Эволюция экосистем

Ниже дается краткое описание эволюции экосистемы Ладожского озера в процессе антропогенного эвтрофирования. Представлены также материалы натурных исследований, на которых основывается это описание. При этом внимание уделено главным образом процессам, в наибольшей степени повлиявшим на дестабилизацию экосистемы и формирование нового трофического статуса озера. Следует отметить, что многие процессы в Ладожском озере сходны с теми процессами, которые протекали или протекают в других озерах умеренного пояса. Более того. Ладожское озеро по всем своим характеристикам служит хрестоматийным примером великих озер умеренного пояса. [c.20]

Воспроизведение эволюции экосистемы Ладожского озера [c.228]

Таким образом, базовая модель позволила воспроизвести динамику (эволюцию) экосистемы Ладожского озера за последние сорок лет под влиянием изменения фосфорной нагрузки на водоем. Результаты моделирования адекватны имеющимся данным наблюдений за озером. Результаты расчетов восполняют информацию о круглогодичном функционировании экосистемы водоема, особенно для периодов, когда данные наблюдений практически отсутствуют. Прежде всего это поздняя осень и зима, а также те периоды, когда по экономическим причинам не проводилось наблюдений. Кроме того, для всех периодов получены трехмерные поля концентраций всех переменных, которые составляют описание экосистемы. [c.236]

Природные экосистемы в ходе эволюции постоянно сталкиваются с такими загрязнителями, как нефтяные углеводороды. Несмотря на это, до начала XX века не наблюдалось глобальной деградации природных систем под действием этих загрязнений. Выведение из системы этих поллютантов строилось на их сорбции естественными сорбционными материалами и переведением их, например, из водной фазы в осадок, где они и подвергались дальнейшей эволюции под влиянием многочисленных видов бактерий, находящихся в данной экосистеме. Эти и некоторые другие особенности природных процессов самоочищения легли в основу технологий, упомянутых в данном разделе. [c.190]

Максимум биологически активного фосфора приходится на средние стадии эволюции почв. Дальнейшее выветривание приводит к потерям фосфора в результате выщелачивания и эрозии. Остаточный фосфор в почвах представлен нерастворимыми формами неорганического или органического фосфора и те, и другие малодоступны растениям. Перечисленные процессы трансформации фосфора определяют его круговорот в управляемых человеком и природных экосистемах. [c.64]

Большинство природных экосистем образовались в ходе длительной эволюции в результате длительного процесса адаптации видов к среде обитания. В результате саморегуляции экосистема способна в определенных пределах противостоять изменяющимся условиям жизни или внезапному изменению плотности популяции. [c.390]

Очевидное определение биологического разнообразия — это количество различных форм живого. Однако данное понятие можно рассматривать в разных масштабах. Можно, например, стремиться к максимальному внутривидовому разнообразию, являющемуся гарантией адаптации к меняющимся условиям. При этом главное внимание придется уделять обособившимся генетически подвидам или субпопуляциям, например устойчивым к тяжелым металлам линиям обычных злаков. Можно, однако, делать упор на сохранении филогенетического разнообразия, т. е. на сохранении видов, не имеющих близких таксономических родичей. Это поможет понять ход эволюции, и, вероятно, обнаружить какие-то уникальные свойства этих видов. Не менее важно также сохранить природные сообщества и экосистемы в целом чем большую часть функционирующей биосферы удастся оставить нашим потомкам, тем богаче будет флора и фауна Земли и меньше угроза вымирания. [c.436]

Попробуем оценить вероятность ГПГ от растений к бактериям, вклад этого процесса в общий ГПГ и понять, опасен ли он. Как уже отмечалось, единственный природный механизм этого процесса — трансформация. Вероятность (а следовательно, и роль в эволюции) ГПГ от растений к бактериям зависит от ряда факторов, которые должны совпасть, чтобы этот перенос произошел в естественной экосистеме [c.83]

Хотя влиянием конкуренции и можно объяснить многие структурные и функциональные характеристики экосистемы, некоторые важные моменты остаются неясными. Все сказанное выше отражает классические представления о конкуренции, но и эти представления были приняты не безоговорочно. Особенно остро встают три вопроса. Во-первых, на каком уровне возникает конкуренция Во-вторых, насколько важную роль играет конкуренция в экологии и эволюции. И, в-третьих, каким образом конкуренция определяет стратегию пищевого поиска [c.240]

