Реферат на тему:
Природні біотичні та урбанізовані екосистеми в біосфері
На початку розділу ІІ ми вже торкалися концепції визначення поняття
екосистеми. Проблема полягає в тім, що традиційно поняття «екосистема»
розглядається як об’єкт біологічної науки, а складові урбанізованих
екосистем — «технологічні системи» — економічної.
Учення про екосистему безпосередньо не враховує закономірності розвитку
технологічних систем промислової економіки, а лише розглядає наслідки
техногенного впливу на екосистеми. Але останнім часом поняття «екологія»
і «екосистема» набувають більш широкого змісту і продовжують формуватись
у соціальному аспекті. Сьогодні все частіше публікуються наукові праці
під такими назвами, як «Соціальна екологія», «Екологія людини»,
«Глобальна екологія». У цьому напрямку формуються і навчальні програми
вузів. Але й досі вивчення проблем формування і розвитку екосистеми і
техноекономічних систем усе ще є невиправдано далеким від комплексного.
Формуванню деяких складових таких комплексних знань присвячено цей
розділ посібника. Концептуально холістичний підхід базується, головне,
на ідеях нашого співвітчизника В. І. Вернадського і американського
еколога Ю. Одума. Ідеї останнього викладено у фундаментальній праці
«Basic ecology», яку зорієнтовано, на проблеми взаємозв’язку природних
екосистем з технологічними системами промислової економіки*.
Усвідомлюючи, що така «однобока» орієнтація буде призводити до певної
некоректності використання деяких традиційних термінів і понять, ми
намагатимемося уточнювати їхню суть у контексті предмета, що
викладається, і сподіваємось на толерантність прибічників
традиційно-професійного їх тлумачення.
Термін «система» (від гр. — утворення, складання) стосовно об’єкта, який
ми розглядаємо, означає сукупність певних складових цілого, зв’язаних
спільною функцією оптимального самозабезпечення.
Склад природних біотичних систем становлять елементарні компоненти (ген,
клітина) органів різного ієрархічного рівня чи сукупність організмів
(популяцій і спільнот), які разом функціонують, живлячись енергією і
хімічними елементами абіотичного середовища. Екологічна наука вивчає
переважно біосистеми рівня популяцій і спільнот, які заведено називати
екосистемами (рис. 30).
Рис. 30. Ієрархічні рівні організації біосистем
Визначальною рисою таких екосистем є те, що всі процеси — народження,
розвиток і розмноження організмів (рослин і тварин) відбуваються за умов
сталого енергетичного і, в певних межах, сталого матеріального
забезпечення елементами живлення. У процесі обміну з навколишнім
середовищем живі організми в природних екосистемах не тільки не руйнують
його, але, пристосовуючись, сприяють його стабілізації і навіть
поліпшенню умов свого існування і розвитку.
Винятком серед всіх живих організмів на нашій планеті є, на жаль, тільки
людина.
Світогляд сучасної людини базується не на пристосуванні до навколишнього
середовища, а на підкоренні природи своїм потребам.
Людина, забезпечивши себе незалежними джерелами енергії, створила
надприродні технологічні системи, не зв’язані обмежуючими рамками
природного співіснування з іншими організмами. У цьому полягає
принципова різниця систем природного й антропогенно-технологічного
походження. Але і перші, і другі співіснують в одній глобальній
екосистемі біосфери і їх рівнодійна зумовлює напрямок зміни стану
навколишнього середовища людини. Саме це і спонукає вивчати природничі і
техніко-економічні системи в комплексі.
Спочатку спинімося на деяких поширених поняттях і термінах екології.
Природні екосистеми: терміни і визначення
Термін «екосистема» було запропоновано англійським екологом А. Тенслі ще
1935 року. Екосистема — це основна функціональна одиниця в екології,
загальне визначення якій ми дали вище. З погляду термодинаміки
екосистема є відкритою системою обміну із зовнішнім середовищем.
Найважливіша її термодинамічна характеристика — це здатність утворювати
й підтримувати високий рівень внутрішньої впорядкованості, запобігати
некерованим процесам, отже і сприяти підвищенню сумарної ентропії
екосистеми.
Автотрофними компонентами екосистем (рослинами), які живляться
безпосередньо сонячною енергією, це досягається завдяки реалізації
процесу фотосинтезу (див. рис. 20): використана сонячна енергія на 98%
розсіюється в навколишньому середовищі у формі низькоконцентрованої
(низькоякісної, деградованої) теплової енергії і лише 2% її
перетворюється на висококонцентровану внутрішню енергію структурно
впорядкованої системи міжатомного зв’язку біомаси (глюкози) рослин.
Аналогічний енергетичний баланс має місце в живленні гетеротрофних
організмів екосистеми: у процесі обміну речовиною і енергією з
навколишнім середовищем (харчування і дихання) вони збільшують
невпорядкованість навколишнього середовища, але постійно підтримують
сталий рівень упорядкованості (отже й ентропії) власного організму.
Таким чином, біотичні компоненти постійно «відкачують» ентропію з
екосистеми за її межі. За такої схеми постає питання збереження
ентропійного балансу біосфери в цілому. Чи не призводить це до
необмеженого збільшення ентропії і досягнення в біосфері рівноважного
стану? Таке питання, як ми вже знаємо, було поставлене ще в ХІХ ст.
німецьким фізиком Р. Клаузіусом і англійцем У. Томпсоном, авторами
першого формулювання другого закону термодинаміки.
Відповідь на нього ми вже розглянули. Оскільки в термодинамічному
відношенні окремі екосистеми і біосфера в цілому не є ізольованими від
космосу, висновки Р. Клаузіуса «про теплову смерть» Землі не є науково
обгрунтованими. Крім того, на прикладі циклу — фотосинтез—розпад
біомаси—фотосинтез — в системі біосфери ми спостерігаємо кругообіг
елементів (С, О, Н), отже, одночасний перебіг протилежних процесів
збільшення і зменшення ентропії. Це зумовлює відносну сумарну
стабільність ентропійного стану біосфери завдяки постійному надходженню
до біосфери сонячної енергії. Усе ж, пригнічення автотрофних компонентів
екологічних систем техногенним впливом сучасного суспільства є
небезпечним фактором для ентропійного балансу біосфери в цілому.
Фундаментальні поняття учення про природні екосистеми*.
Екосистема, або біогеоценоз, — історично сформований взаємозумовлений
комплекс живих і неживих компонентів певної ділянки земної поверхні,
зв’язаних між собою обміном речовин та енергії.
Поняття екосистеми близьке до поняття біогеоценозу, але є більш
загальним. Ним користуються найчастіше англомовні вчені. Це — сукупність
живих істот, зв’язаних між собою трофічними зв’язками, і неживих
компонентів середовища, які залучаються ними в процесі взаємного обміну
речовин та енергії.
Еквівалентним біогеоценозу поняттям є ландшафт з тією, однак, різницею,
що поняття біоценозу є біоцентричним, живі організми є його основою, а
неживі компоненти — лише середовищем. У вченні про географічний ландшафт
усі його компоненти (гірські породи, грунти, води, повітря і біоценоз) є
рівнозначними. У ландшафтознавстві добре розроблено систему
територіальних морфологічних одиниць (методика картографування для їх
оцінювання у господарському використанні).
Для біології та екології найважливішим є вчення про біоценоз, який
характеризується трьома ознаками: видовим складом, будовою (структурою)
і місцезростанням.
Абіотична речовина — це сукупність тих речовин у біосфері, у створенні
яких живі організми не беруть участі.
Біогенна речовина створюється у процесі життя і переробляється
сукупністю живих організмів. Це джерело надзвичайно потужної
потенціальної енергії (кам’яне вугілля, бітуми, вапняки, нафта). Після
утворення біогенної речовини живі організми в ній малодіяльні.
Біозмертвіла речовина — за В. І. Вернадським, «створюється в біосфері
одночасно живими організмами і неживими компонентами, репрезентуючи
системи динамічної рівноваги тих і тих». Організми відіграють провідну
роль у створенні такої речовини: грунти, природні води річок і озер,
мінералів земної кори та ін., властивості яких залежать від діяльності
на Землі живої речовини.
Біотоп (від гр. «??o?» — життя і «???o?» — місце) — ділянка земної
поверхні (суходолу або водойми) з однотипними абіотичними умовами
існування (рельєф, грунт, мікроклімат, умови зволоження), що її займає
певне угруповання організмів (біоценоз). Для кожного біотопу характерний
специфічний комплекс умов, який визначає видовий склад організмів та
особливості їх існування і сам змінюється під впливом біоценозу. Біотоп
є неорганічним компонентом біогеоценозу. Однотипні біотопи на земній
поверхні вчені об’єднують у біохори, а такі самі біохори — у біоцикли.
Біоцикли — найвища одиниця розчленування земної поверхні. Розрізняють
три біоцикли — море, суходіл, внутрішні водойми. Біотопи піщаних,
глинистих, кам’янистих пустель об’єднують у біохори пустель.
Сукупність рослинних і тваринних організмів, а також мікроорганізмів,
які населяють певний біотоп, називають біоценозом. Біоценоз — це
динамічна, здатна до внутрішньої регуляції система. У біоценозі
розрізняють фітоценоз і зооценоз, тобто сукупності рослинних і тваринних
організмів.
Організм — біологічна одиниця екосистеми. Видатний біолог І. М. Сеченов
указував, що живий організм (рослинний чи тваринний) — це
саморегулювальний в часі механізм, який є специфічною динамічною
системою і тісно зв’язаний зі своїм середовищем обмінним процесом.
Взаємозв’язок організму з навколишнім середовищем є постійним і
нерозривним: середовище впливає на організм, а організм змінює
середовище. Організми можуть існувати тільки тоді, коли безперервно
споживають із середовища відповідні хімічні елементи та енергію,
виділяючи в навколишнє середовище продукти своєї життєдіяльності і в
такий спосіб змінюючи його.
Будь-яка природна система складається із сукупності елементів, котрі
тією чи іншою мірою постійно взаємодіють. Відтак екологічні системи
утворюються організмами та елементами їхнього середовища, з якими ці
організми взаємодіють.
Основою живої матерії є клітина — система безперервних біохімічних
перетворень. Ці перетворення в принципі не відрізняються від хімічних
процесів у навколишньому середовищі, які ми вже розглядали як явище
метаболізму. Суть реакцій метаболізму — це енергозабезпечення
біологічних функцій клітини і синтез будівельного матеріалу для
зростання та регенерації клітинних структур.
I
I
gd!@
0У хімічному відношенні життєві процеси різних живих організмів
відбуваються за близькими схемами, що дає змогу прогнозувати вплив
різних природних факторів на наш організм. Особливістю біохімічних
процесів є біокаталітичний характер дії ферментів. Деякі ферменти
збільшують швидкість реакцій у мільярди разів порівняно з аналогічними
некаталітичними хімічними перетвореннями. За участю однієї молекули
ферменту відбуваються тисячі елементарних хімічних перетворень за
секунду. Для кожної біохімічної реакції існує свій специфічний фермент.
Завдяки ферментам вихідні будівельні матеріали — субстрати —
безпомилково пов’язуються (синтезуються) у хімічні структури клітини.
Клітина розміром близько 0,02 mm включає ядро діаметром 5000 nm, в якому
міститься ДНК (дезоксорибонуклеїнова кислота) — носій генетичної
інформації. РНК (рибосоми) відповідають за біосинтез специфічних молекул
білка. Неважко збагнути, що навіть невеликі порушення внутрішнього
середовища організму, наприклад, унаслідок появи якоїсь «чужої»
молекули, спричинятимуть функціональні зміни — «помилки» метаболізму, що
може стати причиною суттєвого розладу організму і навіть його смерті.
Отже, людина є складною біологічною «екосистемою», що потребує
стабільного балансу її компонентів у визначених межах.
Середовище місця проживання — це та частина природи, яка оточує живий
організм і з якою він безпосередньо взаємодіє. Складні частини та
властивості середовища різноманітні й мінливі.
На нашій планеті живі організми освоїли чотири основні середовища
проживання, які значно різняться одне від одного. Водне середовище було
першим, в якому виникло і поширилося життя. Згодом живі організми
опанували наземно-повітряне середовище, створили й заселили грунти.
Четвертим специфічним середовищем життя стали самі живі організми,
кожний з яких є цілим світом для паразитів або симбіонітів, що живуть у
ньому.
Пристосування організмів до середовища (адаптація) — одна з основних
властивостей організмів, що забезпечує їх існування, можливість виживати
й розмножуватися. Адаптації проявляються на різних рівнях: від біохімії
клітин і поведінки окремих організмів до будови і функціонування цілих
угруповань. Адаптації виникають і змінюються в ході еволюції видів.
Середовище також здатне формувати такі типи адаптації, надаючи в такий
спосіб еволюційно віддаленим видам схожих ознак (так зване явище
конвергенції). Наприклад, багато видів рослин, що заселяють пустелі,
мають специфічні (функціонально подібні) механізми регулювання
гідротермічного режиму свого організму.
Автотрофні організми (продуценти) — у процесі фотосинтезу та хемосинтезу
трансформують світлову енергію в потенціальну енергію хімічних зв’язків,
що зосереджується в органічних сполуках (вуглеводах, білках, жирах).
Вони дають початок трофічним ланцюгам, тобто підпорядкованим рядам
організмів: у такому ряді одні організми є поживою для інших, а їх, у
свою чергу, поїдають треті (гетеротрофні).
Консументи, які живляться складними органічними речовинами, поділяються
на три групи:
а) консументи першого порядку, що існують за рахунок продуцентів. Це
рослиноїдні тварини, які поїдають тканини продуцентів; рослинні і
тваринні паразити зелених рослин;
б) консументи другого порядку (первинні хижаки) — переважно різні
комахоїдні тварини;
в) консументи третього порядку (вторинні хижаки) — м’ясоїдні.
Біоредуценти — організми, що живляться трупами, екскрементами та
рослинними опадами і, розкладаючи їх, тим самим здійснюють поступову
мінералізацію органічного матеріалу й переводять його у неорганічний. До
них належить велика кількість сапрофітів: бактерії, гриби та тварини
найрізноманітніших груп.
Первинна продукція — загальна кількість органічних речовин, утворених в
екосистемі внаслідок асиміляції. Чиста первинна продукція дорівнює
загальній, за винятком речовин, витрачених на дихання, і є запасом
енергії, доступної для гетеротрофів (на дихання споживається близько 10%
загальної продукції рослин).
Природа намагається збільшити валову продукцію, людина — чисту.
Продукція — це та кількість органічної речовини, що її нагромадила
популяція або екосистема за одиницю часу. Частина продукції, яка
утворилася понад кількість, потрібну для підтримання життєдіяльності
всіх форм життя в екосистемі, називається чистою продукцією.
Фактори формування
навколишнього середовища
Факторами називають явища і процеси, які є причинами, рушійними силами
даного явища. Виділяють фактори зовнішні і внутрішні, між ними існують
нерозривні зв’язки.
За походженням фактори формування навколишнього середовища бувають
природними й антропогенними. Їх можна згрупувати в енергетичні,
речовинні і структурні.
Енергетичні фактори. До енергетичних природних факторів належать:
надходження, перетворення, перенесення, акумуляція енергії.
Екологічні фактори — будь-які елементи або умови зовнішнього середовища,
які діють на організми або угруповання, на що останні реагують
пристосувальними реакціями.
Екологічні фактори мають різну природу і специфіку дії, поділяються на
абіотичні, біотичні й антропічні.
Абіотичні включають кліматичні (світло, тепло, радіоактивне
випромінювання, тиск, вологість повітря); едафічні (механічний склад
грунту, гумус, грунтовий розчин, аерація грунтів) і орографічні (рельєф,
нахил схилу, експозиція); геологічні (материнська порода різного
походження).
З абіотичних факторів поряд із кліматичними найважливішими є едафічні
фактори середовища.
Едафічні фактори середовища — властивості земної поверхні, які
справляють екологічний вплив на її мешканців (від гр. «едафос» — основа,
грунт). Це — грунтова вода і розчинені в ній (або взагалі доступні
кореням) поживні речовини; концентрація грунтового розчину, його
кислотність і ступінь окиснення, отруйні речовини грунту; комплекс
фізичних властивостей грунту — механічний склад, поруватість, аерація,
водні й теплові властивості; об’єм (потужність) коренедоступного шару
грунту — ризосфери; лісова підстилка та ін.
Біотичні фактори включають вплив рослин і тварин. Рослинні фактори — це
не тільки вплив на ліс трав’яної, мохової, лишайникової, грибної,
бактеріальної флори, а й деревної, тобто вплив рослин одна на одну
(ценотичний фактор).
Категорія зоологічних факторів — це життєдіяльність численних
представників тваринного світу.
Організми не лише пристосовуються до умов середовища, а й змінюють їх
так, щоб зменшити негативний вплив зовнішніх факторів: температури,
світла, вологи та ін.
Антропічні фактори. Людська діяльність у природі зв’язана із суттєвою
видозміною корінного (первинного) середовища. У лісокористуванні — це
рубки, трелювання і перевезення деревини, випасання тварин; на річках та
інших водоймах — надмірний вилов риби, хижацьке винищення окремих видів
диких тварин та багато інших видів діяльності; у промисловості —
забруднення атмосфери промисловими газами, димом, пилом, які справляють
негативний вплив на рослини, тварин і мікроорганізми; у рекреаційній
сфері — туризм, пожежі, ущільнення грунту, пошкодження лісу, дерев і
т. п.
Аутекологія (термін, запроваджений Шретером 1896 р.) вивчає
взаємовідносини представників виду з навколишнім середовищем. Вона,
головне, визначає межі стійкості і переваги, які надає вид різним
екологічним факторам: теплоті, світлу, волозі, складу грунтів тощо, а
також досліджує дію середовища на морфологію, фізіологію і поведінку
організму.
Популяційна екологія. Популяцією в екології називають групу осіб одного
виду, які перебувають у взаємодії і спільно заселяють якусь територію.
Екологічну популяцію можна визначити як населення одного виду на певній
території.
Синекологія, або біоценологія. Термін синекологія, як і аутекологія,
означає відносини між особами, які належать до різних видів даної групи
організмів, а також між ними і навколишнім середовищем. Термін
«синекологія» є синонімом біоценології.
Глобальна екологія і близький до цього термін «соціальна екологія»
вивчає залежність планетарних природних процесів від людської
діяльності. Головне завдання глобальної екології — прогнозування
можливих змін біосфери під впливом діяльності людини.
Ознайомившись з наведеними вище визначеннями, звернімо особливу увагу на
поняття «екосистема» і «антропічний фактор», або «антропогенний вплив».
У традиційному розумінні екосистеми як природного комплексу біотичних і
абіотичних її компонентів відсутня Людина — один із організмів природи —
і розглядається тільки її зовнішній антропогенний вплив на такі
екосистеми. Між тим, як будь-які інші організми, людина є лише одним з
елементів природної екосистеми — біосфери. Принципову різницю між
сучасною (саме сучасною!) людиною та іншими організмами створюють засоби
забезпечення потреб. Первісна людина як об’єкт екосистеми мало чим
відрізнялася від інших ссавців, наприклад оленя чи кенгуру, оскільки її
енергетичний і матеріальний обмін з абіотичним навколишнім середовищем
відбувався тільки з допомогою «апаратів» її власного організму. Але з
часом «Homo sapiens» починає все більше залучати для задоволення своїх
потреб додаткові зовнішні енергетичні джерела і будувати штучні
«апарати» обміну енергією і матеріальними компонентами з довкіллям.
У зв’язку з цим цікаво звернути увагу на відкриття, зроблене ще в
ХІХ ст. німецьким фізіологом М. Рубнером, який встановив, що найменші
організми, тобто ті, котрі мають велике відношення поверхні до об’єму,
мають найінтенсивніший обмін речовин (метаболізм). Океанський планктон,
наприклад, складається, головне, з мікроскопічних організмів (від 10–1
до 10–4 mm), отже організмів з великим відношенням поверхні до об’єму та
інтенсивним метаболізмом, що зумовлює їх виживання в середовищі дуже
низької концентрації необхідних біогенних елементів: сполук фосфору,
азоту, кремнію. Щодо людини, то напрошується паралель — за рахунок
штучних технологічних систем вона багаторазово збільшує «поверхню» свого
контакту із зовнішнім середовищем і забезпечує не напружений
«метаболізм» власного організму.
Література
Колотило Д. М. К 61 Екологія і економіка: Навч. посібник. — К.: КНЕУ,
1999.
* Одум Ю. Экология. — М.: Мир, 1986.
* За: Одум Ю. Экология. — М.: Мир, 1986; М. А. Голубець,
В. П. Кучерявий, С. А. Генсірук. Тексти лекцій // Екологія і охорона
природи. — К.:НМК ВО, 1990; Ю. В. Новиков. Охрана окружающей среды. —
М.: Высш. шк., 1984.
БІОСИСТЕМИ
Біотичні компоненти:
гени клітини органи організми популяції спільноти
Абіотичні компоненти:
енергія
речовина
генетичні клітин органів організмів популяцій спільнот
енергія
екосистеми:
Види біосистем:
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
