Лекция 2 Биосфера Экосистемы

Лекция 2
Биосфера
Экосистемы
Биосфера
• Биосфера - своеобразная
оболочка Земли, содержащая
всю совокупность живых
организмов и ту часть вещества
планеты, которая находится в
непрерывном обмене с этими
организмами.
Биосфера
• Первоначально под всеми этими терминами
подразумевалась только совокупность
живых организмов, обитающих на нашей
планете, хотя иногда и указывалась их связь
с географическими, геологическими и
космическими процессами, но при этом
скорее обращалось внимание на
зависимость живой природы от сил и
веществ неорганической природы.
Биосфера
• Даже автор самого термина "биосфера"
Э.Зюсс в своей книге "Лик Земли",
опубликованной спустя почти тридцать
лет после введения термина (1909 г.),
не замечал обратного воздействия
биосферы и определял ее как
"совокупность организмов,
ограниченную в пространстве и во
времени и обитающую на поверхности
Земли".
Биосфера
• Первым из биологов, который ясно
указал на огромную роль живых
организмов в образовании земной
коры, был Ж.Б.Ламарк (1744 - 1829). Он
подчеркивал, что все вещества,
находящиеся на поверхности земного
шара и образующие его кору,
сформировались благодаря
деятельности живых организмов.
Биосфера
• Биосфера является определенной
природной системой, а ее
существование в первую очередь
выражается в круговороте энергии
и веществ при участии живых
организмов.
• Очень важным для понимания биосферы
было установление немецким физиологом
Пфефером (1845 - 1920) трех способов
питания живых организмов:
• автотрофное - построение организма за
счет использования веществ неорганической
природы (продуценты);
• гетеротрофное - строение организма за
счет использования низкомолекулярных
органических соединений (консументы);
• микотрофное - смешанный тип построения
организма (автотрофно-гетеротрофный)
(редуценты или детритофаги).
Ведущие хим.соединения
биосферы
• Атмосферы: N2 (78%), 02 (21%), С02 (0,03%).
• Гидросферы: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl-, S, С.
• Литосферы: О, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, К.
Экосистема
• Экосистемой называют совокупность
продуцентов, консументов и
детритофагов, взаимодействующих
друг с другом и с окружающей их
средой посредством обмена
веществом, энергией и информацией
таким образом, что эта единая система
сохраняет устойчивость в течение
продолжительного времени.
Три признака экосистемы:
•
•
•
совокупность живых и неживых
компонентов;
осуществляется полный цикл, начиная с
создания органического вещества и
заканчивая его разложением на
неорганические составляющие;
экосистема сохраняет устойчивость в
течение некоторого времени, что
обеспечивается определенной структурой
биотических и абиотических компонентов
(факторов).
Примеры экосистем
(биогеоценозов)
• Примерами природных экосистем
являются озеро, лес, пустыня, тундра,
суша, океан.
• Экосистемы больших размеров
(Западная Сибирь, пустыня Сахара и
др.) называют биомами.
Биотическая структура экосистем
• Экосистема основана на единстве живого и
неживого вещества. Из элементов неживой
природы под воздействием энергии солнца
синтезируются органические вещества.
Процесс создания органического вещества в
природе происходит одновременно с
противоположным процессом потреблением и разложением этого
вещества вновь на исходные
неорганические соединения. Чтобы эти
процессы были уравновешены, природа за
миллиарды лет отработала определенную
структуру живого вещества системы.
Биотическая структура экосистем
- биота
• Движущей силой в любой материальной системе
служит энергия. В экосистемы она поступает
главным образом от Солнца. Растения за счет
содержащегося в них пигмента хлорофилла
улавливают энергию излучения Солнца и
используют ее для синтеза основы любого
органического вещества - глюкозы С6Н1206.
• Кинетическая энергия солнечного излучения
преобразуется, таким образом, в потенциальную
энергию, запасенную глюкозой. Из глюкозы вместе
с получаемыми из почвы минеральными
элементами питания - биогенами - образуются все
ткани растительного мира - белки, углеводы, жиры,
липиды, ДНК, РНК, то есть органическое вещество
планеты.
Биота
• Кроме растений продуцировать органическое
вещество могут некоторые бактерии. Они создают
свои ткани, запасая в них, как и растения,
потенциальную энергию из углекислого газа без
участия солнечной энергии. Вместо нее они
используют энергию, которая образуется при
окислении неорганических соединений, например,
аммиака, железа и особенно серы (в глубоких
океанических впадинах, куда не проникает
солнечный свет, но где в изобилии скапливается
сероводород, обнаружены уникальные
экосистемы). Это так называемая энергия
химического синтеза, поэтому организмы
называются хемосинтетиками.
Биота
• Таким образом, растения и
хемосинтетики создают
органическое вещество из
неорганических составляющих с
помощью энергии окружающей
среды.
• Их называют продуцентами или
автотрофами.
Биота
• Высвобождение запасенной продуцентами
потенциальной энергии обеспечивает
существование всех остальных видов живого на
планете. Виды, потребляющие созданную
продуцентами органику как источник вещества и
энергии для своей жизнедеятельности, называются
консументами или гетеротрофами.
• Консументы - это самые разнообразные
организмы (от микроорганизмов до синих китов):
простейшие, насекомые, пресмыкающиеся, рыбы,
птицы и, наконец, млекопитающие, включая
человека.
