§ 29. Биосфера — экосистема экосистем

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, населённая живыми организмами и преобразуемая их деятельностью. Она является крупнейшей природной системой, потому что объединяет все места, где существует жизнь, и взаимосвязанные экосистемы. Это понятие помогает увидеть природу не как набор отдельных участков, а как целое.

Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы. Растения, животные, грибы и микроорганизмы поглощают вещества, создают из них органические соединения, а затем возвращают их в окружающую среду. Так организмы меняют почву, воду и состав воздуха, поэтому без них биосфера была бы устроена иначе.

Круговорот веществ — многократное перемещение и превращение веществ между живыми организмами и неживой природой. Например, минеральные вещества переходят из почвы в растения, затем — к животным, а после отмирания организмов снова оказываются в среде. Понятие объясняет, как необходимые вещества могут повторно использоваться в природе.

Поток энергии — однонаправленное прохождение энергии через живые системы, при котором часть энергии рассеивается на каждом этапе. Растения получают энергию света, а животные — энергию пищи, но передать её дальше целиком невозможно. Это определение помогает отличать движение энергии от круговорота веществ.

Как это устроено

Биосферу называют экосистемой экосистем, потому что она объединяет природные системы суши и водоёмов. В каждой экосистеме есть организмы и неживая среда, но они не отделены непроницаемыми границами от соседних территорий. Животные могут перемещаться, вода переносит растворённые вещества, а воздушные потоки разносят газы и мелкие частицы. Поэтому совокупность экосистем образует более крупное целое — биосферу.

Организмы связаны не только друг с другом, но и с неживой средой, от которой получают воду, газы и минеральные вещества. Изменение одного звена способно затронуть другие: если уменьшается количество растений, травоядным может не хватить пищи, а вслед за ними изменится численность хищников. Некоторые последствия переходят границы исходной экосистемы, например вместе с водой или мигрирующими животными. Так проявляется взаимосвязь частей биосферы.

Организмы участвуют в круговороте веществ, потому что постоянно обмениваются ими со средой и друг с другом. Растения поглощают воду и минеральные вещества, животные получают вещества с пищей, а выделения и остатки организмов становятся частью неживой природы. Разрушители, например бактерии и грибы, разлагают остатки и возвращают многие вещества в почву и воду. Благодаря этому вещества не исчезают после гибели организма, а вновь становятся доступными другим организмам.

Круговорот веществ и поток энергии — связанные, но разные процессы. Вещество переходит от организма к организму и возвращается в неживую среду, откуда может снова попасть в живые тела. Энергия же поступает в экосистему и передаётся по цепям питания лишь частично: часть расходуется организмами и рассеивается в виде тепла. Поэтому вещества могут использоваться многократно, а энергия не совершает замкнутого цикла и требует постоянного поступления.

На состояние биосферы влияют деятельность организмов и действия человека. Организмы меняют среду в ходе своей жизни, а человек может особенно быстро нарушать связи, например загрязняя воду или уничтожая местообитания. Если последствия затрагивают пищевые связи и перемещение веществ, они способны распространиться за пределы одной экосистемы. Устойчивость биосферы зависит от сохранения связей между её частями: чем сильнее нарушены эти связи, тем труднее природным системам поддерживать привычные процессы.

Экосистема и биосфера как уровни организации живой природы

Сравнивайте системы по одному признаку за раз: так легче заметить, что экосистема ограничена конкретной территорией, а биосфера охватывает всю Землю. Таблица также показывает, что связи живого и неживого есть на обоих уровнях, но отличаются масштабом. Используйте её, чтобы не смешивать отдельный природный комплекс со всей совокупностью экосистем.

Разбор задач

Задача 1. В лесной экосистеме растения поглощают минеральные вещества, а после отмирания организмов вещества возвращаются в почву. Определите, какой процесс описан. Нужно проследить не за одним переносом, а за тем, возвращается ли вещество в неживую среду и может ли снова попасть в организмы. Для этого отметим путь вещества от почвы через живые тела обратно к почве.

1. Минеральные вещества находятся в почве и поглощаются растениями.
2. Вещества входят в состав организмов и перемещаются по связям между живыми существами.
3. После отмирания организмов остатки разлагаются, а вещества возвращаются в почву.

