Экологические законы о функционировании экосистем

Исторически первыми законами экологии были законы лимитирующих факторов. Одним из главных достижений экологии стало открытие, что развиваются не только организмы и виды, но и экосистемы.

Основные (некоторые) законы развития и функционирования экосистем:

· Любая природная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Абсолютно изолированное развитие невозможно. Основные следствия этого закона:

а) абсолютно безотходное производство невозможно, подобно созданию "вечного двигателя". Оптимальны цикличные производства (отходы одних процессов служат сырьем для других), нейтрализация неустраняемых энергетических и других отходов, разумное депонирование (захоронение) неминуемых остатков;

б) любая развитая биотическая система, используя и видоизменяя среду жизни, представляет потенциальную угрозу менее организованным системам. Поэтому в биосфере невозможно повторное зарождение жизни - она будет уничтожена существующими организмами. Следовательно, воздействуя на среду обитания, человек должен нейтрализовать эти воздействия, поскольку они могут оказаться разрушительными для природы и самого человека.

· Вещество, энергия, информация и качество отдельных природных систем взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих факторов вызывает функциональные, структурные, качественные и количественные изменения всех систем и их иерархии.

· Принцип Ле-Шателье - Брауна: При внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в сторону процесса, ослабляющего внешний эффект.

· Принцип экономии энергии (Л. Онзагера): при вероятности развития процесса в некотором множестве направлений, допускаемых началами термодинамики, реализуется то, которое обеспечивает минимум рассеивания энергии.

· Принцип сохранения упорядоченности (И. Пригожина): в открытых системах энтропия не возрастает, а уменьшается до тех пор, пока не достигается постоянная величина, всегда большая нуля.

· Правило Шредингера (о "питании" организма отрицательной энтропией): упорядоченность организма выше, чем у окружающей среды, и организм отдает в эту среду больше неупорядоченности, чем получает.

· Закон максимализации биогенной энергии (энтропии) В.И.Вернадского - Э.С.Бауэра: Любая биологическая система, находясь в равновесии с окружающей средой и эволюционно развиваясь, увеличивает свое воздействие на среду, если этому не препятствуют внешние факторы.

· Закон максимализации энергии экосистем: среди конкурирующих экосистем, возможных в данной среде, побеждает та, что наиболее эффективно использует энергию и информацию.

· Закон оптимальности: состав и размер частей экосистем не могут быть произвольными, а должны обеспечивать оптимальное функционирование всей системы в данных условиях среды.

· Закон необходимого разнообразия: ни одну эффективную и устойчивую экосистему невозможно построить из тождественны элементов.

· Экосистема, потерявшая часть своих элементов, не может вернуться в первоначальное состояние.

· Слабые воздействия могут и не вызывать ответных реакций природной системы, но, накопившись, они приведут к развитию бурного, непредсказуемого динамического процесса (Х.Боумен). "Жесткое", как правило, техническое, управление природными процессами чревато цепными реакциями, значительная часть которых оказывается экологически, социально и экономически неприемлемыми.

· Сокращение естественной биоты в объеме, превышающем пороговое значение, лишает окружающую среду устойчивости, которая не может быть восстановлена путем создания очистных сооружений и перехода к безотходному производству (В.Г.Горшков). В ходе эксплуатации природных систем нельзя переходить пределы, позволяющие этим системам сохранять свойства самоподдержания (самоорганизации и саморегуляции).

Некоторые законы экологии сформулированы Б. Коммонером в виде афоризмов:

· все связано со всем (принципы взаимосвязи);

· мы не можем делать что-то одно (принцип сопутствующих последствий);

· все куда-либо движется (любое химическое вещество рано или поздно попадает в окружающую среду);

· всему есть предел (ресурсы и системы жизнеобеспечения Земли не бесконечны, никакая популяция не может расти бесконечно);

· природа знает лучше (принцип сложности: природа не только более сложна, чем мы о ней думаем, она гораздо сложнее, чем мы можем себе это представить).

Адаптация живых организмов, её виды и значение

Без понятия "адаптация" (приспособление) в экологии обойтись невозможно. Вспомним, что в определении экологии как науки мы исходили из представлений о взаимоотношениях организмов (и их естественных групп). Эти взаимоотношения в своей основе приспособительные. Все животные, так или иначе, приспосабливаются добывать пищу, защищаться от врагов и т.п. Растения же приспосабливаются бороться за свет, влагу, защищаться от выедания, под влиянием естественного отбора образовывать ядовитые или покрытые колючками виды, распространять свои семена и т. п. Рассматривая понятие "биогеоценоз", мы говорили о взаимной приспособленности его членов. Но что же представляет собой явление приспособления в целом, в чем его сущность?

Мы часто употребляем понятие “адаптация” даже по отношению к самим себе, но не всегда задумываемся о его содержании. Например, северяне, приезжающие отдыхать на побережье Черного моря, первые 2-3 дня чувствуют себя неважно, но вскоре все проходит. Организм, как говорят, "адаптируется", или "акклиматизируется". Но все это термины.

