Гомеостаз биосферы, Биология

Биосфера (греч. bios – жизнь + sphaira – шар) – наружная оболочка Земли, населенная живыми организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты. Термин “биосфера” предложен австрийским геологом Э. Зюссом, учение о биосфере было создано и развито российским и советским ученым Вернадским Владимиром Ивановичем.

Биосфера – совокупность всех биогеоценозов, это открытая система, структура и свойства которой определяются деятельностью организмов в прошлом и настоящем. Биосферу можно рассматривать как часть лито-, гидро- и атмосферы, заселенную живыми существами.

Запомните, что наибольшая концентрация живого вещества сосредоточена на границе сред (к примеру, на границе литосферы и атмосферы).

Границы биосферы

Общая толщина биосферы приблизительно 17 км. Живые организмы проникают вглубь литосферы на расстояние до 6-7 км, заселяют всю толщу гидросферы (до самого дна мирового океана). В атмосфере живые организмы встречаются в нижней части – тропосфере, которую сверху ограничивает озоновый слой (часть стратосферы).

Выше “озонового экрана” существование жизни в привычном для нас виде невозможно, так как губительное УФ (ультрафиолетовое) излучение уничтожает все живое. Возникновению жизни в недрах Земли препятствует высокая температура, оказывающая разрушительное воздействие.

Вещество биосферы

Многокомпонентная сложная система биосферы включает несколько отдельных элементов. Вернадский В.И. создал учение, в соответствии с которым вещество биосферы состоит из:

• Живое вещество

Совокупность всех живых организмов на нашей планете. Именно Вернадский показал, что деятельность живых существ – важнейший фактор геологических изменений планеты.

• Косное вещество

Формируется без участия живых организмов. Базальт, гранит, песок, золотоносные руды. К косному веществу можно отнести горные породы магматического происхождения, образовавшиеся в результате извержения вулканов.

• Биогенное вещество

Это вещество образуется живыми организмами в процессе их жизнедеятельности. Примерами биогенного вещества могут послужить залежи известняка, природный газ, кислород, нефть, каменный уголь, торф.

• Биокосное вещество

Биокосное вещество создается одновременно деятельностью живых организмов и косными процессами. Таким образом, биокосное вещество объединяет в себе живое и косное вещества. К биокосному веществу относятся пресная и соленая вода, почва, воздух. Почва является верхним наиболее плодородным слоем литосферы Земли. Почва – уникальный продукт совместной деятельности живых организмов, то есть биологических и геологических процессов, протекающих в живой природе.

Функции живого вещества

Важнейший компонент биосферы – живое вещество, то есть – живые организмы. Их деятельность приводит к наиболее значительным геологическим изменениям в биосфере, они обеспечивают круговорот веществ – главное условие зарождения новой жизни.

Перечислим важнейшие функции живого вещества:

• Энергетическая

Живые организмы постоянно получают и преобразуют энергию. Растения преобразуют энергию солнечного света в энергию химических связей, а животные передают ее по цепочке. После смерти растений и животных энергия возвращается в круговорот благодаря бактериям и грибам – сапротрофам (греч. sapros – гнилой), разлагающим мертвое органическое вещество.

• Газовая

Деятельность живых организмов обеспечивает постоянный газовый состав атмосферы. В ходе дыхания животные поглощают кислород и выделяют углекислый газ, а растения в ходе фотосинтеза поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Бактерии хемотрофы также выделяют в атмосферу некоторые газы, полученные окислением сероводорода, азота.

• Концентрационная

Я никогда не перестану восхищаться этой функцией живого вещества. Вы только вдумайтесь: на одной и той же почве, рядом друг с другом, растут совершенно разные растения по форме, размеру и окраске плодов, цветков! Каждый раз задумываешься: как это возможно? Это связано с тем, что каждое живое существо избирательно накапливает определенные химические элементы. К примеру, многие моллюски накапливают кальций, образуют известковый скелет – раковину. После их смерти раковины опускаются на дно, в результате чего создаются залежи полезных ископаемых – известняка (мела). В результате жизнедеятельности мха сфагнума образуется полезное ископаемое – торф, а папоротниковидные образуют каменный уголь. Это концентрат углеродистых и кальциевых соединений в погибших растениях, которые тысячелетиями отмирали и образовали залежи ископаемых.

