У шкільному та університетському курсі обов’язково розглядають поняття, основні властивості екосистем, біоценозів, популяцій, співтовариств. Уявлення про цих визначеннях і суті об’єктів дають в рамках біології, екології. Нерідко зачіпають такі поняття також в географії. Сучасна наука вважає, що природа навколишнього нас світу – це цілісна система. Не грає ролі, яка її середовище – вода або проживання на суші.
Теоретичний підхід
Властивості екосистеми, біогеоценозу розглядаються в рамках загальної науки, присвяченої складним системам. Основоположником цього напряму був Л. фон Берталанфі, який працював у двадцятому столітті. Приблизно в кінці сорокових років їм були видані декілька робіт, які розглядали можливість системного підходу до численних проблем оточуючого нас світу. В наш час розроблена ним теорія стає все більш значущою на тлі природного кризи і антропоморфного впливу.
Загальна теорія
Розглядаючи структуру, властивості екосистеми, спершу важливо визначити, про що взагалі йде мова. Системою прийнято позначати компоненти пов’язані між собою і вступають у взаємодію, що формують цілісний об’єкт. Під цілим прийнято розуміти єдність, сформований численними елементами, що характеризується строго визначеною структурою, тобто специфічним становищем окремих частин і строго певним характером взаємного впливу.
Ключові властивості екосистеми:
- інтегрованість;
- ізольованість;
- цілісність;
- равновесность;
- стабільність;
- керованість;
- стійкість;
- емерджентність.
Емерджентність
Під цим терміном прийнято розуміти універсальне властивість природних екосистем, пояснює, що спільність – це не просте підсумовування якостей і особливостей компонентів, об’єднаних у систему. Коли елементи з’єднуються між собою, з’являються функціональні масштабні одиниці, що володіють власними унікальними особливостями, не характерними для попереднього рівня, тобто першим компонентів. Нові емерджентні властивості непередбачувані на підставі відомостей лише про частинах, сформували певну одиницю.
Екологи кажуть, що емерджентні якості – це чи не головні властивості екосистеми. Вони ініційовані взаємним впливом елементів один на одного за умови збереження природи компонентів. При обліку таких якостей дослідження системи можливо без повного і чіткого уявлення про всіх включених елементах. Це особливо важливо саме для екології, розглядає системи, що поєднують одночасно тисячі і тисячі елементів. В даний час просто немає можливості досконально дослідити їх всі. Завдання вчених – чітко визначити інтегральні властивості. Для цього виявляють деструкцію, продукцію стосовно до різних рівнів, біомасу в сумі. А ось закономірностей не шукають, особливо якщо такі не описують систему в цілому. Важливо мати уявлення лише про таких процесах, які впливають на майбутнє і піддаються прогнозуванню.
Стійкість
Це властивість екосистеми і будова такого об’єкта тісно між собою пов’язані. Стосовно до об’єктів, що регулюються протікають всередині процесами, прийнято говорити про можливість повернення до початкової точки. Базовим законом для опису явища виступає теорія Ле Шательє-Брауна, який говорить про те, що зовнішній вплив, що провокує вихід із стабільного положення, призводить до зміщення рівноваги, в силу чого зовнішній фактор стає слабкішим.
Розглядаючи властивості і функції екосистем, обов’язково враховують наявність прямих зв’язків, так і зворотної залежності. Під прямими прийнято розуміти ситуації, коли один елемент прямо впливає на другий, але зворотної реакції це не викликає. При наявності відповідного впливу можна фіксувати зворотний зв’язок. Стосовно будь-якої сучасної екосистемі зворотні зв’язки – це виключно важливе явище, що визначає рівень стійкості і можливість подальшого прогресу. Виділяють позитивні, негативні види зворотного взаємодії.
Зворотні зв’язку
Аналізуючи поняття і властивості екосистеми, слід обов’язково звернути увагу на такі зворотні зв’язки, які спровоковані процесом та стимулюють її рух в такому ж напрямку. Їх прийнято відносити до числа позитивних. Так, якщо вирубати ліс, територія стане болотом, де невдовзі активно розвивається популяція скапливающих вологу сфагнових мохів. Це призводить до ще більшого заболочування.
Негативний зворотний зв’язок – це одне з основних властивостей екосистеми, який показує, що якийсь перший елемент має вплив, протилежний за своїм напрямом щодо другого. В природі такий тип зв’язків зустрічається найчастіше і справедливо вважається в екології найважливішим. Класичний приклад з навколишнього світу – ставлення хижака і його прожитку. Якщо популяції жертв збільшується, у хижаків є більше корму, тобто з’являються умови для розмноження, чисельність зростає. Це стимулює активне знищення жертв, кормові умови стають негативними, народжуваність хижого звіра знижується. Поступово чисельність мисливців скорочується, тиск на жертву зменшується, і коло починається заново. Така логіка самостійного регулювання отримала найменування динамічної рівноваги. Запорука збереження довкілля – стійкості цього явища.