По современным представлениям, экосистемы - открытые неравновесные термодинамические системы, которые постоянно обмениваются с окружающей средой энергией и веществом, уменьшают энтропию внутри себя, но по законам термодинамики увеличивают ее вовне. Они формируются в результате длительной эволюции, находятся в постоянном развитии, но относительно стабильны во времени, способны к саморегуляции и до некоторого предела противостоять изменениям окружающей среды. [c.16]

Аллогенные сукцессии развиваются, например, при поступлении извне биогенных элементов (при загрязнении озер, внесении удобрений). Естественный процесс эволюции замкнутых водоемов существенно ускоряется в результате эвтрофикации - аллогенной сукцессии, что часто приводит к гибели естественной экосистемы водоема. Эвтрофикация природных водоемов - одна из важнейших проблем охраны окружающей среды. [c.41]

Сукцессия завершается стадией, при которой все виды в экосистеме, размножаясь, сохраняют относительно постоянную численность, темпы эволюции замедляются и в дальнейшем ее структура не изменяется. Состояние динамического популяционного равновесия называется климаксом кИтах - лестница, зрелая ступень ), а экосистема -- климаксовой. Биоценоз стабилен и находится в равновесии со средой. Климаксовый биоценоз максимально защищен от изменений под действием внешних факторов и находится в состоянии гомеостаза. Эволюционные процессы замедлены сообщество плотно укомплектовано, связи между организмами и популяциями прочны шансы у новых видов проникнуть извне в такую систему очень малы. [c.42]

Как все открытые системы, экосистема - саморегулирующаяся и само-развивающаяся (принцип самоорганизации, внутренней авторегуляции). Саморегуляция экосистем обеспечивается устойчивыми связями между их компонентами (сообществом организмов и абиотической составляющей), трофическими и энергетическими взаимоотношениями, многообразием организмов, выполняющих одинаковые функции, но занимающих разные экологические ниши, непрерывным самовоспроизведением популяций, способностью к эволюции видов и микроэволюции популяций. Это обеспечивает оперативную адаптацию к изменениям среды. Механизмы саморегуляции биосферы способны компенсировать возмущающие антропогенные воздействия в определенных пределах. [c.46]

Эволюция популяций, видов и надвидовых таксонов всегда происходит в конкретной экологической обстановке— в составе разного ранга экосистем, причем для каждой популяции (или таксона) совокупность всех остальных компонентов экосистемы служит средой, определяющей направление ее эволюции. С другой стороны, эволюция сообществ, как сказано во-введении, в принципе представляет собой раздел теории эволюции,, равновеликий таким разделам, как микроэволюция и макроэволюция. [c.225]

В современных условиях хозяйственной деятельности человека антропогенное воздействие на природу стало сравнимым с естественными процессами в природе. Приобретенная в процессе эволюции замечательная способность природы к саморегулированию в условиях естественной изменчивости среды стала нарушаться. Человек, внося искусственные изменения в природную среду и биогеоценозы, не считаясь с законами природы, лишает их устойчивости, что часто приводит к коренным изменениям в экосистемах, прогрессирующему разрушению биосферы [c.246]

В современных условиях хозяйственной деятельности антропогенное воздействие на гидросферу стало нарушать естественные природные процессы. Приобретенная в процессе эволюции способность природы к саморегулированию в условиях естественных изменений среды стала ослабляться. Человек, внося искусственные изменения в природную среду без учета законов природы, нарушает их устойчивость, что часто приводит к непоправимым и пагубным изменениям в экосистемах, прогрессирующему разрушению биосферы. В тяжелых условиях оказались воздушная и водная среды. Проблема получения чистого воздуха и свежей воды стоит перед более чем /з населения планеты. [c.64]

Антропогенное воздействие на природу нарушает приобретенную в процессе эволюции замечательную способность природы саморегулированию. Видимые искусственные изменения в природную среду часто приводят к коренным изменениям связей в экосистемах и прогрессирующему разрушению биосферы. [c.211]

