Обшие сведения об экосистеме

Живые и неживые компоненты в разных сочетаниях образуют экосистемы, представляющие собой участки земли, где все живые существа приспособлены к совместному сущест­вованию — биогеоценозу.

Экосистемы удивительным образом различаются в разных частях планеты. Но хотя тропический влажный лес или коралловый риф име­ют как будто мало общего с холодной тундрой или открытым морем, жизнеспособность всех экосистем основывается на четырех общих принципах: 1) каждая экосистема способна поглощать энергию и на­правлять ее своим обитателям; 2) в каждой экосистеме происходит круговорот питательных веществ; 3) в каждой экосистеме устанавлива­ется и сохраняется динамическое равновесие; 4) поток энергии и ве­ществ зависит от характеристики организмов, от уникальной роли ка­ждого из них.

В любой экосистеме обязательно существует поток- энергии, заклю­чающийся в том, что солнечная энергия сначала поглощается расте­ниями, затем переходит от растений к травоядным животным, от тра­воядных к плотоядным животным и т. д. Все экосистемы имеют осо­бые пути, по которым осуществляются поток и распределение ве­ществ. В част­ности, в биосфере постоянно происходит циркуляция воды. Вода и те­пло с различных источников (живых и неживых) достигают атмосфе­ры в результате испарения. Когда водяной пар движется вместе с вет­ром, теряя тепло и конденсируясь, образуются аэрозоли или другие, конденсационные центры. Позднее пар выпадает в виде дождя, снега и града или вновь конденсируется на более холодной поверхности в виде росы или инея.

Третий основной компонент экосистемы — изменяющаяся совокуп­ность генотипов, которые организуют материю, используя имеющуюся энергию. Распространение этих генотипов, а иначе говоря, видов рас­тений и животных, и вместе с ними перемещение различных веществ в пространстве и во времени обычно происходят в определенном по­рядке.

Растения поглощают около 1—5% энергии, достигшей поверхности земли, и фиксируют ее в процессе фотосинтеза для образования Саха­ров и других углеводов. Эти растения, называемые продуцентами (производителями), используют часть фиксированной энергии для дыхания, поскольку они должны восстанавливать и увеличивать свою клеточную массу. Все травоядные и плотоядные животные — по­требители — зависят от фиксированной энергии, которая идет на удовлетворение их собственных энергетических потребностей и на об­разование сырьевого материала для других потребителей, в частности для человека. Это относится и к организмам — разрушителям (микроорганизмам), которые разлагают мертвые ткани и освобождают питательные вещества в такой форме, чтобы продуценты опять могли их использовать. Каждая экосистема имеет своих продуцентов, потре­бителей и разрушителей.

Кроме того, все системы определенным образом изменяются до тех пор, пока не достигнут состояния динамического равновесия под влия­нием условий среды.

Экосистемы имеют высокоорганизованную структуру взаимодейст­вия между своими компонентами, причем рискованным для дина­мического равновесия экосистемы может оказаться как удаление того или иного организма, так и введение нового вида.

С годами экосистемы изменяются, изменяется их абиотическая сре­да, численность и виды организмов, живущих в экосистеме, пути и эф­фективность передачи энергии и веществ, и, если не возникает ка­ких-либо катастрофических условий, стабильность экосистемы увели­чивается. Можно предположить существование примитивных экоси­стем в прошлом, которые эволюционировали в более сложные, биоло­гически более разнообразные и физически более устойчивые совре­менные экосистемы. Какими бы характеристиками ни обладали экоси­стемы, все они эволюционируют в направлении более высокой ста­бильности, т. е. к динамическому равновесию, при котором обеспечи­ваются потребности всех видов в пище, убежище, удалении отходов, регуляция численности популяций и уровня заболеваемости.

Процесс изменения экосистем называют сукцессией. Первич­ная сукцессия начинается в бесплодной среде, которая никогда до этого не была обитаемой. Вторичная сукцессия происходит на территории, которая была ранее заселена, но оказалась разрушенной под действием естественных сил: огня, шторма и климатиче­ского сдвига, или в результате искусственного вмешательства — обра­ботки земли, распашки и т. д. В обоих случаях образуется простое со­общество первых организмов, которые постепенно создают условия, благоприятные для обеспечения все большего разнообразия организ­мов, населяющих экосистему. Сообщество, состоящее из популяций растений и животных, живущих на одной и той же территории, стано­вится все более сложным, пока не будет достигнуто равновесие с фи­зической средой. Такое сообщество называют климаксовым, и до тех пор, пока оно не будет нарушено, оно само поддерживает свою ста­бильность, будь это тропический, березово-осиновый лес или северная тундра.

На протяжении столетий климаксовые сообщества прогрессирова­ли, разрушались, исчезали и вновь появлялись в зависимости от изме­нения климата. Если указанные процессы происходят без вмешатель­ства человека, то их последовательность предсказуема, так как базиру­ется на известных принципах, приведенных ранее.

Известно, что экосистемы становились разнообразнее и накапливали химические элементы по мере эволюции наземных рас­тений от мха до пышных лесов. Слой почвы утолщался по мере того, как у растений развивались настоящие корни (отсутствующие у самых ранних наземных растений). Увеличивалась взаимозависимость видов, например, насекомых и цветковых растений, муравьев и тли.