Ответ: описан круговорот веществ. Он связывает живые организмы с неживой природой и позволяет веществам снова участвовать в жизни растений.

Задача 2. Сравните движение вещества и энергии в цепи питания: трава — заяц — лиса. Что происходит с веществом и что — с энергией? Важно рассматривать эти процессы отдельно, хотя оба проходят через звенья одной цепи. Проследим, что передаётся от травы зайцу, затем лисе, и что происходит после использования пищи.

1. Заяц получает от травы вещества, из которых строит своё тело; часть веществ переходит лисе, а остатки и выделения возвращают вещества в среду.
2. Вместе с пищей передаётся энергия, но каждый организм использует её для жизнедеятельности.
3. Часть энергии рассеивается, поэтому к следующему звену поступает не вся энергия предыдущего.

Ответ: вещества могут возвращаться в окружающую среду и снова использоваться, а энергия проходит по цепи в одном направлении и рассеивается. Значит, говорить о круговороте энергии неверно.

Задача 3. Загрязнение реки повлияло на водные организмы, а затем на птиц, питающихся рыбой. Объясните, почему последствия могут затронуть не только одну экосистему. Сначала проследим пищевую связь внутри водоёма, затем выясним, связана ли с рекой среда обитания птиц. Последствие становится шире первоначального, если затронутые организмы перемещаются или служат пищей в другой системе.

1. Загрязнение меняет условия жизни и может повредить водным организмам.
2. Рыбы входят в рацион птиц, поэтому ухудшение состояния рыб отражается на птицах.
3. Птицы могут перемещаться между водоёмами и другими местами обитания, перенося последствия за пределы реки.

Ответ: экосистемы связаны организмами и пищевыми отношениями, поэтому последствия загрязнения могут распространиться дальше водоёма. Это пример того, почему биосферу рассматривают как единую систему взаимосвязанных экосистем.

Типичные ошибки

Ошибка: считать биосферу просто местом обитания организмов. Такое представление упускает, что она включает и живые организмы, и неживую среду, а жизнь преобразует среду. Ошибку допускают, когда замечают только факт присутствия организмов. Проверьте себя: можете ли вы назвать компоненты среды и объяснить, как организмы на них влияют?

Ошибка: смешивать биосферу и экосистему. Экосистема относится к определённой территории или водоёму, а биосфера объединяет все экосистемы Земли. Путаница возникает потому, что у обеих есть живые и неживые компоненты. Чтобы проверить ответ, спросите себя, описывается ли один участок природы или вся оболочка Земли, где существует жизнь.

Ошибка: утверждать, что энергия совершает замкнутый круговорот, как вещества. Энергию организмы передают дальше не полностью, поскольку часть расходуется и рассеивается. Ошибку легко допустить, если перенос энергии по цепи питания сравнивать с повторным использованием веществ. Для самопроверки выясните, возвращается ли энергия к началу цепи: она рассеивается и требует нового поступления.

Ошибка: считать все экосистемы изолированными. Между ними перемещаются организмы и вещества, поэтому изменения могут выйти за границы одного водоёма или участка суши. Такое заблуждение появляется, если воспринимать границу экосистемы как преграду для обмена. Проверьте себя, подумав, могут ли животные перемещаться, а вода и другие вещества переноситься в соседние системы.

Связь с другими темами

Чтобы понять биосферу, нужно знать состав экосистемы: какие в ней есть живые организмы и неживые компоненты. Также пригодится представление о цепях питания, поскольку через них организмы связаны передачей вещества и энергии. Эти знания позволяют проследить, как местные связи складываются в систему более крупного масштаба.

Круговорот веществ и поток энергии понадобятся при дальнейшем изучении экологии и устойчивости экосистем. Они помогают объяснять, почему одни вещества используются повторно, а энергия рассеивается при передаче. Эти понятия важны и для оценки влияния человека: нарушение связей или загрязнение может менять работу экосистем и состояние биосферы.

Что запомнить

• Биосфера объединяет все экосистемы Земли.
• Биосфера включает живые организмы и среду их обитания.
• Организмы связаны друг с другом и с неживой природой.
• Вещества в биосфере многократно переходят из одной формы в другую.
• Энергия проходит через экосистемы однонаправленно и рассеивается.
• Изменения в одной экосистеме могут влиять на другие.