Наиболее важные свойства экосистем являются следствием иерархической организации уровней жизни. По мере объединения подсистем в более крупные системы, у последних возникают уникальные свойства, которых не было на предыдущем уровне, которые нельзя предсказать на основании свойств систем низшего порядка, составляющих систему более высокого уровня организации. В экологии это качество называют эмерджентным (неожиданно появляющийся). Например, кислород и водород, соединяясь, образуют воду – жидкость, свойство которой нельзя предсказать, исходя из свойств исходных газов.
Американский эколог Ю. Одум писал: «Хорошо известный принцип несводимости свойств целого к сумме свойств его частей должен служит первой рабочей заповедью эколога», т.е. для изучения высокоорганизованных систем необходимо изучить именно их специфические свойства.
Наиболее важной функцией любой экосистемы является взаимодействие автотрофных и гетеротрофных процессор. Примерно 1 млн. лет тому назад некоторая часть синтезируемого вещества не расходовалась, а сохранялась и накапливалась в осадках. Преобладание скорости синтеза над скоростью разложения органических веществ обусловило уменьшение содержания углекислого газа и накопления кислорода в атмосфере. Без наличия жизни состав атмосферы Земли приближался бы к составу безжизненных планет Марсу и Венере (таблица).
Состав атмосферы и температурный режим планет
Планеты | Содержание основных газов в атмосфере, % | Температура поверхности, °С | ||
СО2 | N2 | О2 | ||
Марс | 2,7 | 0,13 | <54 | |
Венера | 1,9 | Следы | ||
«Земля без жизни» | 1,9 | Следы | ||
Земля | 0,3 |
Наблюдаемое соотношение газов в атмосфере вырабатывалось примерно 60 млн. лет тому назад.
Соотношение скоростей автотрофных и гетеротрофных процессов является одной из главных функциональных характеристик экосистем и определяется как соотношение концентраций кислорода и углекислого газа в экосистеме. Баланс этих систем может быть как положительным, так и отрицательным. Системы с преобладанием автотрофных процессов (тропический лес, мелкое озеро) имеют положительный баланс, а системы, в которых преобладают гетеротрофные процессы (горная река, город), имеют отрицательный баланс.
Установившееся равновесие автотрофных и гетеротрофных процессов на Земле поддерживается благодаря способности экосистемы и биосферы к саморегуляции.
Важнейшим свойством экосистемы является её устойчивость, сбалансированность обмена и происходящих в ней процессов. Состояние подвижного равновесия биосистем называется гомеостазом. В его основе лежит принцип обратной связи. Для поддержания равновесия в природе не требуется внешнего управления. Пример гомеостаза – субсистема «хищник-жертва», в которой регулируется плотность популяций хищника и жертвы.