• Окислительно-восстановительная

Живые организмы способны окислять и восстанавливать различные химические вещества. На реакциях окисления и восстановления основан метаболизм (обмен веществ) любого живого существа, подобные реакции протекают постоянно в ходе фотосинтеза, энергетического обмена.

• Деструктивная

Без разрушения “старой” жизни, невозможно возникновение “новой”. После смерти живых существ их останки подвергаются разрушению, из них высвобождается энергия, накопленная в связях химических веществ. Непрерывный круговорот должен продолжаться всегда – это главное условие жизни.

Теория биогенной миграции атомов Вернадского В.И

При непосредственном участии живого вещества в биосфере непрерывно осуществляется биогенная миграция атомов. Даже сейчас, с каждым вашим вдохом, атомы кислорода соединяются с гемоглобином эритроцитов, доставляются по крови к клеткам тканей организма и становятся частью ваших клеток.

Откуда взялся кислород, которым мы дышим? Его в процессе фотосинтеза выделили растения. Для процесса фотосинтеза необходим углекислый газ, который в процессе дыхания выделяют животные, углекислый газ, который образуется при разложении останков растений и животных. Получается круговорот атомов.

Все атомы, которыми мы обладаем, которые стали частью наших рук, глаз, носа, языка – все эти атомы кому-то принадлежали до нас! За миллиарды лет существования Земли они успели побывать в мириадах растений, грибов и животных. То, что наши атомы сейчас с нами – великое чудо и немыслимая случайность.

Я искренне восхищаюсь этой теорией, она показывает непрерывность жизни, бесконечность нашего существования и единство всего живого.

Ноосфера

Ноосфера (греч. noos – разум и sphaira – шар) – термин введенный русским ученым В.И. Вернадским. Ноосфера подразумевает взаимодействие природы и общества, при котором человек является главным определяющим фактором эволюции. Человек становится крупнейшей геологической силой.

Споры о том, можно ли считать современный этап развития цивилизации ноосферой остаются открытыми. Основная идея ноосферы – разумное, рациональное поведение человека, при котором он сосуществует в гармонии со всеми другими формами жизни.

К сожалению, нынешняя ситуация напоминает старую поговорку: “Пока не потеряешь, не осознаешь ценность”. Неужели растения должны исчезнуть с лица Земли, чтобы мы вспомнили о том, что благодаря фотосинтезу в их листьях мы дышим кислородом? В этом случае чувство нашего ложного величия может сильно пострадать.

Круговорот веществ

Углерод находится в природе в основном в составе углекислого газа, угольной кислоты и ее нерастворимых солей – карбоната кальция (из которого состоят раковины моллюсков). Отмирая, живые организмы образуют залежи полезных ископаемых: торф, древесину, каменный уголь, нефть. Известняк может надолго исключить углерод из круговорота веществ.

Подобно этому, долгое время нефть и уголь были почти полностью исключены из круговорота веществ, однако в настоящее время человек “вернул их в строй” вместе с выхлопными газами.

Азот находится в воздухе, которым мы дышим, и составляет 78% от его объема. Большая часть азота поступает в почву и воду благодаря деятельности микроорганизмов, бактерий и водорослей.

Широко известны клубеньковые бактерии на корнях бобовых растений, находящиеся с ними в симбиозе. Клубеньковые бактерии переводят атмосферный азот в нитраты, которые необходимы для роста и развития растения и могут быть усвоены им, в отличие от атмосферного азота (газа).

В листьях в процессе биосинтеза азот преобразуется в белки. Травоядные животные поедают растения, таким образом, белок включается в их состав. После смерти животных белки разлагаются сапротрофами, которые выделяют аммиак, нитраты. Часть нитратов усваивается растениями, а часть восстанавливается бактериями до атмосферного азота – цикл замыкается.

Гомеостаз и сукцессия экосистем

• Выделяют девять основных типов сухопутных биомов: тундра, тайга, лиственные леса умеренной зоны, степи умеренной зоны, растительность средиземноморского типа, пустыни, тропические саванны и лугопастбищные земли, тропическое или колючее редколесье, тропические леса.
• Созданные человеком – антропогенные.
• Для естественной экосистемы характерны три признака:
• 1. экосистема обязательно представляет собой совокупность живых и неживых компонентов;
• 2. в рамках экосистемы осуществляется полный цикл круговорота веществ, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие;

3.

экосистема сохраняет устойчивость в течение определенного времени.

