Александр Челноков - Общая и прикладная экология

Динамические процессы в биологических системах, их самоорганизация, устойчивость и переходы из стационарного состояния в нестационарное обеспечиваются различными механизмами саморегуляции.

Саморегуляция – это внутреннее свойство биологических систем автоматически поддерживать на некотором необходимом уровне параметры протекающих в них процессов (физиологических, биохимических и др.).

Биологические системы организованы иерархически и представлены большим количеством уровней структурно-функциональной организации. На каждом уровне складываются свои специфические механизмы саморегуляции, основанные, как правило, на принципе обратной связи (отрицательной или положительной), когда отклонение некоторого параметра от необходимого уровня приводит к активизации функций, которые ликвидируют дисбаланс, возвращая данный параметр к нужному уровню. В случае отрицательной обратной связи знак изменения противоположен знаку первоначального отклонения, а при положительной обратной связи знак изменения совпадает со знаком отклонения; при этом система выходит из одного стационарного состояния и переходит в другое. Любая биологическая система способна пребывать в различных стационарных состояниях. Это позволяет ей, с одной стороны, функционировать в определенных отношениях независимо от среды, а с другой – адаптироваться к среде при соответствующих условиях.

Кроме стационарных, биологические системы имеют и автоколебательные состояния, когда значения параметров изменяются во времени с определенной амплитудой. Такие состояния являются основой периодических биологических процессов, ритмов, часов и др.

Системно-структурные уровни организации многообразных форм живого вещества достаточно многочисленны: молекулярный, субклеточный, клеточный, органотканевый, организменный, видовой, популяционный, биоценотический, биогеоценотический и биосферный. Могут быть определены и другие уровни. Но во всем многообразии уровней выделяются некоторые основные.

Критерием выделения основных уровней выступают специфические дискретные структуры и фундаментальные биологические взаимодействия. На основании этих критериев достаточно четко выделяются следующие уровни организации живого: молекулярно-генетический, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический и биосферный.

1. Охарактеризуйте исторические этапы становления экологии как науки.

2. Каковы цели, задачи и методы экологии?

3. Дайте полную характеристику термина «экология» в его историческом развитии.

4. Какова структура и содержание современной экологии?

5. Что такое популяция?

6. Назовите и дайте характеристику основных критериев популяции.

7. Что такое экосистема?

8. Каковы основные свойства экосистемы?

9. Дайте характеристику понятий «биоценоз» и «биогеоценоз».

10. Как применяются принципы теории систем в экологии?

Понятие экосистемы – фундаментальное понятие классической экологии, так как именно экосистемы являются основным предметом изучения в экологии, а экосистемный подход – основным методом.

Термин «экосистема» впервые был предложен в 1935 г. английским ботаником А. Тэнсли (см. ранее гл. 1) для обозначения любого единства любого объема и ранга, включающего все организмы на данном участке и взаимодействующего с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенную трофическую структуру, видовое разнообразие и круговорот веществ внутри системы.

Ю. Одум дает такое определение: «Любое единство, включающее все организмы (т. е. сообщество) на данном участке и взаимодействующее с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенную трофическую структуру, видовое разнообразие и круговорот веществ (т. е. обмен веществами между биотической и абиотической частями) внутри системы, представляет собой экологическую систему, или экосистему» (1975).

Экосистему составляют четыре основных компонента – поток энергии, круговорот веществ, сообщество и энергетические управляющие петли обратной связи (рис. 2.1).

В современной трактовке экосистема – это информационно саморазвивающаяся, термодинамически открытая совокупность биотических, экологических компонентов и абиотических источников вещества и энергии, единство и функциональная связь которых в пределах определенного участка биосферы, времени и пространства обеспечивают превышение на этом участке внутренних закономерных перемещений вещества, энергии и информации над внешним обменом (в том числе между соседними аналогичными совокупностями) и на основе этого неопределенно долгую саморегуляцию и развитие целого под управляющим воздействием биотических и биогенных составляющих (Н.Ф. Реймерс, 1990).

Рис. 2.1. Функциональная схема экосистемы (Ю. Одум, 1975)

Исходя из этого экосистема является основной функциональной единицей в экологии, имеет собственную структуру, иерархию и относится к открытой системе.

В отечественной литературе широко применяется термин биогеоценоз , предложенный В.Н. Сукачевым. По его определению, «…это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, почвы и гидрологических условий), имеющая свою особую специфику взаимодействий этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и другими явлениями природы и представляющая собой внутренне противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении, развитии».

Сукачев, изучая развитие растительного покрова, пришел к выводу, что он находится в неразрывной взаимосвязи и взаимодействии с другими компонентами географической оболочки – литосферой, атмосферой и гидросферой. Им было показано, что это взаимодействие на уровне растительного сообщества (фитоценоза) протекает в рамках определенного географического комплекса. В своих работах 1940–1942 гг. Сукачев именовал такие комплексы геоценозами , однако, учитывая ведущую и наиболее активную роль живых существ в процессах такого взаимодействия, в 1945 г. он предложил использовать термин «биогеоценоз».

Биогеоценоз – это участок земной поверхности, однородный по экологическим условиям, занятый одним биоценозом.

На рис. 2.2. представлена схема биогеоценоза и схема взаимодействия его компонентов по Сукачеву.