе, онизависят от окружающей среды и испытывают на себе ее воздействия. Это точносогласованный комплекс множества факторов окружающей среды, и приспособление кним живых организмов обуславливает возможность существования всевозможных форморганизмов и самого различного образования их жизни.
Экология (от греческого oikos — жилище, местообитание) — наука, изучающая взаимосвязи живых организмов в природе: организацию ифункционирование популяций, биогеоценозов и биосферы в целом; законы «здорового»состояния как нормы и основы существования жизни.[3]
Живаяприрода представляет собой сложно организованную, иерархичную систему. Выделяютнесколько уровней организации живой материи.
1.Молекулярный. Любаяживая система проявляется на уровне взаимодействия биологических макромолекул:нуклеиновых кислот, полисахаридов, а также других важных органических веществ.
2.Клеточный. Клетка — структурная и функциональная единица размножения иразвития всех живых организмов, обитающих на Земле. Неклеточных форм жизни нет,а существование вирусов лишь подтверждает это правило, т.к. они могут проявлятьсвойства живых систем только в клетках.
3.Организменный.Организм представляет собой целостную одноклеточную или многоклеточную живуюсистему, способную к самостоятельному существованию. Многоклеточный организмобразован совокупностью тканей и органов, специализированных для выполненияразличных функций.
4.Популяционно-видовой. Подвидом понимают совокупность особей, сходных по структурно-функциональнойорганизации, имеющих одинаковый кариотип и единое происхождение и занимающихопределенный ареал обитания, свободно скрещивающихся между собой и дающихплодовитое потомство, характеризующихся сходным поведением и определеннымивзаимоотношениями с другими видами и факторами неживой природы.
Совокупностьорганизмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, создаетпопуляцию как систему надорганизменного порядка. В этой системе осуществляютсяпростейшие, элементарные эволюционные преобразования.
5.Биогеоценотический.Биогеоценоз — сообщество, совокупность организмов разных видов и различнойсложности организации со всеми факторами конкретной среды их обитания — компонентами атмосферы, гидросферы и литосферы.
6.Биосферный.Биосфера — самый высокий уровень организации жизни на нашей планете. В нейвыделяют живое вещество — совокупность всех живых организмов, неживое иликосное вещество и биокосное вещество (почва).[3]
1.1. Популяции,сообщества, экосистемы. Принципы их организации.Популяцией называют группу особей одноговида, обладающих способностью свободно скрещиваться и неограниченно долгоподдерживать свое существование в определенном местообитании. Популяция — это некоторое единство, котороеопределяется общностью занимаемой особями территории (или акватории), а такжеобщностью их происхождения, сходством строения и поведения. Например: всеособи, обитающие в небольшом озере, или все деревья одного вида в лесу.
Наиболееблизким по значению к значению термина «популяция»является понятие «племя». Следовательно, популяции состоят из одинаковыхорганизмов, совместно населяющих определенные участки и связанных между собойразличными взаимоотношениями, которые обеспечивают им устойчивое существованиев данной природной среде.
Слово«популяция» происходит от латинского «популюс» — народ, население. Экологическую популяцию, таким образом, можно определить какнаселение одного вида на определенной территории.[2]
Членыодной популяции оказывают друг на друга не меньшее взаимодействие, чемфизические факторы среды или другие обитающие совместно виды организмов. Впопуляциях проявляются в той или иной степени все формы связей, характерные длямежвидовых отношений, но наиболее ярко выражены мутуалистические (взаимнополезные) и конкурентные. Во всехслучаях в популяциях действуют законы, позволяющие таким образом использоватьограниченные ресурсы среды, чтобы обеспечить оставление потомства. Достигаетсяэто в основном через количественное изменение населения. Популяции многих видовобладают свойствами, позволяющими им регулировать свою численность.[1]
Поддержание оптимальной в данных условияхчисленности называют гомеостазом популяции. Гомеостатическиевозможности популяций по-разному выражены у различных видов. Осуществляются оничерез взаимодействия особей.
