Екосистеми та їх місце в організації біосфери

План

1. Рівні організації органічного світу

2. Поняття про екосистеми

3. Ланцюги живлення та піраміди мас, чисел і енергії

4. Класифікація екосистем

5. Основні екосистеми світу

6. Література

Рівні організації органічного світу

Повітря і вода, рослинність і ґрунти, звірі й птахи та інші живі організми утворюють взаємозв'язану і взаємозумовлену світову біосферу, яка підтримує все живе і яка, незважаючи на могутню життєздатність, складається з тендітних і надто уразливих систем, рівновага в яких дуже легко порушується. Природні системи досить різноманітні, вони складаються з величезної кількості різно-організованих, взаємозумовлених і взаємозамінних компонентів, які об'єднані безліччю прямих і зворотних зв'язків. Незважаючи на те, що системи досить різноманітні, їм притаманний ряд спільних рис:—

система — це цілісний комплекс взаємозв'язаних елементів, але значно складніший, ніж просто сума елементів;—

система утворює особливу єдність з середовищем;—

будь-яка досліджувана система є елементом системи більш високого рангу;—

в свою чергу елементи будь-якої досліджуваної системи звичайно виступають як система нижчого рангу.

На думку багатьох вчених, світ організований у вигляді ланцюжка, що складається з ланок зростаючої складності.

Ця послідовність починається з елементарних частинок, з яких складається атом, йде до молекул, клітин і поширюється до складних індивідуумів (табл. 1.1).

Таблиця 1.1. Рівні організації органічного світу

Основна група | Рівень

Біологічні мікросистеми | молекулярний (молекулярно-генетнчний)

субклітинний

клітинний

Біологічні мезоснстеми | тканинний

органний

організмовий

Біологічні макросистемы | популяційно-видовий

біоцснотпчний

біосфериий (глобальний)

Одиниці одного рівня організації є частинками, з яких утворюється наступний вищий рівень. Молекули, об'єднуючись, утворюють клітини, клітини утворюють тканини і органи, які в свою чергу утворюють багатоклітинні організми, організми утворюють надорганізмові системи: види, популяції, біоценози, біогеоценози. Живе на нашій планеті — це окремі організми, особини. Кожен організм з однієї сторони складається з одиниць підпорядкованих йому рівнів організації (органів, клітин, молекул), з іншої — сам є одиницею, що входить до складу надорганізмових біологічних макросистем (популяцій, видів, біоценозів, екосистем, біосфери).

На всіх рівнях життя спостерігається певна впорядкованість, обмін речовин, енергії, інформації та ін. Завдяки обміну речовин та енергії встановлюється єдність живого з середовищем.

Поняття про екосистеми

Екосистема (біогеоценоз) — основна одиниця біосфери, яка є об'єктом вивчення екології. Цей термін запровадив англійський біолог А. Тенслі у 1935 році. Екосистема — це просторова система, що охоплює історично сформований комплекс живих істот, пов'язаних між собою трофічними зв'язками, та неживих компонентів середовища їх існування, які залучаються в процесі обміну речовин та енергії. У кожній екосистемі відбуваються кругообіг речовин та обмінні енергетичні процеси.

Кожна екосистема складається з біоценозу та біотопу.

Біотоп — це ділянка поверхні землі з більш-менш однотипними умовами існування (ґрунтом, мікрокліматом тощо).

Біоценоз — це історично сформована сукупність рослин, тварин та мікроорганізмів, що населяє біотоп. Відповідно до цього кожний біоценоз складається з фітоценозу (угруповання рослин), зооценозу (угруповання тварин) та мікробіоценозу (угруповання мікроорганізмів) (рис. 1.6).

Екосистема може бути різних розмірів і складності. Наприклад, можна говорити про екосистему лісу в цілому і про екосистему окремого пенька. Взаємодія організмів в екосистемі надзвичайно складна. Взаємодія біоценозів з біотопами відбувається через речовинно-енергетичний обмін. Для кожної екосистеми характерний свій біологічний кругообіг речо-

Рис. 1.6. Схема будови біоценозу (за В.М. Сукачовим)

вин, який здійснюється внаслідок існування в екосистемах трофічних ланцюгів (ланцюгів живлення).

Наприклад, у водоймах фітопланктон поїдається зоопланктоном, останній — дрібною рибою, що є здобиччю великих риб — хижаків, які в свою чергу споживаються людиною. Мова йде про певні угруповання рослин, тварин і мікроорганізмів, які взаємодіють один з одним і з навколишнім середовищем. Дуже великі наземні екосистеми називають біомами. Наприклад, ліси помірного поясу, пустелі, хвойні ліси, савани тощо. Кожний біом включає в себе цілий ряд менших за розмірами взаємозв'язаних одна з одною екосистем. Одна з них може бути великою — площею декілька мільйонів квадратних кілометрів, інша може являти собою невелику галявину. Важливо те, що кожну екосистему можна визначити як більш-менш своєрідне угруповання рослин і тварин, які взаємодіють одне з одним і з довкіллям.

Структура екосистем. Щоб вияснити цілісність біосфери, необхідно з'ясувати, як вона функціонує. Оскільки вона складається з безлічі екосистем, необхідно знати їх структуру. У кожній екосистемі два основних компоненти: організми, з однієї сторони, і фактори неживої природи — з іншої. Таку сукупність організмів (рослин, тварин, мікроорганізмів) називають біотою (від лат. bio — життя) екосистеми. Шляхи взаємодії різних категорій організмів — це її біотична структура; неживі (хімічні і фізичні) фактори навколишнього середовища називають абіотичними.

