Гомеостаз биосферы – биология

Гомеостаз биосферы

Гомеостаз биосферы - биология

В чем заключается гомеостаз биосферы?

Устойчивость биосферы. Биосфера как саморегулирующаяся система обладает устойчивым динамическим равновесием, т. е. гомеостазом.

Как открытая система биосфера только тогда устойчива, когда имеет достаточное внутреннее разнообразие. Ее разнообразие проявляется в неоднородности климатических зон, сложном рельефе Земли, многообразии биогеоценозов и видов организмов.

Устойчивость биосферы обусловливается одновременно постоянством и изменчивостью живого вещества и его окружения. Согласно палеонтологическим данным, живое вещество существует на Земле около 3,8 млрд лет, что свидетельствует об устойчивости (гомеостазе) биосферы.

Особенности биологического круговорота в биосфере. Потоки энергии не могут быть повторно использованы на Земле, так как в конечном итоге все виды энергии превращаются в тепловую энергию и уходят в космическое пространство.

Земля, в силу своих размеров, не способна удерживать гравитационными силами только водород и гелий. Остальные элементы задерживаются на Земле благодаря постоянным круговоротам, происходящим в том числе с участием живых организмов.

С образованием на Земле живого вещества химические элементы непрерывно циркулируют в биосфере, переходя из внешней среды в организмы, из них – вновь во внешнюю среду.

Круговорот углерода. Миграция углерода в биосфере протекает двумя путями. Один путь включает поглощение углекислого газа наземными растениями и некоторыми бактериями в процессе фотосинтеза и хемосинтеза, выделение в атмосферу в процессе дыхания или последующее «захоронение» в виде торфа, угля, нефти и осадочных пород. Ископаемое топливо возвращается в атмосферу при горении (рис. 52).

Рис. 52. Схема биологического круговорота
Другой путь миграции углерода заключается в растворении углекислого газа в водах Мирового океана.

Здесь углекислый газ переходит в угольную кислоту (H2CO3) и ее анионы: HCO3-, CO32-, а затем биогенным способом или на основе химических реакций соединяется с кальцием, образуя огромные массы карбоната кальция (CaCO3).

В результате этого появляются мощные по толщине карбонатные породы. Накоплению карбоната кальция способствуют диатомовые водоросли, одноклеточные животные с известковым скелетом.

Круговорот азота.

Несмотря на то что в атмосферном воздухе много газообразного азота (78%), для растений и животных он не доступен. Растениям энергетически более выгодно использовать азот, входящий в состав минеральных солей, а животным – получать азот в составе белков.

Процесс связывания газообразного азота осуществляют бактерии – азотфиксаторы, живущие в почве и на корнях бобовых растений (клубеньковые бактерии). Азот почвы потребляют растения, всасывая корнями растворы минеральных солей.

Животные потребляют азот в составе растительных белков. Белки мертвых животных и растений разлагают бактерии до минерального состояния.

Возврат азота происходит в результате вымывания его из почвы и выделения в атмосферу в виде чистого азота или его оксидов в основном благодаря деятельности микроорганизмов (см. рис. 52).

Минеральные соли азота, попадающие в водоемы, проходят по пищевым цепям: водное растение – водное животное – микроорганизмы. Затем они возвращается в атмосферу. Таким образом, круговорот азота включает процессы, которые осуществляются благодаря деятельности бактерий.

К таким процессам относятся аммонификация, нитрификация, денитрификация, азотфиксация.

Аммонификация – процесс разложения белков (гниение) с образованием аммиака, осуществляемый редуцентами. При этом происходит минерализация органического вещества.

Нитрификация – окисление солей аммиака в соли азотной кислоты.

Этот процесс идет поэтапно: первый этап – соли аммиака превращаются в соли азотистой кислоты (нитриты); второй этап – нитриты превращаются в нитраты (соли азотной кислоты).

Осуществляется нитрификация почвенными нитрифицирующими бактериями.
Денитрификация – процесс разложения солей азотной кислоты до газообразного азота, осуществляемый денитрифицирующими бактериями.

Азотфиксация – процессы образования азотистых соединений путем фиксации (усвоения) атмосферного азота свободноживущими почвенными бактериями или клубеньковыми бактериями, живущими в симбиозе с корнями бобовых растений.

Человек своей хозяйственной деятельностью может существенно нарушать равновесие цикла круговорота азота.

Например, при распашке земель резко (примерно в 5 раз) снижается активность процесса фиксации азота микроорганизмами и, наоборот, активизируются процессы денитрификации (разложения).

В результате в почве значительно уменьшается содержание азота, что ведет к снижению почвенного плодородия.

Круговорот фосфора. Основная масса фосфора сосредоточена в минеральной части литосферы.

Круговорот фосфора состоит из двух частей – наземной и морской. В горных породах фосфор находится в апатитах. В процессе выветривания горных пород фосфор в составе минеральных соединений переносится природными водами в Мировой океан.

