Элементарные частички

1.Субъэлементарные частички

Рис. 2.1 Уровни организации природных объектов (материи) и сфера деятельности современной экологии

Экология XX в. охватила уровни 10-14, но в будущем, кооперируясь с другими науками, может распространить свое внимание как высшие (15-17), так и на низшие уровни (6-9).

Сфера компетенции экологии простирается от организменного уровня до биосферы, среди них стержневым является уровень экосистем:

 

…Клетка → Ткань → Орган → Система органов →

Организм → Популяция → Сообщество → Экосистема → Биосфера →

Э К О Л О Г И Я XX в.

АУТЭКОЛОГИЯ ДЕМЭКОЛОГИЯ СИНЭКОЛОГИЯ

Земля → Планеты → Солнечная система → …

 

Термин «экосистема» впервые был предложен английским биоботаником А. Тенсли в 1935 году:

 

«Экосистема – это совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом».

 

Однако не каждый комплекс живых организмов и окружающей среды является экосистемой. Ею является такое взаимодействие организмов со средой, которое характеризуется стабильностью, устойчивостью во времени. Как правило, природные экосистемы складываются в процессе длительной эволюции. Различают:

I. микроэкосистемы (например, ствол гниющего дерева), мезоэкосистемы (лес, пруд, озеро и др.), макроэкосистемы (континент, океан) и глобальную экосистему (биосфера Земли).

II. Экосистемы естественные (лес,озеро, океан и др.) и искусственные (аквариум, пшеничное поле и др.).

III. Наземные и водные экосистемы. (Рис.2)

В основе классификации для наземных экосистем лежит такой признак, как тип растительности, для пресноводных - физические свойства воды.

Понятию «экосистема» близок термин «биогеоценоз» (от греч. bio – жизнь, geo – земля, coinos – общий), введенный в науку советским ученым В.Н. Сукачевым в 1944 году.

 

 

Рис. 2.2 Некоторые типы природных экосистем

 

Биогеоценоз – исторически сформированный взаимообусловленный комплекс живых (биоценоз) и неживых (биотоп, экотоп) компонентов определенного участка земной поверхности, связанный между собой обменом вещества и энергии.

 

Каждому биогеоценозу присущи однородность структуры, состава компонентов, а также определенный характер материально – энергетического обмена между ними.

 

Рис. 2.3 Структурная схема геосистемы (А) и биогеоценоза (Б)

1 – абиотические компоненты; 2 – биота; 3 – взаимосвязи между компонентами.

Термины «экосистема» и «биогеоценоз» – близки, но не являются синонимами.

Экологическая система – это любая совокупность организмов и окружающей их среды. Так, в качестве экосистемы можно рассматривать, например, горшок с цветком, террариум, фитотрон (станция или камера искусственного климата, полностью автоматизированная установка, в которой регулируются все основные факторы роста и развития растений по заданной программе), сооружения биоочистки сточных вод: аэротенки (биофильтры), пилотируемый космический корабль. У всех названных совокупностей организмов и среды отсутствует ряд признаков, приведенных в определении В.Н. Сукачева, и в первую очередь, элемент «гео» – Земля. Биогеоценозы – это природные образования. В то же время биогеоценоз может рассматриваться и как экосистема. Таким образом, понятие «экосистема» шире, чем «биогеоценоз». Любой биогеоценоз является экосистемой, но не всякая экосистема есть биогеоценоз.

Эквивалентным понятием биогеоценозу является геосистема (ландшафт, природно-территориальный комплекс) с той лишь разницей, что понятие биогеоценоза более биоцентрично: если в нем живые организмы являются его основой, а неживые компоненты – лишь средой, то в теории о географическом ландшафте все его компоненты (горные породы, грунты, воды, воздух и биоценоз) – равнозначны. (Рис.2.3.)

Каждая экосистема имеет определенную функциональную структуру (рис.2.4.). В нее входят компоненты абиотической и биотической среды. К абиотическим составляющим (совокупность неживых факторов среды) относят: горные породы, режим солнечной радиации, температуру, влажность, давление.

 

А

Абиотическая компонента   Допустимые синонимы: косная среда, окружающая среда, экотоп, биотоп

Биотическая компонента   Допустимые синонимы: Живое вещество, биоценоз

А

 

 

Рис. 2. 4 Структура экосистемы (А) и биогеоценоза

(по В.Н. Сукачеву,1972) (Б)

 

Биотическая компонента или биоценоз (К. Мебиус, 1877) - совокупность растений (фитоценоз), животных (зооценоз) и микроорганизмов (микробоценоз), населяющих относительно однородное жизненное пространство (биотоп).

Различают два основных типа биоценозов: естественный и антропогенный. Первый тип – это биотическое сообщество, в функционировании которого отсутствует влияние деятельности человека. Второй тип (или агробиоценоз) – это неустойчивая, искусственно созданная и регулярно поддерживаемая человеком экосистема культурных полей (поля, искусственные пастбища, сады, виноградники и т. п.).

Между биоценозом и биотопом существует тесное взаимодействие, основанное на постоянном обмене веществом и энергией. Этот обмен осуществляют следующие типы организмов по пищевым (трофическим цепям): (рис. 2.5): 1)организмы – продуценты; 2) организмы – потребители (консументы) и 3) организмы – редуценты (деструкторы)

 

 

Рис. 2. 5 Схема переноса веществ (сплошная линия) и энергии (пунктирная линия) в природных экосистемах.

Жизнедеятельность биогеоценоза определяется растительностью (фитоценозом). В ней аккумулируется солнечная энергия, под воздействием которой протекают все химические и физиологические процессы. Энергия солнца накапливается только на первом энергетическом уровне – в земных растениях. Остальные уровни служат лишь для дальнейшей передачи и использования этой энергии. Поэтому именно земные растения называют продуцентами.

* Продуценты – это автотрофные (самопитающиеся) организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений, используя солнечную энергию, т.е. синтезирующие органические вещества из неорганической среды (это земные растения, микроскопические водоросли и др.).

* Консументы – это гетеротрофные организмы, которые потребляют первичную продукцию и накопленную в ней энергию, т.е. для них продуценты представляют собой единственный источник питания. Они бывают 1 порядка (растительноядные), 2 порядка (плотоядные), 3 порядка (хищники) и т.д.

* Редуценты (деструкторы) – это гетеротрофные организмы, разлагающие органические остатки в процессе деструкции до неорганических соединений (бактерии, грибы, микроорганизмы).

Именно в однонаправленной последовательности по пищевым (трофическим) цепям от продуцентов к редуцентам (например, трава – кузнечик – лягушка – цапля – коршун или трава – курица – человек – червь) происходит ступенчатая передача биомассы, что обеспечивает постоянный поток свободной энергии (рис. 2.5.).

Взаимосвязь и взаимозависимость всех компонентов биогеоценоза (экосистемы) – это основная его особенность. Поскольку преобразующая антропогенная деятельность направлена прежде всего на биогеоценозы (экосистемы), человек прямо или косвенно влияет на эти связи и может существенно их нарушать.

Каждый человек должен помнить, что в процессе производства он влияет не на «природу» вообще, а на определенные «биогеоценозы». Человек не просто вырубает лес, а уничтожает биогеоценоз, не выбрасывает отходы производства в окружающую среду, а нарушает связи в биогеоценозах, изменяет не природу, а участок экосистемы.

Основной предмет исследований в экологии - взаимосвязи между живыми организмами, их группами разных рангов, живыми и неживыми компонентами экосистем, а также особенности влияния природных и антропогенных факторов на функционирование экосистем и биосферы в целом. Состояние и функционирование экосистемы зависит от динамики экологических факторов. В общем случае фактор – это движущая сила какого- либо процесса или влияющее на организм условие.

Экологический фактор – это любой элемент окружающей среды, способный оказывать прямое или косвенное воздействие на живой организм, хотя бы на одном из этапов его индивидуального развития, или любое условие среды, на которое организм отвечает приспособительными реакциями

Таким образом, окружающая среда – это, фактически, набор воздействующих на организм экологических факторов.

Из многих существующих классификаций экологических факторов целесообразно использовать следующую (рис. 2.6.)

Косной природы (абиотические или абиогенные)

 

Рис. 2. 6 Состав экологических факторов

Все экологические факторы в общем случае могут быть сгруппированы в 2 крупные категории: факторы неживой, или косной, природы, называемые иначе абиотическими или абиогенными, и факторы живой природы – биотические или биогенные. Но по своему происхождению обе группы могут быть, как природными, так и антропогенными, т. е., связанными с влиянием человека.

Иногда различают антропические и антропогенные факторы. К первым относят лишь прямые воздействия человека на природу (загрязнение, промысел, борьбу с вредителями), а ко вторым – преимущественно косвенные последствия, связанные с изменением качества окружающей среды. Человек в своей деятельности не только меняет режимы природных экологических факторов, но и создает новые, например, синтезируя новые химические соединения – ядохимикаты, удобрения, лекарства, синтетические материалы и др.

С целью определения задач современной экологии отметим, что в современном мире термин «экология» существенно трансформировался. Экология стала ориентироваться на человека, что связано с активизацией его деятельности и ростом масштабов влияния на окружающую среду. Человек еще мало знает об окружающей среде, в которой живет, особенно о механизмах самоохранения. Познание механизмов (закономерностей) – одна из важнейших задач современной экологии.

Исследование живой компоненты биосферы, познание всех процессов функционирования жизни является центральной задачей современной экологии.

Основными задачами современной экологии являются:

* изучение общего состояния биосферы (биологических систем всех уровней: ген, клетка, орган и т.д.), условий его формирования, причин и объемов изменений под влиянием разных природных и антропогенных факторов;

* прогнозирование динамики состояния экосистем и биосферы в целом во времени и пространстве;

* разработка с учетом основных экологических законов путей гармонизации взаимоотношений человеческого общества и Природы, сохранения способности биосферы к саморегуляции и самовосстановлению.