Біологія. 9 клас. Шаламов

§ 54. Стабільність екосистем

Стійкість — невіддільна властивість екосистем

Екосистеми — це складні структури, що функціонують як єдине ціле, у яких усі компоненти у той чи той спосіб взаємопов’язані. З одного боку, це забезпечує стійкість екосистем та їхню здатність до саморегуляції, з другого, — робить їх дуже чутливими до змін у будь-якому з компонентів. Виключення однієї ланки трофічної мережі неминуче позначається на всіх інших її учасниках; зникнення одного виду призводить до порушення рівноваги всієї системи.

Стійкість екосистем — це їхня здатність протистояти зовнішнім впливам. Стійкість можна розглядати у двох планах: як здатність опиратися змінам чи як здатність швидко відновлюватися після них. Перший вид стійкості називають резистентною стійкістю, а другий — пружною. Наприклад, листяні ліси в середньому мають більш високу резистентну стійкість до полум’я, ніж степи: пожежа в сухому степу виникає від однієї іскри та поширюється набагато швидше, ніж у вологому листяному лісі. Водночас степи мають вищу пружну стійкість до цього ж фактора: відновлення угруповань степових екосистем після пожежі відбувається протягом кількох сезонів, натомість повне відновлення лісової екосистеми може тривати багато десятиліть (рис. 54.1).

Екосистеми змінюються завдяки сукцесіям

Іноді замість вислову «стійкість екосистем» уживають слово «стабільність». Хоча деякі вчені вважають ці терміни різними, для нас відмінність між ними не принципова. Однак дуже важливо, щоб слово «стабільність» не вводило в оману: в жодному разі не йдеться про незмінність і постійність! Зміни в екосистемах — природний процес, не обов’язково пов’язаний із зовнішніми впливами. Одні угруповання живих організмів змінюються на інші, створюючи, своєю чергою, передумови для подальших змін. Наприклад, лісове озеро через відкладання органічних залишків на дно мілішає та заболочується. Далі в болотній екосистемі відмерлі болотні мохи та інші рослини поступово формують шар ґрунту, на якому можуть рости лугові трави — і болото поступово перетворюється на луку. Лука, у міру формування потужного ґрунтового шару, заростає чагарниками, а згодом і деревами. Урешті-решт, на місці колишнього озера утворюється лісова екосистема (рис. 54.2). Інший приклад: вирубка в сосновому лісі в перший рік після зникнення дерев заростає травами й однорічними будяками, потім чагарниками та швидкорослими листяними деревами, які з часом поступово витісняються хвойними.

Рис. 54.1. Низька пружна стійкість соснового лісу

За два роки після пожежі відновилася лише трав’яниста рослинність.

Рис. 54.2. Поступове перетворення озера на болото, болота на луку, а луки на ліс

Таку послідовну зміну угруповань на певній території називають сукцесією. Кожне угруповання живих організмів, що існує в цей момент, формує умови для існування наступних угруповань. Сукцесія завершується формуванням стійкої екосистеми, у якій немає внутрішніх передумов для подальших змін (у розглянутих нами прикладах такою екосистемою є ліс). Така дозріла стабільна екосистема має назву клімаксної. Клімаксна екосистема теоретично може існувати необмежено довго, якщо не станеться різкої зміни умов чи природного катаклізму, які зруйнують цю систему та зумовлять початок нової сукцесії.

Розрізняють первинну та вторинну сукцесії. Сукцесія може розпочинатися на територіях, де раніше не мешкали живі організми (скелі, потоки вулканічної лави, схили гір після сходження лавин, сипучі піски); таку сукцесію називають первинною. Ключовим фактором первинної сукцесії зазвичай є ґрунтоутворення, без якого неможлива поява складних угруповань живих організмів. Першими на безжиттєвих субстратах оселяються лишайники, які руйнують породу та збагачують її Нітрогеном, створюючи умови для появи мохів і найневибагливіших трав’янистих рослин. Далі, залежно від місцевих факторів, можуть з’являтися чагарники, дерева чи більш складні рослинні угруповання, у яких оселяються відповідні види тварин (рис. 54.3).

Рис. 54.3. Первинна сукцесія

Вторинна сукцесія виникає, наприклад, після пожежі чи іншої катастрофи, що зруйнувала екосистему, яка існувала на цій території раніше. Вторинна сукцесія відбувається швидше, оскільки не потребує ґрунтоутворення. До того ж організми чи їхні захищені форми (спори, насіння), що вижили в катастрофі, одразу стають основою для початку сукцесії. Однак повне відновлення дозрілої клімаксної екосистеми може тривати 100-300 років.

Видове різноманіття є умовою стійкості екосистем

Як ви гадаєте, яка держава буде стійкішою до зовнішніх і внутрішніх потрясінь — «бананова» республіка, економіка якої побудована лише на одному джерелі доходу, чи країна з багатьма розвиненими галузями промисловості? Відповідь на це запитання очевидна: що різноманітніша економічна діяльність у країні, то менший вплив на її добробут чинитимуть зовнішні фактори. Такий самий принцип діє й щодо екосистем: що складнішою є екосистема, тобто чим більше різних живих організмів і зв’язків між ними в ній є, то вона стійкіша. Зникнення одного виду чи будь-яке інше відхилення від рівноваги в такій системі може швидко скомпенсуватися завдяки іншим учасникам. Бідні на види угруповання (наприклад, агроценози, тобто створені людиною сільськогосподарські екосистеми) украй нестабільні. Тому агроценози потребують постійного втручання людини для їх підтримки. Усі знають, що відбувається за якийсь час із покинутою грядкою чи садом: нестабільний, бідний на види агроценоз швидко перетворюється на стабільнішу та багатшу на види, але неефективну з погляду людини екосистему, яка заростає бур’янами.