Биом – это макросистема, совокупность экосистем, тесно связанных климатическими условиями, потоками энергии, круговоротом веществ, миграцией организмов и типом растительности.

Биом (по определению Одума) представляет собой «крупную региональную или субконтинентальную экосистему, характеризующуюся каким – либо основным типом растительности или другой характерной особенностью ландшафта, например, биом лиственных лесов умеренного пояса».

Биомная классификация экосистем основана на преобладающем типе растительности в крупных регионах.

Наземныеэкосистемы (биомы) входят в состав биосферы и в основном определяются растительностью.

Водные системы меньше зависят от климата. Они формируются в зависимости глубины водоема, содержания растворимых солей, глубины проникновения солнечных лучей, количества растворенного в воде кислорода, доступности питательных элементов и температуры воды.

1. Водные экосистемы могут постепенно превращаться в наземные.
3. Основной принцип функционирования экосистем:
4. они существуют за счет не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно (характеристиками солнечной энергии являются: избыток, чистота, постоянство, вечность).
5. Относительно стабильное соотношение скоростей автотрофных и гетеротрофных процессов на Земле существует благодаря способности экосистем и биосферы к саморегуляции, которая поддерживает экологическое равновесие в биосфере.
6. Саморегуляция экосистем обеспечивается внутренними механизмами, устойчивыми взаимодействиями между их компонентами, трофическими и энергетическими связями.
7. В экосистемах управление основано на обратных связях, когда часть сигналов с выхода из системы вновь поступает на вход, регулируя состояние системы на выходе.

Обратные информационные связи необходимы для сохранения равновесия в экосистемах. Они бывают положительными и отрицательными.

Положительная обратная связь является «саморазгоняющейся». Она усиливает однонаправленные изменения в системе дополнительной информацией, поступающей с выхода системы на вход.

Отрицательная обратная связь – это поток информации в систему, противодействующий изменениям внешних условий. Для живых систем используют термин гомеостатические механизмы или гомеостаз – механизмы, поддерживающие стабильное состояние.

• В экосистемах в результате взаимодействия круговорота веществ, потоков энергии и сигналов обратной связи от субсистем возникает саморегулирующийся гомеостаз без регуляции извне из «постоянной точки».
• Гомеостаз – это способность популяции или экосистемы поддерживать устойчивое динамическое равновесие в изменяющихся условиях среды с помощью обратных связей.
• Все живые существа и человек, так же как и экосистемы, являются саморегулирующимися гомеостатическими системами, поддерживающими равновесие главным образом за счет отрицательных обратных связей.
• Экосистема способна поддерживать относительную стабильность своего состояния.
• Стабильность экосистем означает свойство любой системы возвращаться в исходное состояние после того, как она была выведена из состояния равновесия.
• Стабильность определяется устойчивостью экосистем к внешним воздействиям.
• Выделяют два типа устойчивости:
• 1. резистентную – это способность экосистемы сопротивляться нарушениям, поддерживая неизменными свою структуру и функции;

2. упругую – способность системы быстро восстанавливаться после нарушения структуры и функций.

1. Огромное значение в сохранении стабильности биосферы в целом имеет биологическое разнообразие.
2. Биоразнообразие – наиболее ценный ресурс планеты, который возник в результате естественного отбора за миллиарды лет при взаимодействии двух процессов: видообразования и вымирания видов.
3. Биоразнообразие включает два понятия:
4. – видовое – многообразие различных видов организмов внутри биоценоза;
5. – генетическое – многообразие генетических программ у особей одного вида.
6. Одной из особенностей биоценозов является суточная и сезонная или годовая динамика.
7. Суточная динамика биогеоценозов связана с ритмикой природных явлений и носит строго периодический характер.

Более существенные отклонения наблюдаются при сезонной динамике. Они обусловлены биологическими циклами организмов, зависящими от сезонной цикличности природных явлений.

• Закономерное развитие экосистем во времени называют экологической сукцессией.
• Экологическая сукцессия – это закономерная последовательная смена биоценозов, преемственно возникающих на одном и том же биотопе под воздействием природных или антропогенных факторов.
• Выделяют два типа сукцессий:
• Ø первичные(начинается на абсолютно лишенном жизни месте – вновь появившиеся песчаные дюны, послеледниковый период, поднятие островов из океана);
• Ø вторичные(сообщество развивается на месте, где ранее был хорошо развитый биоценоз – результаты пожаров, наводнений, распашки степей, вырубки лесов, осушения болот) сукцессии.