Здесь он переходит в состав фитопланктона (главным образом одноклеточных зеленых водорослей), который служит пищей водным животным.

Фосфор в виде солей накапливается в тканях морских животных (в скелете), часть его уходит в глубокие слои и накапливается в илах.

Возврат фосфора на сушу может происходить при поднятии земной коры. Определенное количество фосфора переносится из водной среды на сушу морскими птицами и частично – при промысле морепродуктов.

Из почвы фосфор извлекается наземными растениями и преобразуется ими в фосфорсодержащие органические вещества. С мертвыми остатками организмов фосфор вновь возвращается в почву.

Вопросы и задания

  1. Как вы думаете, почему биосфера представляет собой открытую саморегулирующуюся систему?
  2. Чем обеспечивается устойчивость биосферы?
  3. В чем состоят особенности биологического круговорота?
  4. Каким образом в биосфере происходит круговорот углерода?
  5. Какие организмы участвуют в круговороте азота?
  6. Составьте схему круговорота фосфора в биосфере.

Источник: http://blgy.ru/biology10/cycle

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.[ …]

Источник: http://ru-ecology.info/term/25236/

Гомеостаз біосфери

20.05.2015

Стійкість біосфери. Біосфера як саморегулююча система має стійким динамічним рівновагою, т. є. Гомеостазом. Як відкрита система біосфера тільки тоді стійка, коли має достатню внутрішня різноманітність. Її розмаїття виявляється в неоднорідності кліматичних зон, складному рельєфі Землі, різноманітті біогеоценозів і видів організмів.

Стійкість біосфери обумовлюється одночасно постійністю і мінливістю живої речовини і його оточення. Згідно з палеонтологічними даними, жива речовина існує на Землі близько 3,8 млрд років, що свідчить про стійкість (гомеостазі) біосфери.

Особливості біологічного кругообігу в біосфері. Потоки енергії не можуть бути повторно використані на Землі, так як зрештою всі види енергії перетворюються на теплову енергію і йдуть в космічний простір.

Земля, в силу своїх розмірів, що не здатна утримувати гравітаційними силами тільки водень і гелій. Інші елементи затримуються на Землі завдяки постійний кругообіг, що відбуваються в тому числі за участю живих організмів.

З утворенням на Землі живої речовини хімічні елементи безперервно циркулюють у біосфері, переходячи із зовнішнього середовища в організми, з них – знову в зовнішнє середовище.

Кругообіг вуглецю. Міграція вуглецю в біосфері протікає двома шляхами. Один шлях включає поглинання вуглекислого газу наземними рослинами і деякими бактеріями в процесі фотосинтезу і хемосинтезу, виділення в атмосферу в процесі дихання чи подальше «поховання» у вигляді торфу, вугілля, нафти і осадових порід. Викопне паливо повертається в атмосферу при горінні (рис. 52).

Інший шлях міграції вуглецю полягає в розчиненні вуглекислого газу у водах Світового океану.

Тут вуглекислий газ переходить у вугільну кислоту (H2CO3) та її аніони: HCO3-, CO32-, а потім біогенним способом або на основі хімічних реакцій з’єднується з кальцієм, утворюючи величезні маси карбонату кальцію (CaCO3).

В результаті цього з’являються потужні по товщині карбонатні породи. Накопиченню карбонату кальцію сприяють діатомові водорості, одноклітинні тварини з вапняним скелетом.

Кругообіг азоту. Незважаючи на те що в атмосферному повітрі багато газоподібного азоту (78%), для рослин і тварин він не доступний. Рослинам енергетично більш вигідно використовувати азот, що входить до складу мінеральних солей, а тваринам – отримувати азот у складі білків.

Процес зв’язування газоподібного азоту здійснюють бактерії – азотфіксатори, що живуть у грунті і на коренях бобових рослин (бульбочкові бактерії). Азот грунту споживають рослини, всмоктуючи корінням розчини мінеральних солей.

Тварини споживають азот у складі рослинних білків. Білки мертвих тварин і рослин розкладають бактерії до мінерального стану.

Повернення азоту відбувається в результаті вимивання його з грунту і виділення в атмосферу у вигляді чистого азоту або його оксидів в основному завдяки діяльності мікроорганізмів (див. Рис. 52).

Мінеральні солі азоту, що потрапляють у водойми, проходять по харчових ланцюгах: водна рослина – водне тварина – мікроорганізми. Потім вони повертається в атмосферу. Таким чином, кругообіг азоту включає процеси, які здійснюються завдяки діяльності бактерій.

До таких процесів відносяться аммонификация, нітрифікація, денітрифікація, азотфіксація. Амоніфікація – процес розкладання білків (гниття) з утворенням аміаку, здійснюваний редуцентамі. При цьому відбувається мінералізація органічної речовини. Нітрифікація – окислення солей аміаку в солі азотної кислоти.

