Що потрібно знати про екосистеми в біології - основні відомості

Екосистема (екологічна система) — основна одиниця природи на поверхні нашої планети, що є сукупністю організмів, що проживають на одній території, з однаковими умовами існування, які знаходяться в закономірній кореляції один з одним, утворюючи систему.

Екосистема одна із найголовніших понять в екології як науці. Екосистема — біологічна конструкція, складена із сукупності живих організмів (біоценоз), довкілля їхнього існування (біотоп), включає систему зв'язків, яка здійснює обмін речовин, а також енергії між живими істотами.

Прикладом екосистеми може бути ставок із його мешканцями (рослинами, безхребетними тваринами, рибами, мікроорганізмами), які становлять живий елемент системи (біоценоз).

Для екосистеми «став» характерними особливостями можуть бути6

• донні відкладення специфічного складу;
• фізичні параметри (відсоток прозорості води, а також сезонні показники температури води);
• хімічний склад ставка (концентрація у воді розчинених газів, іонний склад);
• специфічні показники біологічної продуктивності;
• певні умови конкретної водойми;
• а також трофічний статус даної водойми.

Подивіться на картинку екосистеми ставок:

Іншим прикладом екосистеми може бути листяний ліс на території середньої смуги Російської Федерації зі специфічним складом підстилки лісу, характерним тільки для даного виду лісу ґрунтом, стабільним рослинним співтовариством, а також із суворими показниками певного мікроклімату (в цей показник включаються відсоток вологості, коливання температури, відсоток освітленості), з відповідним для цього середовища комплексом живих організмів.

Одним з важливих аспектів, що дозволяє визначати види, а також межі певних екосистем, є трофічна структура співтовариства, відповідність виробників біоматеріалу зі споживачами цього біоматеріалу та руйнівниками біоматеріалу. Також одним із важливих показників є коефіцієнт продуктивності, обміну речовин, а також енергії.

Розглянемо концепцію екосистеми.

Екосистема - одна зі складних (згідно з визначенням складних систем австрійського біолога Людвіга Берталанфі) самоорганізуються, саморозвиваються, а також саморегулівних систем.

Найголовнішою характеристикою екосистеми можна вважати наявність порівняно замкнутих, стійких у часі та просторі потоків енергії та речовини між абіотичною частиною екосистеми та біотичною частиною екосистеми.

З цього виходить, що не кожна біологічна система може бути названа екосистемою (наприклад, екосистемою не є трухлявий пень та акваріум). Ці системи – пень та акваріум – не характеризуються достатнім ступенем самодостатності, саморегуляції. У разі припинення регулювання умов та підтримки характеристик на єдиному рівні, ці системи досить швидко зруйнуються.

Ці спільноти не створюють своїх самостійних циклів енергії та речовини замкнутого характеру, вони лише є невеликою частиною величезної системи. Ці системи варто називати не інакше, як спільноти нижчого рівня (мікрокосмами).

Екосистема - Відкрита система, що володіє характеристиками вхідних і вихідних потоків енергії та речовини. Основою існування кожної екосистеми є потоки енергії світла Сонця, які є результатом термоядерної реакції.

У прямому вигляді потоки сонячної енергії проявляються у фотосинтезі, а непрямому вигляді розкладанням органічних речовин. Винятком є ​​лише екосистеми, що знаходяться на глибині (так звані «чорні» та «білі» курці). Їх основним джерелом енергії є внутрішнє земне тепло, і навіть енергія від хімічних реакцій.

У екосистем немає певного розміру. Вони можуть бути величезними, як, наприклад, озеро чи пустеля, і маленькими, як калюжа чи дерево. Усі компоненти екосистеми – рослини, температура, тварини, світло, повітря, ґрунт – взаємодіють між собою.

В екосистемі кожен живий організм має своє місце і свою роль. Однак важливо пам'ятати, що екосистеми легко можуть зруйнуватися через якісь надзвичайні події (наприклад, повені, пожежі, виверження вулканів, урагани). Людина своєю діяльністю також заважає розвитку систем і іноді може навіть зруйнувати.