Незважаючи на велику різноманітність екосистем — від пустель до тундри, всім їм, на думку екологів, властива приблизно однакова біотична структура. Іншими словами, всі вони містять одні й ті ж категорії організмів, які подібно взаємодіють у всіх екосистемах.*Це такі категорії: продуценти, консументи, редуценти.

Одна з причин, що викликає різноманітність екосистем (біоценозів) у природі, — це своєрідність абіотичних умов кожного регіону.

Таким чином, незважаючи на різноманітність екосистем, всі вони мають спільні риси. У кожній із них можна виділити фотосинтезуючі рослини — продуценти, різні типи консументів і редуцентів.

Важливим елементом біотичної структури екосистем є своєрідність ланцюгів живлення в кожній з них.

Ланцюги живлення та піраміди мас, чисел і енергії

У природі не існує такого виду, який не був би пов'язаний з іншим. Живлячись за рахунок інших істот, організми дістають енергію. Внаслідок цього у природі виникають ланцюги живлення. Ряди взаємопов'язаних видів, в яких кожний попередній є об'єктом живлення наступного, називають ланцюгами живлення. Розрізняють ланцюги живлення різних типів. Тип ланцюга залежить від початкової ланки. Початковою ланкою в ланцюгах живлення можуть бути рослини, мертві рослини, рештки чи послід тварин. Наприклад, рослини — попелиці — дрібні комахоїдні птахи — хижі птахи; рослини — зайці — лисиці — вовки. У цих випадках ряди починаються з рослин. До іншого типу рядів живлення належать ряди, що розпочинаються з посліду тварин з невикористаними запасами речовин: коров'ячий послід — личинки мух — комахоїдні птахи — хижаки. Прикладом ланцюгів живлення, які починаються з рослинних решток, може бути: рослинний перегній — дощові черв'яки — кроти. Ланцюг живлення можна уявити у вигляді піраміди чисел, фундамент якої становлять численні види рослин, наступні рівні утворюють рослиноїдні та м'ясоїдні тварини, чисельність яких швидко зменшується в напрямку до вершини, яку посідають нечисленні великі хижаки.

Є три основних типи пірамід:—

піраміда чисел показує чисельність окремих організмів;—

піраміда біомаси характеризує загальну суху вагу, калорійність або іншу міру загальної кількості живої речовини;—

піраміда енергії відповідає величині потоку енергії або "продуктивності" на послідовних трофічних рівнях.

Піраміди чисел і біомаси можуть бути оберненими (або частково оберненими), тобто основа може бути меншою, ніж один або кілька верхніх поверхів. Так буває, коли середні розміри продуцентів менші ніж розміри консументів.

Навпаки, екологічна енергетична піраміда завжди звужується догори за умови, що будуть враховані усі джерела енергії живлення в системі.

Класифікація екосистем

За масштабами екосистеми поділяються на мікроекосистеми, мезоекосистеми і глобальні екосистеми.

У мікроекосистемах невеличкі, тимчасові біоценози, що називаються синузіями, перебувають у обмеженому просторі. До таких екосистем належать трухляві пеньки, мертві стовбури дерев, мурашники тощо. Найбільш поширеними серед екосистем є мезоекосистеми або біогеоценозі!, в яких біоценози займають однотипні ділянки земної поверхні з однаковими фізико-географічними умовами і межі яких, як правило, збігаються з межами відповідних фітоценозів.

Макроекосистеми охоплюють величезні території чи акваторії, що визначаються характерним для них макрокліматом і відповідають цілим природним зонам. Біоценози таких екосистем називаються біомами. До макроекосистем належать екосистеми тундри, тайги, степу, пустелі, саван, листяних і мішаних лісів помірного поясу, субтропічного і тропічного лісів, а також морські екосистеми. Прикладом глобальної екосистеми є біосфера нашої планети.

За ступенем трансформації людською діяльністю екосистеми поділяються на природні, антропогенні та антропогенно-природні.

У промислово розвинутих країнах екосистем на захоплених людською діяльністю територіях майже не залишилося, хіба що в заповідниках. Лісові насадження, луки, ниви — все це антропогенно-природні екосистеми, які хоча й складаються майже виключно з природних компонентів, але створені й регулюються людьми.

До антропогенних екосистем належать екосистеми, в яких переважають штучно створені антропогенні об'єкти і в яких, крім людей, можуть існувати лише окремі види організмів, що пристосувалися до цих специфічних умов. Прикладом таких антропогенних екосистем є міста, промислові вузли, села (в межах забудови), кораблі тощо.

У зв'язку з трансформацією значної частини природних екосистем в антропогенно-природні та антропогенні предметна сфера екології в наш час значно розширилася. До найбільш актуальних завдань сучасної екології за Г.О. Бачинським належать:

розробка докладної типологічної і таксономічної класифікації екосистем;—

вивчення функціональної структури та метаболізму екосистем усіх типів і таксономічних рівнів від макроекосистеми до біосфери;—

визначення головних факторів, що забезпечують динамічну рівновагу різнотипних екосистем;—

встановлення основних закономірностей взаємодії суміжних та більш віддалених екосистем між собою;—

дослідження характеру реакції різноманітних екосистем на різні види антропогенних навантажень і вивчення закономірностей перетворення природних екосистем в антропогенно-природні та антропогенні.

Основні екосистеми світу

Загальна площа поверхні