Устойчивость экосистемы, как правило, тем больше, чем больше она по размеру и чем богаче и разнообразнее ее видовой и популяционный составы.

Длительное существование биоценоза возможно лишь в том случае, если изменения среды, вызванные деятельностью одних организмов, точно компенсируются деятельностью других. Антропное воздействие на среду – мощнейший фактор изменения условий обитания, он может привести к невозможности существования человека во вновь созданных им же условиях.

Агроэкосистемы – особый вид экосистем, создаваемых человеком для получения высокой чистой продукции автотрофов, отличаются от природных экосистем рядом особенностей:

1) Резко снижено разнообразие организмов, как растительных, так и животных. Видовое разнообразие разводимых человеком животных ничтожно мало по сравнению с природным видами.

2) Культивируемые человеком виды поддерживаются искусственным отбором в состоянии, неспособном выдерживать борьбу за существование с дикими видами без поддержки человека

3) Агроэкосистемы получают дополнительный поток энергии и веществ кроме солнца и природных веществ. Продукция удаляется из экосистемы и не поступает в цепи питания. Вредители – уничтожаются.

В настоящее время около 30% суши занято пахотными землями и пастбищами, деятельность людей по поддержанию этих систем становится глобальным экологическим фактором.

Условия идеальной агроэкосистемы: высокопродуктивность и стабильность с экологической точки зрения несовместимы. Искусственная регуляция численности вредителей – необходимое экономическое условие содержания агроэкосистем. Применение мощных ядохимикатов, гербицидов, пестицидов и т.д. приводит к «бумеранг–эффекту» – часто еще более мощной вспышке нашествия вредителей в результате подавления, уничтожения не только самого вредителя, но и его естественных врагов.

 

Биосфера

 

Понятие биосферы, границы и состав биосферы.

Биосфера – оболочка Земли, населенная живыми организмами (В.И. Вернадский – 1926г. определял как «область планеты, в которой существует или когда-либо существовала жизнь, и которая подвергается или подвергалась воздействию живых организмов.) Границы биосферы:

¾ Верхняя граница – расположена на высоте озонового слоя атмосферы – 20-25 км (выше живое погибает от УФ – излучения).

¾ Нижняя граница – ограничивается температурой горных пород и подземных вод (в разных участках литосферы температура 100 ˚С достигается на глубине от 1,5 до 15 км), находится на 2–3 км (максимально до 4 км) ниже поверхности суши и на 1–2 км ниже дна океана.

¾ Поверхность земли – в настоящее время полностью лишена жизни лишь в области обширных оледенений и в кратерах действующих вулканов.

¾ Температурные пределы – для отдельных форм жизни – от практически абсолютного нуля до 180 ˚С.

¾ Пределы давления – от долей атмосферы на большой высоте до тысячи и более на больших глубинах. Семена, споры растений, мелкие животные в анабиозе могут сохранять жизнеспособность в вакууме.

Биосфера – предельно большая экосистема земли, та ее область, которая охвачена влиянием живого вещества, включает:

1) живое вещество – совокупность живых организмов, имеющих определенную суммарную массу, химический состав и энергию;

2) косное вещество – совокупность веществ в биосфере, в образовании которых живые организмы не участвуют;

3) биогенное вещество – создается и перерабатывается живыми организмами – мощный источник потенциальной энергии (каустобиолиты, известняки). После образования биогенного вещества живые организмы в нем малодеятельны;

4) биокосное вещество – создается в биосфере одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя системы динамического равновесия тех и других (почвы, коры выветривания, все природные воды).

Функционирование биосферы.

Благодаря способности трансформировать солнечную энергию в энергию химических связей биота биосферы выполняет ряд фундаментальных биогеохимических функций планетарного масштаба.

Газовая функция. Кислород атмосферы накоплен за счет фотосинтеза, единственный абиогенный источник кислорода – диссоциация воды на больших высотах – незначителен. Создание озонового слоя из кислорода в верхних слоях тропосферы – результат деятельности живого вещества. Биохимическая переработка продуцирование и потребление углекислого газа, азота, сероводорода, метана, других летучих веществ (фитонцидов) формирует и поддерживает постоянство состава атмосферы.

