Устойчивость природных систем

1. УСТОЙЧИВОСТЬ ПРИРОДНЫХ СИСТЕМ

2. План

• Устойчивость биосферы и
биотический круговорот.
• Саморегуляция на видовом уровне
• Саморегуляция на межвидовом
уровне

3. Устойчивость биосферы

• внешние факторы (устойчивость
Вселенной и Солнечной системы,
цикличные процессы в космосе)
• внутренние факторы
(устойчивостью биоты, функции
живого вещества)

4. Биотический круговорот

• Основа функционирования живого вещества в биосфере
• три группы организмов: продуценты (зелёные растения и
хемосинтезирующие бактерии, производящие первичное
органическое вещество), консументы (растительноядные и
хищные животные), редуценты (разлагающие мёртвое
органическое вещество до минерального)
• непрерывный процесс, обеспечивающий глобальный цикл
миграции химических элементов
• движущая сила– солнечная энергия
• живое вещество в биосфере в ходе такого круговорота
обновляется примерно за 8 лет

5. Саморегуляция популяций на видовом уровне

Биологический вид – это
структурно
многоплановая
саморегулирующая
система, состоящая из
качественно
неоднородных особей,
образующих разного
рода и ранга
группировки.
Вид имеет
пространственную
организацию; он
представляет собой
совокупность популяций,
являющихся формами
существования вида,
приспособленными к
конкретным местным
условиям.

6. Образование экотипов и биологических рас, фазовых состояний и цикломорфоза

Цикломорфоз босмины корегони (Bosmina coregoni)
и дафнии кукуляты (Daphnia cucullata)

7. Формы и темпы размножения обусловлены половой и возрастной структурами популяций.

8.

Типы динамики численности в модели популяции с неперекрывающимися поколениями
при разных значениях собственной скорости роста.
а.- Монотонный рост; б.- Затухающие колебания; в.- двухточечный цикл;
г.- четырехточечный цикл; д, е- квазистохастическое поведение

9. Этологическая («социальная») организация популяции

Образ жизни может быть одиночным либо
групповым.

10. Вид и популяция

• Вид имеет иерархическую структуру,
представляя собой популяцию высшего
ранга, состоящую из популяций низших
рангов.
• Иерархически построенная
пространственная структура вида
придаёт ему целостность за счёт
межпопуляционных связей—
периодического или эпизодического
обмена особями между популяциями
одного ранга. Это собой механизм
стабилизации вида.

11. Внутрипопуляционная пространственная структура

случайная
равномерная
агрегированная

12.

• Пространственная
структура
популяции
меняется, особи
могут пассивно
или активно
(кинезы, таксисы и
миграции)
перемещаться.

13.

В некоторых
популяциях чётко
выражено
ранжирование и
доминирование
особей, имеется
сложная иерархия
(например, у
обезьян).

14.

15. Динамика популяций

• Динамика популяций связана с количественной
стороной борьбы за существование. Она
выражается в изменениях во времени числа
составляющих ее индивидов, их возрастного,
полового и генотипического составов.
• Популяции представлены видами с разной
жизненной стратегией. Широко известно
выделение К- и r-стратегий. Первая связана с
энергетическими затратами на поддержание
жизнедеятельности взрослых особей, вторая – с
затратами на размножение.

16. Саморегуляция в биоценозах

Каждый биологический вид
принадлежит к тому или
иному «трофическому
уровню» и соответственно
занимает определенное
место в круговороте
веществ. Между пищей и
потребителями возникают
прямые и обратные связи,
часто сложные. Симбиоз,
комменсализм, отношения
«хищник - жертва» и
«паразит - хозяин»,
аменсализм, конкуренция,
нейтрализм – вот различные
типы взаимодействия
между видами.

17.

Биоценоз
характеризуется малой
степенью жесткости
связей частей, не имеет
четко
программированного
развития, не имеет
чётких
пространственных
границ.
Регуляция потока
веществ и энергии в
биоценозе идёт через
систему прямых и
обратных пищевых
связей, через пищевые
сети. Со структурой этих
сетей связана
продуктивность ценоза
и его устойчивость.

18. Пространственная структура живого покрова, ярусность, мозаичность

19. Межвидовая сигнализация

20.

21. Устойчивость экосистем

Гомеостаз (динамическое
равновесие) экосистемы согласуется
с принципом Ле Шателье:
если на систему, находящуюся в
равновесии, воздействовать извне,
изменяя какое-нибудь из условий, то
равновесие будет смещаться таким
образом, чтобы уменьшить это
изменение.

22. Концепция биотической регуляции

• Идея регуляции окружающей человека среды с
помощью механизмов биоты.
• Предельная хозяйственная ёмкость биосферы. В
пределах этой ёмкости биосфера и земные
экосистемы способны восстановить нарушения
среды (значения хозяйственной ёмкости и
скорость восстановления зависят от типа
ландшафта), то есть принцип Ле Шателье
соблюдается. При превышении порога
хозяйственной ёмкости устойчивость биоты
нарушается, биотический круговорот
размыкается, трансформируются экологические
ниши и гибнут организмы.

23. Другие подходы к оценке устойчивости

• работы К.К. Ребане
(термодинамический подход к
оценке устойчивости биосферы);
• Н.Н. Семёнова (энергетический
подход);
• И.И. Гительзона (идея
симбиотического пути развития
человечества и природы)