Материал: Л1 Понятия и законы
Популяция
Возраст |
Развивающаяся |
Стабильная |
Вымирающая |
Старость
Зрелость
Молодость
% особей популяции Рис.3. Типы возрастной структуры популяции
В экосистеме популяции образуют сообщества, то есть биоценозы. Биоценоз (гр. koinos − общий) − совокупность живых организмов, населяющих определенный биотоп.
Биотоп (гр. topos − место) − однородное по абиотическим факторам местооби -
тания, занятое одним и тем же сообществом. Пример: озеро (рис.4):
Биотоп: солнце, воздух, почва, осадки, вода.
Биоценоз: микроорганизмы, рыбы, растения, водоросли и т.д. Совокупность биоценоза и биотопа представляет экосистему озера.
микроорганизмы |
воздух |
|
воздух |
водоросли |
осадки |
= |
осадки |
+ |
|
||
рыбы |
водоросли, |
||
вода |
|
микроорганизмы, |
|
|
|
|
рыбы |
Биоценоз |
Биотоп |
|
Экосистема (озеро) |
|
Рис.4. Экосистема озера. |
||
6
Лекция 2. Состав и свойства экосистем. Образование и разложение орга |
- |
нических веществ |
|
Экосистема – это совокупность всех популяций разных видов, проживаю - |
|
щих на общей территории, с окружающей их неживой природой. |
|
Биосфера – сумма экосистем, включающая все живые организмы, взаимо |
- |
связанные с физической средой. |
|
Принцип эмерджентности Все уровни ступеней «лестницы жизни» взаимодействуют между собой, но
по мере объединения подсистем в более крупные, у этих новых систем возникают уникальные свойства, которых не было на предыдущем (низшем) уровне. Эти свойства называются эмерджентными (англ. emergent – неожиданно появляющийся). Эти свойства нельзя предсказать на основании наших знаний о свойствах составляющих подсистем. Принцип эмерджентности заключается в том, что биологические системы обладают свойствами, которые нельзя свести к простой сумме свойств составляющих их подсистем.
Проявление этого принципа в математике: при каждом объединении под - множеств в новое множество, у последнего возникает, по крайней мере, одно новое свойство.
Проявление этого принципа в психологии: психологический портрет толпы
не является суммой психологических портретов составляющих её индивидуу |
- |
мов. |
|
Проявление этого принципа в химии: свойства воды, образованной из кис |
- |
лорода и водорода, отличны от свойств этих газов. |
|
Американский эколог Ю.Одум писал: "Хорошо известный принцип |
|
несводимости свойств целого к сумме свойств его частей должен служить пер |
- |
вой рабочей заповедью эколога", т.е. для изучения целого не всегда обязательно знать все его составляющие.
7
Абиотические компоненты экосистемы
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Неорганические |
|
Органические |
|
Климатический |
|
|||||
|
вещества и |
|
вещества |
|
режим |
|
|||||
|
химические эле- |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
менты |
|
углеводы, жиры, |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Воздушная |
|
|||||||
|
|
|
|
|
аминокислоты, |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Водная |
|
||||
|
СО2, Н2О, О2, N2, |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Ca, Mg, K, Na, Fe, P, |
|
гуминовые |
|
Твердая |
|
|||||
|
S, Cl и др. |
|
вещества |
|
среда обитания |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.5. Абиотические компоненты экосистемы. Состав экосистем:
1.Абиотические компоненты:
•Неорганические вещества и химические элементы, участвующие в обме - не веществ между живой и неживой природой (СО 2, Н2О, О2, N2, Ca, Mg, K, Na, Fe, P, S, Cl и др.).
•Органические вещества, участвующие в обмене веществ между живой и неживой природой (белки, жиры, углеводы, аминокислоты, гуминовые вещества).
Гумус – перегной – устойчивое органическое вещество в почве, образующееся в результате разложения растительных и живых компонентов.
•Воздушная, водная, твёрдая среда обитания.
•Климатический режим.
2.Биотические компоненты – совокупность всех живых организмов, которые подразделяются на:
•Продуценты (автотрофы). Организмы, которые производят пищу из неорганических веществ. Автотрофы (греч. autos – сам ; trophe - пища).
а) фотоавтотрофы – все организмы, принимающие участие в фотосинтезе, а так же вещества, использующие энергию солнечного света:
hν
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2 + Q
hν
6CO2 + 12H2S → → C6H12O6 + 12S + 6H2O
8
Биотические компоненты экосистемы
Продуценты |
Редуценты |
|
Консументы |
лат. producens − |
|
||
создающий, |
лат. reducens − |
лат. consume − |
|
возвращающий |
|
потреблять |
|
производящий |
|
||
автотрофы |
|
|
|
греч. autos − сам; |
|
|
|
trophe − пища |
Сапротрофы |
Фаготрофы |
|
|
|||
|
|
гетеротрофы |
|
Фотоавтотрофы |
греч. heteros − разный; |
||
Хемоавтотрофы |
trophe − пища |
||
Рис.6. Биотические компоненты экосистемы.
б) хемоавтотрофы – вещества, использующие энергию, выделяющуюся при химических реакциях
2NH3 + 3O2 = 2HNO2 + 2H2O + 660 кДж
2HNO2 + O2 = 2HNO3 + 158 кДж
•Консументы (гетеротрофы). Организмы, которые потребляют пищу, созданную продуцентами. Гетеротрофы (греч. heteros – разный ; trophe - пища):
а) фаготрофы – организмы, использующие для питания другие живые ор - ганизмы.
б) сапротрофы – организмы, использующие для питания органические вещества мёртвых остатков.
•Редуценты (лат. reducens − возвращающий) – организмы, участвующие в
последней стадии разложения органических веществ до неорганических, называемой минерализацией. Редуценты возвращают вещества в круго - ворот, превращая их в формы, доступные для продуцентов (СО 2, Н 2О, NН3 и пр.).
9
Без редуцентов в биосфере накапливались бы органические останки и ис - сякли все запасы минеральных веществ.
Пространственная структура экосистем В любой экосистеме возможно выделение двух ярусов:
а) верхний – автотрофный (зеленый пояс Земли) – включает зеленые растения. Там происходит фиксация света и использование простых неорганических ве - ществ в реакциях фотосинтеза.
б) нижний – гетеротрофный (коричневый пояс Земли) – представлен почвами и донными отложениями водоемов. Преобладают процессы разложения мертвых органических остатков.
Образование и разложение органических веществ Фотосинтез – накопление части солнечной энергии путём превращения её
в потенциальную энергию химических связей органических веществ. Джозеф Пристли (1771 г.)
Ян Ингенхоус (1779 г.) Корнелиус ван Ниль
C6H12O6
HC-CH-CH-CH-CH-CH2
O OH OH OH OH OH
Реакции фотосинтеза: |
|
|
|
|
|
|
Для зелёных растений: |
|
|
|
|
|
|
nCO |
|
|
hν |
|
|
+ nO |
+ nH O →(CH O) |
||||||
2 |
|
|
2 |
2 |
n |
2 |
Для красных водорослей: |
|
|
|
|
|
|
nCO + 2nH |
|
hν |
|
+ 2nS + nH O |
||
2 |
S →(CH O) |
|||||
2 |
|
2 |
n |
|
2 |
|
В итоге этих реакций синтезируются углеводы.
Разложение органических веществ происходит в процессе метаболизма. Метаболизм (греч. metabol - изменения) – совокупность биохимических
реакций и превращение энергии в живых клетках, сопровождающееся обменом веществ между организмами и средой.
10