 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
5
воздушная, водная и субстратная среды, включающие климатический режим и другие физические
факторы;
продуценты, автотрофные (самопитающиеся) организмы, в основном зеленые растения, которые,
используя энергию солнечного света, синтезируют органические вещества из углекислого газа и
воды;
консументы первого порядка (растительноядные животные) и второго порядка (хищники),
гетеротрофные организмы, в основном животные, питающиеся другими организмами;
редуценты или деструкторы, в основном бактерии и грибы, живущие за счет разложения тканей
умерших организмов.
Образование органических веществ зелеными растениями при использовании энергии солнечного
света происходит в процессе фотосинтеза:
У зеленых растений Н2О окисляется с образованием газообразного кислорода О2, при этом СО2
восстанавливается до органических веществ (в приведенном уравнении органическое вещество –
глюкоза). У фотосинтезирующих бактерий синтезируются органические вещества, но не образуется
кислород. Дыхание - процесс, обратный фотосинтезу, при котором органические вещества окисляются с
помощью атмосферного кислорода.
Редуценты, разлагая отмершие остатки организмов, освобождают биогенные элементы (С, О2, N2, P,
S и др.), которые поступают в круговорот, необходимый для существования экосистем.
Каждый год продуцентами на Земле создается около 100 млрд. т. органического вещества, что
составляет глобальную продукцию биосферы. За этот же промежуток времени приблизительно такое же
количество живого вещества, окисляясь, превращается в СО2 и H2O в результате дыхания организмов.
Этот процесс называется глобальным распадом. Но этот баланс существовал не всегда. Примерно 1
млрд. лет назад часть образуемого продуцентами вещества не расходовалась на дыхание и не
разлагалась, так как в биосфере еще не было достаточного числа консументов. В результате этого
органическое вещество сохранялось и задерживалось в осадках. Преобладание синтеза органических
веществ над их разложением привело к уменьшению в атмосфере Земли углекислого газа и накоплению
кислорода. Около 300 млн. лет назад особенно большой избыток органической продукции привел к
образованию горючих ископаемых, за счет которых человек позже совершил промышленную
революцию. А более чем 60 млн. лет назад выработалось колеблющееся стационарное соотношение
между глобальной продукцией и распадом.
Однако за последние полвека в результате хозяйственной деятельности человека, связанной главным
образом со сжиганием горючих ископаемых, концентрация СО2 в атмосфере повысилась, а О2
–
уменьшилась, что создает критическую ситуацию для устойчивости атмосферы. Таким образом,
важнейшей характеристикой экосистем является круговорот веществ, определяемый глобальной
продукцией и распадом.
Следующей важнейшей характеристикой экосистем является их кибернетическое поведение.
Кибернетическое поведение экосистем определяется тем, что они обладают развитыми
информационными сетями, включающими потоки физических и химических сигналов, которые
связывают все части экосистемы и управляют ею как единым целым. Отличие экосистем от
кибернетических устройств, созданных человеком, заключается в том, что управляющие функции
экосистемы сосредоточены внутри нее и диффузны. В кибернетических же системах, созданных
человеком, управляющие функции направлены вовне и специализированы.
При сравнении кибернетической системы с экосистемой можно найти нечто общее. В той и другой
управление основано на обратной связи. Известно, что энергия обратной связи крайне мала по
сравнению с инициируемой ею энергией, которая возбуждается в системе, идет ли речь о техническом
устройстве, организме или экосистеме. Устройства, осуществляющие обратную связь в живых
системах, называются гомеостатическими механизмами. Гомеостаз в применении к организму
означает поддержание его внутренней среды и устойчивость его основных физиологических функций.
В применении к экосистеме гомеостаз означает сохранение ее постоянного видового состава и числа
особей. Гомеостатические механизмы поддерживают стабильность экосистем, предупреждая полное