Menciptakan ekosistem buatan untuk kepentingannya sendiri, seseorang harus mengikuti hukum objektif tentang keberadaan dan berfungsinya sistem ekologi alami. Ekosistem alam ada untuk waktu yang lama dan memiliki stabilitas tertentu dalam ruang dan waktu. Untuk menjaga stabilitas ini, perlu untuk menyeimbangkan aliran materi dan energi, proses metabolisme antara organisme hidup dan lingkungan.
Homeostatis(Yunani homoios - serupa, sama; stasis - berdiri) - kemampuan sistem biologis untuk menahan perubahan kondisi kehidupan dan mempertahankan keadaan keseimbangan (Keadaan keseimbangan ekosistem yang stabil bergerak) mis. kemampuan suatu objek biologis untuk mengatur dirinya sendiri ketika kondisi lingkungan berubah; untuk organisme, pelestarian keteguhan lingkungan internal organisme dan stabilitas fungsi fisiologis dasar ketika kondisi eksternal berubah.
Keseimbangan ekologis- ini adalah keadaan ekosistem, di mana komposisi dan produktivitas biocenosis pada titik waktu tertentu paling sesuai dengan kondisi abiotik (tak hidup) - tanah, iklim, dan keberadaan kelembaban.Organisme hidup memiliki sifat mempertahankan beberapa karakteristik mereka dalam batas yang dapat diterima, jika kondisi eksternal yang berubah tidak menjadi bencana. Misalnya, tubuh kita memiliki sistem untuk mempertahankan tekanan dan suhu darah yang cukup konstan.
Perubahan yang dapat dibalik dalam suatu ekosistem, ini adalah perubahan ekosistem sepanjang tahun, dari musim semi ke musim semi, dengan fluktuasi iklim di tahun yang berbeda dan perubahan peran beberapa spesies sehubungan dengan ritme siklus hidup mereka. Dengan perubahan tersebut, komposisi spesies ekosistem tetap terjaga, hanya menyesuaikan dengan fluktuasi faktor eksternal dan internal. Pada musim-musim tertentu dalam setahun, beberapa komponen ekosistem mungkin tidak ada atau jatuh ke dalam keadaan dormansi yang dalam: burung terbang menjauh untuk musim dingin, mengubur benih di tahun kering, hibernasi serangga dan beberapa hewan Ekosistem, seperti organisme, mampu mengatur dan memelihara diri sendiri. Misalnya, ukuran populasi apa pun diatur dalam batas tersebut untuk menghindari kelebihan populasi ekosistem. Seperti dalam sistem teknis, ada dua jenis umpan balik dalam ekosistem. Kritik yang baik Adalah hubungan yang menguatkan penyimpangan yang diperlukan untuk kelangsungan hidup dan pertumbuhan organisme. Umpan balik negatif - ini adalah koneksi yang melemahkan efek faktor-faktor yang menguntungkan dan memungkinkan Anda untuk menghindari, misalnya, pertumbuhan populasi yang cepat dari satu atau beberapa jenis organisme.Dalam ekosistem yang besar dan matang, homeostasis koreksi diri dipertahankan sebagai hasilnya interaksi siklus zat dan aliran energi. Dalam hal ini, ekosistem Bumi dan biosfer itu sendiri berada dalam keadaan stabil, namun stabilitas ekosistem dan tindakan mekanisme pengaturan sendiri memiliki batas, setelah mencapai umpan balik yang intensif menyebabkan kematian sistem.Efek ambang batas – perubahan kecil atau dampak dapat menjadi kritis dan menyebabkan konsekuensi negatif (jika sistem berada di area pra-ambang).
Contoh: kematian besar-besaran pohon setelah kontak yang terlalu lama dengan udara yang tercemar; penggurunan wilayah; intervensi manusia global dalam sirkulasi energi dan zat bumi dengan membakar bahan bakar fosil dalam jumlah yang semakin besar.
Sulit untuk memprediksi bencana ekologi seperti apa yang akan terjadi.
Sebuah ekosistem dapat kehilangan keseimbangan dalam banyak cara. Ini biasanya kebakaran, banjir, atau kekeringan. Setelah ketidakseimbangan seperti itu, ekosistem baru memulihkan dirinya sendiri, dan proses ini teratur dan berulang dalam berbagai situasi.
Apa yang terjadi pada ekosistem yang terganggu? Pada lokasi gangguan, spesies tertentu dan seluruh ekosistem berkembang sedemikian rupa sehingga urutan kemunculan spesies tersebut sama untuk gangguan serupa dan habitat serupa. Penggantian berturut-turut beberapa spesies oleh spesies lain adalah inti dari suksesi ekologis.
Sebagai contoh, Di sebagian besar negara bagian timur laut Amerika Serikat pada abad ke-18, lahan hutan dibuka dan pertanian dibangun di wilayah ini, penanaman tanah ini berlanjut pada abad ke-19, dan pada abad ke-20, pertanian ditinggalkan dan daerah mulai dibuka. berubah menjadi hutan lagi.
Tumbuhan yang dalam perjalanan waktu mengisi ladang muncul dalam urutan yang pasti, sudah diketahui, dan berulang secara ketat. Pada tahun pertama, gulma tahunan dan bibit pohon tunggal tumbuh. Selama beberapa tahun berikutnya, pemukiman spesies tertentu terjadi (ini adalah apa yang disebut "spesies perintis", atau, untuk membuatnya lebih ilmiah, spesies suksesi awal), yang mulai mendominasi.
Spesies pionir yang khas adalah pinus Weymouth. Tumbuh sangat cepat dan bijinya tersebar di area yang luas. Selama beberapa dekade, spesies pionir membentuk hutan lebat.
Tahap selanjutnya adalah munculnya pohon-pohon yang tumbuh baik di bawah naungan spesies pionir, seperti maple. Setelah setengah abad, pohon-pohon pionir menjadi dewasa dan berangsur-angsur mati. Benih mereka tidak bisa lagi berkecambah di bawah tutupan hutan, dan komposisi populasi pohon bergeser ke arah pendatang baru yang tumbuh lambat - yang disebut spesies akhir berturut-turut.
Akhirnya, seluruh hutan terdiri dari spesies pohon ini, seperti yang diamati oleh penduduk New England setiap musim gugur, ketika daun pohon berubah warna dan hutan mengambil karakteristik warna api maple.
Contoh pionir yang tumbuh cepat diikuti oleh kolonisasi dengan spesies yang tumbuh lambat terlihat di banyak ekosistem. Misalnya, pada gumuk pasir pantai yang baru terbentuk, alang-alang pasir muncul lebih dulu. Rumput ini membantu memperkuat bukit pasir sehingga spesies penerus (pertama semak, dan kemudian pohon) dapat berakar di dalamnya.
Suksesi - sebuah proses di mana beberapa komunitas spesies tumbuhan dan hewan digantikan oleh serangkaian komunitas lain, dan biasanya komunitas yang lebih kompleks (penggantian satu biocenosis secara berurutan dengan yang lain, dan dengan itu perubahan ekosistem, yang secara berurutan muncul di wilayah yang sama di bawah pengaruh faktor alam atau manusia).
Ekosistem berubah dari waktu ke waktu (pertumbuhan berlebih dari badan air atau pembukaan lahan).
Membedakan suksesi primer dan suksesi sekunder.
Utama adalah proses pengembangan dan penggantian ekosistem di daerah yang sebelumnya tidak berpenghuni (dengan kata lain, ruang kosong).
Contoh yang menarik suksesi utama mungkin pemukiman pulau Krakatau, yang terletak di Indonesia.
Pada pagi hari Agustus 1883, puncak gunung Krakatau meletus. Letusannya yang eksplosif dan gelombang tsunami dahsyat berikutnya setinggi 40 m merenggut nyawa lebih dari 36 ribu orang. Suara ledakan kemudian terdengar pada jarak 4650 km, gemuruh merobek gendang telinga pelaut 40 km jauhnya, dan efek atmosfer diamati di seluruh dunia. 24 km 3 batu terangkat ke udara. Abu panas menutupi area seluas lebih dari 800 ribu km. Hanya gunung yang tertutup abu yang tersisa dari pulau itu.
Fajar yang intens, yang dihasilkan dari penurunan transparansi atmosfer, telah diamati di sini selama beberapa tahun. Semua makhluk hidup terkubur di bawah aliran lava yang terbakar. Tidak ada tanda-tanda kehidupan yang tersisa. Bahkan spora terkecil dan benih tanaman ditangkap oleh elemen yang mengamuk.
Para ilmuwan telah membuka prospek untuk mempelajari perkembangan kehidupan selama penyelesaian alami substrat batuan gundul yang muncul setelah letusan.
Untuk pertama kalinya, organisme yang menetap di dalamnya disebut pionir.
Jika kita mempertimbangkan suksesi pada lahan-lahan terlantar yang tidak digunakan dalam pertanian, maka kita dapat melihat bahwa bekas ladang dengan cepat ditumbuhi berbagai tanaman tahunan. Bibit spesies pohon juga ada di sini: pinus, cemara, birch, aspen. Mereka dengan mudah dan jarak jauh dibawa oleh angin, serta oleh hewan.
Setelah di tanah yang buruk, benih mulai berkecambah, dan spesies berdaun kecil (birch, aspen) berada di posisi yang paling menguntungkan. Tumbuhan runjung biasanya mati karena perkembangan rerumputan yang cepat, di bawah pengaruh serasah yang membusuk, atau karena banyaknya unsur mineral.
Mula-mula perubahan terjadi dengan cepat, kemudian laju suksesi menurun seiring munculnya tumbuhan, berkembang lebih lambat. Bibit birch membentuk pucuk padat yang menaungi tanah, dan bahkan jika biji cemara tumbuh bersama dengan birch, bibitnya, berada dalam kondisi yang sangat tidak menguntungkan, tertinggal jauh di belakang pohon birch.
Birch fotofil adalah pesaing serius untuk pohon cemara, apalagi, spesifik fitur biologis memberikan keuntungan pertumbuhannya. Birch disebut " pelopor hutan ”, karena hampir selalu yang pertama menetap di lahan yang terganggu dan memiliki kemampuan beradaptasi yang luas.
Birch pada usia 2-3 tahun dapat mencapai ketinggian 100-120 cm, sedangkan pohon Natal pada usia yang sama hampir tidak mencapai 10 cm. Secara bertahap, pada usia 8-10, pohon birch membentuk perkebunan birch yang stabil hingga 10 -12m tinggi.
Di antara kanopi birch yang transparan, pohon cemara juga mulai tumbuh, membentuk semak belukar dengan berbagai tingkat kepadatan. Perubahan juga terjadi di lapisan semak rumput yang lebih rendah. Saat mahkota birch menutup, spesies yang menyukai cahaya yang menjadi ciri dari tahap awal suksesi secara bertahap mulai rontok, memberi jalan kepada yang tahan naungan.
Klasik contoh suksesi primer adalah pertumbuhan berlebih bertahap dari batu dengan hutan atau perubahan ekosistem hutan danau.
Suksesi medan berbatu yang gundul dimulai dengan pelapukan batu di bawah pengaruh faktor abiotik - suhu, kelembaban, sinar matahari. Penghancuran batuan dilanjutkan oleh bakteri, jamur, ganggang, biru-hijau, lumut skala.
Pada tahap awal, penghasil bahan organik adalah alga biru-hijau, alga lichen, dan alga yang hidup bebas. Yang biru-hijau sangat bersahaja, mereka mampu mengasimilasi nitrogen atmosfer secara mandiri. Kemandirian makanan memungkinkan tumbuhan hijau-biru menjelajahi bebatuan tak berpenghuni. Organisme sekarat mereka memperkaya lingkungan dengan nitrogen.
Asam organik yang terbentuk selama kehidupan pemukim utama melarutkan batuan dan berkontribusi pada mineralisasi lapisan tanah yang baru lahir. Sebagai hasil dari aktivitas biocenosis semacam itu, campuran nutrisi senyawa organik dan mineral dengan residu tanaman yang diperkaya dengan nitrogen terakumulasi.
Pada campuran nutrisi, tanaman spora bersahaja yang tidak memiliki akar tumbuh - lumut, lumut lebat (pertumbuhan seperti akar mereka disebut rizoid). Saat vegetasi primitif mati, lapisan tanah tipis terbentuk. Tumbuhan herba muncul - alang-alang, rumput, semanggi, menaungi pemukim pertama dan menghilangkan kelembabannya. Spesies pionir secara bertahap digantikan. Setelah rerumputan, semak muncul, dan tanah disiapkan untuk pengembangan vegetasi berkayu.
Sekunder suksesi adalah pemulihan ekosistem yang pernah ada di wilayah ini (pengembangan komunitas secara berurutan di daerah di mana vegetasi alami telah hancur atau sangat terganggu, tetapi tanah dan sedimen dasar dipertahankan).
Suksesi sekunder muncul di stasiun-stasiun yang telah berpenghuni, tetapi telah kehilangan penghuninya sebagai akibat dari fenomena iklim (glaciation, kebakaran) atau geologi (erosi), serta karena invasi manusia (bajak ladang). Sebagai contoh: suksesi hutan konifer gelap Siberia setelah kebakaran hutan
Suksesi tersebut dapat disebabkan, misalnya, oleh perusakan lokal hutan oleh penyakit, angin topan, letusan gunung berapi, gempa bumi - yang disebut suksesi bencana, atau oleh kebakaran - suksesi pirogenik.
1) bidang → semusim → tanaman keras → semak → muda → hutan ek dewasa.
tanaman liar tanaman liar hutan pinus
Karolina utara; waktu 150 tahun.
2) penebangan → rerumputan → semak dan → hutan gugur → hutan konifer dewasa.
pohon muda (pohon birch)
jalur tengah; waktu 100 tahun.
3) kolam → rawa → padang rumput → hutan ( ratusan tahun).
4) suksesi di wilayah stepa di jalan pedesaan yang ditinggalkan: gulma tahunan - 2–5 tahun; sereal berumur pendek - 3-10 tahun; biji-bijian abadi - 10-20 tahun; sereal matang - 20-40 tahun. Jadi, alam dibutuhkan 20-40 tahun untuk menciptakan komunitas stepa yang matang di tanah kosong Perubahan vegetasi dan kehidupan yang menyertainya juga terjadi di bawah pengaruh perubahan global - fluktuasi aktivitas matahari, perubahan iklim. Suksesi seperti itu disebut berhubung dgn putaran(sekuler). Terakhir, perubahan ekosistem yang paling lambat adalah evolusioner suksesi yang terkait dengan evolusi umum biosfer planet. Satu fase suksesi berlangsung beberapa tahun dan dekade, dan semua tanaman pembentuk lingkungan hanya memiliki waktu untuk memberikan satu atau beberapa generasi. Fase-fase seperti itu disebut perkalian turunan. Fase-fase lain memakan waktu beberapa dekade, tanaman pembentuk lingkungan (mereka disebut edificator dari bahasa Latin edificator - builder) memberikan banyak generasi selama periode ini, dan fase-fase itu disebut jangka panjang.
Suksesi berlangsung menurut hukum-hukum tertentu.
Biasanya, suksesi ditandai dengan proses progresif: tanah terbentuk, tutupan vegetasi berkembang, produktivitas ekosistem meningkat. Perubahan biocenosis disertai dengan peningkatan keanekaragaman spesies mereka.
Penggantian beberapa ekosistem dengan ekosistem lain berlangsung selama beberapa dekade dan abad. Tetapi ada perubahan vegetasi yang lebih lama yang terkait dengan pengembangan diri dari fase akhir bersyarat dari pengembangan proses - klimaks(klimaks kelompok - tangga).
Setiap fase suksesi mengubah lingkungan sedemikian rupa sehingga seolah-olah menggantikan dirinya sendiri. Pada saat yang sama, biotope dan biocenosis yang menyertainya berubah. Proses perubahan biocenosis berlanjut hingga ekosistem mencapai keseimbangan dengan lingkungan (klimaks).
Hasil akhir suksesi adalah ekosistem yang berkembang lebih lambat, yang disebut ekosistem klimaks.
Misalnya, hutan cedar Siberia yang lebat sering berawa, kemudian terjadi depresi, disertai dengan penurunan kelembaban dan bahkan munculnya iklim lokal (bioklimat, atau fitoklimat) di dalamnya, yang mengingatkan pada stepa. Hutan cedar taman seperti itu kembali ditumbuhi dengan tutupan hutan yang lebih lebat, dan proses genangan air dimulai lagi. Proses siklus seperti itu disebut suksesi otomatis
Ekosistem klimaks- biocenosis yang stabil, dalam keseimbangan dengan lingkungan, fase suksesi yang relatif stabil, paling konsisten dengan karakteristik ekologi suatu area pada periode waktu geologis tertentu. Ini adalah ekosistem yang matang.
Contoh sistem seperti itu di iklim panas dan kering adalah gurun, di hutan tropis yang panas dan lembab.
Ekosistem dewasa memiliki ciri-ciri sebagai berikut: Ukuran tanaman - besar; Keanekaragaman spesies tinggi; Struktur trofik - kombinasi produsen, konsumen, dan reduksi; Efisiensi energi tinggi.
Tidak semua kondisi kehidupan di planet ini tetap murni alami. Di beberapa tempat mereka sangat dalam dan tidak dapat diubah oleh manusia. Di sini, dalam kondisi ini, perkembangan suksesi tidak mencapai fase akhir bersyarat alami dari klimaks, tetapi hanya "akhir" antropogenik alami - ekosistem nodal, atau komunitas.
Di beberapa tempat orang begitu sering melanggar alam sehingga cenosis yang terus menerus terganggu seperti itu seolah-olah menjadi terbatas dalam rantai suksesi. Sebagai contoh, padang rumput di lembah sungai, di mana ternak terus-menerus merumput, tidak ditumbuhi semak-semak dan tidak dapat ditumbuhi terlalu banyak, karena semak-semak dan bahkan dasar-dasarnya dihancurkan oleh hewan. Formasi yang stabil secara artifisial seperti itu disebut paraklimaks(gr. pasangan - dekat, di).
Semakin dalam gangguan antropogenik terhadap lingkungan ruang tertentu, semakin awal tahapan suksesi berakhir dengan perkembangan. Ini adalah aturan tingkat penyelesaian suksesi Memang, komunitas nodal bisa diikuti oleh fase menopause Paraklimaks terjadi bahkan pada fase awal suksesi. Pasir sungai kami, jika terus-menerus diinjak-injak oleh wisatawan, akan tetap menjadi pasir kosong - fase paling awal dari suksesi.
Penting faktor stabilisasi ekosistem adalah keragaman genetik individu dalam populasi. Perubahan kondisi lingkungan dapat menyebabkan kematian sebagian besar individu populasi, disesuaikan dengan kondisi keberadaan sebelumnya.
Oleh karena itu, semakin heterogen populasi suatu ekosistem, semakin besar kemungkinan organisme dengan alel yang bertanggung jawab atas munculnya sifat dan sifat yang memungkinkan mereka untuk bertahan hidup dan bereproduksi dalam kondisi baru dan mengembalikan ukuran populasi sebelumnya. Waktu yang diperlukan untuk memulihkan populasi akan tergantung pada laju reproduksi individu, karena perubahan sifat hanya terjadi melalui seleksi pada setiap generasi.
Stabilitas suatu ekosistem juga tergantung pada derajat fluktuasi kondisi lingkungan. Di daerah tropis dan subtropis, kondisi suhu, kelembaban, pencahayaan stabil dan optimal untuk banyak spesies.
Oleh karena itu, ekosistem tropis dengan keanekaragaman hayati organisme yang tinggi termasuk di dalamnya sangat tangguh. Sebaliknya, ekosistem tundra kurang stabil. Mereka dicirikan oleh fluktuasi tajam dalam jumlah populasi spesies yang berbeda.
Perubahan biogeocenosis yang berurutan terjadi dalam urutan yang ketat, yang pelanggarannya oleh intervensi ekonomi tidak selalu mengarah pada hasil yang diinginkan.
Misalnya, menumbuhkan hutan jenis konifera, yang menyediakan bahan baku untuk industri pulp dan kertas, melewati fase hutan gugur, menghadirkan kesulitan yang cukup besar bagi rimbawan. Dalam mengeksploitasi sumber daya alam, seseorang harus mengetahui dan memperhatikan pola perkembangan ekosistem alam.
Kami tidak pernah melakukan satu hal. Setiap gangguan terhadap alam memiliki berbagai konsekuensi sering tidak terduga.
Misalnya: perang melawan malaria tentang. Kalimantan Utara (sekarang Brunei)
1950-an - wabah malaria
1955 - Penyemprotan Dieldrin (pestisida) untuk pengendalian nyamuk
epidemi berhenti, nyamuk menghilang
tetapi: serangga lainnya mati, termasuk. lalat dan kecoa
membunuh kadal kecil yang tinggal di rumah dan memakan kecoa
kucing mati makan kadal mati
tikus berkembang biak dengan cepat
ancaman wabah
untuk memperbaiki situasi, kucing sehat dijatuhkan di pulau dengan parasut.
Terkenal dalam biologi hukum evolusi yang tidak dapat diubah Ahli paleontologi Belgia L. Dollo - tubuh tidak dapat kembali ke keadaan sebelumnya, sudah terwujud di jajaran leluhurnya, bahkan sekali lagi masuk ke habitatnya. Sebagai contoh, ichthyosaurus atau paus, yang secara sekunder beradaptasi dengan kehidupan di lingkungan perairan, mempertahankan semua fitur reptil dan mamalia dan hanya kesamaan eksternal, dan tidak fungsional, dengan jarak mereka. nenek moyang evolusioner- ikan. Pola yang mirip dengan hukum L. Dollo juga ada dalam perkembangan suatu ekosistem. Ini adalah hukum ireversibilitas ekologi-evolusioner - ekosistem yang telah kehilangan beberapa elemennya atau telah digantikan oleh yang lain sebagai akibat dari ketidakseimbangan komponen ekologis tidak dapat kembali ke keadaan semula dalam rangkaian suksesi jika, dalam perjalanannya dari perubahan, perubahan evolusioner terjadi pada komponen ekologinya atau sekelompok spesies menghilang darinya secara permanen atau untuk jangka panjang (secara sistemik). Jika suatu spesies dimusnahkan oleh manusia, ekosistem tempat ia masuk akan berbeda. Dan perubahan ini tidak dapat dibatalkan. Bahkan jika spesies tersebut diaklimatisasi kembali setelah beberapa waktu - kembali ke ekosistem, itu akan tetap berbeda: selama tidak adanya spesies, koneksi baru telah berkembang di dalamnya, hampir tidak mungkin untuk memulihkan jaringan lama mereka - Anda tidak dapat masuk aliran yang sama dua kali.
Mempelajari suksesi dalam ekosistem, para ahli ekologi telah mengidentifikasi tiga mekanisme aksinya:
1. Bantuan. Spesies pionir yang muncul di ekosistem baru memfasilitasi kolonisasi spesies lain selanjutnya. Sebagai contoh, setelah mundurnya gletser, lumut dan beberapa tanaman dengan akar dangkal muncul pertama - yaitu, spesies yang dapat bertahan hidup di tempat yang steril dan miskin nutrisi tanah.
Saat tanaman ini mati, lapisan tanah tumbuh, yang memungkinkan spesies yang terlambat untuk berakar. Demikian juga, pohon awal memberikan naungan dan tempat berlindung bagi pohon suksesi akhir.
2. Penahanan. Kadang-kadang spesies pionir menciptakan kondisi yang memperumit atau bahkan membuat tanaman suksesi terlambat muncul. Ketika permukaan baru muncul di dekat laut (misalnya, sebagai akibat dari pembangunan dermaga beton atau pemecah gelombang), mereka dengan cepat ditumbuhi spesies ganggang pionir, dan spesies tanaman lain tergusur begitu saja.
Penumpukan ini sangat mudah, karena spesies pionir berkembang biak dengan sangat cepat dan segera menutupi semua permukaan yang tersedia, tanpa menyisakan ruang untuk spesies berikutnya. Contoh penahanan aktif - munculnya mustard, tanaman Asia yang telah menyebar ke seluruh Amerika Barat. Gorchak sebagian besar mengalkalisasi tanah di mana ia tumbuh, yang membuatnya tidak cocok untuk banyak rumput liar.
3. Koeksistensi. Akhirnya, spesies pionir mungkin tidak berpengaruh sama sekali pada tanaman berikutnya - tidak menguntungkan maupun merugikan. Secara khusus, ini terjadi jika spesies yang berbeda menggunakan sumber daya yang berbeda dan tumbuh secara independen satu sama lain.
Penting untuk dipahami bahwa keadaan akhir hutan atau bukit pasir tidak berkelanjutan secara lingkungan.
Hutan dewasa biasanya dicirikan oleh pertumbuhan bahan organik total nol. Ini berarti bahwa seiring waktu, karena hilangnya zat di bawah pengaruh proses seperti erosi, hutan secara bertahap akan mulai mati. Omong-omong, sebagian besar hutan memiliki produktivitas maksimum selama paruh pertama siklus suksesi.
Keberlanjutan ekosistem(stabilitas) - kemampuan ekosistem dan bagian-bagian individualnya untuk menahan fluktuasi faktor eksternal dan mempertahankan struktur dan karakteristik fungsionalnya.
Sebagai contoh, dalam ekosistem, jumlah curah hujan berkurang 50% dibandingkan dengan nilai tahunan rata-rata, tetapi produksi tanaman hanya berkurang 25%, dan populasi organisme herbivora - hanya 10%.
Ketahanan terhadap kondisi yang tidak menguntungkan tergantung pada daya tahan organisme, kemampuan mereka untuk bereproduksi dalam berbagai kondisi dan ditingkatkan dengan kemungkinan restrukturisasi rantai makanan di komunitas kaya.
Stabilitas ekosistem menurun dengan menipisnya komposisi spesies. Yang paling stabil adalah hutan tropis yang kaya akan kehidupan (lebih dari 8000 spesies tumbuhan), hutan beriklim sedang (2000 spesies) cukup stabil, tundra biocenosis (500 spesies) kurang stabil, ekosistem pulau-pulau samudera tidak cukup stabil. Kebun bahkan kurang stabil, dan ladang yang ditabur tidak bisa ada sama sekali tanpa dukungan manusia, mereka dengan cepat ditumbuhi rumput liar dan dihancurkan oleh hama.
Membicarakan tentang keberlanjutan ekosistem , atau stabilitasnya, kita harus mencatat bahwa ada dua jenis stabilitas:
1. tahan kemantapan(menolak gangguan, mempertahankan struktur dan fungsinya, kemampuan untuk tetap stabil di bawah tekanan)
2. elastis kemantapan(kemampuan untuk pulih dengan cepat, pulih setelah struktur dan fungsi terganggu).
Untuk ekosistem, kedua tipe resiliensi ini tidak dapat berkembang sepenuhnya pada saat yang bersamaan. Jadi, hutan sequoia California cukup tahan terhadap kebakaran (pohon-pohon ini dicirikan oleh kulit kayu yang tebal dan adaptasi lainnya), tetapi jika tetap terbakar, ia pulih sangat lambat atau tidak pulih sama sekali.
Sebaliknya, chaparral California berdiri dengan sangat mudah terbakar (resistensi resistansi rendah), tetapi pulih dengan cepat (resistensi elastis yang sangat baik).
Keberlanjutan ekosistem adalah karena efektivitas tindakan mekanisme internal ekosistem. Kinerja fungsi penyangga kehidupan suatu ekosistem tidak hanya satu, tetapi oleh beberapa spesies atau komponen meningkatkan stabilitas ekosistem.
|
Efisiensi pengaturan diri ditentukan oleh keragaman spesies dan hubungan makanan di antara mereka. Jika jumlah salah satu konsumen utama berkurang, maka dengan berbagai spesies, pemangsa beralih ke memakan lebih banyak hewan, yang sebelumnya merupakan sekunder bagi mereka. Rantai makanan yang panjang sering berpotongan, menciptakan kemungkinan variasi dalam hubungan makanan tergantung pada hasil panen, jumlah korban, dll. Harimau dan singa, tanpa adanya ungulata, hidup dengan hewan yang lebih kecil dan bahkan makanan nabati. Elang peregrine berburu di udara, dan selama reproduksi massal lemming, ia mulai memakan hewan-hewan ini, mengambilnya dari tanah. Rantai: tumbuhan - tikus - ular - elang dapat disingkat menjadi: tumbuhan - tikus - elang. Pada tahun-tahun yang lebih menguntungkan, jumlah spesies dipulihkan, dan hubungan makanan dalam biocenosis dinormalisasi. Pada tahun-tahun yang baik, jumlah herbivora meningkat. Predator yang diberi makanan berkembang biak dengan cepat. Penurunan jumlah herbivora menciptakan defisit nutrisi di antara spesies karnivora, dan mereka hampir tidak bereproduksi dalam beberapa tahun dengan sedikit makanan. Setiap beberapa tahun, populasi lemming di tundra meningkat secara dramatis. Lemmings memakan vegetasi tundra. Zat tanaman masuk ke dalam detritus melalui organisme hewan dan hanya beberapa tahun setelah mineralisasi membentuk tanah subur dengan tutupan vegetasi yang kaya dan bergizi. Lemming sedang naik daun lagi. Pada tahun-tahun dengan sedikit makanan, jumlah mereka berkurang secara intensif tidak hanya karena kekurangan nutrisi, tetapi juga oleh pemangsa yang berkembang biak dengan cepat - rubah kutub, rubah, dan burung hantu. Dengan demikian, tanaman, lemming, dan predator melakukan pengaturan mandiri ekosistem tundra, menjaga stabilitas dan umur panjangnya. Gangguan yang tidak masuk akal dengan ekosistem alam menyebabkan konsekuensi yang tidak terduga dan menyedihkan. Di pertengahan abad kesembilan belas. di salah satu peternakan di Australia, 12 pasang kelinci yang dibawa dari Eropa dilepasliarkan. Di ekosistem Australia, tidak ada cukup predator yang dapat mengatur jumlah mereka, dan selama 40 tahun populasi kelinci telah berkembang menjadi beberapa ratus juta individu. Kelinci menetap di seluruh daratan, memakan bibit pinus, menghancurkan padang rumput dan padang rumput, merusak basis makanan herbivora lokal - kanguru. Tupai Teleutka yang menetap di hutan Krimea secara signifikan mengurangi regenerasi alami mereka dan mulai menyebabkan kerusakan pada kebun anggur. Tupai telah kehilangan nilai komersialnya, bulunya yang halus di iklim yang hangat menjadi pendek dan kasar. Aklimatisasi rakun Ussuri di biocenosis bagian Eropa Rusia menyebabkan konsekuensi yang merugikan. Terlepas dari kesamaan kondisi iklim, hewan-hewan itu telah kehilangan kualitas berharga dari bulu mereka. Di hutan, mereka mengurangi jumlah burung pemburu, terutama belibis hitam, memusnahkan sarang dan induknya. Rakun mulai hidup di dekat pemukiman, menyerang burung dan hewan peliharaan kecil. Dalam proses aklimatisasi salmon merah muda di sungai-sungai di wilayah barat laut Rusia, karena persaingan untuk makanan dan tempat bertelur, jumlah salmon lokal telah sangat berkurang. Untuk memerangi larva nyamuk anopheles di sungai-sungai wilayah Laut Aral pada tahun 40-50-an, seekor ikan nyamuk dibiakkan, yang secara tak terduga secara intensif mengurangi jumlah ikan komersial, berhasil bersaing dengan mereka dalam berburu hewan kecil. Spesies introduksi adalah salah satu alasan utama kepunahan vertebrata. 22 spesies mamalia, 160 spesies burung, 1.300 spesies serangga, lebih dari 2.000 spesies tanaman berbunga diimpor ke Kepulauan Hawaii. Spesies yang diintroduksi menjadi alasan utama kepunahan 30% burung asli, 34% moluska, dan hingga 70% spesies flora Hawaii dalam bahaya kepunahan. Masalah memulihkan pengaturan diri alami dalam biocenosis sangat penting saat ini, ketika banyak spesies berada di ambang kepunahan, dan wilayah alami telah kehilangan penampilan luar biasa mereka. |
Halaman saat ini: 4 (total buku memiliki 44 halaman) [bagian yang tersedia untuk dibaca: 29 halaman]
2.4. Homeostatis
Homeostasis (dari bahasa Yunani.homoios - sama,status - keadaan) - kemampuan sistem biologis untuk menahan perubahan dan mempertahankan keteguhan dinamis relatif dari struktur dan sifat mereka. Mempertahankan homeostasis adalah kondisi yang sangat diperlukan untuk keberadaan sel dan organisme individu, dan seluruh komunitas biologis dan ekosistem.
Dalam homeostasis (kestabilan) sistem kehidupan, ada:
ketahanan(vitalitas, toleransi (lihat Bagian 3.2.2) - kemampuan untuk menahan perubahan lingkungan tanpa melanggar sifat dasar sistem;
elastisitas(resistensi, resistensi) - kemampuan untuk dengan cepat kembali ke keadaan normal secara mandiri dari keadaan tidak stabil, yang muncul sebagai akibat dari efek buruk eksternal pada sistem.
Konsep "homeostasis" banyak digunakan dalam ekologi untuk mengkarakterisasi stabilitas berbagai sistem. Homeostasis sel ditentukan oleh kondisi fisikokimia tertentu, berbeda dari lingkungan eksternal; homeostasis organisme multiseluler - menjaga keteguhan lingkungan internal. Konstanta homeostasis hewan adalah volume, komposisi darah dan cairan tubuh lainnya.
Homeostasis populasi ditentukan oleh pemeliharaan struktur spasial, kepadatan dan keragaman genetik. Karena regulasi homeostatis, kekonstanan komposisi dan jumlah populasi dalam komunitas dipertahankan.
Pada tingkat ekosistem, homeostasis dimanifestasikan dalam bentuk interaksi antar spesies yang paling stabil, yang diekspresikan dalam kemampuan beradaptasi dengan karakteristik lingkungan dan mempertahankan siklus siklus nutrisi. Seseorang bahkan dapat mempertimbangkan homeostasis biosfer, di mana interaksi berbagai organisme mempertahankan keteguhan komposisi gas atmosfer, komposisi tanah, komposisi dan konsentrasi garam lautan dunia, dll.
Homeostasis dipastikan oleh kerja mekanisme pengaturan yang bertindak berdasarkan prinsip umpan balik negatif. Kemudian, dengan menggunakan istilah sibernetik, gangguan pada fungsi sistem kehidupan harus dinyatakan sebagai munculnya "gangguan" atau "kebisingan" di saluran umpan balik.
Peran gangguan dapat dimainkan oleh berbagai faktor, misalnya, kondisi cuaca, aktivitas manusia, dll. Perubahan tajam dalam karakteristik lingkungan, di mana mereka (atau salah satunya) melampaui batas yang diizinkan, disebut tekanan lingkungan.
Tentu saja, mekanisme pengaturan khusus berbeda untuk sel tubuh, populasi, dan ekosistem, tetapi selalu hasil pengaturan sendiri dan pemeliharaan homeostasis adalah keseimbangan dan konsistensi yang jelas dari fungsi semua elemen sistem biologis.
2.5. Spesies biologis
Pembagian seluruh keanekaragaman hewan dan tumbuhan menjadi spesies adalah cara penggambaran yang teratur tentang alam yang hidup, berdasarkan identifikasi struktur hierarkis unsur-unsurnya.
Dalam kebanyakan kasus, individu dari spesies yang berbeda dibedakan oleh penampilan, perilaku, fisiologi. Namun, perbedaan eksternal, bahkan yang signifikan, tidak cukup untuk membedakan suatu spesies. Jika individu dari dua kelompok organisme yang berbeda, dengan perbedaan yang paling signifikan penampilan mampu, dengan persilangan, untuk memberikan keturunan (yaitu, pertukaran gen dimungkinkan), maka mereka adalah satu spesies. Sebaliknya, individu yang tidak mampu memberikan keturunan ketika disilangkan diklasifikasikan sebagai spesies yang berbeda.
