Закономерности развития экосистем

Содержание

Содержание 2

Введение 3

Экологические системы 5

Основные  законы и принципы экологии 6

Закономерности  развития экосистем 11

Заключение 16

Литература 18

Введение

    Человечество (на достигнутом  уровне развития производительных сил) имеет реальные взаимосвязи с  частью природы, т.е. совокупностью  ресурсов и условий, представленных взаимодействующими между собой  лито-, гидро-, атмосферой, растительным и животным миром — географической средой и другими энергетическими  сферами, менее или более изученными. Область соприкосновения человека с элементами постепенно расширяется, охватывая космическое пространство, микромир, различные виды энергии, подземные  и морские глубины. Следовательно, расширяется и географическая среда  обитания человека. И пока существует человек, этот процесс будет беспредельным, как путь от незнания к знанию.

    Природа состоит из элементов, которые в  современной классификации подразделяются на природные условия и природные  ресурсы.

    Взаимодействия  человека с природой — проблема вечная и одновременно современная: человечество связано своим происхождением с природным окружением, существованием и будущим. Человек как элемент  природы является частью сложной  системы «природа — общество». За счет природы человечество удовлетворяет  многие свои потребности.

    Существование всех живых организмов на Земле неразрывно связано с окружающей средой. Растения и животные находятся не только в  тесной зависимости от неживой природы  и от других организмов, испытывая  их воздействие и приспосабливаясь к ним, но и, потребляя разнообразные  продукты окружающей среды, сами преобразуют  природу. Потребляемые вещества, необходимые  для жизни, называются биогенами. К  ним относятся химические вещества, абсолютно необходимые для существования  живых организмов и входящие в  их состав (молекулы кислорода, азота, углерода и т.д.), вещества, возникшие  в результате разложения остатков организмов, но еще не полностью минерализованные, вещества, образуемые растениями (например, лук, чеснок, хрен, так называемые фитонциды) и животными организмами и связанные с их жизнедеятельностью, а также вещества, которые оказывают стимулирующее действие на организмы (биогенные стимуляторы). К абиотическим компонентам окружающей среды, необходимым для существования живой природы, относятся атмосфера, почва, вода, солнечная энергия, воздействие радиации, электромагнитных и тепловых полей, т.е. такие условия воздействия окружающей среды, в которых живые организмы возникли и могут существовать. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Экологические системы

    К экологическим системам обычно относят  все живые системы вместе с  окружающей их средой, начиная от отдельной  популяции и кончая биосферой. Все  они являются открытыми системами, которые обмениваются с окружающей природной средой веществом, энергией или информацией. Наименьшей единицей экологии является совокупность организмов определенного вида, которые взаимодействуют  между собой внутри вида, а вид  как целостная система - с окружающей средой. Следовательно, ни молекулярный, ни клеточный, ни организменный уровни не рассматриваются в экологии, хотя и живая молекула, и клетка, и  тем более организм представляют собой открытые системы, которые  могут существовать благодаря взаимодействию со средой. Даже отдельные популяции  в чистом виде выделить трудно, поскольку  в естественной природе они объединяются в более обширные сообщества живых  систем и взаимодействуют также  с неживыми факторами среды.

    На  популяционном уровне различают  такие сообщества, или экологические  системы, как биоценозы и биогеоценозы, в которых сообщества живых организмов исследуются в тесной связи с  неорганическими условиями их существования, например, почвой, микроклиматом, гидрологией  местности и т. п. Еще более  крупным системным объединением в экологии считается биом, который  включает в свой состав живые системы  и неживые факторы на обширной территории, например, лиственные породы деревьев на среднерусской возвышенности. Наконец, биосфера охватывает, согласно В.И. Вернадскому, все живое, биокосное  и косное вещество на поверхности  нашей планеты. И хотя она в  известных пределах функционирует  автономно, но в конечном итоге может  существовать и развиваться только за счет энергии Солнца и потому является также открытой системой, которую в отличие от других систем называют экосферой.

Основные  законы и принципы экологии

    Способность человека мыслить помогает ему справляться  с действием обычных лимитирующих факторов, таких как пища и вода, хищники и паразиты, место обитания и конкуренция с другими видами. Человек поддерживает собственное  существование за счет эксплуатации водных, почвенных и энергетических ресурсов, тем самым влияя на планетарный  круговорот веществ — резко ускоряя  его. Возникший в процессе производственной деятельности новый обмен веществ  носит техногенный характер и  называется антропогенным обменом  веществ. Но биологический обмен  веществ между человеком и  природой остается постоянным условием жизни.

    Экологическое несовершенство состоит в том, что  коэффициент полезного использования  природных ресурсов очень низок, например, в отношении полезных ископаемых он составляет лишь 2—10 %. Ресурсы быстро истощаются, население Земли растет (в 1960 г. насчитывалось 3 млрд человек, в 1975 г. — 4 млрд, в 1987 г. — 5 млрд, в 1999 г. — 6 млрд, в 2010 г. — около 7 млрд человек). Вместе с тем гигантские отходы производства ухудшают среду обитания: они не разлагаются на исходные вещества, вновь поступающие в производство. В сложной иерархической организации  живой природы заложены огромные резервы саморегуляции, но чтобы  их вскрыть, требуется грамотное  вмешательство в процессы, протекающие  в биосфере. Всю производственную деятельность необходимо планировать  со строгим учетом возможных экологических  последствий.

