Экосистема (естественная и искусственная), биогеоценоз, их характеристика и структура. Трофические цепи, сети и уровни как пути передачи ве

1. Экосистема (естественная и искусственная), биогеоценоз, их характеристика и структура. Трофические цепи, сети и уровни как пути передачи веществ и энергии. 

 Экосистема - основное понятие экологии. Это совокупность сосуществующих видов растений, животных, грибов, микроорганизмов, взаимодействующих между собой и с окружающей их средой обитания таким образом, что такое сообщество может сохраняться и функционировать на протяжении длительного периода геологического времени. Сообщества взаимодействующих живых организмов представляют собой не случайный набор видов, а вполне определенную систему, достаточно устойчивую, связанную многочисленными внутренними связями, с относительно постоянной структурой и взаимообусловленным набором видов. Такие системы принято называть биотическими сообществами, или биоценозами (от лат. - "биологическое сообщество"), а системы, включающие совокупность живых организмов и среду их обитания, - экосистемами. Термин "биогеоценоз", также обозначает совокупность биологического сообщества и среды его обитания, но в несколько ином контексте. Биотическое сообщество (биоценоз) состоит из сообщества растений (фитоценоз), сообщества животных (зооценоз), сообщества микроорганизмов (микробоценоз). Все организмы Земли и среда их обитания также представляют собой экосистему высшего ранга - биосферу. Биосфера также обладает устойчивостью и другими свойствами экосистемы.

Экология рассматривает взаимодействие живых организмов и неживой природы. Это взаимодействие, во-первых, происходит в рамках определенной системы (экологической системы, экосистемы) и, во-вторых, оно не хаотично, а определенным образом организовано, подчинено законам. Экосистемой называют совокупность продуцентов, консументов и детритофагов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей их средой посредством обмена веществом, энергией и информацией таким образом, что эта единая система сохраняет устойчивость в течение продолжительного времени. Таким образом, для естественной экосистемы характерны три признака:

• 1) экосистема обязательно представляет собой совокупность живых и неживых компонентов;
• 2) в рамках экосистемы осуществляется полный цикл, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие;
• 3) экосистема сохраняет устойчивость в течение длительного времени, что обеспечивается определенной структурой биотических и абиотических компонентов.

Примерами природных экосистем являются озеро, пещера, лес, пустыня, тундра, океан, биосфера. Как видно из примеров, более простые экосистемы входят в состав более сложно организованных

Искусственные экосистемы –  это антропогенные экосистемы. Проследим  черты сходства антропогенных экосистем  с природными и их отличия на некоторых  примерах.

Город. Любой город, особенно промышленный, является гетеротрофной  экосистемой, получающей энергию, пищу, воду и другие вещества с больших  площадей, находящихся за его пределами. Город отличается от природных гетеротрофных  систем. Однако органическая продукция  этого зеленого пояса не играет заметной роли в снабжении энергией механизмов и людей, населяющих город. Городские  леса и парки представляют лишь эстетическую и рекреационную ценность, смягчают колебания температуры, уменьшают  загрязнения и шумовое воздействие, являются местом обитания птиц и мелких животных. Но труд и горючее, затрачиваемые  на их содержание, увеличивают расходы  на жизнь города. Без огромных поступлений  извне пищи, горючего электричество  и воды люди погибли бы или покинули город. Хотя площадь суши, занятая  городами, не так уж и велика (1 - 5 %), но воздействуя на обширную среду  на входе и выходе, они изменяют водные пути, леса, поля, атмосферу и  океан. Город может влиять на удаленный  лес не только непосредственно загрязнением воздуха или спросом на продукты леса и древесину, но и изменяя  состав деревьев в нем. Например, спрос  на бумагу оказывает экономическое  давление, т.к. естественные леса, состоящие  из деревьев разных пород и возраста, превращаются в плантации деревьев одного вида и возраста. Гектар города потребляет в тысячи раз больше энергии, чем такая же площадь сельской местности. Образующиеся в результате функционирования города тепло, пыль и  другие вещества, загрязняющие воздух, заметно изменяют климат городов. В  городах теплее, повышена облачность, меньше солнца, больше тумана, чем в  прилегающей сельской местности. Строительство  городов стало основной причиной эрозии почвы. Размеры загрязнения  среды на выходе города зависят от интенсивности его жизнедеятельности  и степени технического развития. Отсутствие очистных сооружений для  сточных вод и выбросов в атмосферу, переработки твердых отходов  приводят к сильному воздействию  на среду в окрестностях города в  виде кислых дождей, бытовых и промышленных отбросов. Город практически не производит пищу, только перерабатывает ее, не очищает  воздух, почти не возвращает в круговорот воду и органические вещества и находится  в симбиотических отношениях с окружающей местностью. Он производит и вывозит  товары и услуги, деньги и культурные ценности, обогащая этим сельское окружение, также получая взамен услуги и  пищу. Город не имеет экологии независимой  от окружающей сельской местности. Изучать  взаимодействия человека и среды  только в застроенной части города - слишком узко. Город можно рассматривать  как экосистему только в том случае, если учитываются его обширные среды  на входе и выходе. Одно из имеющихся  препятствий для такого подхода - порочное административное разделение между городом и сельской местностью. Необходимо ставить общие интересы выше частных, т.е. управление городом  и областью должно осуществляться как, единой функциональной экологической  системой.