Читайте также:  Доминирование. анализирующее скрещивание - биология

Цей процес йде поетапно: перший етап – солі аміаку перетворюються в солі азотистої кислоти (нітрити); другий етап – нітрити перетворюються в нітрати (солі азотної кислоти). Здійснюється нітрифікація грунтовими нітріфіцірующімі бактеріями.

Денітрифікація – процес розкладання солей азотної кислоти до газоподібного азоту, здійснюваний денітрифікуючі бактеріями. Азотфіксація – процеси утворення азотистих сполук шляхом фіксації (засвоєння) атмосферного азоту свободноживущими ґрунтовими бактеріями або бульбочкових бактерій, що живуть у симбіозі з корінням бобових рослин.

Людина своєю господарською діяльністю може істотно порушувати рівновагу циклу кругообігу азоту. Наприклад, при оранці земель різко (приблизно в 5 разів) знижується активність процесу фіксації азоту мікроорганізмами і, навпаки, активізуються процеси денітрифікації (розкладання).

В результаті в грунті значно зменшується вміст азоту, що веде до зниження ґрунтової родючості. Кругообіг фосфору. Основна маса фосфору зосереджена в мінеральній частині літосфери. Кругообіг фосфору складається з двох частин – наземної і морської. У гірських породах фосфор знаходиться в апатитах.

У процесі вивітрювання гірських порід фосфор у складі мінеральних сполук переноситься природними водами в Світовий океан. Тут він переходить до складу фітопланктону (головним чином одноклітинних зелених водоростей), який служить їжею водним тваринам.

Фосфор у вигляді солей накопичується в тканинах морських тварин (в скелеті), частина його йде в глибокі шари і накопичується в мулах. Повернення фосфору на сушу може відбуватися при піднятті земної кори. Певна кількість фосфору переноситься з водного середовища на сушу морськими птахами і частково – при промислі морепродуктів.

З ґрунту фосфор витягується наземними рослинами і перетворюється ними в фосфорсодержащие органічні речовини. З мертвими залишками організмів фосфор знову повертається в грунт.

ПОДІЛИТИСЯ:

« Біосферні функції живої речовини Генетика як наука »

Источник: http://moyaosvita.com.ua/biologija/gomeostaz-biosferi/

Гомеостаз – уникальная способность экосистемы

Способность единичного организма, в том числе и самого примитивного, и целых биологических систем к саморегулированию при изменении условий существования и под влиянием этих условий называется гомеостаз экосистемы.

Системой, в данном случае, можно назвать существование даже примитивного организма, так как для его жизни необходимо соблюдение целого ряда внутренних взаимосвязанных условий: температуры, основных физиологических функций, внутренней среды и так далее.

Термин гомеостаз греческого происхождения и обозначает одинаковое или подобное состояние, неподвижность.

Для открытой системы – это такое качество, обладая которым она реагирует на внешние изменения и влияния, старается их преодолеть и стремится к устойчивости и равновесию.

О постоянстве внутренне среды, говорил еще в 1878 году французский ученый Клод Бернар. Впервые термин возник в книге «Мудрость тела» американского физиолога Уолтера Кеннона в 1932 году. Там этим термином обозначалась координация физиологических процессов для устойчивого состояния организма. Начало учению о гомеостазе экосистемы положил в 1949 году Ф. Клементс.

В основу его учения легло утверждение о том, что равновесие в экосистемах достигается при взаимодействии противоположных процессов или обратной связью. Условия окружающей среды непостоянны. При их изменениях происходят перемены и в экосистеме. То есть она динамична.

И когда экосистема находит способ реагировать на изменения и приспосабливается к ним, то сама регулирует процессы внутри себя и восстанавливается.

Сложность возникает лишь в случае вмешательства не абиотических факторов, а антропогенных. Когда в биосистемы вмешивается человек, то самостоятельный ее выход из «кризисных» условий, практически невозможен.

Основные признаки и обратная связь

Гомеостаз экосистемы обладает такими основными признаками: выносливость и устойчивость.

Выносливость или живучесть – это способность выдерживать и переносить изменения в окружающей среде, без нарушения основных свойств системы.

Второй признак – устойчивость, упругость, невосприимчивость – это качество, когда система готова быстро возвращаться из критического в нормальное и устойчивое состояние.

Форма проявления гомеостаза у одноклеточных организмов и у более сложных сходны. Сохранение внутренних свойств и процессов, которые отличны от внешних.

У простых поддержание физико-химических условий, у других – состава крови и других жидкостей, объема и так далее. В целостной системе или популяции – удержание пространственной структуры, разнообразия генетического и полового, численности, плотности и так далее.

Если подняться до уровня биосферы, то тут тоже необходимо поддержание состава и структуры почв, атмосферы, воды.

Проявляться эти признаки биосистемы начинают, когда возникает экологический стресс. То есть изменяется один или сразу несколько внешних факторов и условий существования живого организма. Это могут быть и погодные условия, и деятельность человека.

