Закономерности развития экосистем

Для существования живых организмов необходима энергия и питательные вещества. Автотрофы трансформируют лучистую энергию Солнца в процессе фотосинтеза, синтезируя из углекислого газа и воды органические вещества. Гетеротрофы используют эти органические вещества в процессе питания, разлагая их, в конечном счете, вновь до углекислого газа и воды, а накопленная в них энергия расходуется на различные процессы жизнедеятельности организмов. Таким образом, световая энергия Солнца переходит в химическую энергию органических веществ, а далее – в механическую и тепловую.

Солнце обеспечивает постоянный приток энергии, а живые организмы, в конечном счете, рассеивают ее в виде тепла. В процессе жизнедеятельности организмов происходит постоянный круговорот энергии и веществ, причем каждый вид использует лишь часть содержащейся в органических веществах энергии. В результате возникают цепи питания – трофические цепи, представляющие собой последовательность видов, извлекающих органические вещества и энергию из исходного пищевого вещества, при этом каждое предыдущее звено становится пищей для следующего. Большинство цепей начинается растением, а заканчивается хищником. Редуценты являются конечным звеном в пищевой цепи.

В связи с уменьшением энергии на каждом уровне идет уменьшение и биомассы. Трофическая цепь обычно имеет не более пяти уровней и представляет собой экологическую пирамиду с широким основанием внизу и сужающуюся кверху.

Правило экологической пирамиды отражает закономерность, согласно которой в любой экосистеме биомасса каждого следующего звена в 10 раз меньше предыдущего.

Различают три типа экологических пирамид:

- пирамида, отражающая число особей на каждом уровне пищевой цепи, – пирамида чисел;

- пирамида биомассы органического вещества, синтезированного на каждом уровне, – пирамида массы;

- пирамида энергии, показывающая величину потока энергии.

Принципиальное различие между потоками вещества и энергии в экосистеме заключается в том, что биогенные элементы, составляющие органическое вещество, могут многократно участвовать в круговороте веществ, тогда как поток энергии однонаправлен и необратим. Каждая порция энергии используется только однократно. В соответствии со вторым законом термодинамики на каждом этапе трансформации энергии значительная ее часть неизбежно теряется, рассеивается в виде теплоты.

Огромную роль в живой природе играет принцип равновесия. Равновесие в природе не статично, а динамично, представляет собой движение вокруг точки устойчивости. Такое состояние называется гомеостазом (от греч. «homois» – подобный, «stasis» – стояние). Гомеостаз – механизм, посредством которого система организмов поддерживает динамически устойчивое равновесие в изменяющихся условиях среды.

Одним из достижений экологии стало обнаружение того обстоятельства, что развиваются не только организмы и виды, но и экосистемы. Развитие экосистем – сукцессия – направленная и непрерывная последовательность изменений видового состава организмов в данном местообитании. Сукцессия состоит из стадий развития, стабилизации и климакса.

Современная экология располагает совокупностью правил и законов. Среди них известны аксиомы американского эколога Б. Коммонера (1974):

- все связано со всем;

- все должно куда-то деваться;

- ничто не делается даром;

- природа знает лучше.

Впоследствии Б. Коммонер внес поправку в формулировку последнего закона: «Природа знает лучше, что делать, а люди должны решить, как сделать это гораздо лучше».