Принципи функціонування екосистем (за Б. Небелом)

Стабільність і стійкість екосистем визначається за принципом Ле Шателье (1884), згідно з яким будь–які зовнішні впливи, що виводять систему із рівноваги, викликають у цій системі процеси протилежного напряму, що прагнуть послабити зовнішній вплив і повернути систему в початковий рівноважний стан. Так, біота Світового океану поглинає майже половину вуглекислого газу атмосфери, компенсуючи підвищене надходження цього газу антропогенного походження. На превеликий жаль, біота суходолу не здатна компенсувати надходження антропогенного оксиду карбону (IV), тобто екосистеми не можуть повернутися у початковий рівноважний стан. А отже, виникає загроза існуванню самих екосистем, спричинена порушенням біологічної та екологічної рівноваги. Під біологічною рівновагою розуміють рівновагу, що склалася між рослинним та тваринним світом, тобто між живою речовиною, а під екологічною — рівновагу, що склалася в екосистемах і біосфері між живою речовиною та навколишнім природним середовищем.

Біологічна та екологічна рівноваги за Б. Небелом залежать від співвідношення біотичного потенціалу і опору середовища, які діють в протилежних напрямках. Біотичний потенціал — це здатність виду до максимального збільшення своєї чисельності за умови відсутності лімітуючих факторів. Швидкість розмноження при цьому визначається біологічними особливостями виду, так бактерії здатні до поділу кожні 20 хвилин.

Опір середовища — це лімітуючі фактори, які обмежують здатність видів до розмноження. До них належить: нестача їжі, несприятливі умови життя, розмноження хижаків, поширення хвороботворних бактерій, низька репродуктивна здатність, сприйнятливість до хвороб і паразитів, нездатність адаптуватися до змін зовнішнього середовища, вузька екологічна ніша.

Зменшення опору середовища може зумовити популяційний вибух — різке зростання чисельності окремої популяції (такі явища часто відбуваються з інтродукованими видами). З іншого боку, несприятливі умови навколишнього середовища спричиняють масову загибель певної популяції (розмноження хвороботворних організмів; отруєння пестицидами бджіл).

Збільшення чисельності видів в екосистемі зменшує ймовірність таких ситуацій, тому різноманітність екосистем забезпечує їх стабільність.

Трофічні ланцюги, їх типи та функції. Значення трофічних ланцюгів для існування природних та антропогенних екосистем.

Ланцюг живлення (або трофічний ланцюг)— це послідовність груп організмів, кожна з яких (ланка ланцюга) є джерелом живлення для наступної. Організми біоценозу за типом живлення поділяють на три функціональні групи: продуценти – автотрофи, зелені рослини, синтезують органічну речовину з неорганічних при дії енергії сонячного світла; консументи – гетеротрофи, тварини, які споживають готові органічні речовини у вигляді рослин або інших тварин; редуценти – гетеротрофи, мікроорганізми (бактерії і гриби), розкладають виділення тварин, залишки мертвих рослин, тварин і мікроорганізмів та інші органічні речовини до мінеральних.

Ланцюг живлення включає представників продуцентів, консументів і редуцентів. Першій рівень або ланка трофічного ланцюга представлена продуцентами (рослинами), другий — гетеротрофами (тваринами)–консументами першого порядку, їх ще називають фітофагами, які поїдають рослини. Третій рівень (інколи четвертий та п’ятий) представлений хижаками (зоофагами), або консументами другого, третього, четвертого порядку. Останній рівень представлений організмами–редуцентами, поживою яких є мертва речовина. Проте при описі трофічного ланцюгу редуцентів не виділяють в окрему ланку, оскільки вони входять до складу кожної ланки. Так, травоїдні тварини не здатні з’їсти усі рослини, частина з них відмирає та розкладається редуцентами.

Ланцюги живлення поділяються на 2 типи: ланцюги пасовиськ (від зеленої рослини до травоїдної тварини і далі до хижаків, що поїдають рослиноїдних тварин; до цього типу належить й трофічний ланцюг у системі паразит-живитель) і детритні (ланцюги розкладання від детриту через мікроорганізми до детритофагів та їх споживачів— хижаків).

Як підкреслював Елтон, в основі існування трофічних ланцюгів лежать так звані принципи співвідношення розмірів організмів, які поїдають один одного. Співвідношення розмірів організмів міняється по-різному в трофічному ланцюгу із хижаками та в ланцюгу із паразитами: у другому випадку органiзми-консументи в кожній наступній ланці ланцюга не збільшуються, а зменшуються.

Наприклад, блохи — звичайні паразити ссавців i птахів — в свою чергу мають паразитів із найпростіших Leptomonas. В принципі, трофічні ланцюги паразитів повинні бути коротші, ніж ланцюги хижаків, так як із зменшенням розмірів тіла — збільшується інтенсивність метаболізму — в результаті скорочується біомаса, яку можна підтримати при даній кількості їжi. Ланцюг живлення, як правило, складається з 2–5 ланок, ще обумовлено правилом Р. Ліндемана: з одного трофічного рівня на інший переноситься лише 10% енергії, а 90% розсіюється з теплом, диханням, втрачається з екскрементами тощо.

Основними функціями трофічних ланцюгів є :

1. Здійснення біологічного кругообігу речовин та енергії.

2. Розклад та вилучення на певний проміжок часу з екосистеми токсичних сполук, за рахунок їх накопичення у тілі організмів. З цієї функції витікає наступна.

3. По трофічним ланцюгам відбувається накопичення токсичних сполук, при чому на кожному наступному рівні їх концентрація зростання у десятки та тисячі раз.

Ці функції обумовлюють і значення трофічних ланцюгів в екосистемі. Відповідно, збільшення викиду токсичних сполук у навколишнє середовище, надмірний промисел цінних тварин, заготівля сировини лікарських рослин, зменшення кількості непорушених природних ділянок, урбанізація, вирубка лісу тощо призводять до знищення видів, видових змін у біоценозах і відповідно екосистемах, їхнього спрощення. Руйнуються історично і еволюційно складені трофічні зв’язки, ще у кінцевому результаті порушує регуляторні функції біосфери, призводить до регіональних та глобальних екологічних проблем.