Живые существа расселены на Земле  неравномерно. Однородные участки суши (воды), заселенные живыми существами, называются биотопами (местами жизни). Исторически сложившееся сообщество организмов разных видов, населяющих биотоп, называется биоценозом. Сообщество организмов биоценоза и окружающая их неживая природа образуют устойчивую и динамическую систему — биогеоценоз (экологическую систему). Таким образом, в состав биогеоценоза входят совокупность живых организмов и абиотические факторы окружающей среды. Термин «биогеоценоз» был предложен академиком В. Н. Сукачевым в 1940 г. Границы биогеоценоза совпадают с границами растительного сообщества, являющегося его основой. Биотические и абиотические компоненты биогеоценоза связаны взаимодействиями, осуществляющимися в процессе обмена вещества и энергии. Популяции организмов получают из среды необходимые для поддержания жизни ресурсы, выделяя одновременно продукты жизнедеятельности, восстанавливающие среду. Биогеоценоз функционирует как целостная самовоспроизводящаяся, саморегулирующаяся система.

В состав биогеоценоза входят следующие  компоненты:

* неорганические  вещества, включающиеся в круговорот (соединения углерода и азота,  кислород, вода, минеральные соли  и др.); 
* климатические факторы (температура, освещенность и др.); 
* органические вещества (белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды и др.); 
* продуценты — автотрофные организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических (в основном растения); 
* консументы — гетеротрофные организмы, растительноядные и плотоядные потребители готового органического вещества (преимущественно животные); 
* редуценты — гетеротрофные организмы, разрушающие остатки мертвых растений и животных и превращающие их в минеральные соединения (бактерии, грибы и др.).

Пример  биоценоза: 
1 — Трава (продуцент), 2 — Кузнечик (консумент первого порядка), 3 — Птицы (консумент второго порядка), 4 — Волк (консумент высшего порядка), 5 — Земляной червь (редуцент первого порядка), 6 — Бактерии и грибы (редуцент второго порядка).

Каждый биогеоценоз характеризуется видовым разнообразием, плотностью популяций каждого вида и биомассой — общим количеством живого органического вещества. Первичной продуктивностью биогеоценоза называется биомасса, синтезируемая растениями в единицу времени, а вторичной — биомасса, образуемая гетеротрофными организмами (консументами) в единицу времени.

Пищевая цепь - это путь движения вещества (источник энергии и строительный материал) в экосистеме от одного организма  к другому.

Трофический уровень — это совокупность организмов, занимающих определенное положение в общей цепи питания. К одному трофическому уровню принадлежат  организмы, получающие свою энергию  от Солнца через одинаковое число  ступеней.

В результате последовательности превращений  энергии в пищевых цепях каждое сообщество живых организмов в экосистеме приобретает определенную трофическую  структуру. Трофическая структура  сообщества отражает соотношение между  продуцентами, консументами (отдельно первого, второго и т.д. порядков) и редуцентами, выраженное или количеством  особей живых организмов, или их биомассой, или заключенной в  них энергией, рассчитанными на единицу  площади в единицу времени.