Такимобразом, популяции, как групповые объединения, обладают рядом специфическихсвойств, которые не присущи каждой отдельной особи. Групповые особенности — этоосновные характеристики популяций. К ним относятся:
1)численность — общее количество особей на выделяемой территории;
2)плотность — среднее число особей на единицу площади или объема, занимаемогопопуляцией пространства; плотность популяции можно выражать также через массучленов популяции в единице пространства;
3)рождаемость — число новых особей, проявившихся за единицу времени в результатеразмножения;
4)смертность — показатель, отражающий количество погибших в популяции особей заопределенный отрезок времени;
5)прирост популяции — разница между рождаемостью; прирост может быть какположительным, так и отрицательным;
6)темпроста — средний прирост за единицу времени.
Популяциисвойственна определенная организация. Распределение особей по территории,соотношения групп по полу, возрасту, морфологическим, физиологическим,поведенческим и генетическим особенностям отражают структуру популяции. Онаформируется, с однойстороны, на основе общих биологических свойств вида, а с другой — под влияниемабиотических факторов среды и популяций других видов. Структура популяций имеет, следовательно, приспособительный характер. Разные популяции одного вида обладаюткак сходными особенностями структуры, так и отличительными, характеризующимиспецифику экологических условий в местах их обитания.[1]
Такимобразом, кроме адаптивных возможностей отдельных особей, население видаопределенной территории характеризуется еще и приспособительными чертамигрупповой организации, которые являются свойствами популяции какнадиндивидуальной системы. Адаптивные возможности вида в целом как системыпопуляций значительно шире приспособительных особенностей каждой конкретнойособи.
Сообщество (биоценоз) — не просто сумма образующихего видов, но исовокупность взаимодействий между ними. Как и популяция, сообщество имеетсобственные свойства, проявляющиеся только при изучении его самого, как,например, видовое разнообразие, структура пищевой сети, биомасса,продуктивность. Одна из главных задач экологии — выяснить взаимосвязи междусвойствами и структурой (составом) сообщества, которые проявляются независимоот того, какие виды входят в него.[2]
Каждыйорганизм живет в окружении множества других организмов, вступает с ними в самыеразнообразные отношения, как с отрицательными, так и с положительными длясебя последствиями и в конечном счете не может существовать без этого живогоокружения. Связь с другими организмами — необходимое условие питания и размножения,возможность защиты, смягчения неблагоприятных условий среды, а с другой стороны- это опасность ущерба и часто даже непосредственная угроза существованияиндивидуума. Всю сумму воздействий, которую оказывают друг на друга живыесущества, объединяют под названием биотическиефакторы среды.[2]
Непосредственноживое окружение организма составляет его биоценотическуюсреду.[2] Представители каждого вида способны существовать лишь в такомживом окружении, где связи с другими организмами обеспечивают им нормальныеусловия жизни. Иными словами, многообразные живые организмы встречаются наземле не в любом сочетании, а образуют определенные сожительства илисообщества, в которые входят виды,приспособленные к совместному обитанию. Группировкисовместно обитающих и взаимно связанных организмов называют биоценозами (отлатинского bios — жизнь, cenos — общий). Приспособленность членов биоценоза ксовместной жизни выражается в определенном сходстве требований к важнейшимабиотическим условиям среды и закономерных отношений друг с другом.[1]
Масштабыбиоценотических группировок организмов очень различны, от сообществ подушеклишайников на стволах деревьев или разлагающегося пня до населения целыхландшафтов: лесов, степей, пустынь и т.п.
Термин «биоценоз»в современной экологической литературе чаще употребляют применительно кнаселению территориальных участков, которые на суше выделяют по относительнооднородной растительности (обычно по границам растительных ассоциаций),например, биоценоз ельника-кисличника, большого суходольного луга,сосняка-беломошника, большой ковыльной степи, пшеничного поля и т.д. При этомимеется в виду вся совокупность живых существ, растений, животныхмикроорганизмов, приспособленных к совместному обитанию на данной территории. Вводной среде различают биоценозы, соответствующие экологическим подразделениямчастей водоемов, например, больших прибрежных галечных, песчаных или илистыхгрунтов, абиссальных глубин, пелагических больших крупных водоворотов водныхмасс и т.п.