Цей приклад показує важливість однієї з ключових характеристик будь-яких екосистем і всієї біосфери загалом — біологічного різноманіття, або скорочено біорізноманіття.

Згідно із визначенням, запропонованим на конференції ООН у 1992 році, біологічне різноманіття — це варіабельність живих організмів зі всіх джерел. Зазвичай, коли говорять про біорізноманіття, передусім мають на увазі видове різноманіття, що не зовсім правильно. Термін «біорізноманіття» стосується як різноманіття організмів у межах виду, так і різноманіття самих видів і навіть різноманіття екосистем.

Рис. 54.4. Емблема Конвенції ООН про біорізноманіття

Видове різноманіття в екосистемі характеризується не лише кількістю видів, що в ній мешкають (хоча це, звісно, ключова характеристика), а й рівномірністю їх розподілу. Уявіть собі дві екосистеми, у кожній із яких мешкає по 100 тварин, що належать до 10 видів. В одній екосистемі чисельність тварин усіх видів приблизно однакова, тобто кожен вид представлений у середньому десятьма особинами. У другій — 90 зі 100 особин належать до одного виду, а інших видів є лише по одному представнику. Як ви гадаєте, у якій з екосистем біорізноманіття вище? Зрозуміло, у першій, бо за інших однакових умов відносна чисельність тварин кожного з видів у ній вища.

Для кількісної оцінки біорізноманіття було запропоновано багато різних індексів, але всі вони ґрунтуються на двох головних характеристиках — кількості видів в екосистемі та рівності їх розподілу.

Збереження біорізноманіття — одне з головних завдань сучасної охорони природи, визначене в Конвенції ООН про різноманіття (рис. 54.4). Цю Конвенцію було прийнято 1992 року. Її підписали більшість країн світу, зокрема й Україна. ООН також запровадила Міжнародний день біологічного різноманіття, який відзначають щороку 22 травня. Про вплив людини на біорізноманіття та про заходи щодо збереження останнього йтиметься в наступних параграфах.

Поміркуймо

Знайдіть одну правильну відповідь

1. Яка екосистема (за інших однакових умов) є стійкішою без втручання людини — лука чи пшеничне поле?

  • А без втручання людини екосистема луки стійкіша, оскільки в ній вище біорізноманіття
  • Б польова екосистема стійкіша, оскільки в ній менше біорізноманіття
  • В лука стійкіша до несприятливих абіотичних факторів, а поле — до біотичних
  • Г лука має вищу резистентну стійкість, а поле — пружну стійкість
  • Д обидві екосистеми однаково стійкі, якщо людина не втручається в їхнє існування

2. Сукцесія — це

  • А стійкість біологічного угруповання до впливу несприятливих абіотичних і біотичних факторів
  • Б здатність екосистеми повертатися у вихідний стан після змін, що в ній сталися
  • В здатність організмів з плином часу переходити на вищий трофічний рівень в екологічній піраміді
  • Г сезонні коливання чисельності живих організмів в екосистемі під дією абіотичних факторів
  • Д послідовна закономірна зміна угруповань на певній території

3. Ключову роль у ґрунтоутворенні на початкових етапах первинної сукцесії відіграють такі живі організми, як

  • А лишайники й мохи
  • Б злаки й інші однодольні
  • В дерева й чагарники
  • Г черви й комахи
  • Д ссавці й птахи

4. Клімаксною називають екосистему,

  • А яка завершує сукцесію та в якій відсутні внутрішні передумови для подальшої зміни угруповань живих організмів
  • Б що містить перше угруповання організмів у первинній сукцесії, представлене переважно лишайниками та мохами
  • В у якій перевищена межа пружної стійкості до певного екологічного фактора
  • Г яка не здатна більше підтримувати своє існування й вимирає
  • Д що характеризується найменшим біорізноманіттям і найнижчою стійкістю

5. Біорізноманіття

  • А визначається лише кількістю біологічних видів, що мешкають на певній території
  • Б не залежить від кількості біологічних видів в екосистемі
  • В як термін позначає різноманіття живих організмів у межах виду, між видами й екосистемами
  • Г чим вище в екосистемі, тим нижча її резистентна стійкість
  • Д чим нижче в екосистемі, тим вища її пружна стійкість

Сформулюйте відповідь кількома реченнями

6. У чому відмінність між пружною й резистентною стійкістю екосистем?

7. Схарактеризуйте вторинну сукцесію, яка починається із залишеної грядки на лісовому хуторі, зазначивши угруповання, що змінюють одне одне.

8. Чому в природі відбуваються сукцесії?

9. Чому біорізноманіття є одним із ключових факторів стабільності екосистем, і чому агроценози — дуже нестабільні екосистеми?

10. Які два показники є ключовими для визначення біорізноманіття в екосистемі? Які вони повинні мати характеристики для максимального біорізноманіття?

Знайди відповідь і наблизься до розуміння природи

11. В угрупованнях мікроорганізмів, як і в інших екосистемах, може спостерігатися сукцесія. Розкажи про те, як одні мікроорганізми змінюються на інші в різних середовищах перебування.

12. Чи змінюються угруповання живих організмів в агроценозах? Що є подібне й відмінне в проходженні сукцесій в агроценозах і природних екосистемах?

Дізнайся самостійно та розкажи іншим

13. Остаточно не з’ясовано, у чому полягає причина біорізноманіття, тобто чому на Землі існує стільки різних біологічних видів. Спробуй розібратися в різних теоріях, що пояснюють цей феномен.

14. Із якою метою було прийнято Конвенцію ООН із питань біорізноманіття? Про що в ній ідеться?