Устойчивость это в биологии кратко

Обновлено: 05.07.2024

Общая сухая биомасса биосферы оценивается в 2,5 x тонн. Большая часть этой биомассы приходится на наземные экосистемы, биомасса океана составляет лишь около 0,003 x тонн. Основную часть биомассы суши составляют наземные растения, их биомасса примерно в 500–1000 раз больше, чем биомасса животных. Из всех видов диких животных, по-видимому, наибольшей биомассой обладает морской рачок Euphausia suberba (150 млн. тонн), но общая биомасса одомашненного человеком крупного рогатого скота (Bos taurus) еще больше — 520 млн. тонн, как и самих людей — 350 млн тонн. Большой биомассой обладают муравьи (3 млрд тонн) и морские рыбы (800 — 2000 млн. тонн), но это группы животных, включающие множество видов. Общая биомасса наземных растений — 560 млрд. тонн, морского фитопланктона и растений — 5 — 10 млрд. тонн, наземных животных — 5 млрд. тонн.

Наибольшая концентрация биомассы на границах сред:

граница литосферы и атмосферы;
граница гидросферы и атмосферы (планктонные организмы);
граница литосферы и гидросферы (бентосные организмы).
Первичная биомасса образуется автотрофами (обычно растениями) в процессе фотосинтеза с использованием солнечной энергии. Поэтому минимальная биомасса наблюдается в пустынях и во льдах, что связано в первую очередь с минимальным количеством растений в качестве источника прироста биомассы.

Структура биосферы

1.Живое вещество — вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4 — 3,6 x тонн (в сухом весе) и составляет менее одной миллионной части всей биосферы (около 3 x тонн), которая, в свою очередь, представляет собой менее одной тысячной массы Земли. Однако именно эта часть биосферы является наиболее важной, т. к. активно участвует в биогеохимических циклах и преобразует неживое вещество Земли.

2. Биогенное вещество — осадочные породы, состоящие из продуктов жизнедеятельности живых организмов или представляющие собой их разложившиеся остатки (известняки, ракушечные породы, горючие сланцы, ископаемые угли, нефть и др.).

3. Косное вещество — вещество, образующееся без участия живых организмов.

4. Биокосное вещество — вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами. Таковы почва, ил, кора выветривания и т. д.

5. Радиоактивные вещества и продукты их распада, а также атомы, непрерывно образующиеся из земного вещества под влиянием космических излучений.

6. Вещество космического происхождения (метеориты).

Основные черты биосферы:

живые организмы;
биотический круговорот веществ.
Биотический круговорот обеспечивается взаимодействием трех основных групп организмов:

продуцентов (зеленых растений, осуществляющих фотосинтез, и бактерий, способных к хемосинтезу) — они создают первичное органическое вещество;
консументов (растительноядные и хищные животные) — они потребляют органическое вещество;
редуцентов (бактерии, грибы и простейшие животные) — они разлагают мертвое органическое вещество до минерального.

механизмы устойчивости биосферы

Биосфера представляет собой открытую биосистему, которая обменивается веществом и энергией с окружающей средой.

Живые организмы биосферы делятся на автотрофов и гетеротрофов:

автотрофы — производители органического вещества;
гетеротрофы — потребители и разрушители органического вещества.
Между процессами создания органического вещества и его преобразованием и разрушением устанавливается относительное равновесие.

Это равновесие является основой для устойчивости биосферы.
Устойчивость — это свойство экосистемы, которое проявляется в поддержании своего состава, структуры и функций, а также в способности восстанавливаться, в случае если они будут нарушены.

Факторы, определяющие устойчивость биосферы:

биоразнообразие — видовое разнообразие;
взаимозаменяемость компонентов биосферы в круговоротах веществ и энергии;
дублирование звеньев в круговороте веществ и энергии (в биогеохимических циклах);
жизненная активность живого вещества (скорость размножения и распространения).
От полюсов к экватору биомасса и видовое разнообразие увеличиваются, т. е. увеличивается устойчивость экосистем.