Концентрационная функция. Живые организмы пропускают через свое тело большие объемы различных веществ и газов, осуществляют биогенную миграцию и концентрирование химических элементов и их соединений: биосинтез органики; строительство раковин и скелетов, образование коралловых островов, толщ осадочных известняков; окисление и восстановление элементов с переменной валентностью микроорганизмами (азот, сера, железо, марганец и др.) Геологические результаты концентрационной функции биосферы – месторождения серы, сульфидов, скопления железомарганцевых конкреций на дне океана и т.п.

Окислительно-восстановительная функция тесно связана с биогенной миграцией элементов и концентрированием веществ. Многие вещества в природе крайне устойчивы и не подвергаются окислению при обычных условиях. Живые клетки располагают эффективными катализаторами – ферментами и способны производить окислительно-восстановительные реакции в миллионы раз быстрее, чем это может происходить в абиогенной среде.

Информационная функция. С появлением живых существ на планете появилась генетическая информация – активная («живая») информация, отличающаяся от той «мертвой» информации, которая является простым отражением структуры. Живые организмы способны к получению информации путем соединения потока энергии с молекулярной структурой, играющей роль программы. Способность воспринимать, хранить и перерабатывать молекулярную информацию стала важным экологическим системообразующим фактором.

Перечисленные функции живого вещества биосферы обращены к внешним факторам существования образуют мощную средообразующую функцию биосферы, тесно связанную со средорегулирующей функцией – биотической регуляцией окружающей среды. Биота в глобальном масштабе способна с большой точностью и длительное время поддерживать на постоянном уровне важные параметры окружающей среды.

Эволюция биосферы.

Изменение окружающей среды развивалось параллельно и взаимосвязано с эволюцией жизни. Изменение параметров абиотических факторов влекло за собой каскад изменений живого (принцип влияния неживого на живое). Изменяющееся живое вещество активно воздействует на среду своего обитания, формируя ее новые параметры (принцип влияния живого на неживое). Высокая степень замкнутости биотического круговорота и биотическая регуляция окружающей среды — результат эволюции биосферы. Важнейшим двигателем планетарной химической и органической эволюции является непрерывный поток солнечной энергии, постоянно организующий, воспроизводящий и усложняющий путем автокатализа и отбора циклические динамические системы вещества на Земле. Динамика химических циклов в биосфере указывает на прямую связь химической и биологической эволюции на планете.

Этапы эволюции биосферы.

Добиотическая эволюция – химическая эволюция подготавливала субстраты, конструкции и реакции для возникновения жизни, включала 4 подэтапа:

1. Образование планеты и ее атмосферы (около 4,5 млрд лет назад).

2. Возникновение абиотического круговорота веществ в атмосфере.

3. Образование сложных органических веществ, биополимеров — белков, нуклеиновых кислот, жирных кислот, полисахаридов.

4. Возникновение круговорота органических соединений углерода.

Биотическая эволюция – эволюция жизни, включала 4 подэтапа:

1. Возникновение жизни (около 3,5 млрд лет назад).

2. Появление фотоавтотрофных клеток, развитие фотосинтеза и биопродукция кислорода – постепенный переход к окислительной атмосфере.

3. Увеличение биологического многообразия и усложнение строения и функциональной организации живых существ и биосферы в целом.

4. Появление человека — лидера эволюции.

Развитие биосферы по представлениям Н.Н. Моисеева – цепь катастроф с непредсказуемыми исходами. Одной из таких катастроф было уничтожение прокариотической биосферы и замена ее биосферой, в которой главенствуют эукариоты. Полная перестройка биосферы произошла и тогда, когда живое вещество вышло из океана. Гибель динозавров тоже следует отнести к числу подобных катастроф. Наконец, появление человека — это тоже катастрофа, внесшая в число механизмов развития биосферы разум, и опять с непредсказуемым исходом. В результате появления человека эволюция биосферы пошла по совершенно другому пути.

 

Законы экологии

 

Все законы в экологии опираются на фундаментальные законы диалектики, естествознания, их можно рассматривать как их частные приложения и следствия. Основной закон функционирования Биосферы – Закон внутреннего динамического равновесия (ЗВДР) – вещество, энергия, динамические качества природных экосистем и их иерархии взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих показателей вызывает функционально-структурные количественные и качественные перемены, сохраняющие общую сумму вещественно-энергетических, информационных и динамических качеств систем, где эти изменения происходят. Рассматриваемые далее «законы экологии» так или иначе отражают различные стороны Закона Внутреннего Динамического Равновесия.

Закон всеобщей связи вещей и явлений – принцип целостности. Глобальные потоки энергии и круговороты вещества, ветры, океанские течения, реки, трансконтинентальные и трансокеанические миграции птиц и рыб, переносы семян и спор, деятельность человека и влияние антропогенных факторов — все это делает биосферу единой коммуникативной системой. Первый закон экологии известного американского эколога – популяризатора экологии Б. Коммонера (1974) звучит как «все связано со всем» – (1), и означает, что возмущения в одной части сложной системы (например, в биосфере) неизбежно вызывают изменения в других ее частях, которые ведут к нейтрализации возмущения или при превышении его порога к еще большей деформации системы. В биосфере природа и общество находятся в одной сети системных взаимодействий.

Принцип Ле Шателье — «при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнего воздействия уменьшается» (эмпирически выведен для условий химического равновесия), н а биологическом уровне реализуется в виде способности к авторегуляции и поддержанию гомеостаза, т.е. относительного постоянства важных параметров состояния организма или сообщества организмов, в масштабе биосферы – в глобальной биотической регуляции окружающей среды.

Закон сохранения массы вещества. Фундаментальные законы сохранения, в частности сохранения массы вещества, приложимы к функционированию биологических систем. Как закон Б. Коммонера этот закон одновременно является и одним из важных требований рационального природопользования: «все должно куда-то деваться». В отличие от человеческого производства и быта живая природа практически безотходна — в природе нет мусора. Все опавшие листья, засохшие стебли, трупы и экскременты животных становятся пищей для других организмов — насекомых, червей, грибов, бактерий, разлагаются до простых соединений и в таком виде вновь потребляются растениями. В целом для биосферы при количественном балансе масс всегда соблюдается равенство скоростей синтеза и распада. Это означает высокую степень замкнутости круговорота веществ в биосфере. Деятельность человека привела к нарушению замкнутости круговоротов биосферы и изменениям химической среды на поверхности планеты.

Закон ограниченности ресурсов. Природопользование стоит очень дорого – намного больше обычной денежной стоимости потребляемых ресурсов. В экономике природы, как и в экономике человека, не существует бесплатных ресурсов: пространство, энергия, солнечный свет, вода, кислород, какими бы неисчерпаемыми ни казались их запасы на Земле, неукоснительно оплачиваются любой расходующей их системой, оплачиваются полнотой и скоростью возврата, оборота ценностей, замкнутостью материальных круговоротов — биогенных элементов, энергоносителей, пищи, денег, здоровья. Поэтому имеет смысл говорить о действии закона ограниченности ресурсов, в формулировке Б. Коммонера – «ничто не дается даром». Аргументируя этот закон экологии, Б. Коммонер пишет: Глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которой ничто не может быть выиграно или потеряно и которая не может являться объектом всеобщего улучшения; все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено. Платежа по этому векселю нельзя избежать; он может быть только отсрочен. Нынешний кризис окружающей среды говорит о том, что отсрочка очень затянулась.

Закон падения природно-ресурсного потенциала. В рамках одного способа производства и одного типа технологий природные ресурсы делаются все менее доступными и требуют увеличения затрат труда и энергии на их извлечение и транспортировку. Наиболее ярко этот закон проявляется на примере минеральных ресурсов, но приложим в конечном счете ко всем природным ресурсам.

«Природа знает лучше» – это также один из законов экологии Б. Коммонера, определяет прежде всего то, что может и что не должно иметь места в биосфере. Возможность и право такого знания выработаны на протяжении миллиардов лет в бесчисленном чередовании актов отбора, проб и ошибок, в тщательнейшей подгонке каждого вещества, каждой новой органической формы ко всему комплексу условий существования, к огромному множеству других веществ и форм