Поотношению к более мелким сообществам (населению стволов или листвы деревьев,моховых кочек на болотах, нор, муравейников и т.д.) применяют разнообразныетермины: «микросообщества», «биоценотические группировки»,«биоценотические комплексы» и др.
Принципиальнойразницы между биоценотическими группировками разных масштабов нет. Более мелкиесообщества входят составной, хотя и отностительно автономной частью в болеекрупные, а те, в свою очередь, являются частями сообществ еще большихмасштабов. Так, все живое население моховых и лишайниковых подушек на стволедерева — это часть более крупного сообщества организмов, связанных с даннымдеревом и включающего его подкоровых и наствольных обитателей, население кроны,ризосферы и т.п.
В своюочередь эта группировка — лишь одна из составных частей лесного биоценоза.Последний входит в более сложные комплексы, образующие в конечном счете весьживой покров Земли. Таким образом, организацияжизни на биоценотическом уровне иерархична.[1] С увеличением масштабовсообществ усиливается их сложность и доля непрямых, косвенных связей междувидами.
Экосистема — это любое сообщество живых существ вместе с егофизической средой обитания, функционирующее как единое целое.[2]
Рассмотрениеэкосистемы важно в тех случаях, когда речь идет о потоках вещества и энергии,циркулирующих между живыми и неживыми компонентами природы, о динамикеэлементов, поддерживающих существованиежизни, об эволюции сообществ. Ни отдельный организм, ни популяцию, нисообщество в целом нельзя изучать в отрыве от окружающей среды. Экосистема, посути, это то, что мы называем природой.
Экосистема- понятие очень широкое и применимо какк естественным (тундра, океан), так и к искуственным комплексам (аквариум).Поэтому для обозначения элементарной природной экосистемы экологи такжеиспользуют термин «биогеоценоз».
Биогеоценоз- исторически сложившаяся совокупностьживых организмов (биоценоз) и абиотической среды вместе с занимаемым имиучастком земельной поверхности (биотопом). Граница биогеоценоза устанавливается по границе растительного сообщества (фитоценоза) — важнейшего компонента биогеоценозов. Длякаждого биогеоценоза характерен свой тип вещественно-энергетического обмена.
Итак, биогеоценоз — это составная частьприродного ландшафта и элементарная биотерриториальная единица биосферы.[2]
Всеприродные экосистемы связаны между собой, и вместе образуют живую оболочкуЗемли, которую можно рассматривать как самую большую экосистему, котораяназывается биосферой.
2. Формыбиологических отношений в сообществах.
Основувозникновения и существования биоценозов представляют отношения организмов, ихсвязи, в которые они вступают друг с другом, населяя один и тот же биотоп (местообитание биоценоза, отлатинского bios — жизнь, top — место). Эти связи определяют основное условиежизни в сообществе, возможность добывания пищи и завоевывания новогопространства.