С самого момента их возникновения, они активно и, как правило, негативно начинают влиять на систему. Под их воздействием происходит ответное реагирование системы или обратная связь.

Конечно, биосистема не может воздействовать на окружающую среду, ее ответное реагирование заключается в саморегуляции, сбалансированности и согласованности функционирования всех элементов и внутренних процессов.

Однако, впоследствии и сама, приспособившись, может начинать воздействовать на другие, сопутствующие, соседние или сопряженные.

Таким образом, можно говорить еще об одном признаке экосистемы — стабильности. После выведения из привычного состояния, она вновь в него вернется.

Примеры

Наиболее типичным можно назвать пример взаимодействия смежных звеньев пищевой цепи, консументов – «хищника и жертвы». При благоприятных природных условиях, возрастает количество питательной массы. Например, растительной. Небольшая по численности популяция травоядных – «жертва», без труда находит себе пищу. Со временем ее численность начинает расти.

«Хищник», которой при низкой численности «жертвы», прилагал большие усилия для поисков пропитания, с ростом числе травоядных, таких затруднений теперь не имеет. Его потомство перестает погибать от недоедания. Конкуренция внутри популяции снижается. Образуются новые пары и появляется дополнительное потомство. Популяции и «хищника» и «жертвы» растут.

Это обратная положительная связь.

Рост популяций приводит сначала к недостатку питания у «жертвы», а за этим и у «хищника». Увеличивается конкуренция и обостряется борьба за выживание. Рождаемость падает. Обратная связь становится отрицательной.

Система приходит в свое первоначальное состояние, точнее, близкое к нему. Подойдя к исходному уровню, система может начать процесс разрастания. То есть она постоянно в динамике. Как маятник, достигнув равновесия, он продолжает движение от точки покоя.

И так постоянно, потому, что окружающая среда никогда не бывает одинаковой.

Иногда уровень воздействия на систему может быть таким, что сопротивляемости и выносливости не хватает. И прежде всего это относится к случаям, когда незначительна популяция какого-либо вида в составе системы. Воздействие может быть таким, что прекращается рост численности и плотности живых организмов.

Воспроизведение не дает нужного результата и популяция затухает. Восстановление экосистемы в том виде, какой она была до воздействия, становиться невозможно. Не всегда это ведет к умиранию всей системы, но всегда к существенным изменениям внутри ее. Например, место вымершего вида занимает другой. Он может быть более агрессивным.

И тогда воздействие начинается снова, а «разлаженный и некомплектный механизм» с ним на должном уровне бороться уже не может. Так произошло в XX веке в Китае. Когда по решению правительства были уничтожены все воробьи, в связи с чем выросла популяция насекомых.

Или Австралия, где были уничтожены хищники, и рост популяции кроликов стал неконтролируемый и причинил существенный ущерб природе.

Совсем иное завершение процесса воздействия на биосистему, если внешнее воздействие осуществляется человеком. В этом случае биосистема редко возвращается в первоначальное состояние, а иногда и вовсе исчезает. Примеров тому масса и нет смысла их перечислять.

Сочетание с эволюцией биосферы

Рассмотренная способность отдельных живых организмов, клеток и целых биологических систем, определенным образом реагировать на изменения и, значит, воздействие окружающей среды не очень сочетается с историей эволюции биосферы.

Начиная с момента возникновения первой жизни, одноклеточные, а затем и более сложные существа, реагировали на изменения окружающей среды иным образом. Именно такое реагирование и дало возможность развиться из клетки без ядра в человека.

Если бы происходило приспосабливание, то на Земле по сей день существовали только первые живые организмы. Они бы приспосабливались и приспособились. В чем нас убеждает теория гомеостаза. Если есть приспосабливание, то нет эволюции.

А если это не так и миллиарды лет своего существования клетки пытались приспособиться к изменяющейся среде и не смогли, а вымерли. То тогда нет никакой эволюции. Есть смена одних организмов, другими, без признаков какого-либо наследования. Похожесть допускается.

Что, в общем-то, и есть. Птицы похожи на динозавров, слон на мамонта, а человек на обезьяну.

Видео — Гомеостаз

Источник: http://ecology-of.ru/eko-razdel/gomeostaz-unikalnaya-sposobnost-ekosistemy/

Основные свойства биосферы

Биосфера – система с прямыми и обратными(отрицательными и положительными) связями, которые, в конечном счёте, обеспечивают механизмы её функционирования и устойчивости.

Биосфера – централизованная система. Центральным звеном её выступают живые организмы (живое вещество). Это свойство всесторонне раскрыто В.И.Вернадским, но, к сожалению, часто недооценивается и в настоящее время: в центр биосферы или её звеньев ставится только один вид – человек.

Биосфера – открытая система. Её существование немыслимо без поступления энергии извне. Она испытывает воздействие космических сил, прежде всего солнечной активности.

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. Гомеостатические механизмы связаны в основном с живым веществом.

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

), но справлялась с ними благодаря действию гомеостатических механизмов и, в частности, принципа, который в настоящее время носит название Ле Шателье-Брауна: при действии на систему сил, выводящих её 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-Брауна если не в планетарном, то в региональных масштабах. Их следствие – региональные кризисы.

В стадию глобального кризиса биосфера, к счастью, ещё, по-видимому, не вступила. Но отдельные крупные возмущения она уже гасить не в силах.

Результатом этого является либо распад экосистем (например, расширяющиеся площади опустыненых земель), либо появление неустойчивых, практически лишённых свойств гомеостаза систем типа агроценозов или урбанизированных (городских) комплексов.

Человечеству, к сожалению, отпущен крайне малый промежуток времени для недопущения глобального кризиса и следующей за ним катастрофы и коллапса (полного и необратимого распада системы).

Биосфера – система, характеризующаяся большим разнообразием. Последнее обусловливается многими причинами и факторами.

Это и разные среды жизни (водная, наземно-воздушная, почвенная, организменная); и разнообразие природных зон, различающихся по климатическим, гидрологическим, почвенным, биотическим и другим свойствам; и наличие регионов, различающихся по химическому составу (геохимические провинции); и, самое главное, объединение в рамках биосферы большого количества элементарных экосистем со свойственным им видовым разнообразием.

Разнообразие биосферы за счёт элементарных экосистем по вертикали обусловливается ярусностью или экогоризонтами растительного покрова и связанных с ними животных организмов, а в горизонтальном направлении неравномерностью распределения организмов и их группировок и связанных с ними факторов (увлажнение, микрорельеф, обеспеченность элементами питания и т.п.).

Для любой природной системы разнообразие – одно из важнейших её свойств.

Читайте также:  Общая характеристика моллюсков - биология

С ним связана возможность дублирования, подстраховки, замены одних звеньев другими (например, на видовом или популяционном уровнях), степень сложности и прочности пищевых и других связей.

Поэтому разнообразие рассматривают как основное условие устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом. Это свойство настолько универсально, что сформулировано в качестве закона (автор его У.Р.Эшби).

К сожалению, практически вся без исключения деятельность человека подчинена упрощению экосистем любого ранга. Сюда следует отнести и уничтожение отдельных видов или резкое уменьшение их численности, и создание агроценозов на месте сложных природных систем.

Например, полностью исчезли с лица земли степи как тип экосистем и ландшафтов, резко уменьшились площади лесов (до появления человека они занимали примерно 70% суши, а сейчас – не более 20-23%).

В настоящее время идёт невиданное по масштабам уничтожение лесных экосистем, особенно наиболее ценных и сложных тропических, спрямление русел рек, создание промышленных районов и т.п.

Простые экосистемы с малым разнообразием удобны для эксплуатации, они позволяют в короткое время получить значительный объём нужной продукции (например, с сельскохозяйственных полей), но за это приходится рассчитываться снижением устойчивости экосистем, их распадом и деградацией среды.

Не случайно, что биологическое разнообразие отнесено Конференцией ООН по окружающей среде и развитию (1992 г.) к числу трёх важнейших экологических проблем, по которым приняты специальные Конвенции.

Важное свойство биосферы – наличие в ней механизмов, обеспечивающих круговорот веществ и связанную с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соединений.

При отсутствии круговорота, например, за короткое время был бы исчерпан основной “строительный материал” живого – углерод, который практически единственный способен образовывать межэлементные (углерод-углеродные) связи и создавать огромное количество органических соединений. Только благодаря круговоротам обеспечивается непрерывность процессов в биосфере.

Таким образом, даже краткое знакомство с биосферой свидетельствует, что её свойства и функции, прежде всего, обусловливаются живым веществом, которое, по выражению В.И.Вернадского, является наиболее могущественной преобразующей силой в биосферных процессах.

Это значит, что среда, в которой мы живём, – результат, прежде всего функционирования живых организмов, а последние, в свою очередь, – продукт той среды, которая ими создана, результат их медленной миллионолетней адаптации к изменившейся среде.

В связи с этим стабильность и устойчивость биосферы возможна при выполнении условий для сохранения всего многообразия организмов и их деятельности. Это, в свою очередь, требует как исключения прямого уничтожения организмов, так и охраны местообитаний, не допуская их изменений сверх тех пределов, которые выходят за рамки адаптационных возможностей организмов.

Эти задачи могут решаться на различных уровнях: от планетарного (например, через решения проблем “парникового эффекта”, “озонового экрана”, глобальных круговоротов веществ и т.п.) до локальных (сохранение отдельных популяций, видов, экосистем и т.п.).

Важно подчеркнуть, что, в конечном счете, и планетарные проблемы будут решаться тем успешнее, чем конкретнее становятся и решаются проблемы локального плана. Такая постановка задач в конкретном виде достижима на уровне элементарных единиц биосферы – экосистем или биогеоценозов.

Рекомендуем прочитать:

Конспект по экологии

Источник: http://rgrtu-640.ru/ekologiya/ekologiya27.html

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 физикохимическими 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.

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: заяцрысь, 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 изза 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).

Источник: http://soullife.info/voprosy-po-distsipline-obshchaya-ekologiya/415-gomeostaz-

Продукционная и регуляторная функции биосферы

В. И. Вернадский писал: « Живой организм и живое вещество являются закономерной функцией биосферы… в биосфере могут существовать не всякие организмы, а только строго определенные ее структурой». Поэтому морфологические, физиологические свойства организмов должны рассматриваться неразрывно с его геохимическими функциями.

Биосфера – это открытая целостная система, т.е. такая которая, с одной стороны, связана энергоинформационным и вещественным обменом с Космосом, с другой, — не сводима к простой сумме составляющих ее частей. Целостность биосферы выполняет регуляторную функцию по отношению к объектам и процессам внутри биосферы.

Величайшая заслуга В. И. Вернадского заключается в определении важнейшей роли живых организмов в формировании и поддержании основных физико-химических свойств оболочек Земли.

Он первым сформулировал понятие биосферы не просто как пространства, заселенного живыми организмами, а как целостной функциональной системы, на уровне которой реализуется неразрывная связь геологических и биологических процессов. Центральная роль в этой системе принадлежит живым организмам, обладающим высокой химической активностью, подвижностью и способностью к самовоспроизведению.

Подчеркивая глобальное значение жизни, В. И. Вернадский рассматривал ее в масштабах целостной биосферы. В его геохимической концепции выделена совокупность живых организмов («живого вещества») как целое.

При таком подходе ученого интересовали в первую очередь химические свойства живых организмов, поскольку именно они определяют характер круговорота веществ.

«Форма организмов в миграциях элементов земной коры почти совершенно стушевывается, — писал он, — но вещество организмов, движение его молекул, его энергия проявляются во всех наблюдаемых явлениях…

Читайте также:  Надземные видоизмененные побеги - биология

Необходимо выражать совокупность организмов исключительно с точки зрения их веса, их химического состава, их энергии, их объема и характера отвечающего им пространства». При этом В. И. Вернадский подчеркивал, что биосфера как целостная система обладает определенной организованностью, механизмами самоподдержания: «Живое вещество… становится регулятором действенной энергии биосферы».

Однако эта регуляторная функция чувствительна к конкретным формам живых организмов и механизмам их взаимодействия. Инициированное учением В. И. Вернадского развитие биологии в направлении познания роли жизни в биосферных процессах характеризовалось стремлением раскрыть конкретные механизмы биогенного круговорота вещества как устойчивого глобального явления.

Наиболее плодотворной оказалась концепция В. Н. Сукачева о биогеоценозах — биологических системах, на уровне которых реализуются процессы этого круговорота.

По современному представлению, устойчивое поддержание биогенного круговорота основывается на трех генеральных свойствах жизни: ее разнокачественное и разнообразии ее системности, гомеостазировании функций на разных уровнях организации биологических систем.

Физиологическая разнокачественность живых организмов — фундаментальное условие устойчивого существования жизни как планетарного явления. Форма существования жизни — вид. С позиций геохимической роли вида его наиболее существенным свойством является неповторимая специфичность обмена веществ.

Многообразием видов определяется максимальная эффективность использования внешних источников и форм энергии для синтеза органического вещества и его трансформаций на различных этапах биогенного круговорота вплоть до полной минерализации и повторного вовлечения в цикл (схема).

Поддержание круговорота в биогеоценозах основано на функциональной разнокачественности входящих в них видов. В простейшем случае комплементарный набор жизненных форм, необходимый для бесперебойного функционирования биогеоценоза, представлен продуцентами, консументами и редуцентами.

Разнообразие видов в каждой из этих экологических категорий обусловливает параллельность и дублирование трофических цепей в конкретных биогеоценозах, что гарантирует устойчивость системы при всегда возможных нарушениях ее состава, депрессиях численности отдельных видов и т. п.

Такое свойство жизни, как системность, способствует бесперебойному осуществлению геохимических функций живого вещества в биосфере. Исходным звеном в цепи круговорота веществ служит отдельный организм. Только на уровне организма реализуется обмен веществ с окружающей средой.

Эта функция обеспечивается сложным набором морфофизиологических механизмов, согласованность работы которых поддерживается системой регуляций, определяющих целостность и устойчивость организма как биологической системы. Но отдельные организмы смертны.

Устойчивое участие видов в биогенном круговороте осуществляется на уровне популяций — естественных группировок особей одного вида, вместе обитающих и связанных общностью генофонда и закономерными функциональными взаимодействиями.

Популяция в современной биологии рассматривается как биологическая система надорганизменного уровня, характеризующаяся специфической структурой и функцией. При этом функция популяции неоднозначна. С одной стороны, она заключается в сохранении и воспроизведении вида в конкретных условиях.

Благодаря эффективному размножению популяция как система оказывается практически бессмертной, хотя происходит непрерывная смена составляющих ее особей (организмов). С другой стороны, популяция входит в состав биогеоценоза как одна из его субсистем.

Биогеоценотическая функция популяции — участие в биогенном круговороте веществ — определяется видоспецифическим типом обмена. Популяция представляет вид в биогеоценозах; все межвидовые взаимоотношения, обеспечивающие устойчивое существование и функционирование биогеоценозов, происходят на уровне видовых популяций.

Биогеоценозы (экосистемы) — это следующий этап интегрирования биологических процессов в биосфере. Исторически сложившиеся миоговидовые сообщества поддерживают биогенный круговорот в конкретных географических условиях.

Соответственно набор видовых популяций в экосистемах детерминирован этой функцией: в них с необходимостью входят виды, относящиеся к продуцентам, консументам и редуцентам.

На их взаимосвязи строится базовая структура экосистемы — трофическая, включающая не только набор видов, по и систему их взаимодействий, которая делает устойчивыми процессы круговорота веществ и направленные потоки энергии.

На всех рассмотренных уровнях организации биологических систем (организм — популяция — биогеоценоз) параллельно их основным функциям действует система гомеостазирования, обеспечивающая устойчивость системы и непрерывность ее функционирования в условиях нестабильной среды.

Конкретные формы гомеостаза весьма разнообразны как у разных видов, так и на разных уровнях организации жизни.

Общим является подразделение этих механизмов на стабильные, обусловливающие приспособленность системы к устойчивым средним характеристикам среды, и лабильные (функциональные), возникающие в ответ на конкретное состояние среды в каждый данный момент.

Два типа, «два уровня» адаптации не переходят друг в друга, а действуют совместно, обеспечивая максимальную приспособленность системы и, соответственно, максимальную эффективность ее функционирования в условиях сложной и динамичной среды.

Российские ученые поднимали вопрос о необходимости изучения межбиогеоценотических связей, говорили о биогеоценотическом покрове Земли как целостной системе. Действительно, хотя биогенный круговорот может быть завершен на уровне отдельного биогеоценоза, в реальных условиях обособленных круговоротов нет.

На уровне биосферы процессы, протекающие в отдельных биогеоценозах, объединяются в систему глобальной функции живого вещества. В этой системе не только завершаются отдельные биогеохимические циклы, но и реализуется тесная взаимосвязь их с абиотическими процессами.

В едином глобальном цикле функции живого вещества шире, нежели в круговороте отдельных элементов: живые организмы и надорганизменные системы (популяции, сообщества, экосистемы) активно участвуют в формировании рельефа и климата, типов почв, характера циркуляции вод и в других процессах.

В конечном итоге многообразием форм жизни определяются свойства биосферы как самоподдерживающейся системы, гомеостаз которой запрограммирован на всех уровнях организации живой материи.

Различные уровни гомеостазирования биологических систем и биосферы в целом сложились на протяжении длительной эволюции Земли.

В последнее время стремительное развитие науки и техники привело к тому, что по масштабам воздействия на биосферные процессы деятельность человека оказалась сопоставимой с теми геологическими факторами, которые направляли эволюцию жизни в предшествующие периоды ее развития на нашей планете. В наши дни вступает в силу разработанная В. И. Вернадским концепция ноосферы — сферы ведущего значения человеческого разума.

Продукционная функция – создание биологической продукции. Человек получает продукты питания и сырье для различных отраслей хозяйства как из природы (лес, рыба, продукция охотничьего промысла и др.), так и с помощью специально созданных биосистем.

Продуктивность биологической системы – ее способность производить подобное себе вещество. Все биосистемы обладают продуктивностью, а системы одного типа сравнивают по уровню продуктивности (скорости продуцирования), о чем судят по величинам продукционных показателей. К основным продукционным показателям относятся продукция и удельная продукция.

Продукция (Р) есть все произведенное данной биосистемой за рассматриваемое время вещество с вычетом трат на обмен независимо от того, находится ли оно в конце исследуемого периода в системе или элиминировано.

Обычно подразумевается органическое вещество, синтезированное системой, но оценка продукции чаще всего производится в терминах «живой» массы, включая скелетные и другие подобные образования.

Следовательно, к продукции относят все образовавшееся в ней вещество, входящее в «живую» массу системы.

Поскольку любая реальная биосистема воспроизводит себя непрерывно, то при количественной оценке продукции возникает вопрос о рассматриваемом отрезке времени, для которого оценивается продукция биосистемы. Причем этот период времени должен выбираться так, чтобы была возможность оценить особенности функционирования системы во времени и сравнить ее с другими системами.

Для детального изучения продукционного процесса в биосистеме необходимо получить информацию в масштабе времени (сутки, месяц или год), характерном для индивидуального существования системы и ее основных компонентов. Для видов с коротким жизненным циклом (1-2 года) с целью сравнения наиболее удобно использовать в качестве основной единицы времени сутки.

Поскольку продукция измеряется или вычисляется за определенный период времени, принимаемый за единицу, она может одновременно рассматриваться и как скорость продукции (скорость продуцирования).

Хотя эти определения можно рассматривать как синонимы, но в ряде случаев, например, когда изучается зависимость месячной продукции от изменчивости суточной, удобнее пользоваться понятием скорость продукции.

Помимо временных продукция имеет также пространственные границы. Она оценивается для биосистем либо в естественных границах, либо в расчете на единицу пространства (объема или площади). Так изучают продукцию популяций в их ареалах, сообществ в границах их биотопов, на квадратном метре поверхности, в кубометре воды.

Удельная продукция – продукция за единицу времени в пересчете на единицу биомассы продуцирующей биосистемы. Причем расчет удельной продукции производится обязательно на единицу средней биомассы.

В зависимости от выбранной единицы времени получают часовую, суточную, месячную удельную продукцию.

Наиболее приемлемым сравнительным показателем является суточная удельная продукция, причем сравниваться могут только системы одного типа: особи с особями, популяции с популяциями.

В нынешних условиях деятельность человечества, к сожалению, нередко нарушает эволюционно сложившееся экологическое равновесие. Объясняется это двойственностью современного положения человека в биосфере.

С одной стороны, как биологический объект человечество всеми проявлениями своей жизнедеятельности связано с окружающей средой, включается в сложную систему трофических, биоэнергетических и пространственных отношений.

С другой стороны, как социальная система человечество обладает широким кругом потребностей культурного, бытового и иного небиологического характера, высокоразвитой технологией. Оно изымает из окружающей среды биологические ресурсы, вводит в эксплуатацию ресурсы небиологического происхождения, не вовлекаемые в биогенный круговорот и потому невозобновляемые.

В окружающую среду выводится большое количество веществ, не участвующих в циклах биологического разложения. Возникает ситуация переэксплуатации природных ресурсов, загрязнения окружающей среды, нарушения естественных гомеостазирующих механизмов биосферы. Последнее приводит к тому, что ситуация уже не может быть изменена естественным биологическим путем.

Современное состояние биосферы характеризуется как критическое. В международном масштабе в наши дни формулируется проблема экологической безопасности, включающая разработку принципиально новых основ взаимодействия различных сфер деятельности человека с естественными биосферными процессами.

Решение этой проблемы предусматривает активное регулирующее вмешательство человека в биологические процессы, в частности, направленное регулирование численности и биологической активности экономически важных видов и формирование искусственных биологических систем с заданными свойствами.

Это — задача современной экологии, и в основе ее решения должны лежать глубокие знания естественных законов формирования и функционирования биологических систем разного уровня организации.

В биологическом подходе к проблеме экологической безопасности выделяются два аспекта. Первый предусматривает изучение механизмов влияния антропогенных факторов на биологические системы, адаптивных реакций последних на эти воздействия, диапазонов приспособляемости систем к отдельным факторам и их комплексам.

Это — проблема устойчивее биологических систем; ее решение ведет к разработке методов оценки состояния систем и нормативов антропогенной нагрузки на них в различных условиях.

Второй аспект — выяснение путей и результатов косвенного влияния антропогенной нагрузки на состав и характер функционирования биологических систем.

Формы такого влияния многообразны: изменение ландшафтов и режима вод, технологические воздействия, роль транспорта и т. д.

Конечной задачей является использование экологических закономерностей для активного формирования устойчивых и продуктивных экосистем в условиях антропогенно измененных ландшафтов.

Однако полное решение проблемы экологической безопасности, то есть восстановление нарушенных циклов круговорота веществ, возможно лишь на основе создания замкнутых технологических производств в промышленности и сельском хозяйстве, как бы «дополняющих» естественные формы биологического круговорота. Только циклические безотходные технологии помогут исключить опасность загрязнения биосферы.

Таким образом, решение проблемы экологической безопасности выходит за рамки чисто биологических задач. В сферу современной экологии вовлекаются все достижения науки.

Комплексная проблема взаимоотношений человечества и окружающей среды выводит науку о биосфере на новую ступень развития, характеризующуюся направленным воздействием на природные комплексы с целью создания устойчивых форм гармонического взаимодействия человечества и природных систем. Разработанная В. И.

Вернадским концепция ноосферы — основа поддержания разумного равновесия со средой, обеспечивающего благосостояние человечества в условиях научно-технического прогресса.



Источник: http://biofile.ru/bio/21610.html

Ссылка на основную публикацию