УСТОЙЧИВОСТЬ растений, способность растений противостоять воздействию экстремальных факторов среды (почвенная и воздушная засуха, засоление почв, низкие температуры и т. д.). Это свойство выработано в процессе эволюции и генетически закрепилось. В районах с неблагоприятными условиями сформировались устойчивые дикорастущие формы и местные сорта культурных растений — засухоустойчивых в Нижнем Поволжье и других районах с резким недостатком влаги, солеустойчивых — в долинах Средней и Передней Азии, изобилующих засоленными почвами, морозоустойчивых — в Восточной Сибири и т. д. Присущий растениям тот или иной уровень устойчивости выявляется лишь при действии экстремального фактора среды. В результате действия такого фактора наступает фаза раздражения — резкое отклонение от нормы ряда физиологических параметров и быстрое возвращение их к норме. Затем происходит изменение интенсивности обмена веществ и повреждение внутриклеточных структур. При этом подавляются все синтетические, активизируются все гидролитические процессы и снижается общая энергообеспеченность организма. При воздействии, превышающем летальный для организма порог, растение гибнет. Если же действие неблагоприятного фактора не достигло порогового значения, наступает фаза адаптации. Адаптированные растения значительно меньше реагируют на повторное или усиливающееся воздействие экстремального фактора. На этом основан процесс закаливания растений. На организменном уровне к механизмам адаптации добавляется взаимодействие между органами. Ослабление передвижения по растению потоков воды, минеральных и органических соединений обостряет конкуренцию между органами, прекращается их рост, органы не полностью развиваются, иногда происходит их сбрасывание (например, массовое опадение плодов при засухе). На популяционном уровне действует также отбор, базирующийся на различии степени устойчивости растений. Биологическая устойчивость растений определяется максимальным значением экстремального фактора, при котором растения ещё образуют жизнеспособные семена; агрономическая — степенью снижения урожая или иного показателя хозяйственной полезности возделываемых растений. Уровни устойчивости одного и того же вида или сорта растений к воздействию разных факторов часто не совпадают (например, зимостойкий вид может быть слабоустойчивым к засухе и т. п.). Поэтому растения характеризуются по их устойчивости к конкретному типу экстремального фактора (зимостойкость, газоустойчивость, солеустойчивость, засухоустойчивость и т. д.).

Проблема устойчивости биотических систем является одной из актуальнейших в современной биологии. Нерациональное ведение хозяйства привело к тому, что в одних регионах наступила полная деградация естественных экосистем (например, зона европейских степей), другие — приближаются к этому состоянию.

За исторический период человечество из-за эрозии потеряло 2 млрд га продуктивных земель, за относительно небольшой отрезок времени в Европе вследствие кислых дождей отмерло 7,4 млн га лесов. Прогнозы показывают, что при сохранении и в датьнейшем современных темпов развития промышленности, строительства, использования естественных ресурсов нагрузки на экосистемы возрастут в 2—3 раза. Такая ситуация вынуждает биологов искать ответы на вопрос, что такое устойчивость, чем она обусловлена, какие факторы и какой силы могут привести к ее потере.

ТЕХНОГЕННЫЕ КАТАСТРОФЫ — УГРОЗА БИОРАЗНООБРАЗИЮ

грузках и упругую устойчивость — способность к быстрому возобновлению.

Под устойчивостью понимают внутреннюю способность системы пребывать в состоянии, близком к равновесию, и возвращаться к нему после различных нарушений, а под стабильностью — сохранять относительно неизменное состояние под влиянием некатастрофических явлений.

Р. Маргалеф (1968) рассматривает два типа стабильности: 1) стабильность, которая возникла в результате внутрен него взаимодействия; 2) устойчивость к действию внешних факторов.

Ряд исследователей пришли к выводу, что устойчивость системы имеет место лишь в случае действия на нее разных факторов и проявляется в двух формах — упругой устойчивости и устойчивости сопротивления. Первая обозначает меру скорости возврата системы, в исходное состояние, а вторая — способность системы избегать изменений.

