2.7 Концентрація речовини у трофічних ланцюгах

У трофічних ланцюгах всі види речовин послідовно переходять від одного організму до іншого. Органічні речовини в цьому процесі перетворюються в специфічну для кожного виду рослин та тварин форму. Так, білки рослин в процесі живлення фітофагів, які їх споживають, розщеплюються до амінокислот, і вже з них в організмі тварини синтезують свої специфічні білки.

Інша доля притаманна окремим хімічним речовинам, зокрема так званим ксенобіотикам - речовинам, що в природі спочатку були відсутні, а потім синтезовані людиною. Такі речовини проходять через трофічні ланцюги незмінними. У силу того, що розмір біомаси в екологічних пірамідах закономірно знижується при переході на кожний новий трофічний рівень, концентрація ксенобіотиків у розрахунку на одиницю біомаси стає більшою. Цей ефект називається законом концентрування речовин у трофічних ланцюгах.

Концентрування речовин у трофічних ланцюгах має важливі наслідки для всієї практики господарювання людини в природних екосистемах. Забруднення, яке вважається незначним при оцінці кількості забруднювача в навколишньому середовищі стає катастрофічно небезпечним при дії закону концентрування та небезпечним перш за все для самої людини, яка знаходиться на вершині усіх трофічних ланцюгів пасовищного типу.

Трофічні ланцюги виконують ще й бар'єрну функцію. Iз концентруючими та бар'єрними функціями живої речовини пов'язана здатність екосистем до самоочищення, вона проявляється стосовно великого класу речовин. Ряд з них, потрапляючи до трофічного ланцюгу поступово руйнується. Але така здатність біомів до самоочищення не безмежна. Є верхній граничний рівень концентрації, перевищення якого вже не дає можливості біому очиститися від даної речовини. Тут багато чого залежить від типу забруднюючої речовини та швидкості її надходження в екосистему. При поступовому надходженні забруднюючих речовин самоочищення йде ефективніше, ніж при разових викидах в екосистему великої кількості ксенобіотиків.

Деякі забруднюючі речовини в біогеохімічних циклах не руйнуються, а переходять у депо циклу (гірські породи, атмосферу і т.п.), та їхня шкідлива дія на організм знижується. Це відбувається з багатьма мінеральними речовинами.

2.8 Розвиток та еволюція екосистем

Екосистемам, як і усім природним об'єктам, властиві закономірні зміни у часі. Ці зміни відповідають принципу самостійного розвитку та руху матерії. Для позначення явища розвитку екосистем звичайно використовують термін “еволюція”. Він не зовсім вдалий. Зі словом “еволюція” у більшості випадків асоціюється історичний розвиток, боротьба за існування та природний добір. На рівні екосистем цих явищ немає, але термін “еволюція” тут застосовується більшістю авторів і змінювати його немає підстав. Хоча, за М.А. Голубцем (1969), доводиться говорити про екосистемну еволюцію. Екосистемна еволюція включає в себе “зміну у часі просторової та функціональної організації екосистем” (М. Голубець, 1982).

В екосистемній еволюції існує дві узгодженні форми розвитку:

а) еволюція живих організмів;

б) самоорганізація неживої матерії.

Закономірності біологічної еволюції, відкриті Ч. Дарвіним, вже добре вивчені. Порівняно новою сторінкою в екології є встановлення фактів та механізмів самоорганізації в неорганічному світі.

Відкриття самоорганізації в неорганічному світі як противаги зростанню ентропії має епохальне значення, і його філософські наслідки ще до кінця неусвідомлені.

У неживій матерії до саморозвитку здатні відкриті системи що складаються з підсистем із колективною поведінкою. У противагу до другого закону термодинаміки, в неорганічній матерії однак відомі випадки, коли порядок виникає з безладу.

В екології розвиток у формі самоорганізації матерії є важливою властивістю екосистем. Кооперативна поведінка живої матерії, яка еволюціонує, та абіотичних компонентів екосистем, що само- організуються, веде до виникнення все нових і нових форм організації. Вони і складають зміст екосистемної еволюції. Відкритий характер екосистем зумовлює, що їхня еволюція визначається внутрішніми особливостями екосистем, які саморозвиваються. Але вона здійснюється також і за рахунок зовнішніх стосовно екосистем збурень.

Внутрішнім джерелом самоорганізації екосистем є протиріччя форм та темпів розвитку живого та неживого компонента, їхньої структури. Детальний аналіз, проведений М.А. Голубцем (1982), показав, що за рахунок еволюції екосистем у біосферний кругообіг речовин включаються все нові потенційні середовища життя і підвищується продуктивність та стабільність біогеоценотичного покриву Землі в цілому. Ще до нього, А.I. Літока (1925) сформулював правило максимуму потоку енергії в біологічних системах, відповідно до якого екосистемна еволюція зорієнтована так, що все більша й більша частка енергії направляється на збільшення незалежності та автономності екосистем щодо зовнішніх збурень.

Важливим рушієм поступових змін екосистем є процес життєдіяльності організмів. За неповної замкненості біогеохімічних циклів в екосистемах накопичуються органічні та неорганічні залишки специфічного характеру. Так, очевидно, що на самих ранніх етапах еволюції екосистем в них не було організмів, які використовували для дихання вільний кисень, тому що його в атмосфері просто не було. У міру накопичення кисню, в результаті фотосинтезу зелених рослин, на Землі почали формуватися екосистеми, що вміщували живі організми, які дихали киснем.

Іншій рушій екосистемної еволюції - це сама біологічна еволюція, тобто зміна організмів різного рівня організації. Як показано М.А. Голубцем, вся сукупність генотипів тієї чи іншої екосистеми, що складає генопласт, також є об'єктом еволюції. Ю.Одум (1986) підкреслював важливість для еволюції екосистем двох ефектів: коеволюції та групового добору. Поява тісної кооперації типу “рослина та її фітофаги”, ”жертва та хижак”, спеціалізовані квітки та їх запилювачі - це все результат коеволюції.

Дані геології свідчать, що еволюція екосистем зумовлена ходом вікових змін самої геоморфологічної структури Земної Кулі та пов'язаними з ними змінами клімату. Аналізуючи фактори еволюції екосистем, М.А. Голубець (1983) підкреслював, що екосистеми як природні структури утримують значну кількість акумульованої в них вільної енергії. Це спричиняє їхній нестійкий стан та веде до періодичних самозбурень. Таким чином. можна стверджувати, що процес екосистемної еволюції базується на трьох основних факторах :