Экологическая система. Биогеоценоз как открытая биологическая система. Структура биогеоценоза. Пищевые цепи и сети в биогеоценозе.

Любая биоединица (биосистема) включает все совместно функционирующие организмы (биотическое сообщество) на данном участке и взаимосвязанная с физической средой представляет собой экосистему.

Экосистема – надорганизменное объединение с определённым видовым составом.

Экосистема (от греческого oikos — жилище, местопребывание и systema — сочетание, объединение) - совокупность совместно обитающих организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом и образующих систему взаимообусловленных биотических и абиотических явлений и процессов

Термин был предложен в 1935 г. английским экологом Тенсли. В.Н. Сукачёв разработал концепцию биогеоценоза.

Биогеоценоз – динамическое и устойчивое сообщество растений, животных и микроорганизмов, находящееся в постоянном взаимодействии и непосредственном контакте с компонентами атмосферы, гидросферы и литосферы

Биогеоценоз (экосистема) – основная функциональная единица в экологии, поскольку в него входят организмы и неживая среда – компоненты, взаимно влияющие друг на друга и необходимые для поддержания жизни на Земле. Биогеоценоз состоит из биотической (биоценоз) и абиотической (экотоп) частей, которые связаны непрерывным обменом веществом, и представляет собой энергетически и вещественно открытую систему.

Экосистемы – открытые системы, поэтому важной составной частью концепции биогеоценоза является среда на выходе и среда на входе. Среда на входе, например, солнечная энергия, минеральные вещества почвы, газы атмосферы, вода. Среда на выходе - теплота, кислород, углекислый газ, биогенные вещества, переносимые водой, перегной.

В составе экосистемы можно выделить следующие компоненты:

• неорганические вещества, включённые в круговорот (C, N, CO2, NO2 и др.)
• органические соединения (белки, жиры, углеводы и др.), связывают биотическую и абиотическую составляющие.

Как через любую диссипативную (т.е. рассеивающую энергию) систему, через биогеоценоз протекает регулируемый поток энергии. Эта энергия затрачивается на обеспечение постоянного круговорота веществ, поддержание целостности системы и обеспечение ее эволюции. Энергия проходит через серию трофических уровней, являющихся звеньями цепей питания.

Пищевая цепь - перенос пищи (энергии) от её источника (автотрофа) через ряд организмов, происходящий путём поедания одних организмов другими.

При каждом очередном переносе 80-90% энергии теряется, переходя в тепло.

В случайных природных сообществах организмы, получающие свою энергию от солнца через одно число ступенек считают принадлежащими к одному трофическому уровню.

Трофические уровни:

1) продуценты – зелёные растения (автотрофы)

2) первичные консументы – травоядные животные

3) вторичные консументы – первый хищник, поедающий травоядных

4) редуценты – организмы, минерализующие органическое вещество: микроорганизмы почвы, простейшие, грибы (детритоядные).

Энергия, накопленная в растительной биомассе - первичная продукцию биогеоценоза, источник энергии и материал создания биомассы растительноядных животных и далее по пищевой цепи. Количество энергии, расходуемой на поддержание собственной жизнедеятельности, в цепи трофических уровней растет (в том числе и с повышением уровня организации), а продуктивность падает. Продуктивность последующего трофического уровня составляет как правило не более 5—20% предыдущего. Снижение количества доступной энергии на каждом последующем трофическом уровне сопровождается уменьшением биомассы и численности особей. Это отражается: в соотношении растительной и животной биомасс, сходства пирамид биомасс и численности организмов.

Главный компонент биогеоценоза - биоценоз — это динамическая, способная к саморегулированию система, компоненты (продуценты, консументы, редуценты) которой взаимосвязаны и населяют относительно однородное жизненное пространство (участок суши или водоёма).

Важнейшей характеристикой биоценоза является постоянное прямое или опосредованное взаимодействие популяций организмов друг с другом. Пример: насекомоядные птицы не оказывают прямого действия на растения, но снижают численность насекомых, питающихся листьями или опыляющих растения, и так воздействуют на воспроизведение фитобиомассы. Экологические влияния отдельной популяции распространяются во всех направлениях, но по мере прохождения последовательных звеньев в цепи взаимодействия интенсивность влияния ослабевает.

Показатели структуры и функционирования биоценозов: видовой состав, число трофических уровней, первичная продуктивность, интенсивность потока энергии и круговоротов веществ. Структура биоценозов складывается в процессе эволюции, каждый вид организмов эволюционирует так, чтобы занять в биоценозе определенное место. В результате достигается взаимоприспособленность (коадаптация) видов - обязательное условие стабильности биоценоза.

Наиболее устойчивые биогеоценозы характеризуются:

1) большим видовым разнообразием

2) наличием неспециализированных видов (способны менять источники питания)

3) слабой степенью отграниченности от соседних экологических систем

4) большой биомассой.

Тесные коадаптации популяций разных видов в составе биоценоза, проявляются на фенотипическом уровне, но являются результатом микро- и макроэволюционных процессов, затрагивающих их генофонды. Экологический гомеостаз основан на коадаптациях популяционных генофондов и проявляется как свойство наследственности на биогеоценотическом уровне. Приобретение или утрата экосистемой новых видов, изменение скорости, объема круговорота веществ, приспособление биоценоза к меняющимся экологическим факторам - проявление свойства изменчивости. Обмен веществ имеет в биогеоценозе в виде биогенного круговорота. Существует самовоспроизведение, в результате которого на базе исходного биогеоценоза возможно возникновение дочерних экосистем. Благодаря этому биогеоценозы способны эволюционировать.

Эволюция биогеоценозов

Сукцессия – заселение пригодной к жизни по набору абиотических факторов территорий. В соответствии с трофической структурой биоценоза первостепенная роль принадлежит растительным организмам. Если растений на территории не было, сукцессия называется первичной, если растительный покров существовал, но был разрушен, вторичной. В процессе изменяются видовой состав биоценоза и характеристики местообитания. Затем заселяются представители животного мира, биогеоценоз становится обогащается видами, цепи питания усложняются, разветвляются, превращаясь в сети питания. Активизируется функция редуцентов, возвращающих органическое вещество из почвы в состав биомассы. Объем биомассы растет.

Климакс — образованием сообщества, видовой состав которого в дальнейшем изменяется незначительно. Скорость сукцессии по мере приближения к состоянию климакса снижается. Между элементами биоценоза и физической средой по достижении климакса устанавливается равновесие.

Устойчивое равновесие климаксных сообществ проявляется в способности возвращаться в исходное состояние после кратковременных внешних воздействий, изменяющих условия существования, т.е. противостоять воздействиям. Устойчивость зависит от гомеостатических реакций организмов и популяций и от условий физической среды.

Взаимная адаптация - процесс соотносительной эволюции популяций разных видов, включенных в состав эволюционирующего биогеоценоза, сопровождающейся направленными изменениями аллелофондов этих популяций. В результате система аллелофондов биогеоценоза в целом как уровня организации жизни изменяется.

Эволюция биогеоценоза базируется на эволюции отдельных популяций разнообразных организмов. Результат - возникновение сообщества, включающего в себя новые виды, каждый из которых выполняет присущую только ему функцию в целостной системе.