Живыеорганизмы поселяются друг с другом не случайно, а образуют определенныесообщества, приспособленные к совместному обитанию. По направленности действияна организм все воздействия подразделяются на позитивные, негативные и нейтральные.[3]
2.1. Позитивныеотношения.Симбиоз — сожительство (от греческого sym — вместе, bios — жизнь) — форма взаимоотношений, при которых оба партнера или один из нихизвлекает пользу от другого. Есть несколько форм симбиоза:
Кооперация. Общеизвестное сожительствораков-отшельников с мягкими коралловыми полипами-актиниями. Рак поселяется впустой раковине моллюска и возит ее на себе вместе с полипом. Такоесожительство взаимовыгодно: перемещаясь по дну, рак увеличивает пространство,используемое актинией для ловли добычи, часть которой падает на дно и поедаетсяраком.[3]
Мутуализм (от латинского mutuus — взаимный). Формавзаимовыгодных отношений видов — от временного, необязательного контакта досимбиоза — неразделимой полезной связи двух видов. Лишайники — это сожительствогриба и водоросли. В лишайнике гифы гриба, оплетая клетки и нити водорослей,образуют специальные всасывающие отростки, проникающие в клетки. Через них грибполучает продукты фотосинтеза, образованные водорослями. Водоросль же из гифгриба извлекает воду и минеральные соли.[3] Всего в природе насчитывается более20000 видов симбиотических организмов. Кишечные симбионты участвуют впереработке грубых растительных кормов у многих жвачных животных. Менееобязательны, но чрезвычайно существенны мутуалистические отношения, например,между сибирской кедровой сосной и птицами — кедровкой, поползнем и кукшей, которые, питаясь семенамисосны и запасая корма, способствуютсамовозобновлению кедровников.[1]
Коменсализм — нахлебничество (отлатинского com — вместе, mensa — трапеза). Одна из форм симбиоза-взаимоотношения, при которых один вид получает пользу от сожительства, адругому это безразлично. Это одностороннее использование одного вида другим безпринесения ему вреда. Таковы, например, взаимоотношения львов и гиен,подбирающих остатки недоеденной львами добычи. Рыбы-лоцманы сопровождают акул,дельфинов, двигаясь вместе с ними в слое воды, примыкающей непосредственно кповерхности тела этих животных, и не затрачивая поэтому усилий на такую большуюскорость и питаясь остатками пищи, экскрементами и паразитами сопровождаемыхживотных. В гнездах птиц, норах грызунов обитает огромное количествочленистоногих, использующих микроклимат жилищ и находящих там пищу за счетразлагающихся остатков или других видов сожителей. Многие виды вне нор невстречаются совсем. Отношения типа комменсализма очень важны в природе,способствуя более тесному сожительству видов, более полному освоению среды и использованиюпищевых ресурсов.[3]
Квартирантство. Для некоторых организмов телаживотных других видов или их местообитания (постройки) служат убежищами. Малькирыб прячутся под зонтиками крупных медуз. В знездах птиц, норах грызунов живутчленистоногие. Растения также используют другие виды как места обитания:эпитафы (водоросли, мхи, лишайники).Древесные растения служат им местомприкрепления. Питаются же эпитафы за счет отмирающих тканей, выделений хозяинаи за счет фотосинтеза.[3]
2.2. Негативныеотношения.Антибиотическаяформа взаимоотношений, при которой обевзаимодействующие популяции или одна из них испытывают отрицательное влияние.Отношения хищник — жертва, паразит — хозяин — это прямые пищевые связи, посуществу к этому типу экологических взаимодействий можно отнести все вариантыпищевых связей.
Хищничество — одна из самыхраспространенных форм, имеющих большое значение в саморегуляции биоценозов.Хищниками называют животных (а также некоторые растения), питающихся другимиживотными, которых они ловят и умерщвляют. Объекты охоты хищников разнообразны.Например, лисы поедают плоды; медведи собирают ягоды и любят мед лесных пчел.Естественный отбор, действующий в популяции хищников, увеличивает эффективностьсредств поиска и ловли добычи, вырабатывают сложное поведение, например,согласованные действия стаи волков при охоте на оленей. Жертвы в процессеотбора тоже совершенствуют средства защиты и избегания хищников.[3]
Паразитизм. Организмы могут использоватьдругие виды не только как место обитания, но и как постоянный источник питания.По существу паразитический характер имеют связи насекомых-вредителей срастениями. Известно несколько десятков тысяч видов паразитических форм, из нихоколо 500 — паразиты человека, поэтому изучение паразитов необходимо дляпредупреждения и лечения заболеваний.
Формы паразитизма.
Паразитымогут быть временными, когда организм-хозяин подвергается нападению на короткийсрок, лишь на время питания. Таковы слепни, клопы, блохи, мухи-жигалки.