Системи: які бувають?
В даний час, орієнтуючись на основні властивості екосистем, прийнято розділяти їх все на три великі групи:
- ізольовані;
- закриті;
- відкриті.
Перші мають чітко визначені межі, і енергія, речовина через них не проходять всередину і назовні. Сформуватися подібні системи можуть тільки в штучних умовах. До закритих належать такі, у яких з навколишнім світом є тільки енергетичний обмін. Нарешті, третя група – це екологічні системи, які з простором обмінюються енергією, речовиною. Такі природні системи.
Актуальність теорії
Чи можливо назвати особливу властивість екосистем? Вчені досить давно визначили, що загальна системна теорія – важливий аспект екологічної науки, що дозволяє сформувати принципово нову методологію. Вона отримала найменування системний аналіз. В рамках такого підходу об’єкти природи, оточуючого нас світу являють собою системи, виділені з урахуванням цілей, поставлених перед групою дослідників. Система являє собою цілісний об’єкт, що одночасно її можна розглянути і як складне об’єднання численних компонентів.
Системний аналіз дозволяє визначити властивості екосистеми і виявити всі ті зв’язки, завдяки яким вона стає єдиним об’єктом. В рамках дослідницької роботи вчені визначають, які процеси контролюють систему, як вона пов’язана зі світом навколо і яким чином буде вести себе при наявності деякого фактора впливу. Прогнозують можливості розвитку.
Про параметрах
Описуючи властивості біосфери як глобальної екосистеми, більш дрібних об’єднань компонентів, обов’язково виявляють ключові параметри і дають їм чітке опис. Найбільш значущими є:
- обмеження;
- властивості окремих компонентів;
- властивості об’єкта як єдиного цілого;
- структурні особливості;
- особливості взаємного впливу компонентів, верств системи;
- специфіка взаємозв’язку зовнішнього світу і розглянутої сукупності.
А якщо детальніше?
Досліджуючи властивості екосистеми, чи не найскладніше визначити точні її межі. Це така непроста характеристика, яка багато в чому пов’язана з цілісністю об’єкта. Вона обумовлена тим фактом, що внутрішні зв’язки сильніше, ніж зовнішні. Тільки в таких умовах об’єднання компонентів може бути стійким щодо негативних чинників навколишнього світу.
Показники, що дозволяють кількісно і якісно описати об’єднання природних компонентів, дають уявлення про всі властивості як окремих складових частин, так і системи в цілому. Для точного визначення структури необхідно співвіднести елементи, що виникли між ними зв’язки з врахуванням часових проміжків, простору. Останній аспект, на підставі якого визначено порядок стану компонентів об’єкта. Час – це показник, що дає уявлення про зміну станів системи, відображає її розвиток. З структури можна зробити висновок, наскільки в об’єкті сильна ієрархія, як підпорядковані одне одному рівні, як організовано все це разом.
Про зв’язки та елементи
Обмін інформацією, енергією, речовиною – форма зв’язків складного структурованого об’єкта і навколишнього його світу. Багато в чому саме цим обміном визначається суть взаємодії системи і простору навколо неї. Якщо система має зв’язками, можна говорити про відкриті кордони, за відсутності таких об’єкт оцінюють як закритий. При цьому необхідно розуміти, що екосистема – це не тільки органічні форми життя, але і все те, що їх оточує, тобто абиотическая середовище. Ці компоненти між собою тісно пов’язані і постійно взаємодіють. Саме в такому складному взаємний вплив і формується екосистема. Перш ніж назвати особливу властивість екосистем, в першу чергу представляється взаємна тісний зв’язок, що дозволяє говорити про цьому складному об’єкті як про функціональної цілісності, що відрізняється наявністю зв’язків причин і наслідків. Всі компоненти впливають один на одного, обумовлюючи спостережувані в системі процеси.
Властивості екологічної системи прямо пов’язані з кругообігом речовин. Наприклад, якщо розглядати, чи буде вплив випасу на властивості ґрунту та екосистему, очевидно, що таке обов’язково виявиться. Елементи, що формують собою системи, здатні виробляти органіку, біологічний продукт. Відмітна особливість природного структурованого об’єкта порівняно зі штучним, сформованим людськими зусиллями, в тому, що стабільність середовища забезпечує тривале, нічим не обмежене існування. Природна екологічна система має достатньо ресурсів для захисту від негативних зовнішніх факторів. Її резерви дозволяють зберігати сталість функцій, структури. Чим більша екологічна система, тим більше всередині неї дрібних структурних компонентів, а в них є свої екосистеми ще меншого масштабу.
Про габарити
Прийнято виділяти системи:
- мікро;
- мезо;
- макро;
- глобальна.
До перших зараховують невеликі об’єкти – водойми, стовбури дерев, акваріуми. Другий рівень – ставки і лісу, річки і озера. Макро – континенти, зони. Глобальна – це біологічна сфера як єдиний об’єкт.
Терміни і габарити
Екологічні системи, що з’явилися на суші і досягли досить великих розмірів, прийнято іменувати биомами, якщо вони характеризують деяку суворо окреслену географічну область. До таких належать пустеля, тайга і їм подібні ділянки суші. Біом – це складний об’єкт. У нього входить велика кількість екологічних систем меншого масштабу, причому всі вони тісно пов’язані між собою.
Прийнято говорити про двох блоках екологічної системи, з яких один – комплексно пов’язані один з одним популяції тварин, а другий – середовище існування і фактори, що її формують. Перше називається біоценозом, друге – екотопів. Екосистема в нормі – елемент живої природи, функціонує і сформований і біоценозом, і абіотичними компонентами. Між ними постійно відбувається обмін хімічних компонентів, а енергію для процесів дає сонячне світло.
Синтез і енергія
Один з найважливіших типів живих організмів на нашій планеті – фотоавтотрофы, тобто такі організми, які здатні виробляти органіку з мінералів при наявності сонячної енергії. Фотосинтез дозволяє виробляти речовини, які потім використовуються для енергетичного підживлення рослин. Завдяки цим компонентам рослинні форми життя можуть підтримувати свої функції і відтворюватися. Крім того, органіка – це будівельний матеріал для формування фітомаси.
Гетеротрофи – це гриби, бактерії, більш крупні форми життя, які харчуються продуктами, створеними фотоавтотрофами. Одержувані компоненти використовуються для побудови власних тканин і продукування енергії для життєдіяльності. Метаболізм гетеротрофов припускає вивільнення енергетичних запасів, мінералізацію речовини, в ході чого з’являються фосфати, нітрати. Такі продукти необхідні для життєдіяльності автотрофов. Таким чином в навколишньому середовищі організовано кругообіг хімічних сполук.
Структурні особливості
У чому властивості екосистем визначені специфікою структурної організації конкретного об’єкта. Є низка закономірностей, які описують зв’язки між окремими частинами. Різні системи відрізняються цими правилами, але в нормі присутній два типи елементів – живі і неживі компоненти. Організми – це біота. Система, що описує їх відносини з середовищем існування, дозволяє сформулювати, яка екологічна системна структура.
Зазвичай при визначенні складу і структури звертають увагу на:
- неорганіка;
- органіку;
- повітря, воду, субстрат;
- продуценти;
- консументы;
- деструктори.
Про що йдеться?
До неорганике відносять мінерали, хімічні компоненти, які беруть участь в обміні речовин. Органіка – це жири, білкові структури, молекули вуглеводів. Середовище включає в себе не тільки повітря, ґрунт, але також клімат і його особливості, фізичні фактори (наприклад, температура). До продуцентам прийнято зараховувати автотрофов, здатних виробляти органіку з простої неорганіки, використовуючи сонячну енергію. Переважно продуцентами на нашій планеті виступають водорості, зелені рослини, а також деякі бактерії.
Консументы – це хижаки, травоїдні. Словом, сюди належать різні гетеротрофи, тварини, що вживають у їжу різні організми. Нарешті, деструктори – це гетеротрофи, здатні обробляти мертву органіку. Переважно ця категорія включає в себе гриби, бактерії, хоча є кілька різновидів безхребетних.
Це цікаво
Неорганіка, органіка, фактори хімічні, фізичні сумарно формують біотоп, тобто елемент екосистеми, не має власного життя. Інші компоненти – життя, тобто біоценоз. Деструктори, консументы, продуценти – це об’єкти, що формують системну структуру. Продуценти здатні зловити енергію та на її основі створити хімічні зв’язки, а використовують їх у їжу консументы витрачають енергетичні запаси на життєдіяльність. Обсяги енергії, запасені таким чином, рано чи пізно себе вичерпують, істота гине, стаючи їжею для деструктора, здатного розщепити складну органіку до мінералів, які можуть бути їжею для продуцентів. Цикл повторюється.
Екологічна системна структура являє собою взаємні зв’язки між трьома основними типами життя, забезпечують кругообіг газів, твердих, рідких речовин на планеті. Їх сфера відповідальності – переробка сонячної енергії. Екосистеми, незалежно від того, в якому середовищі вони знаходяться, завжди являють собою постійне взаємне вплив продуцентів і гетеротрофов один на одного. У той же час присутній просторове розділення, яке регламентує можливості взаємодії. Процеси, за які відповідальні автотрофы, активні в самому верхньому системному ярусі, який володіє доступом до сонячного світла, а гетеротрофи інтенсивніше в нижніх, де є доступ до опадів, на грунті, скупченням органіки.
