Структура, свойства и функционирование экосистем: как живое и неживое складываются в единое целое

Как живое и неживое складываются в единое целое

Озеро, дубрава, океан и даже капля воды с её микроскопическими обитателями подчиняются одним и тем же правилам устройства. В каждом случае живые организмы сцеплены между собой и со средой так плотно, что разорвать эти связи без последствий невозможно. Именно поэтому экосистему изучают не как набор отдельных видов, а как слаженный механизм с собственными законами. Ниже мы разберём, из чего складывается экосистема, какими свойствами она обладает, как выстраивается её иерархия и по каким принципам она работает, — а заодно увидим, где человек эти принципы нарушает.

Что такое экосистема и из чего она состоит

Начнём с самого понятия, без которого дальнейший разговор лишён смысла.

Опорой любой экосистемы служат две составляющие. Первая — живое вещество, организованное в так называемую биотическую структуру. Вторая — среда обитания, которую задаёт совокупность экологических факторов.

При всём внешнем несходстве экосистемы устроены по общему чертежу. В каждой из них отыщется один и тот же набор участников: фотосинтезирующие растения-продуценты, несколько ярусов консументов, а также редуценты и детритофаги, замыкающие переработку органики. Эти группы и образуют биотическую структуру.

Окружающую же организмы живую и неживую природу называют средой обитания. Отдельные её компоненты, влияющие на живое, именуют экологическими факторами, а по происхождению их делят на три рода — абиотические, биотические и антропогенные.

Ключевые свойства экосистем

Что отличает экосистему от случайного скопления организмов? Прежде всего — три фундаментальные способности: прокручивать круговорот вещества, сопротивляться внешнему давлению и производить биологическую продукцию. Без первой из них система вообще не может существовать.

Иерархия экосистем: от лужи до биосферы

Экосистемы заметно различаются по охвату, и потому их выстраивают по рангам.

• Микроэкосистемы — например, небольшой водоём. Существуют они ровно до тех пор, пока сохраняются организмы, поддерживающие круговорот веществ.
• Мезоэкосистемы — скажем, река.
• Макроэкосистемы — такие как океан.
• Биосфера — глобальная экосистема всей планеты.

Работает эта лестница по принципу вложенности: чем крупнее система, тем больше систем меньшего ранга она вмещает.

Сама экосистема, или биогеоценоз, обычно складывается из двух блоков. Один из них — биоценоз — объединяет переплетённые между собой организмы разных видов. Другой — биотоп (его называют и экотопом) — представляет собой среду обитания. Причём внутри биоценоза каждый вид присутствует не одиночными особями, а популяциями либо их частями.

Рядом с этим понятием в экологии ходит и термин «сообщество», у которого значение размытое. Чаще всего так называют совокупность взаимосвязанных организмов самых разных видов. Но применяют его и к более узким группировкам, выделяя их по составу: растительное сообщество называют фитоценозом, объединение микроорганизмов — микробоценозом, аналогично обособляют и группы животных.

Три принципа функционирования экосистем

Особенности строения экосистемы задают три условия, на которых держится её работа: приток солнечной энергии, круговорот биологических веществ и убывание биомассы с подъёмом по трофическим уровням. Рассмотрим каждый по отдельности — и сразу увидим, как человеческая деятельность подтачивает их один за другим.

Принцип первый: поток солнечной энергии

Экосистема живёт за счёт солнечной энергии — чистой, практически постоянной и поступающей с избытком. До промышленной революции и люди обеспечивали себя по сути той же энергией Солнца: через дрова, силу ветра и воды, труд домашних животных. Примерно 250 лет назад в обиход вошло массовое сжигание ископаемого топлива, а позже — атомная энергия. Тем самым первый принцип оказался нарушен, и развитие экосистемы стало менее предсказуемым.

Принцип второй: круговорот веществ

В природных условиях расход ресурсов и удаление отходов укладываются в круговороты всех химических элементов. Соотношения внутри этих круговоротов сложились за гигантские отрезки времени, пока на планете формировалась жизнь. Человек же вбрасывает в систему массу химических соединений, переработать которые сложившиеся экосистемы попросту не в силах, — и второй принцип даёт сбой.

Принцип третий: убывание биомассы по трофическим уровням

Закономерность здесь такова: чем больше биомасса популяций, тем ниже занимаемый ими трофический уровень. Между тем численность людей растёт стремительно — более чем на 90 млн человек в год. И поскольку огромная часть населения, особенно в развитых странах, питается мясом и тем самым относит себя к третьему трофическому уровню, для удовлетворения пищевых потребностей требуются всё новые сельскохозяйственные площади. В природном виде третий принцип соблюдают немногие.

Так в третьем принципе и проступает корень проблемы: давление растущего человечества на нижние трофические уровни оборачивается переделкой ландшафтов в масштабах, которые природные экосистемы выдержать уже не успевают.