    Проанализировав накопленные предшественниками  знания о фундаментальных законах  природы, современные ученые экологи  установили общие закономерности и  принципы взаимодействия человеческого  общества с природной средой, которые  в литературе часто именуются  законами экологии. Их значение состоит  в регламентации характера и  направленности человеческой деятельности в пределах экосистем различного уровня. Наибольшую известность благодаря  ярким формулировкам получили четыре закона-афоризма (закона-поговорки) американского ученого-эколога Б. Коммонера (1974):

    - «все связано со всем» — о всеобщей связи вещей и явлений в природе;

    - «все должно куда-то деваться» — закон сохранения;

    - «ничто не дается даром» — о цене развития;

    - «природа знает лучше» — о главном критерии эволюционного отбора.

    Из  закона «все связано  со всем» вытекает несколько следствий:

    - закон больших чисел: совокупное действие большого числа случайных факторов приводит к результату имеющему системный характер. Так, мириады бактерий в почве, воде и телах живых организмов создают особую, относительно стабильную микробиологическую среду, необходимую для нормального существования всего живого; случайное поведение большого числа молекул в некотором объеме газа обусловливает вполне определенные значения температуры и давления;

    - принцип Лe Шателъе (Брауна): при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнего воздействия уменьшается. На биологическом уровне данный принцип реализуется в виде способности экосистем к саморегуляции;

    - закон оптимальности: любая система функционирует с наибольшей эффективностью в некоторых характерных для нее пространственно-временных пределах.

    Из  закона «все должно куда-то деваться» вытекают по меньшей мере два постулата, имеющих практическое значение:

    - закон развития системы за счет окружающей ее среды: любая природная или общественная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Абсолютно изолированное саморазвитие невозможно;

    - закон неустранимости отходов или побочных воздействий производства: образующиеся в процессе производственной деятельности отходы неустранимы бесследно, они могут быть лишь переведены из одной формы в другую или перемещены в пространстве, а их действие — растянуто во времени. Таким образом, принципиально исключается возможность безотходного производства и потребления в современном обществе.

    Материя не исчезает, а лишь переходит из одной формы в другую, оказывая влияние на жизнь.

    Закон «ничто не дается даром» означает, что любое новое приобретение в эволюции экосистемы обязательно сопровождается утратой какой-то части прежнего достояния и возникновением новых, все более сложных проблем. К примеру, с появлением многоклеточных организмов (грибов, растений, животных) и выходом их на сушу во много раз увеличилось биоразнообразие планеты, началось освоение экологических ниш и формирование биосферы Земли. Но вместе с «многоклеточностью» к живым существам пришли старость и болезни, в том числе инфекции, злокачественные опухоли, паразитизм. Из этого закона вытекают три следствия:

    - закон необратимости эволюции (однонаправленности развития): большие системы эволюционируют только в одном направлении — от простого к сложному; инволюция, регресс могут относиться только к отдельным частям или некоторым периодам развития системы;

    - правило ускорения эволюции: с усложнением организации систем темпы эволюции возрастают. Это в равной степени относится к сменяемости видов в эволюции органического мира, к человеческой истории и к развитию техники;

    - следствие «не существует бесплатных ресурсов»: пространство, энергия, солнечный свет, вода, какими бы неисчерпаемыми они ни казались, неукоснительно оплачиваются любой расходующей их системой.

    Б. Коммонер писал: «...глобальная экосистема представляет собой единое целое, в  рамках которого ничего не может быть выиграно или потеряно и которое  не может являться объектом всеобщего  улучшения; все, что было извлечено  из нее человеческим трудом, должно быть возмещено. Платежа по этому  векселю нельзя избежать; он может  быть только отсрочен. Нынешний кризис окружающей среды говорит о том, что отсрочка очень затянулась».

    Закон «природа знает лучше» определяет прежде всего то, что может и что не должно иметь места в биосфере. Все в природе — от простых молекул до человека — прошло жесточайший конкурс на право существования. Сегодня планету населяет лишь одна тысячная часть испытанных эволюцией видов растений и животных. Главный критерий этого эволюционного отбора — вписанность в глобальный биотический круговорот, заполненность всех экологических ниш. У любого вещества, выработанного организмами, должен существовать разлагающий его фермент, и все продукты распада должны вновь вовлекаться в круговорот. С каждым биологическим видом, который нарушал этот закон, эволюция рано или поздно расставалась.

    Человеческая  индустриальная цивилизация грубо  разорвала замкнутость биотического круговорота в глобальном масштабе, что не может остаться безнаказанным. В этой критической ситуации должен быть найден компромисс, что под  силу только человеку, обладающему  разумом и готовностью к уступкам.

    К законам-афоризмам Коммонера современные  экологи добавили еще один —  закон «на всех не хватит» (закон ограниченности ресурсов). Очевидно, что масса питательных веществ для всех форм жизни на Земле конечна и ограниченна. Ее не хватает на вновь появляющихся в биосфере представителей органического мира, поэтому значительное увеличение численности и массы каких-либо организмов в глобальном масштабе может происходить только за счет уменьшения численности и массы других.

    На  противоречие между скоростью размножения  и ограниченностью ресурсов питания  применительно к народонаселению  планеты впервые в 1798 г. обратил  внимание английский экономист Т.Р. Мальтус, который именно этим пытался  обосновать неизбежность социальной конкуренции. В свою очередь Ч. Дарвин заимствовал  у Мальтуса понятие «борьба за существование» для объяснения механизма  естественного отбора в живой  природе.

    «На всех не хватит» — источник всех форм конкуренции, соперничества и  антагонизма в природе и, к  сожалению, в обществе. Классовая  борьба, расизм, межнациональные конфликты  не могут рассматриваться как  чисто социальные явления, поскольку  своими корнями они уходят во внутривидовую  конкуренцию, принимающую иногда гораздо  более жестокие формы, чем у животных. Существенное различие в том, что  в природе в результате конкурентной борьбы выживают лучшие, а в человеческом обществе — не всегда.