Саморегуляция и устойчивость экосистем

Природные сообщества могут включать сотни и тысячи видов: от микроскопических бактерий до огромных деревьев и многотонных животных. Казалось бы, усложнение экосистемы, ее видового состава, должно негативно отражаться на устойчивости сообщества. Тем не менее, практические наблюдения полностью опровергают это предположение.

Существует ряд правил и принципов, которые помогают более глубокому пониманию причин устойчивости природных систем различной сложности.

Правило внутренней непротиворечивости: в естественных экосистемах деятельность входящих в них видов направлена на поддержание этих экосистем как среды собственного обитания. Иначе говоря, виды в естественной природе не могут разрушать среду своего обитания, так как это вело бы их к самоуничтожению.

Принцип системной дополнительности: подсистемы одной природной системы в своем развитии обеспечивают предпосылку для успешного развития и саморегуляции других подсистем, входящих в ту же систему.

Закон экологической корреляции: в экосистеме, как и в любом другом целостном природно-системном образовании, особенно в биотическом сообществе, все входящие в него виды живого и абиотические компоненты функционально соответствуют друг другу. Выпадение одной части системы (например, уничтожение какого-либо вида) неминуемо ведет к исключению (гибели) всех тесно связанных с этой частью системы других ее частей. Понимание закона экологической корреляции особенно важно в аспекте сохранения видов живого: они никогда не исчезают в одиночку, но всегда взаимосвязанной группой.

Высокое видовое разнообразие живых существ в природе обусловливает, в свою очередь, ряд важных свойств таких сложных систем, какими являются биоценозы.

Взаимная дополнительность частей биоценоза. В сообществах (биоценозах) уживаются только те виды, которые дополняют друг друга в использовании ресурсов среды обитания, т.е. делят между собой экологические ниши. Так, в лиственном лесу растения первого яруса (самые высокие) перехватывают 70–80 % светового потока. Второму ярусу достается уже 10–20 % от полного освещения. Наземные травянистые растения и мхи в таких лесах способны осуществлять фотосинтез, используя всего лишь 1–2 % светового потока. Таким образом, дополняя друг друга, растения способствуют более полному использованию энергии Солнца. Взаимная дополнительность присуща и многим микроорганизмам-редуцентам: одни из них «специализируются» на разрушении клетчатки мертвых растений, другие – белков, третьи – сахаров и т.д. Можно сделать важный вывод, что взаимная дополнительность видов, одни из которых созидают, а другие разрушают отмершее органическое вещество – основа биологических круговоротов.

Взаимозаменяемость видов. Многие из них, имеющие сходные экологические требования и функции, способны «перекрываться», заменяя друг друга в близких сообществах. Это, например, разные виды пихты и елей в темнохвойных таежных лесах или разные виды насекомых-опылителей на лугах. Как следствие, в случае частичного перекрывания экологических ниш многих видов выпадение или снижение активности одного из них не опасно для экосистемы в целом, так как его функцию готовы взять на себя оставшиеся. Тем самым происходит т.н. «конкурентное высвобождение», и разные звенья круговорота веществ продолжают действовать.

Регуляторные свойства. Отмечалось ранее, что одним из основных условий существования сложных систем служит их способность к саморегуляции, которая возникает на основе обратных связей. Так, возрастание численности жертв приводит к увеличению численности хищников и паразитов. Рост плотности популяции выше определенного уровня, в свою очередь, так изменяет связи внутри вида, что снижается его воспроизводительная способность или ускоряется рассредоточение особей в пространстве. Такая саморегуляция происходит тем успешнее, чем выше разнообразие видов в биоценозах и чем сложнее структура популяций.

Надежность обеспечения функций. Главные функции биоценоза в экосистеме, такие как создание органического вещества и его последующее разрушение, регуляция численности видов, обеспечиваются множеством видов организмов, которые в своей деятельности «подстраховывают» друг друга. Например, разложение целлюлозы – компонента растительных тканей – могут осуществлять специализированные бактерии, различные виды грибов, личинки насекомых, дождевые черви и т.д.