Що таке Екосистема

Екосистема — це система чи група взаємозалежних елементів, що утворилася із взаємодії поєднання організмів із довкіллям. Це скорочене позначення від словосполучення "екологічна система".

Екосистема - це будь-яка система або мережа взаємопов'язаних та взаємодіючих елементів, як, наприклад, у бізнесі.

Це слово походить від поєднання двох грецьких слів Οικος (будинок/житло) + Σύστημα (система).

Артур Тенслі (британський ботанік, викладач університету та еколог) вважається першим, хто використав це слово у 1930–1935 роках. Він же був одним із перших у світі екологів.

Що саме створює екосистему, то це сукупність індивідуального фізико-хімічного середовища (біотопа) з об'єднанням живих організмів (біоценозом). Артур Тенслі представив це формулювання: біотоп + біоценоз = екосистема.

Екосистема та біогеоценоз

"Екосистема" та "біогеоценоз" - це не синоніми, вони лише близькі за значенням. Біогеоценоз - екосистема в межах фітоценозу.

Фітоценоз - рослинна спільнота, сукупність спільно існуючих організмів на одній ділянці земної поверхні.

Екосистема – це загальніша концепція. Будь-який біогеоценоз – екосистема, але не будь-яка екосистема – біогеоценоз.

Види екосистем

Склад екосистем залежить від кількох чинників, як-от геологічні умови, клімат, вплив людини.

Природні та штучні

За рівнем втручання людини екосистеми поділяються на природні та штучні.

Природні екосистеми

Розвиваються під впливом природи, людина може впливати на них, проте несуттєво.Прикладами таких систем можна назвати: ліси (не засаджені людиною), мангрові чагарники, коралові рифи тощо. буд.

Антропогенні (штучні) екосистеми

Формуються людиною у процесі її господарської діяльності (наприклад: сільськогосподарські посіви, лісопосадки, будівництво міст, організація ферм устриць).

Аквакультура у затоці у західній Греції
(аквакультура - розведення/зміст водних особин: риб, водоростей і т. д.).

Автотрофні та гетеротрофні екосистеми

Природні та штучні екосистеми можуть бути автотрофні та гетеротрофні. Відмінність у джерелі енергії, яке переважно забезпечує їх життєдіяльність.

Автотрофні екосистеми

Існують переважно на енергетичному самозабезпеченні. Вони поділяються на фотоавтотрофні (які використовують сонячну енергію за рахунок своїх продуцентів-фотоавтотрофів) та хемоавтотрофні (які споживають хімічну енергію рахунок продуцентов-хемоавтотрофов).

Більшість екосистем є фотоавтотрофними. Наприклад, людина вносить енергію в сільськогосподарські екосистеми (вони теж є фотоавтотрофними), яка називається антропогенною (пальне для тракторів або добрива тощо), але її роль не має великого значення порівняно із застосованою екосистемою сонячної енергії.

Розвиток природних хемоавтотрофних екосистем відбувається у підземних водах. Людина виробляє антропогенні хемоавтотрофні екосистеми з мікроорганізмів (грибів та бактерій).

Гетеротрофні екосистеми

Споживають переважно хімічну енергію, яку отримують від органічних речовин чи то з енергетичних пристроїв, вироблених людьми.

Екосистема океанічних глибин, куди не доходить сонячне світло, є прикладом природної гетеротрофної екосистеми.

Мікроорганізми і тварини, які перебувають у ній, живуть і харчуються “поживним дощем” (залишки організмів та трупи, що впали на дно, із осяяної сонцем автотрофної океанічної екосистеми).

Антропогенні гетеротрофні екосистеми дуже різні. Наприклад, промислові підприємства чи міста. По лініях електропередач у них надходить енергія, нафтопроводами та газопроводами, у цистернах, вагонах.

Подібні екосистеми отримують частку енергії завдяки зеленим рослинам, але вона несуттєва в порівнянні з енергією, придбаною ззовні.

До таких екосистем також належать:

• біологічні очисні споруди, де мікроорганізми розкладають органічні речовини, зокрема установки зі зброджування гною;
• фабрики з вермикультивування (фабрики з розведення дощових черв'яків), які трансформують органічну речовину, таку як солома, тирсу або гній;
• плантації печериць (для виживання їм необхідний органічний субстрат та тепло);
• риборозлучні ставки та інші.

Наземні екосистеми та водні

Абсолютно всі екосистеми Землі діляться на наземні екосистеми і водні.

Наземні екосистеми

Наземні екосистеми також називаються біомами. Це основні екосистеми суші: пустелі, степу, лісу тощо. буд. Найбільші відмінності між цими екосистемами на різних територіях світу формулюються різноманітними факторами: співвідношеннями середньої температури, типом ґрунтів, середньорічною кількістю опадів.

Взаємодія цих різноманітних факторів спричиняє формування помірних, тропічних та полярних варіантів лісових, пустельних та трав'янистих екосистем.

Водні екосистеми

Це екосистеми гідросфери. Ці екосистеми відрізняються між собою середньою температурою води, кількістю розчинених поживних речовин (солоною води) та глибиною проникнення сонячних променів.

Приклади водних екосистем: річки, озера, коралові рифи, болота, степові блюдця та ін.

Екотон

Це перехідна територія між двома екосистемами, що стикаються. Найчастіше і великі, і малі екосистеми немає точних рубежів.

Таким чином, екотон містить види деструкторів, рослин та тварин з обох сусідніх екосистем. Нерідко відбувається, що у екотоні зустрічаються види живих організмів, які у сусідніх екосистемах.

У результаті екотон має у своєму наявності більшу різноманітність організмів, ніж у територіях, що стикаються.

Макроекосистема, мезоекосистема, мікроекосистема

Екологічні системи також різняться за розміром.

Макроекосистема

Система величезного розміру, що складається з багатьох невеликих систем. Прикладами таких систем будуть океан, пустеля або субтропічний ліс. Усі вони населені тисячами видів тварин, рослин та бактерій, необхідні її справного функціонування.

Мезоекосистема

Цей вид екосистем вже невеликого розміру. Прикладами таких будуть: система окремо розглянутого ставка або лісового масиву, або система однієї ізольованої галявини.

Мікроекосистема

Мікроекосистема – це система малих розмірів. Вона працює в мініатюрі та імітує функціонування інших екосистем великого розміру.Прикладами таких систем будуть: сад у пляшці, акваріум, калюжа (вона населена безліччю мікроорганізмів), труп тварини тощо. буд..

Структура екосистеми

Структура екосистеми - це в основному опис організмів і фізичних особливостей середовища, включаючи кількість і розподіл поживних речовин у певному середовищі.

Також надається інформація про діапазон кліматичних умов, що переважають на цій території.

Усі екосистеми складаються з таких основних компонентів:

Абіотичні компоненти

Екологічні відносини проявляються у фізико-хімічному середовищі. Абіотичний компонент екосистеми включає основні неорганічні елементи та сполуки.

Кліматичні фактори

Включає такі фізичні фактори, як вологість, повітряні потоки і сонячна радіація. Променева енергія сонця є єдиним суттєвим джерелом енергії для будь-якої екосистеми.

Едафічні (ґрунтові) фактори

Ґрунтові фактори включають рельєф, кислотність грунту, мінералізацію і т.д. буд.

Біотичні компоненти

Біотичні компоненти включають всі живі організми, присутні в екологічній системі.

З точки зору харчування біотичні компоненти можуть бути поділені на три основні групи:

• автотрофи (продуценти);
• гетеротрофи (консументи);
• сапротрофи (редуценти).

Автотрофи (продуценти)

Це все зелені рослини, які використовують сонячну енергію та виробляють їжу (органічні речовини) з неорганічних речовин. Це синьо-зелені водорості та деякі мікроорганізми.

Гетеротрофи (консументи)

Включають тих, що харчуються готовими органічними речовинами, беруть їжу від автотрофів: всеїдні, травоїдні та хижаки.

Сапротрофи (редуценти)

Для харчування вони знищують мертві органічні сполуки рослин (продуцентів) та тварин (консументів), викидають у навколишнє середовище прості, органічні та неорганічні речовини, які були вироблені як побічний продукт їхнього метаболізму. Це бактерії та гриби.

Замкнена екосистема

Це екосистема, у якій очікується будь-який обмін речовин із середовищем її межами.

Досвід із садом у пляшці Девіда Латімера

Британець Девід Латімер провів чудовий досвід із садом у пляшці. Він посадив його у 1960 році і не поливав з 1972 року, але садок продовжує процвітати у своїй замкнутій екосистемі.

Посаджені ним усередину витривалі традесканції виросли, заповнивши майже 40-літровий контейнер, виживши на всьому переробленому: повітрі, поживних речовинах та воді.

Девід Латімер сказав, що сулія коштує в 1,5-2 метрах від вікна, щоб рослина отримувала трохи сонця. Воно росте у бік сонячного світла, тому його потрібно періодично розгортати, щоб воно росло рівномірно.

Також Девід Латімер сказав, що він ніколи не підрізав рослину, але виглядає так, ніби вона виросла до меж пляшки.

Як працюють сади у пляшках

Сади у закритих пляшках діють, тому що їхній герметичний простір створює абсолютно самостійну екосистему, в якій рослини можуть вижити, використовуючи фотосинтез для утилізації поживних речовин.

Єдине, що необхідно із зовнішнього середовища — сонячне світло, оскільки воно забезпечує його енергією, необхідною для створення власної їжі, а отже, і продовження зростання.

Світло, яке потрапляє на листя рослини, поглинається білками, що містять хлорофіли (зелений пігмент). Частина цієї світлової енергії зберігається у формі аденозинтрифосфату (АТФ), молекули, що зберігає енергію.

Решта використовується для видалення електронів із води, що поглинається із ґрунту через коріння рослини. Ці електрони потім використовуються в хімічних реакціях, які перетворюють вуглекислий газ на вуглеводи, вивільняючи кисень.

Цей процес фотосинтезу є протилежним клітинному диханню, яке відбувається в інших організмах (включаючи людей), де вуглеводи, що містять енергію, реагують з киснем для одержання вуглекислого газу, води та вивільнення хімічної енергії.

Але екосистема також використовує клітинне дихання для руйнування матеріалу, що розкладається, яке залишає рослину.

У цій частині процесу бактерії всередині ґрунту (саду в пляшці) поглинають відходи кисню рослини і виділяють вуглекислий газ, який рослина може повторно використовувати.

І, звичайно, вночі, коли немає сонячного світла для фотосинтезу, рослина також використовуватиме клітинне дихання, щоб підтримувати себе живими, розбиваючи збережені поживні речовини.

Оскільки сад у пляшці є закритим середовищем, це означає, що його водний цикл також є автономним процесом.

Вода в пляшці поглинається корінням рослини, вивільняється в повітря під час транспірації, конденсується в ґрунтосуміші, де цикл починається знову.

Біосфера-2

Ще наприкінці 1980-х років було розпочато проект "Біосфера-2". Вчені запитали, чи зможуть вони відтворити екосистеми Землі.

Для цього вони збудували середу із закритою системою 12.000 м² у пустелі Сонора, за межами міста Тусон, штат Арізона.

Очевидно, що Біосфера-1 — Земля, так команда пояснила цифру "2" у назві проекту.

Ідея полягала в тому, щоб перевірити, чи зможуть вони відтворити екосистеми Землі у закритому середовищі, щоб люди могли вижити у космосі протягом тривалого часу.

26 вересня 1991 року 8 чоловік-добровольців (4 чоловіки та 4 жінки) заради експерименту були відірвані від світу та закриті у "Біосфері-2".

Вони збиралися жити всередині цієї споруди протягом двох років, підтримуючи контакт із навколишнім світом лише через комп'ютер.

Проте на початку експерименту одна з "біосферців" отримала травму, через що їй довелося відразу ж покинути її новий будинок.

Потім, через близько року, жителі-добровольці "Біосфери-2", що залишилися, стали помічати, що кількість кисню чомусь стала різко падати.

І вченим довелося закачувати кисень із зовнішнього середовища, таким чином, звичайно, ні про яку чистоту цього експерименту вже не могло бути й мови.

Слідом у них почалися проблеми з вирощуванням їжі, щоб себе прогодувати. Почалися проблеми згуртованості: маленька група розділилася на два табори. Побоюючись життя " біосферців " , вчені були змушені припинити експеримент.

У березні 1994 року було зроблено другу спробу заселити людей на "Біосферу-2". Ця група вирішила деякі проблеми, які виникли в першій, проте через розбіжності всередині команди місія закінчилася через шість місяців.

На даний момент "Біосфера-2" належить Арізонському університету, який відновив свої дослідження в 2011 році.

Дата поновлення 27/07/2019.