В чем же основная суть всякого процесса адаптации, или приспособления? Есть все основания допустить, и это можно установить с помощью приборов или простых наблюдений, что при адаптации в организме происходят какие-то изменения. Конечный биологический смысл их, очевидно, сводится к тому, чтобы данная особь (это мы можем отнести к организмам любого вида) выжила при неблагоприятных условиях и оставила потомство. Средства же могут быть самые разные. Например, к наступлению зимних холодов у одних животных вырастает густой и теплый меховой покров, который к тому же приспособительно изменяет свою окраску, у других образуется толстый подкожный слой жира, третьи, тоже откормившись за лето, залегают в спячку. Деревья сбрасывают листья, их почки покрываются толстым восковым слоем и т. п.

Адаптация - это обратимые приспособительные изменения организма, заключающиеся в совокупности реакций живой системы, направленных на поддержание её функциональной устойчивости при изменении условий окружающей среды.

Адаптации к действию факторов внешней и внутренней среды направлены на осуществление жизненных процессов в оптимальных условиях. Они обеспечивают выживание организма в изменяющихся условиях среды, а в целом - непрерывность круговорота веществ в биосфере.

Адаптации как ответы биологической системы на внешние влияния могут осуществляться на самых разных уровнях биологической организации - от отдельных особей до целых экосистем (см. рис. 4.3).

Рисунок 4.3 – Примеры адаптации живых организмов с целью
приспособления к самосохранению

Способность вида адаптироваться к отдельным факторам или их комплексу называют экологической валентностью или пластичностью. Чем выше пластичность вида, тем выше его приспособляемость в конкретной экологической системе. По способности к адаптации к определённым факторам выделяют эвритопные (с широкими адаптационными способностями) и стенотопные (с узкими адаптационными способностями) виды (от латинского «топос» – место).

Видовые адаптации. В экологии нас больше всего интересуют приспособления групп особей - популяций и видов организмов. И их приспособлений немало. Многие из них направлены на поддержание численности популяций при усилении влияния врагов (в ответ на так называемый "пресс хищников"), например путем увеличения плодовитости.

Морфологические адаптации. Пример морфологических адаптаций – строение организмов, обитающих в воде. Например, приспособления к плаванию у китообразных, приспособления к парению в воде у планктонных организмов. Растения, обитающие в пустынях, лишены листьев, а их строение наилучшим образом приспособлено к минимальным потерям влаги.

Физиологические адаптации. Это могут быть особенности ферментативного набора в пищеварительном тракте животных. Данный набор определяется составом пищи. Обитатели пустыни способны удовлетворять потребность во влаге путём биохимического окисления жиров (горбы у верблюда). Биохимические процессы фотосинтеза отражают способность растений создавать из неорганических веществ органические в условиях строго определённого газового состава атмосферного воздуха.

Поведенческие (этологические) адаптации. Они проявляются в различных формах, например, для обеспечения нормального теплообмена с окружающей средой: создание убежищ, передвижение с целью выбора оптимальных температурных условий. Так известны суточные и сезонные кочевки млекопитающих и птиц.

Животные адаптируются не только к температурным колебаниям, но и к динамике влажности, освещенности, уровню солнечной радиации и т.п. Особенности поведения, как правило, направлены на то, чтобы избежать угрозы оказаться в экстремальных условиях. Это проявлялось и в ходе эволюции. Например, сформулирован принцип «минимальной амплитуды», согласно которому живой организм при прочих равных условиях выбирает такие местообитания, в которых обеспечивается минимальная амплитуда колебаний одного или нескольких лимитирующих факторов среды.

Адаптации экосистем. Внутри биоценоза или любой многовидовой системы существуют взаимные приспособления организмов (поскольку существует связи между ними). Но даёт ли это основания утверждать, что биоценоз, а тем более экосистема как единое целое может адаптивно реагировать на резкие изменения экологических факторов?

Примером подтверждения является явление сукцессии, т.е. последовательной смены видового состава биоценозов (в примере восстановление леса после пожара или порубки). Это закономерная перестройка системы, приводящая её к устойчивому состоянию. Всякая адаптация направлена на обеспечение устойчивого функционирования системы (организма, вида или биоценоза) в изменяющихся условиях окружающей среды.

Следовательно, сукцессию биоценоза можно рассматривать как адаптацию сложной, многокомпонентной биологической системы. Но так как биоценоз - это основная биологическая часть всякой экосистемы, то свойство адаптации может быть распространено и на экосистему в целом.

В настоящее время, в условиях растущего загрязнения биосферы и усиления других антропогенных воздействий, необходимо знать, каковы приспособительные возможности отдельных организмов, видов, биоценозов, в том числе адаптивные возможности человека. Для человека, как и для всякого другого биологического вида, существуют свои границы переносимых колебаний условий среды. Их необходимо знать и учитывать. Для их раскрытия и реализации развиваются новые разделы науки - космическая биология и космическая медицина.

Современный человек приспосабливается к условиям среды, познавая законы природы и активно изменяя условия своей жизни. И хотя в этих процессах ведущую роль играют уже социальные закономерности, нельзя оставлять без внимания биологическую природу человека и его уязвимые стороны как биологического вида.

Исследования показали, что трудно провести четкую границу между адаптацией и угнетением организмов под действием тех или иных факторов. Кроме того, вызывает тревогу возросшее количество дефектов развития и уродств среди рождающихся детей на планете как следствие радиоактивного и химического загрязнения среды. Здесь есть над чем серьезно задуматься: какой ценой адаптируется человеческий род к загрязнению среды, им же самим создаваемому?

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: