Екосистеми і їх роль в організації біосфери і ноосфери

Біосфері властива асиметрія: нерівномірність в розподілі океанів, материків, гір та низовин, кліматичних умов, існування живих організмів. Фізико-хімічні параметри систем неживої (абіотичної) природи досить індивідуальні в кожній точці земної поверхні. Тому існує величезне різноманіття видів органічного світу, а кожне співтовариство організмів розвивається в певних фізико-хімічних умовах навколишнього середовища.

Кожний комплекс живих організмів називається біоценозом і являє собою високий рівень організації взаємоіснування і зв’язків між окремими організмами. Але біоценоз розвивається на неорганічному або органічному субстраті (біотопі), який характеризується своїми
фізико-хімічними параметрами. Сукупність специфічного фізико-хімічного оточення (біотопу) з живими організмами (біоценозом) утворюють екосистему: екосистема → біотоп + біоценоз.

Екосистема – складний природний комплекс живих істот, що взаємодіють з неорганічним середовищем та знаходяться в матеріально-енергетичній залежності від неї. По суті екосистема – це те, що ми називаємо природою. Екосистеми являють собою основні функціональні одиниці біосфери. Біосфера складається з безлічі екосистем, що взаємодіють між собою. Тому знання про екосистеми надзвичайно важливі для аналізу усього різноманіття екологічних явищ. Вперше термін “екосистема” був запропонований до вживання у 1935 р. англійським екологом А. Тенслі.

Забезпечення безперервного кругообігу речовин в екосистемі вимагає обов’язкового запасу неорганічних речовин у сприятливій для засвоєння формі, а також трьох категорій організмів. Вважається, що екосистема складається з чотирьох елементів:

1) абіотичне середовище – комплекс неживої природи, звідки біоценоз черпає засоби для існування і куди виділяє продукти обміну (вода, мінеральні речовини, гази, неживі органічні речовини);

2) продуценти (кондуктори, виробники) – організми, що виробляють первинну біомасу (наземні зелені рослини, водорості і бактерії, що здатні до фотосинтезу);

3) консументи – споживачі первинної або вторинної продукції, тобто готових органічних речовин, які трансформують їх в нові форми. Організми, які вживають тільки їжу рослинного походження, називаються консументами першого порядку. Організми, які в основному споживають їжу тваринного походження, називаються консументами другого порядку. Консументами є тварини та безхлорофільні рослини;

4) редуценти (деструктори) – організми, які розкладають органічні рештки до мінерального стану (мікроорганізми – бактерії, гриби, найпростіші, а також організми, які живляться мертвими органічними речовинами).

Між цими елементами існує закономірний зв’язок. Взаємодія організмів в екосистемі надзвичайно складна. Взаємодія біоценозів з біотопами відбувається через речовинно-енергетичний обмін. Для кожної екосистеми характерний свій біологічний кругообіг речовин, який здійснюється завдяки існуванню в екосистемах ланцюгів живлення. Незважаючи на різноманітність екосистем, вони мають спільні риси. У кожній із них можна виділити фотосинтезуючі рослини – продуценти, різні типи консументів і редуцентів. Класифікувати екосистеми можна таким чином:

1) за масштабами:

§ мікроекосистеми – невеликі біоценози, які називаються синузіями (трухляві пеньки, мертві стовбури дерев тощо);

§ мезоекосистеми – біоценози, які займають однотипні ділянки земної поверхні з однаковими фізико-географічними умовами, межі яких збігаються з межами відповідних фітоценозів (садова ділянка, ліс, озеро тощо);

§ макроекосистеми – величезні території чи водні акваторії, які визначаються за характерним для них макрокліматом і відповідають цілим природним зонам (тундра, тайга, степ, ліси, моря тощо);

2) за ступенем трансформації людською діяльністю:

§ природні – екосистеми, які сформувалися еволюційним шляхом і мають здатність до саморегуляції, самовідтворення, самопід-
тримки при умові відносної стабільності зовнішнього середовища;

§ антропогенні – екосистеми, в яких переважають штучно створені антропогенні об’єкти, де крім людей можуть існувати лише окремі види організмів, що пристосувалися до цих специфічних умов (міста, промислові вузли, кораблі тощо);

§ антропогенно-природні – екосистеми, які складаються виключно з природних компонентів, але створені й регулюються людьми (сади, поля, парки тощо). Серед них в залежності від переваги природних або антропогенних складових та чинників можна виділити модифіковані (незначно змінені під впливом людини) та трансформовані (дуже перетворені) екосистеми.

Взалежності від роду діяльності у складі останніх двох видів екосистем можна виділити: агроценози (сади, тваринницькі ферми тощо), промислові екосистеми (вугільні шахти, заводи тощо), міські екосистеми.

В епоху глобального антропогенезу велике значення має стійкість екосистем, тобто стійкість живих організмів до хімічних речовин (ксенобіотиків), які в природному середовищі відсутні. Кількість ксенобіотиків, які з’являються внаслідок господарської діяльності людини, весь час збільшується. Проте за рахунок адаптації живі організми мають свої способи захисту:

§ розумова діяльність людини дозволяє їй розпізнавати шкідливі речовини і уникати їх;

§ наявність у тварин та людей гормональної системи, яка розпізнає ксенобітоки, що потрапили до організму;

§ на рівні клітин є мембранні механізми, які запобігають проникненню шкідливих речовин до клітини;

§ наявність в організмі спеціальних ферментів, які здатні руйнувати ксенобіотики;

§ наявність системи виведення токсичних речовин з організму.