Первая глава занимает в монографии особое место. В ней дано сжатое, но достаточно полное описание Ладожского озера. В главе приведены основные физико-географические сведения об озере, дано краткое описание его гидротермодинамического режима. Основное внимание уделено описанию состояния экосистемы на конец 90-х годов как результату процесса эволюции экосистемы озера за последние сорок лет, в течение которых наблюдается процесс его антропогенного эвтрофирования. В этом описании представлены все основные звенья экосистемы водоема. Кроме того, в главе фактически обоснованы биологические концепции созданных авторами моделей. Так, дается обоснование возможности учета в моделях только одного биогена — фосфора обосновывается выбор представления фитопланктона в виде трех экологических групп в базовой модели и в виде девяти — в модели сукцессии. Этъ глава написана Н. А. Петровой, в течение многих лет являвшейся научным руководителем Ладожской экспедиции Института озероведения РАН. В главе использованы как результаты исследований этой экспедиции, обобщенные в серии монографий под редакцией Н. А. Петровой (1982), Н. А. Петровой и Г. Ф. Расплетиной (1987), Н. А. Петровой и А. Ю. Тержевика (1992), так и результаты исследований озера, представленные в трудах I— III Международных симпозиумов по Ладожскому озеру и монографиях под ред. Н. Н. Филатова (2000), а также В. А. Румянцева и В. Г. Драбковой (2002). Представленный в главе материал несколько выходит за рамки необходимой для моделирования информации. Тем не менее его наличие важно для более глубокого понимания озерных процессов. Кроме того, этот материал особенно интересен лимнологам, изучающим большие стратифицированные озера. [c.10]

Процессом, под влиянием которого трансформируется в течение почти сорока последних лет экосистема Ладожского озера, является антропогенное эвтрофирование. Инициирующую роль в эволюции экосистемы сыграло изменение содержания фосфора в озерной воде. Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, играет важную роль в записи генетической информации, в синтезе белка, в процессах хранения и передачи энергии и во многих других процессах, необходимых для жизни растений и животных. Природные поверхностные воды умеренной зоны северного полущария бедны фосфором вследствие специфики гидрохимических процессов в условиях повышенной увлажненности. Из трех основных компонентов, необходимых для построения живого вещества автотрофных организмов (первичной продукции), — фосфора, азота и углерода — озерная экосистема строго лимитирована только в отношении фосфора, поступление которого в водоем связано исключительно с водным притоком (речным, грунтовым, атмосферными осадками). Нехватка азота и углерода в воде (S hindler, 1974) компенсируется за счет поступления этих элементов из атмосферы в процессе газообмена (углерод) или фиксации азота водорослями. [c.27]

Важным этапом верификации новой модели здесь, как и в разделе 7.1, является вычислительный эксперимент по воспроизведению эволюции экосистемы водоема в период 1962—2000 гг. при изменяющейся фосфорной нагрузке (рис. 2). На рис. 53 представлен годовой ход динамики суммарной сырой биомассы фитопланктона в эпилимнионе для ряда лет из рассматриваемого периода. Сопоставление результатов моделирования для новой и базовой моделей (ркю 41), показывает, что соотношение между результатами в эволюционном эксперименте такое же, как и для эксперимента, в котором строились периодические решения (при фосфорной нагрузке 6100тР/год). [c.262]

По характеру воздействия техногенные ландшафты разделяются на две основные группы - горнопромышленные и промышленно-заводские (Федотов, 1985). Основное внимание исследователей бьшо сконцентрировано на изучении первой группы ландшафтов (Гуртовая, Шоба, 1978 Биогеоценотические аспекты..,, 1980 Горячкин, 1981 Техногенные экосистемы..., 1985 Трофимов и др., 1986 Федоров, Горюхин, 1987 Куприянов, 1989 и мн. другие), что было связано с необходимостью разработки методов рекультивации нарушенных земель, в то время как изучение территорий промышленных предприятий находится на начальной стадии. Актуальность изучения структуры и функциональной организации экосистем, находящихся в условиях постоянного антропогенного стресса, возрастает в связи с тем, что условия формирования биоты в условиях техногенного нарушения экосистемы до последнего времени не существовали как фактор эволюции (Криволуцкий, 1991). [c.7]

