Гомеостаз и сукцессия экосистем

Свет

СО₂ + Н₂S ------------> (СН₂О)_n + S

Цианобактерии (сине- зеленые водоросли), выделяют при фотосинтезе молекулярный кислород.

Хемотрофы – микроорганизмы, ассимилирующие органические соединения путем хемосинтеза. Процесс синтеза органического вещества осуществляется за счет энергии, получаемой путем окисления аммиака, сероводорода и др. веществ.

К хемосинтезирующим организмам относятся серобактерии (виды, окисляющие кислород), нитрифицирующие бактерии (виды, превращающие аммиак в нитриты, а затем в нитраты).

Гетеротрофные организмы – организмы, использующие в качестве энергии и источника питания органические вещества, синтезированные другими организмами.

К ним относятся все животные, грибы, большинство бактерий и бесхлорофильные наземные растения и водоросли.

В экосистемах гетеротрофные организмы разделяют на:

- консументы,

- редуценты.

Консументы (от лат. - потребляю) – потребители органического вещества, произведенного автотрофами.

Консументы питаются живым (биофаги) или мертвым (сапрофаги) органическим материалом. Среди биофагов могут быть выделены растительноядные организмы или фитофаги (первичные консументы), зоофаги - (вторичные консументы) и конечные потребители - вершинные хищники.

Редуценты (от лат. – возвращающий, восстанавливающий) – организмы, питающиеся мертвым органическим веществом и подвергающие его минерализации до более или менее простых соединений, которые затем используются продуцентами. К ним относятся главным образом бактерии и грибы.

В зависимости от того, какие организмы разлагают органическое вещество и в каких условиях, выделяют два процесса: дыхание (аэробное и анаэробное) и брожение.

Аэробное дыхание протекает в присутствии атмосферного кислорода, который служит акцептором (окислителем) электронов.

Аэробное дыхание обратно фотосинтезу, т.е. оно направлено на разложение синтезированного органического вещества до углекислого газа и воды с высвобождением энергии.

С помощью этого процесса высшие растения и многие виды животных получают энергию для поддержания жизнедеятельности и построения новых клеток собственного организма.

Анаэробное, или бескислородное, дыхание происходит при отсутствии в окружающей среде свободного кислорода.

К анаэробному дыханию приспособлены денитрифицирующие бактерии, некоторые кишечные паразиты, большинство гетеротрофных почвенных организмов. Окислителем служит не кислород, а другое органическое и неорганическое соединение.

Анаэробное дыхание служит основой жизнедеятельности главным образом сапрофитов (бактерии, дрожжи, плесневые грибы, простейшие).

Брожение - процесс анаэробного ферментативного расщепления органического вещества различными микроорганизмами, при котором высвободившаяся энергия используется для биосинтеза различных жизненно важных аминокислот, белков.

При брожении окисляемое органическое соединение само служит окислителем (акцептором электронов).

Процессы, протекающие с участием дрожжей, имеют практическую ценность для человека, участвуют в процессах почвообразования (разложение растительных остатков).

В экосистеме пищевые и энергетические связи всегда однозначны и идут в направлении:

автотрофы ------ > гетеротрофы или

автотрофы -----> консументы ------> редуценты (деструкторы)

Эти живые компоненты (продуценты, консументы, редуценты) рассматриваются как три функциональных царства природы, т.к. их разделение основано на типе питания и используемом источнике энергии.

Экосистемы подразделяются на:

- естественные – природные;

- созданные человеком - антропогенные.

Для естественной экосистемы характерны три признака:

1. экосистема обязательно представляет собой совокупность живых и неживых компонентов;

2. в рамках экосистемы осуществляется полный цикл круговорота веществ, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие;

3. экосистема сохраняет устойчивость в течение определенного времени.

Биом - это макросистема, совокупность экосистем, тесно связанных климатическими условиями, потоками энергии, круговоротом веществ, миграцией организмов и типом растительности.

Биом (по определению Одума) представляет собой «крупную региональную или субконтинентальную экосистему, характеризующуюся каким – либо основным типом растительности или другой характерной особенностью ландшафта, например, биом лиственных лесов умеренного пояса».

Биомная классификация экосистем основана на преобладающем типе растительности в крупных регионах.

Выделяют девять основных типов сухопутных биомов:

1. тундра,

2. тайга,

3. лиственные леса умеренной зоны,

4. степи умеренной зоны,

5. растительность средиземноморского типа,

6. пустыни,

7. тропические саванны и лугопастбищные земли,

8. тропическое или колючее редколесье,

9. тропические леса.

Наземные экосистемы (биомы) входят в состав биосферы и в основном определяются растительностью.

Водные системы меньше зависят от климата. Они формируются в зависимости глубины водоема, содержания растворимых солей, глубины проникновения солнечных лучей, количества растворенного в воде кислорода, доступности питательных элементов и температуры воды. Водные экосистемы могут постепенно превращаться в наземные.

Основной принцип функционирования экосистем:

они существуют за счет не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно (характеристиками солнечной энергии являются: избыток, чистота, постоянство, вечность).

Относительно стабильное соотношение скоростей автотрофных и гетеротрофных процессов на Земле существует благодаря способности экосистем и биосферы к саморегуляции, которая поддерживает экологическое равновесие в биосфере.

Саморегуляция экосистем обеспечивается внутренними механизмами, устойчивыми взаимодействиями между их компонентами, трофическими и энергетическими связями.

В экосистемах управление основано на обратных связях, когда часть сигналов с выхода из системы вновь поступает на вход, регулируя состояние системы на выходе.

Обратные информационные связи необходимы для сохранения равновесия в экосистемах. Они бывают положительными и отрицательными.

Положительная обратная связь является «саморазгоняющейся». Она усиливает однонаправленные изменения в системе дополнительной информацией, поступающей с выхода системы на вход.

Отрицательная обратная связь – это поток информации в систему, противодействующий изменениям внешних условий. Для живых систем используют термин гомеостатические механизмы или гомеостаз - механизмы, поддерживающие стабильное состояние.

В экосистемах в результате взаимодействия круговорота веществ, потоков энергии и сигналов обратной связи от субсистем возникает саморегулирующийся гомеостаз без регуляции извне из «постоянной точки».

Гомеостаз - это способность популяции или экосистемы поддерживать устойчивое динамическое равновесие в изменяющихся условиях среды с помощью обратных связей.

Все живые существа и человек, так же как и экосистемы, являются саморегулирующимися гомеостатическими системами, поддерживающими равновесие главным образом за счет отрицательных обратных связей.

Экосистема способна поддерживать относительную стабильность своего состояния.

Стабильность экосистем означает свойство любой системы возвращаться в исходное состояние после того, как она была выведена из состояния равновесия.

Стабильность определяется устойчивостью экосистем к внешним воздействиям.

Выделяют два типа устойчивости:

1. резистентную - это способность экосистемы сопротивляться нарушениям, поддерживая неизменными свою структуру и функции;

2. упругую – способность системы быстро восстанавливаться после нарушения структуры и функций.

Дата добавления: 2014-01-05