Основні види екосистем

Багато природних систем неможливо точно визначити розміри. Вони можуть існувати як на невеликому просторі (наприклад, розташовуватися під каменем, у невеликій водоймі), так і на величезній території (наприклад, тропічний ліс).Технічно, Землю можна назвати єдиною величезною екосистемою.

Розглянемо види екосистем. Вони залежить від масштабу. Виділяють:

1. Мікроекосистему. Це природний комплекс щодо невеликого розміру. Прикладом можуть бути калюжа, ставок.
2. Мезоекосистему. Це природний комплекс великого чи середнього розміру. Прикладом є ліс, озеро (велике).
3. Біом. Під цим поняттям мають на увазі величезну екосистему або деяку сукупність природних комплексів зі схожими абіотичними і біотичними факторами. Прикладом біома може бути тропічний ліс, у якому живе безліч живих істот.

Кордони природних комплексів не позначаються чіткими лініями. Їх часто визначають за географічними бар'єрами на кшталт гір, пустель, озер, океанів, річок.

Оскільки межі між комплексами не встановлені, багато систем зливаються одна з одною. Тому в одному озері можуть розташовуватися відразу кілька екосистем зі специфічними характеристиками. Таке змішування у науковій спільноті називається екотоном.

Розглянемо екосистеми на вигляд їх виникнення:

Крім тих, що були перераховані раніше, існує також поділ на штучні та природні екологічні системи.

1. Природна екосистема завжди створюється природою (приклад - ліс, степ тощо).
2. Штучна екосистема створюється людиною (приклад - присадибна ділянка, сад, поле, парк та ін.).

Розглянемо типи екосистем.

Загалом існує лише два типи екосистем: водні, а також наземні. Усі види природних комплексів світу відносяться до якоїсь однієї з цих категорій.

Наземні екосистеми. Їх можна знайти у кожному куточку планети. Вони поділяються на кілька підвидів:

1. Лісові природні комплекси. До них відносяться такі екосистеми, в яких спостерігається багатство тваринного та рослинного світу. Щільність живих організмом, які мешкають на території лісової екосистеми, дуже висока. Найменші зміни здатні вплинути на баланс у всій екосистемі.

Лісові природні комплекси поділяються ще на:

• Тропічні дощові вічнозелені ліси. Особливістю тропічних лісів є велика кількість опадів (у середньому – понад 2000 мм опадів на рік), густа рослинність (переважають великі та високі дерева, що знаходяться на різній висоті), велика концентрація тварин.
• Тропічні листяні ліси. Особливістю даної зони є велика видова різноманітність дерев, чагарників. Це один із найпоширеніших видів лісових природних комплексів у світі.
• Помірні вічнозелені ліси. Особливістю даної зони є мала кількість дерев, що домінують вічнозелені дерева, що оновлюють листя щосезону.
• Широколистяні ліси. Особливістю даної зони є розташування у регіонах з помірною вологістю, нормальна кількість опадів. У зимовий період дерева скидають листя.
• Тайга. Вона розташована перед зоною тундри. Особливістю даної зони є вічнозелені хвойні дерева, низькі (часто мінусові) температури завдовжки приблизно півроку, висока кислотність грунтів.

2. Ще одним видом екосистем можна вважати екосистеми пустелі. Ці природні комплекси знаходяться в пустельних районах. Головною особливістю місцевості є мала кількість опадів (трохи більше 250 мм на рік). На Землі безлюдних екосистем приблизно 17%.Через те, що в пустелях мало водних ресурсів, висока температура повітря, інтенсивні сонячні промені, фауна та флора не дуже різноманітні.

3. Також існує екосистема лука. Знаходиться переважно в помірних та тропічних районах планети. Флора луки — трави, чагарники та кілька дерев. Фауна представлена ​​комахоїдними, рослиноїдними і тваринами, що пасуться. Вирізняють два види природних комплексів «луг»:

1. Саванна. Це такі луки, які розташовані у тропіках. Цей комплекс має сухий сезон. Особливості саван - невелика кількість дерев, наявність хижих і травоїдних тварин.
2. Прерії. Це такі луки, які розташовані у помірному поясі. Мають нормальний трав'яний покрив, позбавлені чагарників, дерев. Часто трапляються різні види високих трав. Спостерігається посушливий сезон.
3. Степові луки. Це луки, що знаходяться на території напівзасушливих пустель. Щодо трохи рослинності, рідко зустрічаються дерева, часто розташовуються на берегах струмків та річок.