Традиционно химию природных соединений связывают с медицинским применением биологически активных веществ. И действительно, велика роль этой науки в создании сегодняшнего лекарственного арсенала. Также весом вклад ее в построение теоретического фундамента знаний о физиологически активных веществах и принципах их действия. Об этом и вообще о значении химии природных соединений для понимания проблем возникновения и функционирования жизни на Земле говорилось в самом начале, во введении. В заключение хотелось бы еще раз обратить внимание на тот факт, что изучение природных соединений заложило фундамент относительно новой отрасли науки — химической экологии. Во многих разделах данной книги можно найти примеры того, как живые организмы на всех уровнях эволюции вступают в такие взаимоотношения между собой, которые опосредуются прямым воздействием производимых ими вторичных метаболитов. Собственно говоря, становится все очевиднее, что основной смысл вторичного метаболизма заключается именно в том, чтобы создать невидимую глазу химическую среду обитания для живых существ планеты. Сегодня уже ясно, что без знания структуры и функций природных веществ невозможно разработать основы популяционной биологии, создать экологически щадящие системы сохранения урожая и вообще природопользования. Чтобы пояснить это, можно еще раз акцентировать внимание, например, на природных инсектицидах и фунгицидах избирательного действия, которые, во-первых, токсичны только для ограниченного круга вредителей и патогенов, и, во-вторых, быстро утилизируются прир0дньп 1и экосистемами. Применение таких средств вносит минимальные нарушения в экологическое равновесие и дает шанс на ослабление конфликта человека с природой в области сельскохозяйственного производства, лесопользования и т.п. [c.630]

Если развивать концепцию стабильности, или гомеостаза, несколько дальше, чем это сделано в главе 3, то организмы, чьим взаимосвязям в экосистеме свойственна заметная неустойчивость, будут постепенно замещаться другими видами, использующими ресурсы более постоянным и эффективным образом и в меньшей степени разрушающими сообщество и тем самым местообитание. Следует также помшггь, что эволюция — это непрерывный процесс и то, что мы видим, вовсе не конечный результат эволюции. [c.65]

Несмотря на всю сложность этого вопроса, в качестве определяющей переменной нередко используют среднегодовое количество осадков. Такое упрощение, связанное со скудостью климатологических данных (в особенности касающихся прошлых лет), все-таки отчасти оправданно, так как все три рассмотренные переменные тесно взаимосвязаны (Harris, 1980). Чем меньше среднегодовое количество осадков, тем сильнее выражен их сезонный характер и ниже предсказуемость. Засушливые экосистемы нередко характеризуются сильно выраженной сезонно- стью и подвержены локальным и периодическим колебаниям выпадения осадков в более влажных биогеоценозах продолжительность засушливых сезонов незначительна (или таковых здесь вообще не бывает), а ее годовые колебания выражены слабо. Как будет показано в гл. 8, эта сезонность играла важную роль в эволюции ранних гоминид. [c.131]

Другим источником является биологическая фиксация молекулярного азота, которую осуществляют многие группы микроорганизмов. Она безвредна для человека и окружающей среды (в том объеме, в котором она осуществляется в агрофитоценозах и в естественных экосистемах). Большая часть азота в природе фиксируется симбиотическими азотфиксаторами. Они используют продукты фотосинтеза макросимбионта для покрытия энергетических затрат на фиксацию азота и передают связанный азот растению. Способность формировать азотфиксирующие симбиозы, однако, приобрели в процессе эволюции только определенные виды растений и микроорганизмов. [c.54]

Впервые такая цель была, по-видимому, сформулирована в работах А. Лотка [326а] в виде экстремального принципа — эволюция экосистем идет в сторону увеличения суммарного потока энергии через систему, причем в стационарном состоянии достигается его максимально возможное значение. Позднее К- Уатт выразил это положение следующим образом Сообщество животных и растений в любом месте земного шара представляет собой ансамбль видов, который обеспечивает максимальное использование падающей на Землю солнечной радиации при том типе почв, который характерен для данного района [210]. В соответствии с изложенными в разд. 1.7 представлениями об иерархии целей в биосистемах, можно рассмотреть и специфические цели систем экологического уровня. Высшие цели в экосистемах связаны с сохранением темпов производства органического вещества интенсивность использования падающей на Землю солнечной энергии должна поддерживаться на максимально возможном уровне. Сохранение же видового состава и численности отдельных популяций целесообразно лишь постольку, поскольку оно способствует выполнению высших целей — поддержанию максимального темпа- потока энергии через систему. Сохранение видового состава поэтому представляет собой цель второго порядка. [c.60]

Однако, несмотря на большое количество конкретных и обобщающих исследований, вопрос о закономерностях эволюции сообществ далек от решения. С. С. Шварц (1973) писал, что вопрос о соотношении эволюции организмов и эволюции их сообществ,, в конечном итоге биосферы, не только не разработан, но даже подходы к его решению отсутствуют. Ю. И. Чернов (1984а) согласился с этим мнением С. С. Шварца. Признавая в качестве механизма эволюции отбор, действующий иа популяционно-видовом уровне, а не перекомпоновку видов в экосистемах, приходится признать,, что С. С. Шварц и Ю. И. Чернов указали ключевой вопрос, от которого зависит решение проблемы эволюции на биогеоценотическом уровне. В разработке вопроса взгляд с точки зрения популяциониста может оказаться не бесполезным. [c.225]

