стійкість екосистем
Головна | Про нас | Зворотній зв'язок
Толерантність виду. Термін толерантність (від лат. Tolerantia - терпіння) означає витривалість виду по відношенню до коливань будь-якого екологічного чинника, або іншими словами, здатність організмів переносити відхилення екологічних чинників середовища від оптимальних для них величин. Зміни величин цих факторів для кожного організму допустимі тільки в певних межах, при яких зберігається нормальне функціонування організму, тобто його життєздатність. Межі змін екологічних факторів середовища називаються межами толерантності. Різні види організмів відрізняються більш широкими або більш вузькими межами толерантності. Чим більші межі зміни параметрів середовища безболісно витримує конкретний організм, тим вище толерантність, або стійкість цього організму до зміни екологічних факторів середовища.
Адаптація організмів до зміни екологічних факторів. Показники стійкості організмів в умовах, що змінюються середовища проживання визначаються можливостями організмів пристосовуватися (адаптуватися) до змін біотичних та абіотичних факторів. Адаптаціями називаються еволюційно вироблені і спадково (генетично) закріплені властивості організмів, що забезпечують їх нормальну життєдіяльність при змінах екологічних факторів. Адаптаційні можливості у різних видів дуже сильно розрізняються. Наприклад, береза добре росте як на сухих, так і зволожених грунтах, а сосна - тільки на грунтах з помірною вологістю.
Часто важливі не тільки межі зміни екологічних факторів, а й швидкість їх зміни, тобто динаміка. Не всі види здатні пристосуватися до швидких змін умов середовища. Види, які не можуть (або не встигають) пристосуватися до умов, що змінилися, вимирають і їх екологічні ніші в екосистемах займають інші, більш пластичні види.
Розглянемо основні види адаптацій організмів до змін екологічних факторів. Найбільш важливими з них є:
До морфологічних адаптацій відносяться видозміни органів, наприклад, розвиток у баобаба колючок замість листя, а у китів і дельфінів - плавників замість ніг. Фізіологічні адаптації пов'язані з особливостями ферментативного набору в травному тракті. Так, потреба тварин у волозі задовольняється в пустелях шляхом біохімічного окислення жирів, а у рослин біохімічні процеси фотосинтезу дозволяють створювати органічну речовину з неорганічних сполук. Поведінкові адаптації проявляються, наприклад, в способах забезпечення теплообміну у птахів шляхом сезонних перельотів, у тварин - за допомогою линьки; для забезпечення їжею хижаки використовують прийоми затаювання (в засідці), а їх жертви - захисну забарвлення.
Стійкість екосистем - це здатність екосистем зберігати структуру і нормальне функціонування при змінах екологічних факторів. Розглянуті вище адаптації організмів до змін чинників довкілля певною мірою забезпечують стійкість екосистем, до складу яких вони входять, до зміни екологічних факторів середовища. Однак, як і будь-яка більш складна система, екосистема в порівнянні з окремими видами організмів має більш високу ступінь надійності функціонування в мінливому середовищі, так як на системному рівні формуються і розвиваються нові, системні механізми забезпечення стійкості і живучості екосистем, які були відсутні у окремих видів. Такі еволюційно вироблені механізми пристосування екосистем до змін середовища існування називаються адаптаціями екосистем.
Розглянемо адаптації екосистем, що складаються з адаптаційних механізмів двох рівнів: видовий рівень і інтеграційний, або системний рівень. Видовий (нижчий) рівень відповідає раніше розглянутим механізмам в підрозділі «Адаптації організмів до зміни екологічних факторів». Системний рівень утворюють пристосувальні механізми, що виникають за рахунок видового взаємодії по трофічних ланцюгах і мереж. Природа цих інтеграційних, системних механізмів забезпечення стійкості екосистем заснована на круговороті речовин, який здійснюється за допомогою трофічних ланцюгів.
Існування біогеохімічних кругообігів створює можливість для саморегуляції екосистем (або гомеостазу), що надає екосистемі стійкість протягом тривалих періодів. Наприклад, показником стійкості глобальної екосистеми, пов'язаної з кругообігом речовин, може служити наступний факт. Відомо, що 93% маси тіла людини складають 4 хімічні елементи: кисень, вуглець, водень і кальцій, які, по-перше, входять до переліку одинадцяти найпоширеніших в геосфері Землі хімічних елементів, і, по-друге, ці чотири елементи самі утворюють більше 56% маси геосфер.
Видове різноманіття - також один з факторів стійкості екосистем до несприятливих факторів середовища. Різноманітність забезпечує як би підстрахування, дублювання стійкості. Наприклад, малочисельний вид при несприятливих умовах для іншого широко представленого виду може різко збільшити свою чисельність і таким чином заповнити простір, що звільнився (екологічну нішу), зберігши екосистему як єдине ціле. Така послідовна зміна видів чи заміна одного біоценозу іншим називається сукцесій (від лат. Сукцедо - іду).
Щоб краще усвідомити суть сукцессии в екосистемі, розглянемо два приклади:
1) відомо, що після лісової пожежі спочатку з'являються листяні породи, а потім через 70-100 років їх змінюють хвойні;
2) в впав дереві спочатку поселяються короїди, потім з'являються пожирачі деревини, а бактерії і гриби завершують процедуру перетворення дерева, що впало в гумус грунту.
Таким чином, збільшення ступеня різноманітності є основою того, що екосистеми з більш довгими ланцюгами харчування формують більш інтенсивний круговорот речовин і, отже, мають підвищену стійкість завдяки можливостям саморегуляції (гомеостазу).
Гомеостаз. Природні екосистеми (наприклад, лісові, степові) існують протягом тривалого часу і мають певною стабільністю, для підтримки якої необхідна збалансованість потоків речовини і енергії в процесах обміну між організмами і навколишнім середовищем. Однак абсолютної стабільності в природі не буває. Тому стабільність стану природних екосистем є відносною, показником якої може служити, наприклад, періодично змінюється чисельність популяцій різних видів в екосистемі: чисельність одних видів збільшується, інших - зменшується. Таке динамічно рівноважний стан, або стан рухливо -стабільності рівноваги екосистем, називають гомеостазом (від грец. Гомео - той же; стазіс - стан).
Ключовий для розуміння гомеостазу екосистем термін «рухомо-стабільна рівновага» означає, що стійке функціонування екосистем в умовах, що змінюються середовища можливо саме внаслідок того, що екосистема знаходиться в квазірівноважному стані, принципово відрізняється від розуміння стану рівноваги в фізиці. Щоб зрозуміти цю відмінність, коротко розглянемо складові частини цього терміна.
а) Стабільність означає, що природні екосистеми існують протягом тривалого часу і мають певну відносною стабільністю в часі і просторі. Зауважимо, що особливістю штучних (техногенних, створених людиною) екосистем є те, що людина сама повинна підтримувати рівновагу в цих екосистемах, тобто управляти процесами їх функціонування, наприклад, заміна мулу в регіональних, муніципальних або виробничих водоочисних спорудах, в яких культивуються колонії бактерій, що пожирають, сорбирующих, що розкладають забруднюючі речовини в стічних водах.
б) Рухливість означає мінливість властивостей (наприклад, чисельності популяцій) і структури екосистеми, тобто сукупності видів. Послідовні зміни в стані рівноваги в природних екосистемах відображаються в зміні видів (наприклад, в процесі сукцесії), що супроводжується і змінами в структурі і властивостях трофічних ланцюгів (мереж). Різноманітність видів формує сукцесію, забезпечуючи заповненість простору життям і збільшуючи ступінь замкнутості біогеохімічного кругообігу в екосистемі.
Отже, гомеостатичність - загальна властивість всіх екосистем, залежне від ефективності комплексу адаптаційних механізмів, що діють як на рівні окремих видів, так і на рівні екосистеми в цілому. Гомеостатичність залежить від віку і видової різноманітності екосистем і тому сильно розрізняється як у різних спільнот, так і в природних і штучних екосистемах.