Melihat- sekumpulan individu yang mampu melakukan persilangan dan membentuk keturunan yang fertil, mendiami suatu daerah tertentu (daerah sebaran geografis), mempunyai sejumlah ciri morfo-fisiologis yang sama dan jenis hubungan dengan lingkungan abiotik dan biotik, terpisah dari kelompok individu serupa lainnya dengan hampir tidak adanya bentuk hibrida. Spesies adalah tahap kualitatif dalam proses evolusi (lihat Bagian 3.33).
Aturan di atas untuk menentukan spesies (seperti semua skema ilmiah lainnya yang menggambarkan manifestasi kehidupan yang sangat beragam) memiliki pengecualian.
Kontrol pertanyaan dan tugas
2.1. Apa itu homeostatis?
2.2. Berikan contoh daya tahan dan ketahanan organisme.
2.3. Perubahan apa yang terjadi pada materi dan energi selama fotosintesis dan pertumbuhan tanaman?
2.4. Apa persamaan dan perbedaan antara proses fotosintesis dan kemosintesis?
2.5. Sebutkan jenis-jenis pernapasan utama.
2.6. Sebutkan sumber pasokan energi tunggal dan universal untuk sel.
2.7. Apa organisme produsen dan apa perannya dalam ekosistem?
2.8. Jelaskan hubungan antara organisme penghasil, organisme pemakan, dan organisme perusak!
2.9. Apa peran air dalam kehidupan sel?
2.10. Berikan definisi spesies biologis. Apakah ada pengecualian untuk aturan penentuan spesies ini?
FAKTOR LINGKUNGAN
Kehidupan tidak dapat dipisahkan dari lingkungan. Setiap organisme individu, sebagai sistem biologis yang independen, terus-menerus dalam hubungan langsung atau tidak langsung dengan berbagai komponen dan fenomena lingkungannya atau, dengan kata lain, lingkungan yang mempengaruhi keadaan dan sifat organisme.
Rabu- salah satu konsep ekologi dasar, yang berarti seluruh spektrum elemen dan kondisi di sekitar organisme di bagian ruang tempat organisme itu hidup, segala sesuatu di antaranya ia hidup dan yang berinteraksi langsung dengannya. Pada saat yang sama, organisme, setelah beradaptasi dengan kompleks kondisi spesifik tertentu, dalam proses kehidupan, secara bertahap mengubah kondisi ini, yaitu lingkungan keberadaan mereka.
3.1. Faktor lingkungan dan tindakannya
Ekologis faktor- setiap elemen lingkungan yang mampu secara langsung atau tidak langsung mempengaruhi organisme hidup, setidaknya pada salah satu tahap perkembangan individunya, disebut faktor ekologis.
Faktor lingkungan beragam, dengan masing-masing faktor merupakan kombinasi dari kondisi lingkungan yang sesuai dan sumber dayanya (stok di lingkungan).
Faktor lingkungan dari lingkungan (Gbr. 3.1) biasanya dibagi menjadi dua kelompok:
Faktor alam inert (mati) - abiotik atau abiogenik;
Faktor satwa liar - biotik atau biogenik.
Di lain pihak, menurut asalnya, keduanya bersifat alami dan antropogenik, yaitu terkait langsung atau tidak langsung dengan aktivitas manusia, yang tidak hanya mengubah cara faktor lingkungan alam, tetapi juga menciptakan yang baru, mensintesis pestisida, pupuk, Bahan bangunan, obat-obatan, dll.
Beras. 3.1. Klasifikasi faktor lingkungan
Diketahui bahwa dasar untuk membangun sistem istilah harus didasarkan pada klasifikasi yang cukup luas, yang mencakup semua konsep dalam interkoneksi dan pengembangannya. Kompleksitas yang luar biasa, keterkaitan dan saling ketergantungan fenomena di alam membuatnya sulit untuk diklasifikasikan dalam ekologi. Seiring dengan klasifikasi faktor lingkungan di atas, ada banyak faktor lain (kurang umum), di mana lainnya fitur... Jadi, dibedakan faktor yang bergantung dan tidak bergantung pada jumlah dan kepadatan organisme. Misalnya, pengaruh faktor iklim makro tidak dipengaruhi oleh jumlah hewan atau tumbuhan, dan epidemi (penyakit massal) yang disebabkan oleh mikroorganisme patogen tergantung pada jumlah mereka di wilayah tertentu. Ada klasifikasi yang dikenal di mana semua faktor antropogenik diklasifikasikan sebagai biotik.
3.1.1. Faktor abiotik
Di bagian abiotik habitat (di alam mati), semua faktor terutama dapat dibagi menjadi fisik dan kimia. Namun, untuk memahami esensi dari fenomena dan proses yang sedang dipertimbangkan, akan lebih mudah untuk mewakili faktor abiotik sebagai seperangkat faktor iklim, topografi, kosmik, serta karakteristik komposisi lingkungan (akuatik, terestrial, atau tanah), dll.
3.1.1.1. Faktor iklim utama
Energi matahari. Ini menyebar di ruang angkasa dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Untuk organisme, panjang gelombang radiasi yang dirasakan, intensitas dan durasi paparannya penting.
Sekitar 99% dari semua energi radiasi matahari terdiri dari sinar dengan panjang gelombang = 170 ... 4000 nm, termasuk 48% bagian spektrum yang terlihat (λ = 390 ... 760 nm), 45% dari inframerah dekat (λ = 760 ... 4000 nm) dan sekitar 7% - untuk ultraviolet (< 400 нм).
Sinar dengan = 380… 710 nm sangat penting untuk fotosintesis. Radiasi matahari gelombang panjang (inframerah jauh) (λ> 4000 nm) secara tidak signifikan mempengaruhi proses vital organisme.
Sinar ultraviolet dengan > 320 nm dalam dosis kecil diperlukan untuk hewan dan manusia, karena di bawah aksinya vitamin D terbentuk di dalam tubuh.< 290 нм губительно для живого, но до поверхности Земли оно не доходит, поглощаясь озоновым слоем атмосферы.
Saat melewati udara atmosfer, sinar matahari (Gbr. 3.2) dipantulkan, dihamburkan, dan diserap. Salju murni memantulkan sekitar 80-95% sinar matahari, tercemar - 40-50%, tanah chernozem - hingga 5%, tanah kering ringan - 35-45%, hutan jenis konifera - 10-15%. Namun, iluminasi permukaan bumi berfluktuasi secara signifikan tergantung pada waktu tahun dan hari, garis lintang geografis, paparan kemiringan, keadaan atmosfer, dll.
Karena rotasi Bumi, waktu terang dan gelap dalam sehari bergantian secara berkala. Pembungaan, perkecambahan biji pada tumbuhan, migrasi, hibernasi, reproduksi hewan dan banyak lagi di alam terkait dengan durasi fotoperiode (panjang hari). Kebutuhan cahaya untuk tanaman menentukan pertumbuhan tinggi mereka yang cepat, struktur hutan yang berjenjang. Tanaman air menyebar terutama di lapisan permukaan badan air.
Beras. 3.2. Keseimbangan radiasi matahari di permukaan bumi pada siang hari
Suhu. Suhu terutama terkait dengan radiasi matahari, tetapi dalam beberapa kasus ditentukan oleh energi sumber panas bumi.
Di bawah titik beku sel hidup rusak secara fisik oleh kristal es yang terbentuk dan mati, dan ketika suhu tinggi terjadi denaturasi enzim. Sebagian besar tumbuhan dan hewan tidak dapat menahan suhu tubuh negatif. Batas suhu atas untuk kehidupan jarang naik di atas 40–45 ° C.
Dalam kisaran antara batas ekstrim, laju reaksi enzimatik (dan karenanya laju metabolisme) berlipat ganda dengan setiap kenaikan suhu 10 ° C. Sebagian besar organisme mampu mengontrol (mempertahankan) suhu tubuh, dan terutama organ yang paling vital. Organisme seperti itu disebut homeotermal- berdarah panas (dari bahasa Yunani. homoios- serupa, tema- kehangatan), berbeda dengan poikilotermik- berdarah dingin (dari bahasa Yunani. poikilos- beragam, dapat diubah, bervariasi), memiliki suhu yang bervariasi, tergantung pada suhu sekitar.
Di lingkungan akuatik, karena kapasitas panas air yang tinggi, perubahan suhu tidak terlalu mendadak dan kondisi lebih stabil daripada di darat. Diketahui bahwa di daerah di mana suhu sangat bervariasi pada siang hari, serta di musim yang berbeda, keanekaragaman spesies lebih sedikit daripada di daerah dengan suhu harian dan tahunan yang lebih konstan.
Suhu, seperti intensitas cahaya, tergantung pada garis lintang, musim, waktu, dan paparan lereng. Suhu ekstrem (rendah dan tinggi) diperparah oleh angin kencang.
Perubahan suhu ketika naik di udara atau tenggelam di lingkungan perairan disebut stratifikasi suhu. Biasanya, dalam kedua kasus, ada penurunan suhu yang terus menerus dengan gradien tertentu. Namun, ada opsi lain. Jadi, di musim panas air permukaan memanas lebih dalam. Sehubungan dengan penurunan yang signifikan dalam kerapatan air saat memanas, sirkulasinya dimulai di lapisan permukaan yang dipanaskan tanpa bercampur dengan air dingin yang lebih padat dari lapisan bawah. Akibatnya, zona perantara dengan gradien suhu yang tajam terbentuk antara lapisan hangat dan dingin. Semua ini mempengaruhi penempatan organisme hidup dalam air, serta transfer dan dispersi pengotor yang masuk.
Fenomena serupa terjadi di atmosfer, ketika lapisan udara yang didinginkan bergerak ke bawah dan berada di bawah lapisan yang hangat, mis. inversi suhu berkontribusi terhadap akumulasi polutan di lapisan udara permukaan.
Pembalikan ini difasilitasi oleh beberapa fitur relief, misalnya, lubang dan lembah. Itu terjadi ketika ada zat pada ketinggian tertentu, misalnya aerosol, dipanaskan langsung oleh radiasi matahari langsung, yang menyebabkan pemanasan lebih intens pada lapisan udara atas.
Dalam lingkungan tanah, stabilitas harian dan musiman (fluktuasi) suhu bergantung pada kedalaman (Gbr. 3.3). Gradien suhu (serta kelembaban) yang signifikan memungkinkan penghuni tanah untuk menyediakan lingkungan yang menguntungkan bagi diri mereka sendiri melalui gerakan kecil.
Beras. 3.3. Penurunan fluktuasi tahunan suhu tanah dengan kedalaman
Keberadaan dan jumlah organisme hidup dapat mempengaruhi suhu. Misalnya, di bawah kanopi hutan atau di bawah daun tanaman individu, suhu yang berbeda terjadi.
Curah hujan, kelembaban. Air sangat penting bagi kehidupan di Bumi, di rencana ekologi itu unik (lihat Bagian 2.1, 2.2). Di bawah kondisi geografis yang hampir identik, ada gurun panas dan hutan tropis di Bumi (Gbr. 3.4). Perbedaannya hanya terletak pada jumlah curah hujan tahunan: dalam kasus pertama, 0,2-200 mm, dan yang kedua, 900-2000 mm.
Curah hujan, berkaitan erat dengan kelembaban udara, adalah hasil kondensasi dan kristalisasi uap air di lapisan atmosfer yang tinggi. Embun dan kabut terbentuk di lapisan permukaan udara, dan pada suhu rendah, kristalisasi kelembaban diamati - embun beku atau salju turun.
Salah satu fungsi fisiologis dasar dari setiap organisme adalah untuk mempertahankan tingkat air yang memadai dalam tubuh. Dalam proses evolusi, organisme telah mengembangkan berbagai adaptasi untuk ekstraksi dan penggunaan air yang ekonomis, serta untuk mengalami periode kering. Beberapa hewan gurun menerima air dari makanan, yang lain melalui oksidasi lemak yang disimpan tepat waktu (misalnya, unta, yang mampu memperoleh 107 g air metabolik dari 100 g lemak dengan oksidasi biologis); pada saat yang sama, mereka memiliki permeabilitas air minimal pada penutup luar tubuh, terutama pada malam hari, dll. Dengan kekeringan berkala, merupakan karakteristik untuk jatuh ke keadaan istirahat dengan tingkat metabolisme minimum.
Beras. 3.4. Ketergantungan jenis vegetasi pada kondisi iklim
Tumbuhan darat mendapatkan air terutama dari tanah. Curah hujan yang rendah, drainase yang cepat, penguapan yang intens, atau kombinasi dari faktor-faktor ini menyebabkan pengeringan, dan kelembaban yang berlebihan menyebabkan genangan air dan genangan air tanah.
Keseimbangan kelembaban tergantung pada perbedaan antara jumlah curah hujan dan jumlah air yang diuapkan dari permukaan tanah dan tanaman (dengan transpirasi). Pada gilirannya, proses penguapan secara langsung bergantung pada kelembaban relatif udara atmosfer. Pada kelembaban mendekati 100%, penguapan praktis berhenti, dan jika suhu juga menurun, maka proses sebaliknya dimulai - kondensasi (bentuk kabut, embun dan embun beku jatuh).
Selain dicatat, kelembaban udara sebagai faktor lingkungan pada nilai ekstremnya (kelembaban tinggi dan rendah), ia meningkatkan efek (memperburuk efek) suhu pada tubuh.
Saturasi udara dengan uap air jarang mencapai nilai maksimumnya. Defisit kelembaban adalah perbedaan antara saturasi maksimum yang mungkin dan benar-benar ada pada suhu tertentu. Ini adalah salah satu parameter lingkungan yang paling penting, karena mencirikan dua kuantitas sekaligus: suhu dan kelembaban. Semakin tinggi defisit kelembaban, semakin kering dan hangat, dan sebaliknya.
Rezim presipitasi adalah faktor terpenting yang menentukan migrasi polutan di lingkungan alam dan pencuciannya dari atmosfer.
Mobilitas lingkungan. Penyebab pergerakan massa udara (angin) terutama adalah pemanasan permukaan bumi yang tidak merata, yang menyebabkan penurunan tekanan, serta rotasi bumi. Angin diarahkan ke udara yang lebih hangat.
Angin adalah faktor terpenting dalam penyebaran jarak jauh dari sumber air, benih, spora, pengotor kimia, dll., termasuk transportasi lintas batas.
Angin mempercepat transpirasi (penguapan uap air dari bagian tanah tanaman), yang terutama memperburuk kondisi kehidupan pada kelembaban rendah. Selain itu, secara tidak langsung mempengaruhi semua organisme hidup di tanah, berpartisipasi dalam proses pelapukan dan erosi.
Mobilitas dalam ruang dan pencampuran massa air berkontribusi untuk menjaga homogenitas relatif (keseragaman) karakteristik fisik dan kimia badan air. Kecepatan rata-rata arus permukaan berada dalam kisaran 0,1–0,2 m / s, mencapai di tempat-tempat 1 m / s, di dekat Gulf Stream - 3 m / s.
Tekanan. Tekanan atmosfer normal adalah tekanan absolut di permukaan Samudra Dunia 101,3 kPa, setara dengan 760 mm Hg. Seni. atau 1 atm. Ada daerah konstan tekanan atmosfer tinggi dan rendah di dalam dunia, dan fluktuasi musiman dan harian diamati pada titik yang sama. Dengan peningkatan ketinggian relatif terhadap permukaan laut, tekanan menurun, tekanan parsial oksigen menurun, dan transpirasi pada tumbuhan meningkat.
Secara berkala, daerah tekanan berkurang terbentuk di atmosfer dengan arus udara yang kuat bergerak dalam spiral ke pusat, yang disebut siklon. Mereka dicirikan oleh curah hujan yang besar dan cuaca yang tidak stabil. Fenomena alam yang berlawanan disebut antisiklon. Mereka dicirikan oleh cuaca yang stabil, angin sepoi-sepoi dan, dalam beberapa kasus, pembalikan suhu. Dengan antisiklon, terkadang kondisi meteorologi yang tidak menguntungkan muncul, berkontribusi pada akumulasi polutan di lapisan permukaan atmosfer.
Ada juga tekanan atmosfer laut dan benua.
Tekanan di lingkungan akuatik meningkat dengan perendaman. Karena secara signifikan (800 kali) lebih besar daripada udara, kerapatan air untuk setiap kedalaman 10 m di reservoir air tawar, tekanan meningkat sebesar 0,1 MPa (1 atm). Tekanan absolut di dasar Palung Mariana melebihi 110 MPa (1100 atm).
Radiasi pengion. Radiasi pengion disebut radiasi yang membentuk pasangan ion ketika melewati suatu zat; Latar Belakang - radiasi yang dihasilkan oleh sumber alam. Ini memiliki dua sumber utama: radiasi kosmik dan isotop radioaktif dan unsur-unsur dalam mineral kerak bumi, yang pernah muncul dalam proses pembentukan zat bumi. Karena waktu paruh yang panjang, inti dari banyak unsur radioaktif primordial telah terawetkan di perut Bumi hingga saat ini. Yang paling penting adalah potasium-40, thorium-232, uranium-235 dan uranium-238. Di bawah pengaruh radiasi kosmik, inti atom radioaktif baru terus terbentuk di atmosfer, yang utamanya adalah karbon-14 dan tritium.
Latar belakang radiasi lanskap adalah salah satu komponen tak terpisahkan dari iklimnya. Semua sumber radiasi pengion yang diketahui mengambil bagian dalam pembentukan latar belakang (Gbr. 3.5), namun kontribusi masing-masing sumber terhadap dosis radiasi total bergantung pada titik geografis tertentu. Manusia sebagai penghuni lingkungan alam menerima sebagian besar radiasi dari sumber radiasi alam, dan hal ini tidak dapat dihindari. Semua kehidupan di Bumi telah terpapar radiasi dari Kosmos sepanjang sejarah keberadaan dan telah beradaptasi dengan ini.
Beras. 3.5. Dosis radiasi yang diterima, mrad/g. (pada N.F. Reimers): 1- sinar kosmik; 2 - sinar- internal dan radiasi 40K yang terkandung dalam organisme hidup; 3 - radiasi dari sumber eksternal lokal
Lanskap gunung, karena ketinggiannya, dicirikan oleh peningkatan kontribusi radiasi kosmik. Gletser, bertindak sebagai perisai penyerap, menjebak radiasi batuan dasar di bawahnya dalam massanya. Perbedaan ditemukan pada kandungan aerosol radioaktif di atas laut dan darat. Radioaktivitas total udara laut ratusan dan ribuan kali lebih kecil daripada radioaktivitas udara kontinental.
Ada daerah di Bumi yang intensitas radiasinya puluhan kali lebih tinggi dari nilai rata-rata, misalnya daerah deposit uranium dan thorium. Tempat-tempat seperti itu disebut provinsi uranium dan thorium. Tingkat radiasi yang stabil dan relatif lebih tinggi diamati di tempat-tempat di mana batuan granit muncul.
Proses biologis yang menyertai pembentukan tanah secara signifikan mempengaruhi akumulasi zat radioaktif di tanah. Dengan kandungan zat humat yang rendah, aktivitasnya lemah, sementara chernozem selalu dibedakan oleh aktivitas spesifik yang lebih tinggi. Ini sangat tinggi di tanah chernozem dan padang rumput yang terletak dekat dengan granit massif. Menurut tingkat peningkatan aktivitas spesifik tanah, secara kasar dapat diatur dalam urutan berikut: gambut; tanah di zona stepa dan hutan-stepa; bumi hitam; tanah berkembang pada granit.
Pengaruh fluktuasi periodik dalam intensitas radiasi kosmik di dekat permukaan bumi pada dosis radiasi organisme hidup praktis tidak signifikan.
Di banyak bagian dunia, tingkat dosis paparan akibat radiasi uranium dan thorium mencapai tingkat radiasi yang ada di Bumi dalam waktu yang dapat diperkirakan secara geologis, di mana evolusi alami organisme hidup terjadi. Secara umum, radiasi pengion memiliki efek yang lebih merusak pada organisme yang sangat berkembang dan kompleks, dan seseorang sangat sensitif. Beberapa zat didistribusikan secara merata ke seluruh tubuh, seperti karbon-14 atau tritium, sementara yang lain menumpuk di organ tertentu. Jadi, radium-224, -226, timbal-210, polonium-210 terakumulasi dalam jaringan tulang... Gas inert radon-220, yang terkadang keluar tidak hanya dari endapan di litosfer, tetapi juga dari mineral yang ditambang oleh manusia dan digunakan sebagai bahan bangunan, memiliki efek kuat pada paru-paru.
Zat radioaktif dapat terakumulasi dalam air, tanah, curah hujan atau udara jika laju masuknya melebihi laju peluruhan radioaktif. Pada organisme hidup, akumulasi zat radioaktif terjadi ketika tertelan bersama makanan (“aturan amplifikasi biotik”, lihat Bagian 5.1.3).
HOMEOSTASIS, homeostasis (dari rumah... dan Yunani statis- imobilitas, keadaan), kemampuan sistem biologis untuk menahan perubahan dan mempertahankan keteguhan komposisi dan sifat relatif dinamis. Istilah "Homeostasis" diusulkan oleh W. Cannon pada tahun 1929 untuk mengkarakterisasi keadaan dan proses yang menjamin stabilitas organisme. Namun, gagasan tentang keberadaan mekanisme fisiologis yang bertujuan untuk menjaga keteguhan lingkungan internal tubuh diungkapkan pada paruh kedua abad ke-19 oleh C. Bernard, yang mempertimbangkan stabilitas kondisi fisikokimia di lingkungan internal. sebagai dasar kebebasan dan kemandirian makhluk hidup dalam lingkungan luar yang terus berubah. Fenomena homeostasis diamati pada berbagai tingkat organisasi biologis.
Homeostasis fisiologis. Munculnya kehidupan di Bumi, munculnya organisme uniseluler dikaitkan dengan pembentukan dan pemeliharaan terus menerus dalam sel sepanjang hidup kondisi fisik dan kimia tertentu yang berbeda dari kondisi lingkungan. Dalam organisme multiseluler, lingkungan internal muncul, di mana sel-sel dari berbagai organ dan jaringan berada, pengembangan dan peningkatan mekanisme homeostasis terjadi. Selama evolusi, organ khusus sirkulasi darah, pernapasan, pencernaan, ekskresi, dll., Terbentuk, yang terlibat dalam mempertahankan homeostasis. Invertebrata laut memiliki mekanisme homeostatis untuk menstabilkan volume, komposisi ionik, dan pH cairan internal. Untuk hewan yang telah berpindah ke kehidupan di air tawar dan di darat, serta untuk vertebrata yang bermigrasi dari air tawar ke laut, mekanisme osmoregulasi telah dibentuk yang memastikan kekonstanan konsentrasi zat aktif osmotik di dalam tubuh. Homeostasis paling sempurna pada mamalia, yang membantu memperluas kemungkinan adaptasi mereka terhadap lingkungan... Berkat homeostasis, keteguhan volume darah (isovolemia) dan cairan ekstraseluler lainnya, konsentrasi ion, zat aktif osmotik (isoosmia) di dalamnya, keteguhan pH darah, komposisi protein, lipid, dan karbohidrat di dalamnya terjamin. Pada burung dan mamalia, suhu tubuh diatur dalam batas yang sempit (isotermia). Mekanisme fisiologis tambahan memastikan stabilisasi lingkungan internal organ individu (misalnya, penghalang darah-otak dan darah-oftalmik menentukan sifat khusus cairan yang mengelilingi sel-sel otak dan mata).
Homeostasis dicapai dengan sistem mekanisme regulasi fisiologis. Fungsi integrasi yang paling penting dilakukan oleh sistem saraf pusat dan terutama korteks serebral; pengaruh simpatis sistem saraf, keadaan kelenjar pituitari, kelenjar adrenal dan kelenjar endokrin lainnya, tingkat perkembangan organ efektor. Contoh sistem homeostatis yang kompleks, yang mencakup berbagai mekanisme pengaturan, adalah sistem untuk memastikan tingkat tekanan darah yang optimal, yang diatur sesuai dengan prinsip reaksi berantai dengan umpan balik: perubahan tekanan darah dirasakan oleh baroreseptor vaskular, sinyal ditransmisikan ke pusat vaskular, perubahan keadaan yang mengarah pada perubahan tonus vaskular dan aktivitas jantung; pada saat yang sama sistem regulasi neurohumoral diaktifkan dan tekanan darah kembali normal.
Pelanggaran mekanisme yang mendasari proses homeostatis dianggap sebagai "penyakit homeostasis". Dengan beberapa konvensi, mereka termasuk gangguan fungsional dari aktivitas normal tubuh yang terkait dengan restrukturisasi paksa ritme biologis, dll. Pengetahuan tentang hukum homeostasis manusia sangat penting untuk pilihan metode pengobatan yang efektif dan rasional untuk banyak penyakit.
Pada tumbuhan, plasmalemma dan tonoplast sangat penting untuk mempertahankan homeostasis pada tingkat sel. Yang pertama mengatur masuknya ion nutrisi dan air ke dalam sel dari lingkungan eksternal dan pelepasan ballast dan kelebihan ion H +, Na +, Ca 2+, yang kedua mengatur masuknya ke dalam protoplasma substrat cadangan dari vakuola dalam kasus kekurangan mereka dan pemindahan ke dalam vakuola - dalam kasus kelebihan. Stabilisasi potensial osmotik sel dilakukan terutama dengan mempertahankan konsentrasi K+ dan anion intraseluler tertentu. Pada tingkat jaringan, plasmodesmata terlibat dalam mempertahankan homeostasis, yang mengatur aliran antar sel karbohidrat dan substrat lainnya.
Homeostasis genetik, atau populasi, kemampuan suatu populasi untuk mempertahankan stabilitas relatif dan integritas struktur genotipik dalam kondisi lingkungan yang berubah. Hal ini dicapai dengan menjaga keseimbangan genetik frekuensi alel selama persilangan bebas individu dalam populasi dengan mempertahankan heterozigositas dan polimorfisme, tingkat dan arah tertentu dari proses mutasi. Studi tentang homeostasis adalah tugas yang mendesak dalam studi pola mikroevolusi. Pengembangan homeostasis adalah kemampuan genotipe tertentu untuk membuat fenotipe tertentu dalam berbagai kondisi.
Konsep "Homeostasis" banyak digunakan dalam ekologi untuk mengkarakterisasi keadaan ekosistem dan stabilitasnya. Berkat homeostasis, keteguhan komposisi spesies dan jumlah individu dalam biocenosis dipertahankan.
tingkat sel
Saat ini, ada beberapa tingkat utama organisasi makhluk hidup: seluler, organisme, spesifik populasi, biogeocenotic, dan biosfer.
