Лекция 2. Структура экосистем
Как было определено в лекции 1, экосистема (биогеоценоз) - это система, в которой происходят различные взаимодействия между живыми организмами, а также их взаимодействие с абиотической средой. Экосистема – основное понятие экологии, но в отличие от понятия «популяция» является условным и выбирается в зависимости от задачи исследования, например, при изучении океанов в качестве экосистем могут быть выбраны - «экосистема бухты», «экосистема залива», «экосистема внутреннего моря» или «экосистема океана».
Структура экосистемы определяется сочетанием ее элементов, которые называются экологическими факторами. Экологический фактор – это любой компонент среды, способный оказывать влияние на организм. Экологи выделяют три типа экологических факторов: абиотические, биотические и антропогенные.
I. Абиотические факторы
К абиотическим,или факторам неживой природы относятся: температура, освещенность, влажность и др., т.е. факторы климата и рельефа. Их делят на три группы – физические (температура, электромагнитные, радиоактивные и другие поля, механические воздействия), химические (соленость, концентрация кислорода и другие) и эдафические (совокупность физических, химических и механических свойств почв).
Живые существа всегда живут в определенном диапазоне какого-либо абиотического фактора. Лимитирующими экологическими факторами называют такие, которые ограничивают развитие организма из-за их недостатка или избытка по сравнению с потребностью. Впервые это стало понятно на примере закона Либиха (1840): урожай зависит от фактора, находящегося в минимуме. Общая схема воздействия любого абиотического фактора выглядит следующим образом (рис. 1).
Рисунок 1. Схема действия абиотического фактора на живые организмы
степень
благоприятности зона толерантности
фактора
нижний оптимум верхний
предел предел
 | |
зона
нормальной
гибель зона жизнедеятельности гибель
угнетения
 |
Интенсивность действия фактора
Таким образом, можно выделить четыре зоны с разным уровнем воздействия факторов неживой природы на популяцию: 1) оптимальную, 2) зону нормальной жизнедеятельности (когда вид может не только расти, но и размножаться), 3) зону угнетения (когда в популяции сохраняются только взрослые особи, но нет молодняка), 4) зону летальности (нижний и верхний предел выживания).
В процессе существования вида под воздействием изменчивости, наследственности и естественного отбора возникают адаптации (от лат. «приспособление») к факторам внешней среды. Поскольку температура является важнейшим из лимитирующих факторов, возникло множество адаптаций к температуре: теплокровность, спячка, диапауза (неактивное состояние у насекомых) и др. Второй важный абиотический фактор – свет - является первичным источником энергии, без которого жизнь невозможна. Свет выполняет сигнальную роль в жизни животных и растений. Это явление называется фотопериодизмом – влиянием длины светового дня на физиологию живых существ. В зависимости от приспособлений растений к влажности выделяют три группы растений: гигрофиты – влаголюбивые (рис, папирус), мезофиты – переносят незначительную засуху (большинство растений леса), ксерофиты – растения пустынь и степей. Важнейшими среди биогенных факторов являются макроэлементы (K, P, Ca, S, Mg) и микроэлементы (металлы, кремний, хлор и др.), входящие в состав белков и получаемые растениями из почвы, а животными из пищи. Эдафические факторы определяются свойствами почв. Толщина почв в умеренной зоне составляет 1,5 – 2 м и имеет три горизонта – перегнойный (гумусовый и элювиальный), вымывания и материнской породы.
Отношение вида к абиотическим условиям существования и его роль в сообществе определяет понятие экологическая ниша. Ниша не просто пространство, занимаемое организмом, но его «профессия» в сообществе. Модель экологической ниши определяется количеством факторов, воздействующих на организм, т.е., как правило, она многомерна. Экологическую нишу, определяемую только физиологическими особенностями организма, называют фундаментальной, а такую, в пределах которойвид реально встречается в природе, - реализованной.
II. Биотические факторы
Биотическими факторами называются различные воздействия живых организмов друг на друга, среди которых четыре основных типа:
1. Конкуренция (– –) – такие отношения между видами, когда они борются за общий ресурс – пищу, пространство и др. Конкуренция в сообществе ведет к разобщению экологических ниш, так называемый принцип конкурентного исключения (Г.Ф. Гаузе, 1934). Эволюционный смысл конкуренции в том, что она способствует расселению видов по планете.
2. Отношения типа «жертва – эксплуататор» (– +), куда входят отношения между травой и травоядным животным, жертвой и хищником, хозяином и паразитом. Этот тип отношений эволюционно закреплен, что приводит к снижению степени отрицательного воздействия вида эксплуататора. Но появление новых видов хищников и паразитов оказывает наиболее повреждающее воздействие на популяции.
3. Мутуализм (+ +)– взаимовыгодные межвидовые взаимодействия. В отличие от предыдущих экологи относят этот тип к положительным взаимодействиям. Среди них можно выделить комменсализм (+ 0), использование жилища других видов, безобидное для хозяев; протокооперацию, сотрудничество, не обязательное для видов (краб и актиния, которую он сажает себе на спину); симбиоз – сотрудничество, без которого виды жить не могут (лишайник – симбиоз водоросли и гриба).
4. Нейтрализм (00) – оба вида независимы и не оказывают непосредственного воздействия друг на друга.
III. Антропогенные факторы
Антропогенные факторы вызываются человеческой деятельностью. Они всегда (или почти всегда) неблагоприятны для экосистем и поэтому называются загрязнениями: 1. ингредиентное загрязнение – внесение химических веществ, чуждых сообществам; 2. параметрическое загрязнение – тепловые и электромагнитные поля, шум и др.; 3. биоценотическое загрязнение – вмешательство в сообщества, например, внесение новых видов, перепромысел и др.; 4. стациально-деструктивное загрязнение – изменение ландшафтов: добыча ископаемых, строительство городов, дорог и др.