Биота
• Консументы, в свою очередь, подразделяются на
ряд подгрупп в соответствии с различиями в
источниках их питания.
• Животные, питающиеся непосредственно
продуцентами, называются первичными
консументами или консументами первого
порядка. Их самих употребляют в пищу вторичные
консументы. Например, кролик, питающийся
морковкой, - это консумент первого порядка, а
лиса, охотящаяся за кроликом, - консумент
второго порядка. Некоторые виды живых
организмов соответствуют нескольким таким
уровням.
Биота
• Когда человек ест овощи - он
консумент первого порядка,
говядину - консумент второго
порядка, а употребляя в пищу
хищную рыбу, выступает в роли
консумента третьего порядка.
Биота
• Первичные консументы, питающиеся только
растениями, называются
растительноядными или фитофагами.
Консументы второго и более высоких
порядков - плотоядные.
• Виды, употребляющие в пищу как растения,
так и животных, относятся к всеядным,
например, человек.
Биота
Мертвые растительные и животные остатки,
например опавшие листья, трупы животных,
продукты систем выделения, называются
детритом. Это органика! Существует
множество организмов, специализирующихся
на питании детритом. Они называются
детритофагами. Примером могут служить
грифы, шакалы, черви, раки, термиты,
муравьи и т.п. Как и в случае обычных
консументов, различают первичных
детритофагов, питающихся непосредственно
детритом, вторичных и т. п.
Биота
• Детрит в экосистеме, в частности опавшие листья,
валежная древесина, в своем исходном виде не
поедается животными, а гниет и разлагается в
процессе питания ими грибов и бактерий.
• Поскольку роль грибов и бактерий столь
специфична, их обычно выделяют в особую группу
детритофагов и называют редуцентами.
Редуценты служат на Земле санитарами и
замыкают биогеохимический круговорот веществ,
разлагая органику на исходные неорганические
составляющие - углекислый газ и воду.
Биота
• Несмотря на многообразие экосистем,
все они обладают структурным
сходством. В каждой из них можно
выделить фотосинтезирующие
растения - продуценты, различные
уровни консументов, детритофагов и
редуцентов. Они и составляют
биотическую структуру
экосистем.
Закон 10%
Трофические уровни. Пирамида.
Закон 10%(1 га – 25т-2,5т-0,25т)
Взаимоотношения организмов:
непищевые
• Конкурентные (деревья в лесу, трава на
поляне);
• Мутуалистические (взаимовыгодные) –
(цветок-пчела);
• Коменсалистические (кит и рачки между
его зубов);
Непищевые взаимоотношения
• Мутуалистические взаимоотношения.
• В структуре экосистем преобладают пищевые
взаимоотношения. Под ними, как правило,
понимается, что один из видов извлекает
выгоду, а другому в той или иной степени
наносится вред. Однако существует немало
случаев, когда виды вступают во
взаимовыгодные отношения. Этот феномен
носит название мутуализма.
Непищевые взаимоотношения
• Взаимоотношения между цветками и
насекомыми. Насекомые получают выгоду,
собирая с цветков нектар, а те при этом
опыляются.
• Еще пример - коралловые рифы. Некоторые
рыбы питаются детритом, скапливающимся
на рифах и вокруг них. Таким образом они
получают выгоду от доступа к обильным
запасам пищи, а коралл при этом очищается
от ила.
Непищевые взаимоотношения
• Подобные взаимоотношения часто
называют симбиотическими. Однако
этот термин (от греч. sym-вместе; bioживущий) означает любые тесные
прижизненные взаимосвязи между
двумя организмами, включая как
мутуализм, так и паразитизм.
Непищевые взаимоотношения
• Конкурентные взаимоотношения.
Растущие бок о бок растения должны
конкурировать между собой за воду,
биогены, свет и пространство, как
таковое. Однако животные в природной
экосистеме конкурируют друг с другом
часто по другому, за счет того, что
разные виды животных адаптированы к
питанию неодинаковой пищей, в разных
местах или в разное время.
Пищевые цепи
Пищевые цепи
Пищевые сети
Пищевые сети
Абиотические факторы
• Абиотические факторы представляют собой
совокупность климатических и почвенногрунтовых факторов, влияющих,
воздействующих как друг на друга, так и на
живые организмы, т.е. это – «неживые»
физико-химические свойства окружающей
среды.
• Атмосфера:
Атмосферные абиотические
факторы
• 1. Лучистая энергия Солнца (ИК, видимый
свет, УФ);
• 2. Освещенность (день-ночь, экватор-полюс);
• 3. Влажность воздуха (2 км – 50% влаги);
• 4. Осадки;
• 5. Хим.состав;
• 6. Температура;
• 7. Движение воздушных масс (ветер);
• 8. Давление (101 КПа).
Почвенные абиотические факторы
•
•
•
•
•
•
•
1. Механический состав (гран. состав);
2. Химический состав (в т.ч. рН);
3. Плотность почвы;
4. Водопроницаемость;
5. Способность удерживать влагу;
6. Аэрация почвы;
7. Теплопроводность;
Абиотические факторы водной
среды
•
•
•
•
•
•
•
•
1. Солевой состав;
2. Температурная стратификация;
3. Сезонные изменения температуры;
4. рН;
5. Содержание кислорода в воде;
6. Плотность (1000 кг/м куб.);
7. Вязкость (1 мкрпуаз);
8. Прозрачность (мутность).