Экологические системы в природе

       У экосистем существует множество состояний, в которых она находится в динамическом равновесии; в случае выведения из него внешними силами, экосистема совершенно необязательно вернётся в изначальное состояние, зачастую её привлечёт ближайшее равновесное состояние (аттрактор), хотя оно может быть очень близким к первоначальному[21].

       Установлено три принципа устойчивого развития экосистем:

1. В естественных  экосистемах использование ресурсов  и избавление от отходов осуществляется  в рамках круговорота всех  элементов (в городах этот процесс  нарушается, когда чуждые природе вещества накапливаются на свалках и разрывают круговорот веществ).

2. Экосистемы  существуют за счет не загрязняющей  среду солнечной энергии, количество  которой постоянно и избыточно  (в городах в основном используется  дополнительная энергия, получаемая за счет сжигания ископаемых углеводородов).

3. На конце  длинных пищевых цепей не может  быть большой биомассы (отсюда  вытекает предел численности  жителей в экосистеме, нарушенный  в городах, где происходит неконтролируемый  рост населения).

Известный эколог Коммонер свел главные принципы и  закономерности существования экосистем к четырем "экологическим императивам", которые в строгом смысле не являются законами, но понятно и образно описывают экологическую среду:

       Все связано со всем - изменение одного из элементов системы вызывает количественные и качественные перемены как в ее функциях и структуре, так и в других элементах.

        Все куда-то попадает - абсолютно безотходное производство невозможно.

Природа знает лучше - при попытке улучшить природные системы, мы легко наносим им непоправимый вред.

       Ничто не дается даром - любая экосистема представляет собой единое целое; все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено.

    Конечно, не следует думать, что природу вообще трогать нельзя. Человеку для того и дан разум, чтобы тщательно взвешивать последствия своих действий исходя из законов экологии, и стремиться не только к тому, чтобы компенсировать недостатки, а чтобы свести к минимуму ущерб. Совсем без ущерба для природы человек обойтись не может[23].

        Экосистемы могут быть разных размеров, например, глобальная экосистема - это биосфера, а экосистема муравейника - это микроэкосистема. В отличие от биогеоценозов экосистемы не имеют достаточно четких границ, хотя по содержанию и близки к ним. В этом отношении город скорее экосистема, хотя экосистема необычная, очень сильно отличающаяся от природных экосистем.

        Урбанизированные образования находятся в весьма сложных отношениях с биосферой. С одной стороны, в городах живут люди, животные, существует растительность. Все это связано между собой, следовательно, город можно считать экосистемой. С другой стороны, многие исследователи полагают, что если города - организмы, то их следует считать "паразитами" биосферы. Этот вопрос весьма сложен, и развивать его целесообразно, рассмотрев сначала город как сложную систему, взаимодействующую с различными геосферами и, в особенности с литосферой, гидросферой и атмосферой.

       Экосистемы имеют собственные законы сложения, функционирования и развития. Длительность существования каждой экосистемы поддерживается прежде всего за счет общего круговорота веществ, осуществляемого продуцентами, консументами и редуцентами, и постоянного притока солнечной энергии. Именно эти два глобальных явления обеспечивают ей высокую способность противостоять воздействию постоянно меняющихся условий внешней среды.                                                                                                               

   Устойчивость экосистемы обеспечивается также биологическим разнообразием и сложностью трофических связей организмов, входящих в ее

cостав[19].

         В богатых видами экосистемах у консументов есть возможность избирать разные виды пищевых объектов и в первую очередь - наиболее массовые. Если потребляемый пищевой объект становится редким, то консумент переключается на питание другим видом, а первый, освобожденный от пресса выедания, постепенно будет восстанавливать свою численность. Благодаря такому переключению поддерживается динамическое равновесие между пищевыми ресурсами и их потребителями и обеспечивается возможность их длительного сосуществования. Таким образом, процесс саморегуляции экосистемы проявляется в том, что все разнообразие ее населения существует совместно, не уничтожая полностью друг друга, а лишь ограничивая численность особей каждого вида определенного уровня.  
Важным фактором стабилизации экосистемы является генетическое разнообразие особей популяций. Изменение условий внешней среды может вызвать гибель большинства особей популяции, адаптированных к прежним условиям существования. Поэтому чем более генетически разнородной является та или иная популяция экосистемы, тем больший шанс у нее иметь организмы с аллелями, ответственными за появление признаков и свойств, позволяющих выжить и размножаться в новых условиях и восстановить прежнюю численность популяции. Время, необходимое для восстановления популяции, будет зависеть от скорости размножения особей, так как изменение признаков происходит только путем отбора в каждом поколении.  
Стабильность экосистемы зависит также от степени колебаний условий внешней среды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. Временные границы экосистемы (хронологический аспект)

На одном и том  же биотопе с течением времени  существуют различные экосистемы. Смена одной экосистемы на другую может занимать как довольно длительные, так относительно короткие (несколько лет) промежутки времени. Длительность существования экосистем в таком случае определяется этапом сукцессии. Смена экосистем в биотопе может быть обусловлена и катастрофическими процессами, но в таком случае, существенно изменяется и сам биотоп, и такую смену не принято называть сукцессией (за некоторыми исключениями, когда катастрофа, например, пожар — естественный этап циклической сукцессии[8].