Вышеизложенные немногочисленные данные о путях формирования и перестройки экосистем в результате эволюции образующих эти экосисте.мы популяций и видов в целом удовлетворительно согласуются между собой. Они косвенно подтверждаются обширным набором сведений о путях адаптации и коадаптации ви--дов. Эти данные о путях повышения устойчивости и конкурентоспособности видов можно считать надежными аргументами, так как виды существуют всегда в составе сообществ. Кроме того, сходство механизмов формирования сообществ арктической зоны, пустын--ных биоценозов, сорной растительности сельскохозяйственных территорий, ценозов, сильно различающихся по иерархическому положению, территориальной протяженности и по физико-географическим условиям, свидетельствует об общности выявленных при помощи эмпирических исследований путей формирования экосистем и эволюции отношений между входящими в эти экосистемы ценопопуляциями различных видов. [c.239]

Каландадзе II. Н Раутиан А, С, Специализация таксонов и устойчивость экосистемы//.Мат-лы I Всесоюз, конф, по проблемам эволюции [c.252]

Определяющим экосистемным фактором является не биопродуктивность, а консервативность видового разнообразия, так как частотные коды высокоорганизованных организмов являются резонансным отражением полевой активности всех элементов экосистемы и, в особенности, кодов микроорганизмов, сформировавшихся на ранних стадиях эволюции. Высокоорганизованный организм не может устойчиво существовать при отсутствии любого из базового набора кодов, т.е. его функций. [c.350]

Значительные изменения в озерной экосистеме были связаны с возросшим в середине 60-х годов поступлением фосфора в водоем преимущественно со сточными водами Волховского алюминиевого завода. Первый этап изучения процесса, играющего в настоящее время наиболее важную роль в развитии экосистемы Ладоги — антропогенного эвтрофирования, — относится к периоду 1975—1980 гг. Исследования проводились Институтом озероведения РАН и завершились монографией Антропогенное эвтрофирование Ладожского озера (1982). Были описаны основные проявления процесса антропогенного эвтрофирования и установлены причины его возникновения. Следующий этап исследований 1981—1990 гг. позволил сформулировать ряд теоретических концепций, необходимых для понимания и прогнозирования тенденций развития водоема. Было оценено принципиальное отличие антропогенного эвтрофирования больших глубоких озер от естественной их эволюции влияние морфометрической неоднородности озерной котловины на формирование лимнических процессов условия возникновения наиболее опасного последствия эвтрофирования — снижения содержания кислорода в воде. Важным итогом исследований было сопоставление масштабов изменений в экосистеме под влиянием хозяйственной деятельности на водосборе с пределами естественной изменчивости и выбор оптимального количества параметров — экологических критериев, на которые можно опираться при анализе, моделировании и прогнозе состояния озера. К этому периоду относится начало разработки математических моделей экосистемы Ладожского озера. Во всех аспектах исследований основное внимание было обращено на взаимосвязи круговоротов фосфора и углерода в озерной экосистеме, так как именно они определяют продукционно-деструкционные соотноше- [c.19]

Таким образом, две более мелководные зоны являются областью первичного накопления веществ в озере, тогда как две глубоководные — областью преобразования этих веществ, вовлечения их в основные круговороты экосистемных процессов или консервации. В трансформации экосистемы как в ходе ее естественной эволюции, так и под влиянием антропогенного пресса каждая из зон играет существенную, но сугубо специфическую роль. Это проявляется во времени возникновения изменений и в различии звеньев экосистемы, отражающих эти изменения. Первоначально любые сдвиги проявляются в прибрежной зоне, преимущественно в изменении концентрации химических веществ и продуктивности автотрофных организмов (водорослей и высшей водной растительности). Весной в части озера между берегом и фронтом термобара изменения распространяются и на часть акватории, входящей в деклинальную зону, зону II. Несколько позже начинаются смена видового состава биоты и интенсификация развития вторичных продуцентов (зоопланктона, зообентоса) и деструкторов (бактерий, водных грибов). В глубоководных зонах большая часть первоначальных изменений как химизма воды, так и биоты сначала про- [c.26]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология