Моновидовые экосистемы

План:

1. Экология
2. Экосистема
3. История
4. Основные компоненты экосистемы
5. Признаки экосистемы
6. Строение экосистемы
7. Свойства Экосистемы
8. Сукцессия
9. Взаимосвязи между видами
10. Биоразнообразие
11. Моновидовые 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.

Экосисте́ма, или экологи́ческая систе́ма  - биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними. Пример экосистемы — пруд с обитающими в нём растениями, рыбами, беспозвоночными животными, микроорганизмами, составляющими живую компоненту системы, биоценоз. Для пруда как экосистемы характерны донные отложения определенного состава, химический состав (ионный состав, концентрация растворенных газов) и физические параметры (прозрачность воды, тренд годичных изменений температуры), а также определённые показатели биологической продуктивности, трофический статус водоёма и специфические условия данного водоёма. Экосистема является открытой системой и характеризуется входными и выходными потоками вещества и энергии. Основа существования практически любой экосистемы — поток энергии солнечного света^[8], который является следствием термоядерной реакции, — в прямом (фотосинтез) или косвенном (разложение органического вещества) виде, за исключением глубоководных экосистем: «чёрных» и «белых» курильщиков, источником энергии в которых является внутреннее тепло земли и энергия химических реакций

Идеи единства всего живого в  природе, его взаимодействия и обуславливания процессов в природе ведут своё начало с античных времён. Однако приобретать современную трактовку понятие стало на рубеже XIX—XX веков. Так, немецкий гидробиолог К. Мёбиус в 1877 году описывал устричную банку как сообщество организмов и дал ему название «биоценоз». В классическом труде американского биолога С. Форбса  озеро со всей совокупностью организмов определяется как «микрокосм» («Озеро как микрокосм» — «The lake as a microcosme» , 1887). Современный термин впервые был предложен английским экологом А. Тенсли  в 1935 году. В. В. Докучаев также развивал представление о биоценозе как о целостной системе. Однако в русской науке общепринятым стало введённое В. Н. Сукачёвым понятие о биогеоценозе (1944). В смежных науках существуют также различные определения, в той или иной степени совпадающие с понятием «экосистема», например, «геосистема» в геоэкологии или введённые примерно в тот же период другими учёными «голоцен» (Ф. Клементс, 1930) и «биокосное тело» (В. И. Вернадский, 1944)

Основные компоненты экосистемы

С точки зрения структуры  в экосистеме выделяют:

1. климатический режим, определяющий температуру, влажность, режим освещения и прочие физические характеристики среды;
2. неорганические вещества, включающиеся в круговорот;
3. органические соединения, которые связывают биотическую и абиотическую части в круговороте вещества и энергии;
4. продуценты — организмы, создающие первичную продукцию;
5. макроконсументы, или фаготрофы, — гетеротрофы, поедающие другие организмы или крупные частицы органического вещества;
6. микроконсументы (сапротрофы) — гетеротрофы, в основном грибы и бактерии, которые разрушают мёртвое органическое вещество, минерализуя его, тем самым возвращая в круговорот.

Последние три компонента формируют биомассу экосистемы.

Мы видим, что 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 некоторого времени, что обеспечивается определенной структурой биотических и абиотических компонентов. 

В экосистеме можно выделить два компонента — биотический и абиотический. Биотический делится на автотрофный (организмы, получающие первичную энергию для существования из фото- и хемосинтеза или продуценты) и гетеротрофный (организмы, получающие энергию из процессов окисления органического вещества — консументы и редуценты) компоненты^[4], формирующие трофическую структуру экосистемы.

Единственным источником энергии  для существования экосистемы и  поддержания в ней различных  процессов являются продуценты, усваивающее энергию солнца, (тепла, химических связей) с эффективностью 0,1 — 1 %, редко 3 — 4,5 % от первоначального количества. Автотрофы представляют первый трофический уровень экосистемы. Последующие трофические уровни экосистемы формируются за счёт консументов (2-ой, 3-й, 4-й и последующие уровни) и замыкаются редуцентами, которые переводят неживое органическое вещество в минеральную форму (абиотический компонент), которая может быть усвоена автотрофным элементом

 
Свойства:  
Сложность: количество и разнообразие видов связей между элементами системы, а также между системой и окружающей средой, очень велико.  
Целостность: система имеет свойства, которые становятся явными только в результате взаимодействия ее отдельных элементов.  
Многомерная устойчивость: нелинейные и нестационарные системы могут иметь несколько устойчивых областей, число которых определяется количеством особых точек системы.  
Управляемость: система может переходить из одного состояния в другое в течение определенного промежутка времени. Система называется управляемой, если на нее можно оказывать целенаправленное воздействие.  
Наблюдаемость: информацию о предыдущем состоянии системы можно получить исходя из ее нынешнего состояния.  
Буферность и способность к сохранению: перевод от одного состояния к другому в результате вмешательства каких-то факторов не носит взрывной характер, а характеризуется постепенным развитием.  
Обработка информации и ее хранение: экосистемы могут преобразовывать получаемую информацию в соответствии со своей спецификой. Они также способны соединять эту информацию с другими данными, хранящимися в самой системе, с тем чтобы выдать новую информацию.  
Сукцессия (лат.Succesio - преемственность) - последовательная смена экосистем, преемственно возникающих на определенном участке земной поверхности. Обычно сукцессия происходит под влиянием процессов внутреннего развития сообществ, их взаимодействия с окружающей средой. Длительность сукцессии составляет от десятков до миллионов лет.  
Функции экосистемы обусловлены характером циркуляции вещества и энергии, взаимодействием элементов, входящих в систему, а также взаимосвязью между экосистемой и окружающей средой. Между взаимодействующими популяциями на различных трофических уровнях имеются особые экологические функции (например, соперничество, отношения хищник — жертва и др.) Биологические отношения являются результатом взаимодействия живых организмов друг с другом. В природе нет организмов, которые изолированы от окружающей среды. Взаимодействие организмов с окружающей средой является основой для их выживания и функционирования природных экосистем в целом.

В экологии биологические  отношения представляют собой взаимодействия между двумя видами в экосистемах. Эти взаимоотношения могут быть классифицированы в различные группы взаимодействий, в зависимости от эффекта или механизма взаимодействия. Взаимодействия между двумя видами не обязательно предполагают прямой контакт. Вследствие существования  различных связей в природных  экосистемах, виды могут влиять друг на друга косвенно, например, через  распределение ресурсов или в  результате прямой борьбы.

Между организмами в процессе их существования могут возникать  разнообразные как внутри-, так и межвидовые отношения.

Возможны следующие виды воздействия одних организмов на другие:

• Позитивный - один организм получает пользу за счет другого.
• Негативный - организму наносится вред за счет другого.
• Нейтральный - один организм не влияет на другой.

Таким образом, возможны следующие  варианты отношений между двумя  организмами по типу влияния их друг на друга:

Нейтрализм - форма биотических взаимоотношений, при которой сосуществование двух видов на одной территории не осуществляет на них непосредственного влияния и не имеет ни положительных, ни отрицательных последствий.

Мутуализм - тип сосуществования различных видов, от которого они взаимно получают пользу.

Комменсализм - вид взаимодействия между двумя организмами, когда один из них получает от второго пищу или иную пользу, не препятствуя ему, но и не предоставляя никаких преимуществ.

Аменсализм - форма биотических взаимоотношений между организмами, при которой один вид подавляет жизнедеятельность другого, но при этом не испытывает негативного или позитивного влияния в ответ.

Паразитизм - вид взаимосвязей между различными видами, при которых один из них (паразит) более или менее длительное время использует другого (хозяина) как источник питания и среду обитания, частично или полностью возлагая на него регуляцию своих взаимоотношений с окружающей средой.

Хищничество - явление, при котором один организм питается органами и тканями другого, при этом не наблюдается симбиотических взаимоотношений.

Конкуренция - обе популяции отрицательно влияют друг на друга.

Все построено  в еколонической системе по правилам экологической пирамиды. Без одних конкретных видов не может существовать других. Цепь взаимосвязанных видов, последовательно извлекают органическое вещество и энергию из исходного пищевого вещества. Каждое предыдущее звено цепи питания является пищей для следующего звена.

Обычно устойчивость связывали  и связывают с биоразнообразием видов в экосистеме, то есть, чем выше биоразнообразие, чем сложнее организация сообществ, чем сложнее пищевые сети, тем выше устойчивость экосистем. Но уже 40 и более лет назад на данный вопрос существовали различные точки зрения, и на данный момент наиболее распространено мнение, что как локальная, так и общая устойчивость экосистемы зависят от значительно большего набора факторов, чем просто сложность сообществ и биоразнообразие. Так, на данный момент с повышением биоразнообразия обычно связывают повышение сложности, силы связей между компонентами экосистемы, стабильность потоков вещества и энергии между компонентами.

Экваториальный дождевой лес может содержать более 5000 видов растений (для сравнения  в лесах таёжной зоны — редко более 200 видов)

Важность биоразнообразия состоит в том, что оно позволяет формировать множество сообществ, различных по структуре, форме, функциям, и обеспечивает устойчивую возможность их формирования. Чем выше биоразнообразие, тем большее число сообществ может существовать, тем большее число разнообразных реакций (с точки зрения биогеохимии) может осуществляться, обеспечивая существование биосферы в целом.

А сейчас мы попробуем выяснить, может ли существовать моновидовая экосистема.

Мы можем сделать искусственную  моновидовую экосистему. Например, космонавты на корабле, бактерии в питательной среде (банка), игрушки в виде искусственной экосистемы, но существовать они все могут лишь непродолжительное время.  Так как рано или поздно исчерпаются цепи питания.

НО! Есть предположения, что нашли  закрытую моновидовую экосистему на Кавказе в виде подземного озера с червями – каннибалами. И когда оно находилось на земле, а потом ушло под нее. Проверяя ил, ученые определили, что ему больше 4000 лет!!! То есть, эта система столько и просуществовала. Но как? Ведь теоретически это невозможно!! Если они были каннибалами, то обязана быть высокая воспроизводимость.

Но ведь если предположить, что личинки этих червей питались отмершими частями, то по правилам экологической пирамиды, они должны были съедать в 10 раз больше, чем весят они сами. И если предположить, что 1 самка отложила 250000 яиц, пропитаться смогут лишь 25000 личинок, так как им не хватит еды.

Поэтому, если личинки были сапротрофами, то такая система существовать не могла! Но, если они смогли изменить свой тип питания и стать хемотрофами, то такая система существовать, в принципе, могла бы. Так как и для личинок был бы неисчерпаемый ресурс питания, и высокая вопроизводительность червей была бы оправдана каннибализмом. Никто не знает, правда это или вымысел, но он имеет место быть.

Итак, мы можем сделать вывод, что  моновидовая экосистема долгое время существовать, все-таки, не может, так как в любом случае, рано или поздно, нарушатся цепи питания, но ведь в каждом правиле могут быть исключения. Вот и сейчас, при идеальных условиях, вследствие каких-либо аномалий, закрытая моновидовая экосистема имеет место быть. Никто не знает, сможет ли она просуществовать длительное время, но теоретически это, в принципе, возможно.