     Сукцессия — это последовательная, закономерная смена одних сообществ другими на определённом участке территории, обусловленная внутренними факторами развития экосистем[9]. Каждое предыдущее сообщество предопределяет условия существования следующего и собственного исчезновения[21]. Это связано с тем, что в экосистемах, которые являются переходными в сукцессионом ряду, происходит накопление вещества и энергии, которые они уже не в состоянии включить в круговорот, преобразование биотопа, изменение микроклимата и других факторов, и тем самым создаётся вещественно-энергетическая база, а также и условия среды, необходимые для формирования последующих сообществ. Однако, есть и другая модель, которая объясняет механизм сукцессии следующим образом[8]: виды каждого предыдущего сообщества вытесняются лишь последовательной конкуренцией, ингибируя и «сопротивляясь» внедрению последующих видов. Тем не менее, эта теория рассматривает лишь конкурентные отношения между видами, не описывая всю картину экосистемы в целом. Безусловно, такие процессы идут, но конкурентное вытеснение предыдущих видов возможно именно из-за преобразования ими биотопа. Таким образом, обе модели описывают разные аспекты процесса и верны одновременно[5].

      Сукцессия бывает автотрофной (например, сукцессия после лесного пожара) и гетеротрофной (например, осушенное болото)[2]. На ранних стадиях автотрофной сукцессионной последовательности соотношение P/R много больше единицы, так как обычно первичные сообщества обладают высокой продуктивностью, но структура экосистемы ещё не сформировалась полностью, и нет возможности утилизировать эту биомассу^[8]. Последовательно, с усложнением сообществ, с усложнением структуры экосистемы, расходы на дыхание (R) растут, так как появляется всё больше гетеротрофов, ответственных за перераспределение вещественно-энергетических потоков, соотношение P/R стремится к единице и фактически является таковым у терминального сообщества (экосистемы)^[2][8]. Гетеротрофная сукцессия обладает обратными характеристиками: в ней соотношение P/R на ранних этапах много меньше единицы (так как существует много органического вещества и нет необходимости в его синтезе, его можно сразу использовать на построение сообщества) и постепенно увеличивается по мере продвижения по сукцессионным стадиям.

      На ранних этапах сукцессии видовое разнообразие мало, но по мере развития разнообразие нарастает, изменяется видовой состав сообщества, начинают преобладать виды со сложными и продолжительными жизненными циклами, обычно появляются всё более крупные организмы, происходит развитие взаимовыгодных коопераций и симбиозов, усложняется трофическая структура экосистемы[8]. Обычно предполагается, что терминальная стадия сукцессии обладает наибольшим видовым биоразнообразием. Это справедливо не всегда, но для климаксных сообществ тропических лесов это утверждение справедливо[5], а для сообществ умеренных широт пик разнообразия приходится на середину сукцессинного ряда или ближе к терминальной стадии[2][8]. На ранних стадиях сообщества состоят из видов с относительно высокой скоростью размножения и роста, но низкой способностью к индивидуальному выживанию (r-стратеги). В терминальной стадии воздействие естественного отбора благоприятствует видам с низкой скоростью роста, но большей способностью к выживанию (k-стратеги).

       По мере продвижения по сукцессионному ряду происходит всё большее вовлечение биогенных элементов в круговорот в экосистемах, возможно относительное замыкание внутри экосистемы потоков таких биогенных элементов, как азот и кальций(одни из наиболее подвижных биогенов)[2][8]. Поэтому в терминальной стадии, когда большая часть биогенов вовлечена в круговорот, экосистемы более независимы от внешнего поступления данных элементов[9].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение 

Сотни миллионов  лет существовала устойчивая биосфера, и наши предки сравнительно недавно  естественным путем вошли в ее сообщество. Два миллиона лет они  жили в согласии с природой, потребляя  только то, что им было выделено по естественному закону. Но постепенно они создали неустойчивую, быстро растущую антропогенную экосистему. И всего 2 столетия - миг по масштабам эволюции - она наращивает конкуренцию с породившей ее природной системой, угнетая другие виды, захватывая чужие ресурсы, осуществляя глобальный экоцид, т.е. уничтожение экологических систем. Видимо, в пределах такого же масштаба времени по закону обратной связи вся система экосферы должна стабилизироваться, стать равновесной. Это неизбежно. Вопрос лишь в том, сохранится ли при этом вся структура, подобная нынешней, или останутся только мертвые «памятники» техносферы и измененная биосфера - ограбленная и изуродованная человеком природа планеты, которой понадобятся миллионы лет, чтобы залечить раны, но которая уже никогда не станет прежней.