Организмы,способные длительное время использовать хозяина, не приводя его к слишкомранней гибели и обеспечивая себе тем самым наилучшее существование. К числупостоянных паразитов относятся: простейшие (дизентерийная амеба, малярийныйплазмодий), плоские черви (цепни, сосальщики), круглые черви (власоглав,аскарида), членистоногие (чесоточный зудень). С гибелью хозяина погибает ипаразит.
Гнездовойпаразитизм свойственен позвоночнымживотным. Обыкновенная кукушка откладывает свои яйца в гнезда более 100 видовптиц, преимущественно мелких воробьиных. Птенцы паразитического видавылупливаются быстрее, чем птенцы хозяина. Вылупившийся кукушонок выталкиваетяйца и птенцов своих хозяев и получает всю пищу от приемных родителей.
Паразитическиеотношения встречаются и у растений. Особенно распространены паразитическиебактерии и грибы. Один из самых процветающих паразитов высших растений — гриброда фитофтора. Некоторые виды этого рода поражают любые растения.[3]
Конкуренция — одна из форм отрицательныхвзаимоотношений между видами. Ч.Дарвин считал конкуренцию одной из важнейшихсоставных частей борьбы за существование, играющей большую роль в эволюциивидов.[3] Конкуренция — это взаимоотношения, возникшие между видами со сходнымиэкологическими требованиями. Когда такие виды обитают совместно, каждый из нихнаходится в невыгодном положении, т.к. присутствие другого уменьшаетвозможности в овладении ресурсами, убежищами и прочими средствами ксуществованию, которым располагает местообитание. Конкуренция — единственнаяформа экологических отношений, отрицательно сказывающаяся на обоихвзаимодействующих партнерах. Формы конкурентного взаимодействия могут бытьсамыми различными: от прямой физической борьбы до совместного существования.Тем не менее рано или поздно один конкурент вытесняет другого.[1]
Причинывытеснения одного вида другим могут быть различными. У растений подавлениеконкурентов происходит в результате перехвата питательных веществ и почвеннойвлаги корневой системой и солнечного света — листовым аппаратом, а также врезультате выделения токсичных соединений.
Уживотных встречаются случаи прямого нападения одного вида на другой вконкурентной борьбе. Например, личинки яйцееда diachasoma и tryonhi opiushumilis, оказавшиеся в одном яйце хозяина, вступают друг с другом в схватку иубивают соперника, прежде чем приступить к питанию.[1]
2.3. Нейтральныеотношения.Нейтрализм — форма взаимоотношений, прикоторых обитающие на одной территории организмы не влияют друг на друга. Принейтрализме особи разных видов не связаны друг с другом непосредственно, но,формируя биоценоз, зависят от состава сообщества в целом. Например, белки илоси, обитая в одном лесу, не контактируют друг с другом, однако состояние лесасказывается на каждом из этих видов.[3]
При аменсализме для одного из двухвзаимодействующих видов последствия совместного обитания отрицательны, тогдакак другой от них не получает ни вреда, ни пользы, что чаще встречается урастений (например, светолюбивые травянистые виды, растущие под елью,испытывают угнетение в результате затенения, тогда как для самого деревасоседство может быть безразличным).[1]
Всеперечисленные формы биологических связей между видами служат регистраторамичисленности животных и растений в биоценозе, определяя степень егоустойчивости; при этом чем большевидовой состав биоценоза, тем устойчивее сообщество в целом.
Видовойсостав входящих в сообщество организмов и количественное соотношение видовыхпопуляций является одним из важнейших показателей структуры сообщества. Приизучении сообществ наиболее многочисленным видам уделяется основное внимание,однако редкие виды часто являются лучшими индикаторами состояния среды; общеечисло видов является показателем условий существования живых организмов.Видовое разнообразие — признак экологического разнообразия: чем больше видов,тем больше экологических ниш, т.е. выше богатство среды. Видовое разнообразиесвязано с устойчивостью сообщества по той простой причине, что чем большеразнообразие, тем шире возможности адаптации сообщества к изменившимсяусловиям, будь это изменение климата или других факторов.[3]
Объяснениеэтого состоит в том, что наличие разных организмов с разными требованиями ксреде повышает приспособленность сообщества в целом. Так, редкие в данныймомент виды при изменившихся условиях могут оказаться в выигрышном положении истать многочисленными, и наоборот. Таким образом, за счет видового разнообразия сообщество обеспечивает себе как бырезерв выживаемости на случай неожиданных изменений условий жизни.