Каждому биологу известны различия живых систем по их реакциям на воздействие того или иного экологического фактора, например ветра, твердых осадков засухи, вредителей, выпаса скота и др. Известно также, что живые организмы или их совокупность в различных почвенно-климатических условиях или в разных возрастных состояниях по-разному реагируют на воздействие того или иного экологического фактора. В разных условиях внешней среды также по-разному реализуется жизненная программа живой системы: взаимоотношения между ней и средой ее существования имеют и пространственную, и временную специфику.

Каждая живая система саморегулируема. В ее памяти и регуляторе заложены нормы реакции на всевозможные вне-

шние возмущающие воздействия, обусловливающие отклонение от программы; т. е. каждое такое воздействие проходит оценку в регуляторных устройствах живой системы, в результате чего она избирает такую форму реакции, которая обеспечивает ей самый эффективный вариант защиты от возмущающего фактора. Следовательно, и стабильность, и устойчивость — это свойства живых систем, которые связаны с их способностью к саморегуляции. Остается лишь разграничить их сферы проявления.

Под стабильностью живой системы целесообразно понимать заложенное в ее генетической программе свойство реализовывать в изменчивых условиях внешней среды свою жизненную программу, которая, несмотря на несущественные отклонения, ведет к формированию эталонной системы (под эталонной, или гипотетической, системой в кибернетике подразумевается такое ее состояние, к которому стремится управляемая система в конкретных экологических условиях).

Под устойчивостью понимается способность живой системы путем использования внутренних защитных механизмов противостоять внешним возмущающим воздействиям, адаптироваться к ним без существенного изменения структурно-функциональных особенностей или быстро возвращаться к нормальному (устойчивому, парастабильному) состоянию, если это воздействие обусловило лишь временное отклонение системы от заданной программы. Устойчивость системы может быть определена по отношению к какому-либо одному или нескольким конкретным факторам, например, к заражениям опенком, инвазиям короедов, ветровалу, засухе, загазованности, уплотнению почвы и др.

Стабильность в нашем определении представляет собой сумму разнообразных устойчивостей во времени. Иными сло-

ТЕХНОГЕННЫЕ КАТАСТРОФЫ - УГРОЗА БИОРАЗНООБРАЗИЮ

вами, стабильными могут быть только те системы, которые устойчивы во времени к разнообразным внешним возмущениям, или, как говорят экологи, к неблагоприятным воздействиям экологических факторов. Стабильные системы не могут быть не устойчивыми, но системы, устойчивые к тому или иному фактору, не обязательно стабильны. Культуры ели в поясе дубовых лесов в возрасте 10—30 лет устойчивы к ветровалам, снеголомам, короедам и грибным заболеваниям, но они нестабильны. После 40-го возраста они интенсивно разрушаются и до 60 лет погибают.

Таким образом, стабильность и устойчивость — это два различающихся понятия: стабильность — обобщенное свойство живой системы, характеризующее ее нормальное, по заданной генетической программе развитие в конкретных экологических условиях; устойчивость — частное свойство живой системы, характеризующее ее способность противостоять неблагоприятным влияниям того или иного экологического фактора.

Эти понятия различаются также темпорально-пространственными показателями: стабильность связана с общей структурно-функциональной организацией системы на протяжении всего времени ее существования, устойчивость — с отдельными ее структурно-функциональными показателями и преимущественно непродолжительными отрезками времени.

В литературе преобладает мнение, что стабильность систем в значительной мере зависит от их сложности. Например, Р. Мак-Артур (1955) считал, что, чем сложнее система, тем она более стабильна. Этот вывод и много подобных ему поддавались математическому анализу. Итог этого анализа подвел Р.Мей/1987), который пришел к противоположному выводу, что увеличение числа элементов в системе ведет к ее нестабильности, т.е. к несоответствию реакции системы на незначительную смену условий. В то же время многие исследователи считают, что единой закономерности для всех систем нет и поэтому заменять одно обобщение другим не имеет смысла. Следующим условием стабильности являются способность элементов изменяться, их гетерогенность и пространственное размещение.

Стабильность систем релятивна и ограничена определенным отрезком времени, специфическим для каждой из них. В одних случаях это могут быть столетия (климаксовые ценозы), в других — годы, десятилетия (популяции эксплерен-

тов). Каждая стабильная система динамична и в зависимости от происходящих в ней процессов можно говорить об уменьшении (или увеличении) стабильности или о ее постоянном уровне. Постоянный уровень стабильности, как правило, обеспечивают флуктуационные изменения, сукцессии же ведут или к ее уменьшению, или к увеличению.

Исследования показывают, что первым, важнейшим условием стабильного существования популяции являются гетерогенность ее элементарного состава и способность элементов изменяться. Эта гетерогенность достигается за счет поливариантности онтогенеза особей. Л.А. Жукова (1988) выделяет пять типов поливариантности: размерный, морфологический, ритмологический, поливариантность по разным способам размножения и по темпам развития.

В основе поливариантности онтогенеза лежат генетический полиморфизм и модификационная изменчивость в пределах генотипа. Поливариантность онтогенеза во всех ее проявлениях — важный механизм, обеспечивающий элементарную и динамическую гетерогенность ценопопуляции, ее устойчивость к разным неблагоприятным факторам среды и стабильность.

Вторым условием стабильности существования популяции считается полночленность ее возрастной структуры.

Третье условие — пространственная гетерогенность, которая достигается за счет особенностей расселения растений и образования популяционных локусов разного возраста и жизненности, отличающихся между собой темпами развития и ролью в системе.

Четвертое условие — характер ее самоподдержания, проявляющийся в разных способах размножения (вегетативное, генеративное). Благодаря комбинациям способов размножения ценопопуляция может существовать беспредельно долго.

Одним из главных условий устойчивости живых систем надпопуляционного уровня также является гетерогенность их элементарного состава, проявляющаяся во времени их существования, пространственно-временных различиях плотности особей и массы, функций, способностей к флуктуациям, сменам и др.

Поскольку об устойчивости можно говорить лишь в случае действия определенного фактора(ов), возникает необходимость категоризации видов устойчивости. В ее основе мож-

ТЕХНОГЕННЫЕ КАТАСТРОФЫ - УГРОЗА БИОРАЗНООБРАЗИЮ

но использовать классификацию факторов, предложенную М.Ф. Реймерсом (1994). Согласно этой классификации системы могут быть эволюционно устойчивыми к действию возмущений, а также исторически и действующе устойчивы. Дальнейшую конкретизацию устойчивостей можно проводить по показателю специфики факторов (космические, абиотические, антропогенные и т.п.) и другим признакам. При этом следует иметь в виду не только прямое, но и косвенное воздействие фактора на конкретную систему путем изменения параметров системы высшего уровня организации.

Техногенные катастрофы являются одним из серьезных факторов, вызывающих изменения в структуре популяций и сообществ, нарушающих их стабильность. В оценке экологического состояния почв и водоемов основными показателями степени экологического неблагополучия являются критерии физической деградации, химического загрязнения и биологического нарушения в экосистемах. Исследуя биоразнообразие в загрязненных водных и наземных экосистемах, почвах или донных отложениях, мы имеем дело с долговременными эффектами загрязнения.

ТЕХНОГЕННЫЕ КАТАСТРОФЫ — УГРОЗА БИОРАЗНООБРАЗИЮ

грузках и упругую устойчивость — способность к быстрому возобновлению.

Каждая живая система саморегулируема. В ее памяти и регуляторе заложены нормы реакции на всевозможные вне-

ТЕХНОГЕННЫЕ КАТАСТРОФЫ - УГРОЗА БИОРАЗНООБРАЗИЮ

Вторым условием стабильности существования популяции считается полночленность ее возрастной структуры.

ТЕХНОГЕННЫЕ КАТАСТРОФЫ - УГРОЗА БИОРАЗНООБРАЗИЮ

Читайте также: