5. Екосистеми, екологія та взаємовідносини живих істот

Закономірності взаємовідносин живих істот з навколишнім середовищем вивчає спеціальна наука - екологія. У перекладі з грецької мови слово «екологія» означає; «вивчення дому». Іноді «будинок», місце проживання, буває несподіваним.

Всі організми, що існують на Землі, пристосувалися до певного атмосферного тиску. Однак за допомогою куль-зондів вдалося виявити спори бактерій і цвілевих грибків на висоті 33 кілометрів, де тиск значно нижче. Бактерії живуть в радіоактивних уранових рудах, у сірководневої середовищі, навіть у такому отруйній речовині, як концентрований розчин хлористої сулеми. Бактерії були виявлені й на глибині 4 тисяч метрів - у нафтоносних шарах, і в гарячих джерелах, багатих борною кислотою. Живі організми існують і при гігантських тисках - на глибині понад 10 кілометрів, і в холоді вічних льодів Арктики і Антарктики.

І в пекучій, здавалося б, зовсім млявою Сахарі, де вологість досягає всього 0,5 відсотка, існує 98 видів бактерій, 28 видів грибів і 84 види водоростей. Живі істоти, деякі, іноді можуть довгий час обходиться без води. Що мешкає в Північній Нігерії комар відкладає яйця в найдрібніші щілини скель, заповнені водою. Коли маленькі калюжки висихають, личинки комара призупиняють свій розвиток. Але варто пройти новому дощу, і вони, як ні в чому не бувало, оживають знову.

Дріжджі і кілька видів бактерій здатні існувати навіть у безкисневому середовищі. Личинки комара хірономуса живуть і розвиваються у воді, яка містить в тисячу разів менше кисню, ніж звичайне повітря. У воді деяких водойм буває в 2 тисячі разів менше кисню, ніж у повітрі, але й там є життя.

Всі живі істоти володіють колосальним біотичних потенціалом, інакше кажучи, здатні розмножуватися з такою швидкістю, що, якщо б їх розмноженню ніщо не перешкоджало, вони наповнили б собою всю біосферу.

Що ж протидіє такому перенаселення? Чому, незважаючи на дивовижну пристосованість до несприятливих умов, живі організми все-таки гинуть?

Голод, нещасні випадки, стихійні лиха, хвороби, знищення одних видів іншими - всі, разом узяті, причини такого роду називають опором середовища. Кожен вид повинен був виробити такі якості, які б дозволяли йому долати цей опір середовища. Протягом мільйонів або навіть мільярдів років виникла адаптація - пристосованість до навколишніх умов, або та знаменита «доцільність», яка вражає уяву і здається часом надприродною.

Кожна з адаптацій з'явилася в результаті того, що середовище постійно відсівали несприятливі спадкові зміни, що з'являються у всіх без винятку видів рослин і тварин. Дія природного відбору не припиняється ні на хвилину - виживають тільки найбільш пристосовані.

Екологи вивчають різні типи пристосовності, і вже виявлені деякі закономірності, які допомагають зрозуміти це чудове властивість всього живого. Відомі три основних типи адаптації: структурні зміни-забарвлення, будови тіла окремих органів і т. п.; фізіологічні та поведінкові.

Групу організмів, що відноситься до одного чи близьким видам і займає певну область, в екології називають популяцією. Популяції входять до складу біоценозів - у сукупність рослинних і тваринних організмів, що населяють ділянку середовища проживання.

Перш ніж продовжити розгляд будь-яких конкретних екосистем, визначимо їх основні елементи.

ü Абіотичних (нежива) середовище - вода, мінеральні речовини, гази, органічні речовини неживої природи і гумус.

ü Продуценти (автотрофи) - виробники первинної біологічної продукції. До них відносять живі істоти, здатні будувати себе з неорганічних матеріалів (вуглекислого газу, води, мінеральних речовин) в процесі придбаного і успадкованого з реліктових часів фотосинтезу.

ü Консументи (вони ж гетеротрофи) - організми, які є в харчового ланцюга споживачами органічної речовини. Консументи першого порядку - травоїдні тварини; консументи другого, третього і т. д. порядків - хижаки.

ü Редуценти (від лат. повертає, відновлює), вони ж деструктори, разлагателі - організми (сапротрофи), розкладають мертве органічна речовина, перетворюючи його в неорганічні речовини, які в змозі засвоювати інші організми - продуценти. Редуценти - це бактерії, гриби, інші мікроорганізми, а також черв'яки, личинки комах, інші дрібні грунтові організми, здатні перетворювати органічна речовина в мінеральні сполуки. Взаємодія продуцентів, консументів і редуцентів забезпечує біотичний кругообіг. Останній являє собою безперервний процес створення та деструкції органічної речовини. Все живе речовина біосфери оновлюється в середньому за 8 років. В океані циркуляція йде у багато разів швидше, наприклад, маса фітопланктону оновлюється щодня, зміна кисню в атмосфері відбувається за 2000 років.

У природі взаємовідносини різних видів тварин, рослин вкрай різноманітні. Буває так, що одні види допомагають іншим: наприклад, на панцирах багатьох крабів мешкають корали або актинії, допомагають крабам маскуватися. Інший приклад: найпростіші жгутикові, що живуть у кишечнику термітів, виділяють фермент, без якого терміти не могли б нормально перетравлювати деревину і розщеплювати її до цукрів.

Але далеко не всі відносини між різними видами можна назвати добросусідськими. Вони набувають діаметрально протилежний характер, коли, наприклад, цвілеві гриби пригнічують ріст бактерій, хижак знищує жертву, а паразит губить господаря. Однак і вони не завжди шкідливі для виду в цілому: під впливом природного добору у природі встановлюється необхідну рівновагу.

А якщо така рівновага порушується, це призводить до воістину вражаючих результатів. Раніше до деяких видів тварин чи рослин було прийнято застосовувати термін «шкідливий» або «корисний». Так, наприклад, бур'ян на полі, де росте пшениця, - «шкідливий», кішка, нищівна мишей, - «корисна» і т. п. Зараз вже ні в кого не викликає сумніву, що для нормального існування спільнот потрібні різні їхні ланки, незалежно від того, шкідливі вони чи корисні для людини.

Ще один показовий приклад. На північному схилі Великого Каньйону в Колорадо (США) знищили вовків для того, щоб збільшити кількість оленів. Олені безперешкодно розмножувалися, і скоро їх стадо зросло до 100 тисяч голів. Їжі для такої кількості тварин виявилася недостатньо, і олені стали гинути від голоду. Врешті-решт, їх поголів'я зменшилося в 10 разів. При з'ясуванні причин загибелі тварин виявилося, що, коли в цьому районі існували вовки, серед оленів підтримувалося стійка рівновага, при якому їх число відповідало запасами їжі.

Більшість співтовариств безперервно змінюється - і від сезону до сезону, і день у день, і навіть в кожну хвилину. Спільнота може складатися в основному з тварин або, навпаки, з рослин. Зміни, що відбуваються з співтовариством на будь-якій стадії його розвитку, зачіпають більшість входять до нього організмів. Поява нових рослин або тварин супроводжується змінами зовнішнього середовища, які, як правило, сприятливі для нових видів і несприятливі для старожилів. Поступово перебудова в біоценозі сповільнюється, і він досягає рівноваги. Але досягнута рівновага теж тимчасово.

«Навіть кораловий риф - один з найбільш стабільних біоценозів, - і той схильний до значних змін. При кожному тривалому піднятті або зниженні рівня моря, при кожному повільному переміщенні земної кори сам корал, що є підставою гігантського біоценозу рифу, може повністю загинути. Тому точніше говорити не про загальну рівновагу в природі, а про безліч рівноваг у світі живих істот », - писав Л. Фарб в« Популярної екології ».

Плідна дослідження екологічних закономірностей вимагає участі вчених різних спеціальностей. Останнім часом ми все частіше чуємо розмову про нові прикордонних міждисциплінарних областях знань - біофізиці, біохімії, фізичної хімії і т. д. Ці науки виникають на стику декількох дисциплін: фізики та біології, наприклад, біофізика. Одним з таких стиків природничих наук є біолого-математичне моделювання. Як відомо, оточуючий нас світ піддається кількісному опису. Перефразовуючи відомий вислів видатного російського фізіолога і мислителя Івана Михайловича Сєченова, можна сказати, що все: від блиску далеких зірок, шуму океанського прибою і польоту бджоли до першого крику дитини, натхненного танцю балерини і творчої мрії вченого - можна описати кількісно. Звичайно, від цього «можна» до реального «описати шлях довгий і важкий, але цілком переборний сучасної наукової і технічної думкою.

У наші дні біологи досліджують існування живого на різних рівнях - від невеликих ділянок, де мешкають окремі види рослин і тварин, і до біосфери Землі в цілому.

Біосфера є, перш за все, плівку життя, яка покриває земну кулю. Загальна маса живих організмів, або, як кажуть вчені, загальна біомаса Землі, була приблизно підрахована В. І. Вернадським і його школою: вона становить понад 300 млрд т сухої речовини. У порівнянні із загальною масою Землі це не дуже багато, але, тим не менш, це величезна маса живої речовини.

Біосфера - істотна складова частина загальної житті Землі як планети, енергетичний екран між Землею і Космосом який перетворює певну частину космічної, в основному сонячної, енергії, що поступає на Землю, в цінне високомолекулярна органічна речовина. Надходження сонячної енергії - енергетичний вхід у біосферу.

У величезній біомасі протікають процеси обміну речовин, одні організми відмирають, інші народжуються, вони харчуються один одним, продуктами один одного і т. п. Відбувається величезний, вічний, що постійно працює біологічний кругообіг в біосфері, цілий ряд речовин, цілий ряд форм енергії постійно циркулюють в цьому великому круговороті біосфери.