4. Серед видів наземних екосистем також виділяються гірські екосистеми. Гірські природні комплекси відрізняються різноманітністю флори та фауни. На висоті спостерігаються серйозні кліматичні умови, у яких можуть існувати лише альпійські рослини. Тваринний світ, який живе високо в горах, відрізняється товстою шубою для захисту тіла від холоду. Схили гір зазвичай покриті хвойними лісами.

Водні екосистеми (природні комплекси)

Це система, яка знаходиться у воді (наприклад, в озерах, річках, океанах та морях). У ній представлені водна флора та фауна. За особливостями водних ресурсів виділяють прісноводні та морські екологічні системи.

1. Розглянемо морські екосистеми. Це один із найбільших природних комплексів, тому що покриває приблизно 70% усієї земної поверхні. У морській воді знаходиться багато розчинених солей та мінералів. Морська екосистема також поділяється на:

1. Океанічну. Це одна з невеликих частин океану, що знаходиться на континентальному шельфі.
2. Фундальну зону. Це область глибоко під водою, її глибини не потрапляє світло.
3. Бентальна область. Це область, заселена донними істотами.
4. Приливна зона. Це місце між високими та низькими припливами.
5. Лимани.
6. Коралові рифи.
7. Солончаки.
8. Гідротермальні жерла. Тут бактерії складають основну кормову основу.

Морські екосистеми представлені багатьма організмами. Наприклад, коралами, бурими водоростями, голкошкірими, головоногими молюсками, динофлагелятами, акулами.

2. Розглянемо прісноводні природні комплекси. Вони представлені негаразд широко, як морські екосистеми. Вони охоплюють лише 0,8 % від усієї земної поверхні. Виділяють приблизно три види прісноводних екологічних систем:

1. Стоячі. Це води, в яких не спостерігається перебігу. Приклади: басейн, ставок, озеро.
2. Проточні. Це води, у яких спостерігається швидкий рух води. Приклади: струмки, річки.
3. Водно-болотні угіддя. Це місця, де періодично затоплюється грунт.

У прісноводних екосистемах живуть рептилії, земноводні, приблизно 40% риб світу. У воді, що швидко рухається, спостерігається великий вміст розчиненого кисню. Так підтримується велика різноманітність організмів.

Структура та основні компоненти

Екосистема — екологічна одиниця, що складається з неживого довкілля (це абіотичні компоненти) та живих організмів (біоценоз).

Подивіться на компоненти екосистеми:

Розглянемо компоненти природних комплексів.

• Абіотичні компоненти.Це факти, які не пов'язані між собою, але вони впливають на розподіл, структуру, взаємодію та поведінку живих організмів.

Виділяють два види абіотичних компонентів:

• Кліматичні фактори — такі, як температура, дощ, вітер, світло, вологість.
• Едафічні чинники. Вони включають особливості рельєфу, кислотність грунту, мінералізацію.

Навіщо потрібні абіотичні компоненти?

У грунті містяться органічні та мінеральні речовини, а також живі організми. Грунт дозволяє живим організмам харчуватися, забезпечує середовищем проживання та вологою.

Атмосфера обумовлює споживання живими організмами вуглекислого газу (важливий при фотосинтезі), а також кисню (основний компонент для дихання).

Випромінювання Сонця дозволяє атмосфері нагріватися, таким чином випаровується вода. Світло також є невід'ємною частиною фотосинтезу.

Більшість живої тканини містить високий відсоток води — це 90 % і іноді навіть більше.

Вода — середовище, що дає мінеральні харчові продукти рослинам. Також є важливим компонентом фотосинтезу.

Розглянемо біотичні компоненти.

Біотичні компоненти - Сукупність рослин, тварин, мікроорганізмів.