Meskipun manifestasi beberapa sifat makhluk hidup sudah ditentukan oleh interaksi makromolekul biologis (protein, asam nukleat, polisakarida, dll.), Namun, unit struktur, fungsi, dan perkembangan makhluk hidup adalah sel yang mampu pelaksanaan dan konjugasi proses realisasi dan transmisi informasi turun-temurun dengan metabolisme dan konversi energi, sehingga memastikan berfungsinya tingkat organisasi yang lebih tinggi. Unit dasar dari tingkat organisasi seluler adalah sel, dan fenomena dasar adalah reaksi metabolisme seluler.
tingkat organisme
Organisme adalah sistem integral yang mampu berdiri sendiri. Menurut jumlah sel yang membentuk organisme, mereka dibagi menjadi uniseluler dan multiseluler. Tingkat organisasi seluler dalam organisme uniseluler (amoeba umum, euglena hijau, dll.) bertepatan dengan tingkat organisme. Ada periode dalam sejarah Bumi ketika semua organisme hanya diwakili oleh bentuk uniseluler, tetapi mereka memastikan berfungsinya biogeocenosis dan biosfer secara keseluruhan. Kebanyakan organisme multiseluler diwakili oleh satu set jaringan dan organ, yang pada gilirannya juga memiliki struktur seluler. Organ dan jaringan disesuaikan untuk melakukan fungsi tertentu. Satuan dasar tingkat ini adalah individu dalam perkembangan individunya, atau ontogenesis, oleh karena itu tingkat organisme disebut juga ontogenetik. Fenomena dasar dari tingkat ini adalah perubahan organisme dalam perkembangan individunya.
Tingkat populasi-spesies
Populasi adalah sekumpulan individu dari spesies yang sama, saling kawin bebas satu sama lain dan hidup terpisah dari kelompok individu lain yang serupa.
Dalam populasi, ada pertukaran bebas informasi herediter dan transmisinya ke keturunan. Populasi adalah unit dasar dari tingkat populasi-spesies, dan fenomena dasar dalam hal ini adalah transformasi evolusioner, misalnya, mutasi dan seleksi alam.
Tingkat biogeosenosis
Biogeocenosis adalah komunitas populasi spesies yang berbeda yang berkembang secara historis, saling berhubungan satu sama lain dan lingkungan melalui metabolisme dan energi.
Biogeocenosis adalah sistem dasar di mana siklus material dan energi dilakukan, karena aktivitas vital organisme. Biogeocenosis sendiri adalah unit dasar dari tingkat tertentu, sedangkan fenomena dasar adalah aliran energi dan siklus zat di dalamnya. Biogeocenosis membentuk biosfer dan menentukan semua proses yang terjadi di dalamnya.
Tingkat biosfer
Lingkungan- cangkang Bumi, dihuni oleh organisme hidup dan diubah oleh mereka.
Biosfer adalah tingkat organisasi kehidupan tertinggi di planet ini. Cangkang ini menutupi atmosfer bagian bawah, hidrosfer, dan lapisan atas litosfer. Biosfer, seperti semua sistem biologis lainnya, bersifat dinamis dan secara aktif diubah oleh makhluk hidup. Itu sendiri merupakan unit dasar dari tingkat biosfer, dan proses sirkulasi zat dan energi yang terjadi dengan partisipasi organisme hidup dianggap sebagai fenomena dasar.
Seperti disebutkan di atas, masing-masing tingkat organisasi makhluk hidup berkontribusi pada proses evolusi tunggal: di dalam sel, tidak hanya informasi herediter yang melekat direproduksi, tetapi juga berubah, yang mengarah pada munculnya kombinasi baru dari tanda dan sifat. organisme, yang pada gilirannya menjalani aksi seleksi alam pada tingkat populasi-spesies, dll.
Sistem biologis
Objek biologis dari berbagai tingkat kompleksitas (sel, organisme, populasi dan spesies, biogeocenosis dan biosfer itu sendiri) saat ini dianggap sebagai sistem biologis.
Sistem- ini adalah kesatuan komponen struktural, interaksi yang memunculkan sifat baru dibandingkan dengan totalitas mekanisnya. Jadi, organisme terdiri dari organ, organ dibentuk oleh jaringan, dan jaringan dibentuk oleh sel.
Ciri khas sistem biologis adalah integritasnya, prinsip tingkat organisasi, seperti yang disebutkan di atas, dan keterbukaan. Integritas sistem biologis sebagian besar dicapai melalui pengaturan diri, yang berfungsi sesuai dengan prinsip umpan balik.
KE sistem terbuka mengacu pada sistem di mana dan lingkungan ada pertukaran zat, energi dan informasi, misalnya, tanaman dalam proses fotosintesis menangkap sinar matahari dan menyerap air dan karbon dioksida, melepaskan oksigen.
Tanda-tanda umum sistem biologis: struktur seluler, komposisi kimia, metabolisme dan konversi energi, homeostasis, lekas marah, gerakan, pertumbuhan dan perkembangan, reproduksi, evolusi
Sistem biologis berbeda dari tubuh alam mati dengan serangkaian tanda dan sifat, di antaranya yang utama adalah struktur seluler, fitur komposisi kimia, metabolisme dan konversi energi, homeostasis, iritabilitas, gerakan, pertumbuhan dan perkembangan, reproduksi dan evolusi. .
Unit struktural dan fungsional dasar makhluk hidup adalah sel. Bahkan virus yang termasuk dalam bentuk kehidupan non-seluler tidak mampu bereproduksi sendiri di luar sel.
Ada dua jenis struktur sel: prokariotik dan eukariotik. Sel prokariotik tidak memiliki nukleus yang terbentuk; informasi genetik mereka terkonsentrasi di sitoplasma. Bakteri terutama diklasifikasikan sebagai prokariota. Informasi genetik dalam sel eukariotik disimpan dalam struktur khusus - nukleus. Eukariota adalah tumbuhan, hewan, dan jamur. Jika pada organisme uniseluler semua manifestasi makhluk hidup melekat pada sel, maka pada organisme multiseluler terjadi spesialisasi sel.
Dalam organisme hidup, tidak ditemukan satu pun unsur kimia yang tidak akan ada di alam mati, namun, konsentrasinya berbeda secara signifikan dalam kasus pertama dan kedua. Unsur-unsur seperti karbon, hidrogen dan oksigen, yang merupakan bagian dari senyawa organik, berlaku di alam yang hidup, sedangkan zat anorganik terutama merupakan karakteristik dari alam mati. Senyawa organik yang paling penting adalah asam nukleat dan protein, yang menyediakan fungsi reproduksi diri dan pemeliharaan diri, tetapi tidak satu pun dari zat ini adalah pembawa kehidupan, karena baik secara individu maupun dalam kelompok mereka tidak mampu mereproduksi sendiri - ini membutuhkan kompleks integral dari molekul dan struktur, yaitu sel.
Semua sistem kehidupan, termasuk sel dan organisme, adalah sistem terbuka. Namun, tidak seperti alam mati, di mana zat terutama dipindahkan dari satu tempat ke tempat lain atau perubahan keadaan agregasinya, makhluk hidup mampu melakukan transformasi kimia dari zat yang dikonsumsi dan penggunaan energi. Metabolisme dan konversi energi berhubungan dengan proses seperti nutrisi, respirasi dan ekskresi.
Dibawah makanan biasanya memahami masuknya ke dalam tubuh, pencernaan dan asimilasi zat yang diperlukan untuk mengisi kembali cadangan energi dan membangun tubuh. Dengan cara nutrisi, semua organisme dibagi menjadi: autotrof dan heterotrof.
Autotrof- ini adalah organisme yang mampu mensintesis zat organik dari yang anorganik sendiri.
Heterotrof- ini adalah organisme yang mengonsumsi zat organik siap pakai untuk makanan.
Autotrof dibagi menjadi fotoautotrof dan kemoautotrof. Fotoautotrof menggunakan energi sinar matahari untuk sintesis zat organik. Proses perubahan energi cahaya menjadi energi ikatan kimia senyawa organik disebut fotosintesis. Fotoautotrof mencakup sebagian besar tumbuhan dan beberapa bakteri (misalnya, cyanobacteria). Secara umum, fotosintesis bukanlah proses yang sangat produktif, akibatnya sebagian besar tanaman dipaksa untuk menjalani gaya hidup yang melekat. Kemoautotrof mengekstrak energi untuk sintesis senyawa organik dari senyawa anorganik. Proses ini disebut kemosintesis. Bakteri tertentu, termasuk bakteri belerang dan bakteri besi, adalah kemoautotrof yang khas.
Sisa organisme - hewan, jamur, dan sebagian besar bakteri - adalah heterotrof.
Pernafasan mereka menyebut proses penguraian zat organik menjadi zat yang lebih sederhana, di mana energi yang diperlukan untuk mempertahankan aktivitas vital organisme dilepaskan.
Membedakan pernapasan aerobik, membutuhkan oksigen, dan anaerobik, mengalir tanpa oksigen. Sebagian besar organisme adalah aerob, meskipun anaerob juga ditemukan di antara bakteri, jamur, dan hewan. Dengan pernapasan oksigen, zat organik kompleks dapat dipecah menjadi air dan karbon dioksida.
Dibawah menyoroti biasanya memahami ekskresi dari tubuh produk akhir metabolisme dan kelebihan berbagai zat (air, garam, dll.), diterima dengan makanan atau terbentuk di dalamnya. Proses ekskresi sangat intensif pada hewan, sedangkan tumbuhan sangat ekonomis.
Berkat metabolisme dan energi, hubungan tubuh dengan lingkungan terjamin dan homeostasis tetap terjaga.
Homeostatis- