3 Основные характеристики биосферы

Биосфера представляет собой достаточно сложную систему, которая характеризуется рядом свойств, определяющих ее специфику. К их числу относятся:

1. Централизованность. Центральным звеном биосферы являются живые организмы, что всесторонне раскрыто В. И. Вернадским. К сожалению, ныне это свойство биосферы недооценивается, так как многие исследователи ставят в центр биосферы только один вид – человека. Антропоцентризм при изучении биосферы недопустим.

2. Открытость. Существование биосферы обеспечивается только за счет поступления энергии, прежде всего солнечной радиации.

3. Саморегулируемость и организованность. Способность биосферы гасить возникающие возмущения с помощью ряда механизмов, способность возвращаться в исходное состояние называется гомеостазом.

4. Разнообразие. Это разные среды жизни, входящие в состав биосферы (водная, почвенная, наземно-воздушная и т.д.), разнообразие природных зон, наличие различных геохимических областей и самое главное – большое число элементарных экосистем со свойственным им видовым разнообразием. Предполагают, что в настоящее время на Земле обитает до 10 млн видов животных и более 1 млн видов растений и грибов. Разнообразие в целом рассматривают как основное условие устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом.

5. Наличие механизмов, обеспечивающих круговорот веществ и связанную с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соединений.

Эволюция биосферы шла по пути усложнения структуры биологических сообществ, умножая число видов и совершенствуя их приспособляемость.

Эволюционный процесс сопровождался увеличением эффективности преобразования энергии и вещества биологическими системами: организмами, популяциями, сообществами.

Вершиной эволюции живого на Земле явился человек, который как биологический вид на основе многочисленных эволюционных изменений приобрел не только сознание (совершенную форму отражения окружающего мира), но и способность изготавливать и использовать в своей жизни орудия труда.

Посредством орудий труда человечество стало создавать искусственную среду своего обитания (поселения, жилища, одежда, продукты питания, машины и многое другое). С этих пор эволюция биосферы вступила в новую фазу, в которой человеческий фактор стал мощной движущей силой.

4 Продуценты, консументы и редуценты

Продуценты – организмы, создающие органическое вещество из неорганических соединений (автотрофы – растения, создающие органическое вещество путем фотосинтеза, хемотрофы – некоторые организмы, создающие органику за счет химических реакций).

Консументы – организмы, питающиеся органическим веществом (все животные, часть микроорганизмов, паразитические и насекомоядные растения). Различают консументы первого порядка – растительноядные животные, второго – хищники, третьего – многие паразиты и т.д.

Редуценты – организмы, в ходе жизнедеятельности превращающие органическое вещество в неорганическое (большинство микроорганизмов, грибы).

5 Трофические цепи

Живые орг-мы входящие в состав биоценоза, не одинаковы с точки зрения усвоения ими вещ-ва и энергии. Животные, в отличии от растений и бактерий, не могут осуществлять реакции фотосинтеза и хемосинтеза, а вынуждены использовать солнечную энергию апосредованно через органическое вещ-во, создаваемое фотосинтетикой. Т. о. в биогеоценозе образуется цепь последовательной передачи вещ-ва и эквивалентной ему энергии от одних орг-мов к другим, или т. н. трофическая цепь. Т. к. растения строят свой орг-м без посредников, их называют самопитающимися или автотрофами – т. к. будучи автотрофами, они сздают первичное органическое вещ-во, продуцирую его из неорганического, они носят название продуцентов или производителей. Орг-мы, которые не могут строить собственное органическое вещ-во из минимальных компонентов, вынуждены использовать то, что создают автотрофы, объедая их. Они называются гетеротрофы, т. е. потребители. Однако, далеко не все орг-мы могут для удовлетворения своих физиологических потребностей ограничиться потреблением растительной пищи, строя белки своего тела непосредственно из белков растений. Многим видам эволюция предопределила необходимость использования живых белков со специфическим набором аминокислот. Это плотоядные животные, они также являются консументами, но в отличии от растительноядных, консументами вторичными или 2-ого уровня. На этом трофическая цепь может не закончиться, и вторичные консументы могут служить источником пищи для консумента 3-его порядка и т. д. Разные трофические цепи связаны между собой общими звеньями в очень сложные системы, которые называются трофические сети. Звенья, образующие трофическую сеть, неравнозначны, в первую очередь с точки зрения занимаемого места. Поэтому в экологии принято говорить не просто о звеньях цепи, а об определенных трофических уровнях. В процессе питания на всех трофических уровнях образуются отходы. Зеленые растения ежегодно частично или полностью сбрасывают трупы. Некоторая часть орг-в отмирает. В итоге, так или иначе всё созданное органическое вещ-во должно замениться в рез-те минерализации органики. Это происходит благодаря наличию в экосистеме особых трофических цепей, цепей – деструктров, разрушителей. Эти орг-мы, преимущественно бактерии, грибы, простейшие, мелкие беспозвоночные разлагают органические остатки всех трофических уровней до минеральных вещ-в. Разлагаемые органические остатки служат пищей деструктора. Эти орг-мы называются сапрофагами или биоредуцентами. Минеральные вещ-ва, а также диоксид углерода, выделяющийся при дыхании сапрофагов, снова поступает в распоряжение продуцентов.

Пищевая цепь — это последовательный перенос вещества и энергии от их источника — зеленого растения — через ряд других организмов на более высоких трофических уровнях, т. е. путем поедания одних организмов другими.

Строение структура трофической пищевой цепи

:

Пищевая (трофическая цепь) состоит из групп организмов.

Первая группа трофической пищевой цепи — продуценты, или производители (от лат. produsent— производить). К ним относятся автотрофные организмы, производящие пищу в процессе фото- или хемосинтеза, т. е. первичные органические вещества. Вторая группа трофической пищевой цепи представлена консументами, т. е. потребителями (от лат. consume — потреблять), — гетеротрофными организмами, главным образом животными, поедающими другие организмы. Различают первичных консументов (животных, питающихся зелеными растениями, травоядных) и вторичных консументов (хищников, плотоядных, которые поедают растительноядных). Вторичный консумент может служить источником пищи для другого хищника — консумента третьего порядка и т. д. Третья группа трофической пищевой цепи — редуценты, или деструкторы (reducens — возвращать). Это гетеротрофные организмы, разлагающие органические остатки всех трофических уровней (остатки пищи, мертвые организмы). К ним относятся грибы, бактерии, беспозвоночные (например, черви). Минеральные вещества и диоксид углерода, образующиеся при деятельности редуцентов, опять поступают в воду, воздух и почву, а затем — в распоряжение продуцентов. В данной классификации человек оказывается хищником, потребляющим растительную и животную пищу, т. е. занимает промежуточное положение между первичными и вторичными консументами. Он стоит в конце большинства пищевых цепей. Таким образом, каждый организм в природе в том или ином виде служит источником питания для ряда других организмов. В результате последовательного перехода органического вещества с одного трофического уровня на другой происходят круговорот веществ и передача энергии в биоценозе (рис. 1.4). При этом органические вещества, переходя с одного трофического уровня на другой, частично исключаются из круговорота, в результате чего происходит накопление органических соединений в виде залежей полезных ископаемых (торфа, угля, нефти, газа и др.). строение структура трофическая цепь в биоценозе — это цепь энергетическая. Первичным источником энергии всех биосистем является Солнце, которое обеспечивает жизнь. Различные элементы биоценоза не генерируют энергию, все они последовательно превращают лучистую энергию в энергию химических связей. Усвоенная консументами из пищи энергия расходуется на дыхание, совершение работы и поддержание жизнедеятельности; некоторая ее часть идет на рост и размножение. В силу второго закона термодинамики процесс передачи энергии неизбежно связан с диссипацией (рассеиванием) энергии на каждом трофическом уровне, т. е. с ее потерями и возрастанием энтропии. КПД процессов преобразования энергии всегда меньше единицы. Определенная доля энергии теряется при отмирании организмов, а также не усваивается из пищи. Все элементы биоценоза частично диссипируют высокосортную энергию в тепло в процессе дыхания и совершения работы. Однако при всем разнообразии расходов энергии максимальные затраты идут на дыхание. В сумме с неусвоенной пищей они составляют до 90% от потребленной энергии. Тогда результирующий поток энергии, переходящий на следующий, более высокий трофический уровень, составляет в среднем около 10% энергии, полученной данным уровнем. В результате на верхние трофические уровни (к хищникам) переходит всего тысячная доля процента от энергии зеленых растений. Описанная закономерность называется обычно «правилом десяти процентов». Конечно же, оно является ориентировочным, но при этом ярко иллюстрирует, насколько низок КПД всех биологических систем и велико значение процессов диссипации энергии в биосфере. В результате рассеивания энергии ее количество, доступное для потребления, падает по мере возрастания трофического уровня организма. Это приводит к тому, что цепи питания не могут быть длинными: чаще всего они состоят из 4—6 звеньев. Например, трава—заяц-лиса или трава-муха-лягушка-цапля—лиса. Однако такие линейные цепи в чистом виде в природе практически не встречаются. Первое трофическое звено — растение — может служить источником питания нескольким видам консументов, причем те, в свою очередь, также могут являться составной частью нескольких различных пищевых цепей. Например, заяц как консумент 1-го порядка может служить пищей нескольким хищникам: лисе, волку и др. В результате в биоценозе формируются сложные пищевые, или трофические, сети. Более сложные сети характеризуются повышенной надежностью и более интенсивным круговоротом веществ. Цепи питания не всегда могут быть полными. В них могут отсутствовать растения (продуценты). Такая цепь характерна для сообществ, формирующихся на базе разложения трупов животных или растительных остатков. Кроме того, могут отсутствовать (или быть представленными небольшим количеством) животные. Например, и лесах отмирающие растения или их части сразу используются в пищу редуцентами, которые разлагают органические вещества до исходных минеральных веществ и С02, завершая круговорот. Миллиарды лет потребовалось Природе, чтобы создать уникальную среду для обитания живых организмов — биосферу, охватывающую нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы. Уникальность биосферы состоит в том, что в результате эволюционных процессов в ней были созданы условия для возникновения жизни и развития живого вещества планеты, включающего растительные и животные организмы, все человечество и другие составляющие органического и неорганического мира, которые обеспечивают жизненные процессы. Среди этих условий главными являются: условия, определившие формирование фотосинтеза — процесса, способного создавать под воздействием солнечной энергии органическую массу зеленых растений и некоторых бактерий. В процессах фотосинтеза, стоящих у истоков жизни, заключается основная функция биосферы, которая обеспечивает не только связывание солнечной энергии, но и ее накопление. Не менее важными являются условия, в результате которых в биосфере сформировались и су ествуют круговороты отдельных веществ и химических элементов, обеспечивающие решение задач по передаче энергии и веществ Не только в отдельных биоценозах, но и во всей биосфере. Под влиянием человеческой деятельности естественно-эволюционная тенденция развития биосферы может быть нарушена. Признаки такого нарушения наблюдаются в виде деформации озонового слоя, потери прозрачности атмосферного воздуха, развития парникового эффекта и пр. Более глубокое познание закономерностей биосферных процессов с учетом результатов и последствий деятельности людей в удовлетворении их растущих жизненных потребностей позволит изменить подходы к организации производственной деятельности и использованию природных ресурсов и, таким образом, ускорить переход к новой стадии в эволюции биосферы, развитие которой будет определяться иным, ноосферным мировоззрением.