3.Круговороты вещества и энергии.
Главнаяфункция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов,который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой иживыми организмами.
Экосистемы- это сообщества организмов, связанные с неорганической средой теснейшимиматериально-энергетическими связями. Растения могут существовать только за счетпостоянного поступления в них углекислого газа, воды, кислорода, минеральныхсолей. В любом конкретном местообитании запасов неорганических соединений,необходимых для поддержания жизнедеятельности населяющих его организмов,хватило бы ненадолго, если бы эти запасы не возобновлялись. Возврат биогенныхэлементов в среду происходит как в течение жизни организмов (в результатедыхания, экскреции, дефекации), так и после их смерти, в результате разложениятрупов и растительных остатков. Таким образом, сообщество обретает снеорганической средой определенную систему, в которой поток атомов, вызываемыйжизнедеятельностью организмов, имеет тенденцию замыкаться в круговорот.
Любуюсовокупность организмов и неорганических компонентов, в которой можетосуществляться круговорот веществ, называют экосистемой. Такой термин былпредложен в 1935 году английским экологом А.Тенсли, который подчеркивал, чтопри таком подходе неорганические и органические факторы выступают какравноправные компоненты, и мы не можем отделить организмы от конкретнойокружающей среды. А.Тенсли рассматривал экосистемы как основные единицы природына поверхности Земли, хотя они и не имеют определенного объема и могут охватыватьпространство любой протяженности.[1]
Дляподдержания круговорота веществ в ситстеме необходимо наличие запасанеорганических молекул в усвояемой форме и трех функционально различных группорганизмов: продуцентов, консументов иредуцентов.
Продуцентами выступают автотрофные(использующие в качестве источника для построения своего тела неорганическиесоединения) организмы, способные строить свои тела за счет неорганическихсоединений. Консументы — этогетеротрофные организмы (все живые существа, нуждающиеся в пище органическогопроисхождения), потребляющие органическое вещество продуцентов или другихконсументов и трансформирующих его в новые формы. Редуценты живут за счет мертвого органического вещества, переводяего в неорганические соединения. Роль консументов выполняют в природе восновном животные, их деятельность по поддержанию и ускорению циклическихмиграций атомов в экосистемах сложна и многообразна. На участках, гдефункционируют, например, сообщества, сформированные только из микроорганизмов,круговорот атомов может осуществляться без консументов, за счет деятельностидвух других групп.[1]
Масштабыэкосистемы в природе чрезвычайно различны. Неодинакова также степеньзамкнутости поддерживаемых в них круговоротов вещества, т. е. многократностьвовлечения одних и тех же атомов в циклы. В качестве одних экосистем можнорассматривать, например, подушку лишайников на стволе дерева и луг, и лес, иокеан, и пустыню, и всю поверхность Земли, занятую жизнью.
Вподушке лишайников мы найдем все необходимые компоненты экосистемы. Продуценты- симбиотические водоросли, осуществляющие фотосинтез. Консументы- мелкиечленистоногие, питающиеся живыми тканями лишайника, а также грибные гифы,паразитирующие на клетках водорослей. Редуценты — грибные гифы, живущие не толькоза счет живых, но и за счет погибших клеток водорослей, и мелкие животные — сапрофаги, перерабатывающие отмершие слоевища, в разрушении которых им помогаютмногочисленные микроорганизмы. Степень замкнутости круговорота в такой системеочень невелика: значит, часть продуктов распада выносится за пределы лишайника- вымывается дождевыми водами, осыпается вниз со ствола. Кроме того, частьживотных мигрирует в другое место обитания. Тем не менее часть атомов успеваетпройти несколько циклов, включаясь в тела живых организмов и освобождаясь изних, прежде чем покинет данную экосистему.
Внекоторых типах экосистем вынос вещества за их пределы настолько велик, что ихстабильность поддерживается в основном за счет притока такого же количествавещества извне, тогда как внутренний круговорот малоэффективен. Таковыпроточные водоемы, реки, ручьи, участки на крутых склонах гор. Другиеэкосистемы имеют значительно более полный круговорот веществ и относительноавтономны (леса, луга, озера и т.п.).
Однакони одна, даже самая крупная, экосистема Земли не имеет полностью замкнутогокруговорота. Материки интенсивно обмениваются веществом с океанами, причембольшую роль в этих процессах играет атмосфера, и вся наша планета частьматерии получает из космического пространства, а часть отдает в космос.[1]
Экосистемнаяорганизация жизни является одним из необходимых условий ее существования.Запасы биогенных элементов, из которых строят тела живые организмы, на Земле вцелом и на каждом конкретном участке на ее поверхности небезгранична. Лишьсистема круговоротов смогла придать этим запасам свойство бесконечности,необходимое для продолжения жизни. Поддерживать и осуществлять круговорот могуттолько функционально-различные группы организмов. Таким образом, экологическое разнообразие живых существ иорганизация потока извлекаемых из окружающей среды веществ в циклы — древнейшеесвойство жизни.[1]
Поддержаниежизнедеятельности организмов и круговорот вещества в экосистемах возможнытолько за счет постоянного притока энергии. В конечном итоге вся жизнь на Землесуществует за счет энергии солнечного излучения, которое переводитсяфотосинтезирующими организмами в химические связи органических соединений. Всеживые существа являются объектами питания других, т.е. связаны между собой энергетическимиотношениями. Пищевые связи в сообществах — это механизмы передачи энергии отодного организма к другому. В каждом сообществе трофические связи переплетены всложную сеть.
Трофические связи — это связи, возникающие, когдаодин вид питается другим — либо живымиособями, либо их мертвыми остатками, либо их продуктами жизнедеятельности. Истрекозы, ловящие на лету других насекомых, и жуки-навозники, питающиесяпометом крупных копытных, и пчелы, собирающие нектар растений, вступают впрямую трофическую связь с видами, предоставляющими им пищу. Любое воздействиеодного вида на поедаемость другого (или на доступность для него пищи) следуетрасценивать как косвенную трофическую связь между ними. Например, гусеницыбабочек-монашек, объедая хвою сосен, облегчают короедам доступ к ослабленнымдеревьям.[1]
Организмы любого вида являются потенциальнойпищей многих других видов. Врагами тлей, например, служат личинки и жуки божьихкоровок, личинки мух-сирфид, пауки, насекомоядные птицы и многие другие. За счетдубов в широколиственных лесах могут жить несколько сотен форм различныхчленистоногих, фитонематод, паразитических грибков и т. п. Хищники обычно легкопереключаются с одного вида жертв на другой, а многие кроме животной пищиспособны потреблять в некотором количестве и растительную. Таким образом,трофические сети в биоценозах очень сложные, и создается впечатление, чтоэнергия, поступающая в них, может долго мигрировать от одного организма кдругому. На самом деле путь каждой конкретной порции энергии, накопленнойзелеными растениями, короток; она может передаваться не более, чем через 4-6звеньев ряда, состоящего из последовательно питающихся друг другом организмов.Такие ряды, в которых можно проследить пути расходования изначальной дозыэнергии, называют цепями питания. Место каждого звена в цепи питания называюттрофическим уровнем. Первый трофический уровень — это всегда продуценты,создатели органической массы; растительные консументы относятся ко второмутрофическому уровню; плотоядные, живущие за счет растительноядных форм — ктретьему; потребляющие других плотоядных — к четвертому и т.д. Таким образом,различают консументов первого, второго и третьего порядков, занимающих разныеуровни в цепях питания. Естественно, что основную роль при этом играет пищеваяспециализация консументов. Виды с широким спектром питания включаются в пищевыецепи на разных трофических уровнях. Так, например, человек, в рацион котороговходит как растительная пища, так и мясо травоядных и плотоядных животных,выступает в разных пищевых цепях в качестве консумента первого, второго итретьего порядков. Виды, специализированные на растительной пище, например,зайцеобразные, копытные, всегда являются вторым звеном в цепях питания.[1]