2. Загрязнители и их классификация

Загрязнением называют поступление в окружающую природную среду любых твердых, жидких и газообразных веществ, микроорганизмов или энергий (в виде звуков, шумов, излучений) в количествах, вредных для здоровья человека, животных, состояния растений и экосистем.

 
По происхождению:

- Природное  загрязнение – это загрязнение  окружающей среды, возникающее  без участия человека или как  результат его отдаленного косвенного  влияния на природу. Основные  источники природного загрязнения  – стихийные, катастрофические  природные процессы: сели, извержение  вулканов, наводнение, пожары и т.п. 
- Антропогенное загрязнение – любое загрязнение, вызванное деятельностью человека

Выделяют 3 вида загрязнения по источникам и видам загрязнителей:

- химические - загрязнение окружающей среды,  формирующееся в результате изменения  ее естественных химических свойств  или при поступлении в среду  химических веществ, не свойственных  ей, а также в концентрациях,  превышающих естественные; основными  источниками загрязнения являются  промышленность, транспорт, сельское  хозяйство. (тяжелыми металлами,  пестицидами, пластмассами, отдельными  химическими веществами и элементами) 
- биологические - это привнесение с экосистемы нехарактерных для них видов живых организмов, негативно влияющих на здоровье человека и его хозяйственную деятельность. Этот вид загрязнения возникает в результате случайного естественного заноса чуждых для данной территории организмов, однако он чаще связан с деятельностью людей. (биогенные, микробиологические, генная инженерия)  
- физические - загрязнение, проявляющееся в отклонениях от нормы ее температурно-энергетических, волновых, радиационных и других физических свойств. (тепловые, шумовые, радиоактивные, электромагнитные)

По объектам загрязнения различают загрязнение поверхностных и подземных вод, загрязнение атмосферного воздуха, загрязнение почв и т. д.

По своим  масштабам и распространению загрязнение может быть локальным (местным), региональным и глобальным.

3. Адаптация человеческого организма к изменяющимся условиям окружающей среды и ее границы. 

 Адаптация (позднелат. adaptatio — приспособление) — приспособление живого организма к постоянно изменяющимся условиям существования во внешней среде, выработанное в процессе эволюционного развития. Без адаптации невозможно было бы поддержание нормальной жизнедеятельности и приспособленце к различным факторам внешней среды: климатическим и температурным, к гипоксии, невесомости , воздействию на организм инфекционных агентов и т. д. Адаптпция имеет большое жизненное значение для организма человека и животных, позволяя не только переносить значительные и резкие изменения в окружающей среде, но и активно перестраивать свои физиологические функции и поведение в соответствии с этими изменениями, иногда и опережая их.

   Благодаря адаптации поддерживается постоянство внутренней среды организма, такие константы крови, как кислотно-щелочное равновесие, осмотическое давление и др.

В условиях чрезмерных или длительных воздействий неблагоприятных для  организма факторов могут наступать  значительные отклонения констант за пределы допустимых границ, что приводит к нарушению нормального течения  физиологических функций и развитию патологического процесса.

Помимо поддержания констант внутренней среды с помощью А., осуществляется перестройка различных функций  организма, обеспечивающих его приспособление к физическим, эмоциональным и  другим нагрузкам.

Адаптация может приводить к  изменению формы поведения, что  особенно ярко проявляется на примере  животных, впадающих в спячку при  неблагоприятных условиях существования.

В процессах адаптации высокоразвитых организмов, большое участие принимают  симпато-адреналовая и гипоталамо-гипофизарная системы.

При возникновении патологических состояний А. играет существенную роль в развитии различных компенсаторных изменений в организме, защитных механизмов, противодействующих болезни.

В отличие от адаптации, в широком  смысле термин «адаптация» употребляют  для обозначения процесса изменения  уровня чувствительности того или иного  анализатора , под действием адекватного раздражения — так наз. физиологическая адаптация. В этом случае  адаптация является сложной суммой процессов, протекающих как в рецепторах ,так и в центральных нейронных структурах. А. может выражаться как понижением, так и повышением чувствительности. Последнее иногда называется сенсибилизацией. Так, чувствительность глаза к свету в темноте повышается, а при действии света понижается.