За своїми ролями в екосистемі біотичні компоненти поділяються на:

1. Продуценти. Вони беруть участь у виробництві органічних речовин із неорганічних речовин. Роблять вони це за допомогою сонячної енергії.
2. Консументи. Вони споживають органічні речовини, які виробляють продуценти. Це хижаки, травоїдні та всеїдні.
3. Редуценти. Це гриби і бактерії, що руйнують органічні сполуки продуцентів і консументів, які вже відмерли, для харчування, а також викиду у навколишнє середовище найпростіших речовин (органічних та неорганічних), що утворилися як побічні речовини їх метаболізму.

Дані найпростіші речовини можуть повторно проводити після циклу обміну речовин між абіотичної і біотичної середовищами.

Існують в екосистемі різні рівні розподілу живих організмів. Погляньте на картинку:

Особина - Кожна жива істота, організм. Для особин не характерне розмноження з особинами інших груп. Зазвичай це правило відноситься до тваринного світу, оскільки схрещування видів флори - поширена практика.

Населення - Сукупність особин одного виду, які проживають на певній місцевості в певний момент часу. Зверніть увагу, що до терміну «популяція» можуть належати особини одного виду, що відрізняються за генетикою (наприклад, забарвлення, колір шкіри, очей, а також розмір тіла).

Спільнота - Сукупність всіх живих організмів, які проживають на певній території в певний момент часу. У співтоваристві можуть бути різні популяції живих організмів.

Екосистема - Сукупність угруповань живих організмів, які взаємодіють з навколишнім середовищем.На цьому рівні організми залежать від абіотичних факторів (типу каміння, повітря, води, температури).

Біом - Сукупність екосистем, які мають схожі абіотичні характеристики.

Біосфера - Різні біоми, що переходять один в інший, формуючи велику спільноту тварин, людей і рослин, які проживають у певному місці. Біосфера - сукупність всіх екосистем, що існують на планеті Земля.

Розглянемо дуже важливе поняття для екосистеми як харчова ланцюг.

Харчовий ланцюг - Послідовність, на підставі якої живляться організми в біологічному співтоваристві. Якщо говорити просто, це ланцюг, який показує «хто ким харчується».

Ознаки та властивості

Основними властивостями екосистеми є:

1. Цілісність.
2. Самовідтворюваність. Основними чинниками для самовідтворення є наявність у середовищі енергії та їжі, здатності живих організмів до самовідтворення, здатності живих організмів повторювати хімічний склад, а також фізичні властивості природного середовища (наприклад, структуру грунтів та прозорість води).
3. Стійкість. Найстійкішими екосистемами є системи тропічного лісу, лісу помірної смуги.
4. Саморегуляція. Визначається видовою різноманітністю, а також харчовими взаємовідносинами між видами. Приклад: якщо чисельність якихось консументів знижується, тоді хижаки починають харчуватись тваринами, які раніше були для них другорядними.
5. Емерджентні властивості. Властивості, що виникають у результаті синергії компонентів екосистеми. Приклад: водорості та кишковопорожнинні еволюціонують спільно, утворюючи систему рифів. Так вони підтримують велику продуктивність у водах, які мають невеликий вміст поживних елементів.

Формування та стійкість екосистем

Як було згадано вище, екосистеми формуються з допомогою абіотичних і біотичних чинників. Існують і «лімітуючі фактори», які зумовлюють особливості екосистеми. Як них виступають абіотичні властивості (тобто температура, рельєф тощо).

Також є фізичні бар'єри: такі, як гірські хребти, моря, пустелі. Через фізичні бар'єри виникає велика різниця в однакових екосистемах на різних територіях планети — особливо різниця видно у видовому складі.

Стійкість екосистем складається з:

1. Толерантності виду. Цей термін означає стійкість виду до коливань різних екологічних чинників, тобто здатність переносити різні відхилення екологічних чинників середовища від норми. Коливання величин допустимі лише обмежених межах. Ці межі називаються "кордони толерантності". Для кожного організму є різні межі толерантності. Чим більші межі зміни факторів середовища, тим вища стійкість організму.
2. Адаптація особин до змін екологічних факторів. Адаптація - вироблені еволюцією та спадковістю властивості організмів, які забезпечують нормальну життєдіяльність в умовах зміни факторів екології. Можливості адаптації також різняться. Приклад: береза ​​росте добре і на сухих, і на зволожених ґрунтах, а сосна росте тільки на помірних ґрунтах. Види, які здатні адаптуватися, вимирають.

Розглянемо типи адаптації:

1. Морфологічні. До них відносяться видозміни органів. Наприклад: розвиток колючок у баобабу, а чи не листя.
2. фізіологічні. До них відносяться особливості ферментативного набору травного тракту.
3. Поведінкові.До них відносяться методи забезпечення теплообміну птахів у період сезонних перельотів, а також забарвлення в різні сезони і в різних ситуаціях (хамелеони).

Стійкість природних комплексів - Здібності екосистеми зберігати нормальне функціонування і структуру при змінах екологічних компонентів.

Біогеохімічні кругообіги зумовлюють можливості саморегуляції природних комплексів.

Видове розмаїття одна із чинників стійкості екосистем до різних несприятливим властивостям середовища. Наприклад: невеликий вид в умовах несприятливих для представленого виду має можливість збільшити чисельність виду, заповнивши собою весь простір.

Сукцесія - Послідовна зміна видів або заміна одного певного біоценозу іншим.

Розглянемо приклади, щоб краще зрозуміти, як працює сукцесія:

Відомо, що після того, як трапилася в лісі сильна пожежа, спочатку починають з'являтися листяні породи, а потім уже через 70-100 років їх починають змінювати хвойні види. У дереві, що впало, спочатку починають розмножуватися короїди, пізніше з'являються організми, які пожирають деревину, а гриби і бактерії з'являються в останню чергу, перетворюючи дерево, що впало, в гумус.

Зі збільшенням видового розмаїття в екосистемах з'являються довші ланцюги живлення, які формують великий інтенсивний обмін речовин, а отже — мають набагато більший ступінь стійкості через можливість саморегуляції (його ще називають гомеостаз).

Майже всі природні екологічні системи існують у рамках тривалих тимчасових проміжків, мають відносну стабільність, для підтримки якої потрібно збалансувати потоки речовини, енергії в процесах кругообігу між навколишнім середовищем та організмами.Але, звичайно, не можна говорити про абсолютну стабільність, тому що її в природі не існує.

Стабільність стану природних комплексів відносна, тому її показником може бути чисельність популяції різних видів, що періодично змінюється, в рамках екосистеми.

Гомеостаз - Такий стан екосистеми, який характеризується динамічністю та рівноважністю. Важливо розуміти, що гомеостаз – рухомо-стабільна рівновага. Воно характеризується стійкістю функціонування екосистем у мінливих умовах довкілля внаслідок те, що природні комплекси перебувають у квазиравновесном стані.

Що таке рівновагу для гомеостазу?

1. Стабільність. Даний фактор показує, що екологічні системи існують протягом деякого довгого проміжку часу, вони мають відносну стабільність у просторі та часі. Особливістю штучних екосистем (створених руками людини) є необхідність підтримувати рівновагу у даних природних комплексах, тобто керувати різними процесами їхнього функціонування. Приклад: заміна мулу в муніципальних, регіональних, виробничих водоочисних спорудах - у них розмножуються бактеріальні колонії, які пожирають, сорбують та розкладають забруднюючі речовини в очисних водах.
2. Рухливість. Цей критерій обумовлює мінливість різних властивостей (наприклад, чисельності популяції), а також структури природних комплексів, тобто сукупності різних видів. Послідовні перетворення в положенні рівноваги в екологічних системах відбиваються в заміщенні видів (наприклад, у процесі сукцесії), які супроводжуються змінами у властивостях та структурі харчового ланцюжка.Різноманітність видів сприяє формуванню сукцесії, забезпечує заповненість всього простору живими організмами, збільшує ступінь замкнутості біогеохімічного кругообігу в екологічній системі.

Таким чином, гомеостатичність є загальною властивістю для всіх екологічних систем, що залежать від результативності комплексу механізмів адаптації, що діють як на рівні окремих видів, так і на рівні природного комплексу загалом.

Гомеостатичність базується на особливостях віку та різноманітності видів в екосистемах, тому дуже сильно варіюється як у різних угруповань, так і в штучних та природних екологічних системах.

Потрібна допомога?