Энергетическийбаланс консументов складывается следующим образом. Поглощенная пища обычноусваивается не полностью. Неусвоенная часть вновь возвращается во внешнюю среду(в виде экскрементов) и в дальнейшем может быть вовлечена в другие цепипитания. Процент усвояемости зависит от состава пищи и набора пищеварительныхферментов организма. У животных усвояемость пищевых материалов варьирует от12-20% (некоторые сапрофаги) до 75% и более (плотоядные виды). Ассимилированнаяорганизмом пища вместе с запасом в ней энергии расходуется двояким образом. Большаячасть энергии используется на поддержание рабочих процессов в клетках, апродукты расщепления подлежат удалению из организма в составе экскрементов(мочи, пота, выделений различных желез) и углекислого газа, образующегося придыхании. Энергетические затраты на поддержание всех метаболических процессовусловно называется тратой на дыхание, т.к. общие их масштабы можно оценить,учитывая выделение углекислого газа организмом. Меньшая часть усвоенной пищитрансформируется в ткани самого организма, т.е. идет на рост или откладываниезапасных питательных веществ, увеличение массы тела.
Передачаэнергии в химических реакциях в организме происходит согласно второму законутермодинамики, с потерей части ее в виде тепла. Особенно велики эти потери приработе клеток животных, КПД которых очень низок. В конечном итоге вся энергия,используемая на метаболизм, переходит в тепловую и рассеивается в окружающемпространстве.[1]
Тратына дыхание во много раз больше энергозатрат на увеличение массы самогоорганизма. Конкретные соотношения зависят от стадии развития и физиологическогосостояния особей. У молодых траты на рост могут достигать значительнойвеличины, тогда как взрослые используют энергию пищи почти исключительно наподдержание обмена веществ и созревание половых продуктов. Интенсивностьпитания снижается с возрастом.
Такимобразом, основная часть потребляемой с пищей энергии идет на поддержание ихжизнедеятельности и лишь сравнительно небольшая — на построение тела, рост иразмножение. Иными словами, большая часть энергии при переходе из одного звенапищевой цепи в другое теряется, т.к. к следующему потребителю может поступитьлишь та энергия, которая заключается в массе поедаемого организма. По грубымподсчетам эти потери составляют около 90% при каждом акте передачи энергиичерез трофическую цепь. Следовательно, если калорийность растительногоорганизма 1000 Дж, при полном поедании его травоядным животным в телепоследнего остается из этой порции всего 100, в теле хищника — лишь 10 Дж, аесли этот хищник будет съеден другим, то на его долю придется только 1 Дж, т.е.0,1%.[1]
Такимобразом, запас энергии, накопленной зелеными растениями, в цепях питаниястремительно иссякает. Поэтому пищевая цепь включает обычно всего 4-5 звеньев.Потерянная в цепях питания энергия может быть восполнена только поступлениемновых ее порций. Поэтому в экосистемах не может быть круговорота энергии,аналогичного круговороту вещества. Экосистема функционирует только за счетнаправленного потока энергии, постоянного поступления ее извне в видесолнечного излучения или готовых запасов органического вещества. Трофическиецепи, которые начинаются с фотосинтезирующих организмов, называют цепямивыедания (или цепями потребления, пастбищными цепями), а цепи, которыеначинаются с отмерших остатков растений, трупов и экскрементов животных — детритными цепями разложения. Таким образом, поток энергии, входящий вэкосистему, разбивается далее как бы на два основных русла, поступая кконсументам через живые ткани растений или запасы мертвого органическоговещества, источником которого также являетс