Скорость сукцессий различна. Для первичных сукцессий требуются сотни и тысячи лет. Вторичные протекают быстрее.

1. Сукцессии обычно начинаются в незрелых несбалансированных сообществах, у которых скорости продукции органического вещества П либо больше, либо меньше скорости дыхания Д.
2. Сообщество стремится к более стабильному, зрелому состоянию, где П = Д.
3. Сукцессия, начинающаяся:
4. Ø при П < Д – автотрофная,
5. Ø при П > Д – гетеротрофная.
6. Отношение П / Д является функциональным показателем зрелости экосистем.
7. Автотрофная сукцессия – широко распространенное в природе явление, которое начинается в незаселенной среде.

Она характеризуется длительным преобладанием автотрофных организмов, при котором соотношение П / Д > 1. В процессе сукцессии П / Д стремится к 1.

При П > Д постепенно растут биомасса организмов Б и отношение биомассы к продукции Б / П, т.е. увеличиваются размеры организмов. По мере роста продукции П растет и величина ее расходов на дыхание Д.

• Гетеротрофная сукцессия характеризуется преобладанием в системе редуцентов и встречается тогда, когда среда пересыщена органическими веществами.
• При гетеротрофных сукцессиях отношение П / Д < 1, а органические вещества могут постепенно разлагаться и исчезать, и тогда из-за отсутствия автотрофных процессов система может разрушиться.
• Обычно система стремится к стабильному состоянию, при котором П / Д = 1.
• Изменения основных характеристик экосистем при аутогенных сукцессиях отличаются от изменений, происходящих при аллогенных сукцессиях, причинами которых является воздействие человека.

Аутогенные сукцессии – это естественное закономерное биотическое развитие экосистем, идущее по автотрофному типу. В процессе сукцессии популяции организмов и функциональные связи между ними закономерно и обратимо сменяют друг друга.

1. Аутогенная сукцессия – это направленное предсказуемое и обратимое развитие экосистемы до установления равновесия между биотическим сообществом – биоценозом и абиотической средой – биотопом.
2. Аллогенные сукцессии экосистем, вызванные человеком, приводят к их упрощению.
3. Состояние стабилизированной экосистемы называется климаксом.
4. Цепь сменяющих друг друга биоценозов называется сукцессионным рядом.

Смены фауны и флоры в истории Земли похожи на медленно протекающие экологические сукцессии. Они тесно связаны с геологическими и климатическими изменениями и видообразованием. Такие процессы протекают на протяжении миллионов лет и называются эволюцией.

Эволюция экосистем представляет собой длительные процессы исторического развития, которые необратимы и ацикличны.

9 Гомеостаз экосистемы

ЛЕКЦИЯ 7

Гомеостаз экосистемы.

Гомеостаз (гр.

То же состояние) – способность биологических систем к саморегуляции при изменении условий окружающей среды; для организма сохранение постоянства внутренней среды организма и устойчивость основных физиологических функций при изменении внешних условий. Поддержание гомеостаза – непременное условие существования как отдельных клеток и организмов, так и целых биологических сообществ и экосистем.

Концепция гомеостаза экосистемы в экологии была разработана Ф. Клементсом (1949).Равновесие в экосистемах поддерживается процессами с обратной связью.  Гомеостаз – это способность популяции или экосистемы поддерживать устойчивое динамическое равновесие в изменяющихся условиях среды. В гомеостазе (устойчивости) живых систем выделяют:

1.Выносливость (живучесть, толерантность – способность переносить изменения среды без нарушения основных свойств системы;

2.Упругость (резистентность, сопротивляемость) — способность быстро самостоятельно возвращаться в нормальное состояние из неустойчивого, которое возникло в результате внешнего неблагоприятного воздействия на систему.

         Понятие гомеостаз широко используется в экологии для характеристики устойчивости различных систем.

Гомеостаз клетки определяется специфическими физико-химическими условиями, отличными от условий внешней среды. Гомеостаз многоклеточного организма —обусловлен поддержанием постоянства внутренней среды.

Константами гомеостаза животных являются объем, состав крови и других жидкостей организма.

         Гомеостаз популяции определяется поддержанием пространственной структуры, плотности и генетического разнообразия. Вследствие гомеостатической регуляции поддерживается постоянство состава и численности популяций в сообществах.

На уровне экосистем гомеостаз проявляется в наиболее устойчивых формах взаимодействия между видами, что выражается в приспособленности к особенностям среды и поддержании циклов круговорота биогенов.

Можно рассматривать даже гомеостаз биосферы, в которой взаимодействие разнообразных организмов поддерживает постоянство газового состава атмосферы, состав почв, состава и концентрации солей мирового океана и др.

         Гомеостаз обеспечивается работой механизмов регулирования, действующих по принципу отрицательной обратной связи.

Тогда нарушения  в функционировании живой системы, используя кибернетические термины, следует констатировать как появление в канале обратной связи «помех» или «шумов». Роль помех могут играть различные факторы, например погодные условия, деятельность человека и т. п.

Резкие изменения характеристик окружающей среды, при которых они (или одна из них) выходят за границы допустимого, называют экологическим стрессом.

Безусловно, конкретные механизмы регулирования различны для клетки организма, популяции экосистемы, но всегда результатом саморегуляции и поддержания гомеостаза является сбалансированность и четкая согласованность  функционирования всех элементов биологической системы.

Рекомендуемые файлы

В сервомеханизмах и в отдельных организмах механический или анатомический регуляторы имеют специфическую «постоянную точку». Например, при регулировке температуры в помещении терморегулятор управляет печью. У теплокровных животных регуляция температуры тела осуществляется специальным центром в мозгу.

В экосистемах в результате взаимодействия круговорота веществ, потоков энергии и сигналов обратной связи от субсистем возникает саморегулирующийся гомеостаз без регуляции извне из «постоянной точки».

В число управляющих механизмов на уровне экосистемы входят, например, такие субсистемы, как микробное население, регулирующее накопление и высвобождение биогенных элементов.

Субсистема «хищник – жертва» (волки – зайцы) также регулирует плотность: популяций и хищника, и жертвы. Действуют и многие другие механизмы. Рассмотрим простейшую экосистему: заяц-рысь, состоящую из двух трофических уровнях. Когда численность зайцев невелика, каждый из них может найти достаточно пищи и удобных укрытий для себя и своих детёнышей. Т.е.

сопротивление среды невысоко, и численность зайцев увеличивается несмотря на присутствие хищника. Изобилие зайцев облегчает рыси охоту и выкармливание детёнышей. В результате численность хищника также возрастает. В этом проявляется обратная положительная связь.

         Однако с ростом численности зайцев уменьшается количество корма, убежищ и усиливается хищничество, т.е. усиливается сопротивление среды. В результате численность зайцев – снижается. Охотиться хищникам становится труднее, они испытывают нехватку пищи и их численность падает.

В этом проявляется обратная отрицательная связь, которая компенсирует отклонения и возвращает экосистему в исходное состояние.    Подобные колебания происходят периодически вокруг некого среднего уровня.   

Рост, снижение и постоянство популяции зависит от соотношения между биотическим потенциалом и сопротивлением среды.    Принцип изменения популяции: это результат нарушения равновесия между биотическим потенциалом и сопротивлением окружающей её среды.

   Подобное равновесие является динамическим, т.е. непрерывно регулирующимся, т.к. факторы сопротивления среды редко подолгу остаются неизменными.          Например: в один год численность популяции снизилась из-за засухи, а в следующий год полностью восстановилась при обильных дождях.

Подобные колебания продолжаются неопределённо долго.

Равновесие в экосистемах обеспечивается избыточностью организмов, выполняющих одинаковые функции.

         Например, если в сообществе имеется несколько видов растений, каждое из которых развивается в своем температурном диапазоне, то скорость фотосинтеза экосистемы в течение длительного времени может оставаться почти неизменной.

При возрастании стресса система может оказаться неспособной возвратиться на прежний уровень, хотя и остается управляемой.Для экосистем возможно не одно, а несколько состояний равновесия.

После стрессовых воздействий они часто возвращаются в другое, новое, состояние равновесия.

• Например, огромное количество СО2, поступающего в атмосферу в результате деятельности человека, поглощается буферной карбонатной системой океана и автотрофами:
• СО2 + СаСО 3+ Н2О  Са(НСО3)2   
•  Свет
• СО 2 + Н2О          (СН2О)n + О2

         По мере увеличения притока СО2 буферная емкость биосферы может оказаться недостаточной, и в атмосфере установится новое равновесие между СО2 и О2 . В этом случае даже очень небольшие изменения могут иметь далеко идущие последствия. должна происходить эволюционная подгонка, чтобы вновь появился надежный гомеостатический контроль.

Кроме рассмотренных, имеют место и многие другие механизмы, обеспечивающие гомеостаз и стабильность экосистем. Так, например, способность популяции адаптироваться к новым условиям среды зависит от степени гетерозиготности (гр. – слияние), т е. генетического процесса слияния разнокачественных хромосом мужских и женских клеток.

Конкуренция тоже является механизмом гомеостаза.          Равновесие – понятие относительное. Иногда амплитуда отклонений мала, иногда значительна, но пока сократившаяся популяция способна восстановить прежнюю численность, она существует.    Равновесие в природных системах зависит от плотности популяции, т.е. числа особей на единицу площади.

Если плотность популяции растёт – сопротивление среды увеличивается, в связи, с чем увеличивается смертность и рост численности прекращается. И, наоборот, с уменьшением плотности популяции – сопротивление среды ослабевает и восстанавливается прежняя численность.    Воздействие человека на природу часто приводит к вымиранию популяции, т.к.

не зависит от плотности популяции.

         Разрушение экосистем, загрязнение окружающей среды одинаково влияют на популяции, как с низкой, так и высокой плотностью.    Кроме того, биотический потенциал зависит от критической численности популяции.

Если численность популяции (оленей, птиц или рыб) падает ниже этой величины, гарантирующей воспроизводство, биотический потенциал стремится к нулю и вымирание неизбежно.

   Существование может быть поставлено под угрозу, даже когда множество представителей вида живы, но живут в домашних условиях, т.е. изолированы друг от друга (попугаи).

Стабильность экосистем в экологии означает свойство любой системы возвращаться в исходное состояние после того, как она была выведена из состояния равновесия. Стабильность определяется устойчивостью экосистем к внешним воздействиям. Выделяют два типа устойчивости: резистентную и упругую.

Резистентная устойчивость (лат.- сопротивляемость) – это способность экосистемы сопротивляться нарушениям, поддерживая неизменными свою структуру и функцию.

Упругая устойчивость – способность системы быстро восстанавливаться после нарушения структуры и функции.

Рекомендация для Вас – Асинхронно-синхронный последовательный порт (USART).

Системе трудно одновременно развить оба типа устойчивости: они связаны обратной связью, а иногда исключают друг друга (рис. 2.9).

         Например, калифорнийский лес из секвойи устойчив к пожарам (высокая резистентная устойчивость), но если сгорит, то восстанавливается очень медленно или вовсе не восстанавливается (низкая упругая устойчивость). Заросли вереска очень легко выгорают (низкая резистентная устойчивость), но быстро восстанавливаются (высокая упругая устойчивость).

         Человек – самое могущественное существо, способное изменять функционирование экосистем. Человеческий мозг до сих пор опирался в основном на положительную обратную связь, управляя природой и властвуя над ней.

Это привело к развитию техники и росу эксплуатации ресурсов.

Но этот процесс в конце концов приведет к снижению качества человеческой жизни и разрушению окружающей среды, если не будут найдены пути адекватного управления с помощью отрицательной обратной связи.

         Человек относится к гетеротрофам; несмотря на все совершенство техники, он нуждается в ресурсах жизнеобеспечения, т. е. воздухе, воде, пище, различных видах энергии. Существование человека возможно только при сохранении регулирующих механизмов, которые позволяют биосфере приспособиться к некоторым антропогенным воздействиям.

Стремясь снизить уровень загрязнения окружающей среды человек должен в равной степени стремиться к сохранению механизмов саморегуляции, поддерживающих естественные системы жизнеобеспечения планеты, т. е.

к сохранению установившегося в природе экологического равновесия, что не всегда достигается только снижением уровня загрязнения и экономным использованием природных ресурсов.

Экология СПРАВОЧНИК

На уровне экосистем гомеостаз проявляется в наиболее устойчивых формах взаимодействия между видами, что выражается в приспособленности к особенностям среды и поддержании циклов круговорота биогенов.

Можно рассматривать даже гомеостаз биосферы, в которой взаимодействие разнообразных организмов поддерживает постоянство газового состава атмосферы, состав почв, состава и концентрации солей мирового океана и др.[ .

..]

Таким образом, всеобщий гомеостаз биосферы зависит от стабильности биогеохимического круговорота веществ в природе. Но являясь планетарной экосистемой, она состоит из экосистем всех уровней, поэтому первоочередное значение для ее гомеостаза имеют целостность и устойчивость природных экосистем.[ …]

Космо-планетарные факторы диктовали ритм смены стабильных и нестабильных состояний биосферы, а живое вещество было той пружиной, которая восстанавливала ведущую роль гомеостаза в эпохи отсутствия экстремальных космо-планетарных событий и которая действовала значительно слабее при проявлении таковых. Во время ледниковый, т.е.

наиболее холодных отрезков космических зим энергообеспеченность биологического круговорота, масса и продукция живого вещества, опускаясь до пределов, намного более низких, чем современный, не были достаточными факторами для поддержания гомеостаза биосферы.

Это обстоятельство позволяет считать мощность биологического круговорота одним из главных критериев степени гомеостатичности биосферы.[ …]

Многочисленность и разнообразие обитателей планеты соответствует разнообразию экологических ниш в биогеоценозах. Миллионы биологических видов – основной ресурс и базис устойчивости (гомеостаза) биосферы.

При описании структуры и свойств экосистем первыми обычно указывают показатели видового разнообразия. Кроме этого, рассматривают структурное разнообразие, характеризующее множество микроместообитаний и экологических ниш, и генетическое разнообразие внутри популяций.

Все эти показатели важны для формирования адаптационных возможностей экосистемы. Охрана биоразнообразия нашей планеты является актуальнейшей задачей современности, так как в связи с техногенными воздействиями на природные экосистемы многие виды вымирают.

Этот процесс катастрофически ускорился в XX веке и ведет к потере устойчивости отдельных экосистем и биосферы в целом.[ …]

Многочисленность и разнообразие обитателей планеты соответствует разнообразию экологических ниш в биогеоценозах. Миллионы биологических видов — основной ресурс и базис устойчивости (гомеостаза) биосферы.

Техногенные воздействия на природные экосистемы приводят к вымиранию многих видов, этот процесс катастрофически ускорился в XX в., он ведет к потере устойчивости отдельных экосистем и биосферы в целом.[ …

]

При разработке той или иной экологической проблемы неизбежно встает вопрос о соотношении продуцирования органического вещества с тратами на жизнеобеспечение живых организмов и поддержание необходимого гомеостаза биосферы.[ …]

Современная средне глобальная температура Земли оценивается примерно в + 15°С, а в малый ледниковый период она могла быть примерно на градус ниже. Следовательно, при современном распределении суши и моря для поддержания гомеостаза биосферы при отсутствии существенной антропогенной нагрузки на нее достаточно, чтобы среднеглобальная температура была на уровне +14 +15°С.[ …]

Дестабилизирующие космические воздействия так направляют “вектор” геологических сил, что ни какой биорегуляторный потенциал трех внешних геосфер и соединяющаяся с ним геопреобразующая деятельность живого вещества не в состоянии удержать экологический баланс на глобальном уровне. Между тем, при снятии вектора дестабилизирующих воздействий главной в природе становится сила номер два – развитие органического мира, восстанавливающая гомеостаз биосферы.[ …]

Содержание

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ПЕРМСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Березниковский филиал

Гомеостаз

Реферат по дисциплине «Экология»

Выполнила : Колмакова Екатерина Дмитриевна студентка группы ТМО-15д Проверила: Морозова Ольга Владимировна

1. Гомеостаз и его значение в биосфере

2. Гомеостатические функции биосферы

3. Гомеостатические свойства биосферы

3.Заключение

Введение

Биосфера
– саморегулирующаяся система, для
которой, как отмечал В. И.
Вернадский, характерна организованность.
В настоящее время это свойство называют
гомеостазом, понимая под ним способность
возвращаться в исходное состояние,
гасить возникающие возмущения включением
ряда механизмов.

Как
элементарная ячейка управления –
гомеостаз состоит из двух объединенных
цепей управления, в которых поступающая
информация обрабатывается с разными
знаками; приходя на объект управления
оба сигнала суммируются и разность
является управляющим сигналом. Одна из
цепей моделирует как бы внешнюю среду
для данного организационного уровня,
а вторая – внутреннее состояние объекта
управления. Объединяясь гомеостазы
образуют сети построенные по
гомеостатическому типу.

Гомеостатические
механизмы связаны в основном с живым
веществом, его свойствами и функциями.

Биосфера за свою историю пережила ряд
таких возмущений, многие из которых
были значительными по масштабам, и
справлялась с ними (извержения вулканов,
встречи с астероидами, землетрясения,
горообразование и т. п.

) благодаря
действию гомеостатических механизмов и в частности принципа, который в
настоящее время носит название Ле
Шателье: при действии на систему сил,
выводящих ее из состояния устойчивого
равновесия, последнее смещается в том
направлении, при котором эффект этого
воздействия ослабляется.

Опасность
современной экологической ситуации
связана, прежде всего, с тем, что нарушаются
многие механизмы гомеостаза и принцип
Ле Шателье, если не в планетарных, то в
крупных региональных планах. Их следствие
– региональные кризисы.

В
стадию глобального кризиса биосфера,
к счастью, еще, по-видимому, не вступила.
Но отдельные крупные возмущения она
уже гасить не в силах. Результатом этого
является либо распад экосистем, либо
появление неустойчивых, практически
лишенных свойств гомеостаза, систем,
типа агроценозов или урбанизированных
(городских) комплексов.

Гомеостаз и его значение в биосфере

Биосфера
как саморазвивающаяся открытая система
чутко реагирует на происходящие
внутренние и внешние процессы, обладая,
как показывают некоторые исследования,
опережающими адаптивными функциями.

Это возможно при наличии на каждом
иерархическом уровне организации особых
систем приема, переработки, реализации
и передачи информации на структуры
исполнения (объекты управления)
соответствующих организационных
уровней.

Исходя из общих соображений
можно утверждать, что биосфере, как
планетарному образованию Универсума,
присущи его законы управления во
Вселенной. На их основе в процессе
саморазвития биосферы и параллельно
усложнению ее структурной организации,
порождаются различные инварианты этих
законов.

Незнание,
непонимание и, как следствие, игнорирование
таких законов в человеческой деятельности
неумолимо приведет, и уже привело, к
экологическому кризису планетарного
масштаба.

Все
живое на Земле существует и развивается
в условиях, которые имеют строго
ограниченные по амплитуде колебания
по всем физическим и химическим
параметрам. Катастрофы наступают тогда,
когда колебания хотя бы одного из этих
параметров быстро (по сравнению с
эволюционным процессом) и значимо
выходят за устоявшиеся ранее границы.

В
последние десятилетия многие ученые в
различных областях естественных наук
убедительно показали универсальность
отношений целого и его частей, основанных
на мере, обеспечивающей связность,
самодостаточность и согласованность
субъединиц совокупности.

Этой важнейшей
мерой самоорганизации является принцип
«Золотого сечения».

Знание и применение
этих законов управления позволит полнее
понять существующие взаимоотношения
в экосистемах, социальной среде и в биологии, обеспечить полноценное и
безопасное развитие человеческого
общества.

Конец
XIX начало XX веков ознаменовались прорывом
в понимании важности постоянства
внутренней среды организма в поддержании
жизнедеятельности. Этому явлению У.
Кэннон дал название «Гомеостаз».

В
80-х годах XX века Ю. М. Горским был предложен
формальный аппарат нового научного
направления — «Гомеостатика», изучающего
явления гомеостаза в живых и в сложных
природных системах.

Как и все науки об
управлении (теория систем, кибернетика,
синергетика) гомеостатика возникла при
осмыслении процессов, происходящих в
живых организмах.

В отличие от доминирующего
взгляда современных физиков и математиков
на построение различных моделей систем
о том, что любая модель процессов не
должна содержать внутри противоречий,
гомеостатика считает внутреннее
противоречие основной структурной и
функциональной сущностью естественной
системы.

Всю
биосферу в целом, как целостную
самоорганизующуюся систему, можно
рассматривать как вложенные друг в
друга подсистемы разного организационного
уровня, состоящие в свою очередь из
взаимодействующих на своем уровне
субсистем. Гомеостатический принцип
управления в них является единым на
всех организационных уровнях и подуровнях.

«Принцип
взаимодействия противоположностей»
является базисным положением нового
научного направления. Частное проявление
этого принципа нам известно еще из
античных времен под названием закона
«Единство и борьба противоположностей».

Примером
единства и борьбы противоположностей
является «Круговорот воды в природе»
, который
состоит из испарения, конденсации и
осадков. Моря теряют из-за испарения
больше воды, чем получают с осадками,
на суше – положение обратное. Вода
непрерывно циркулирует на земном шаре,
при этом её общее количество остаётся
неизменным.»

.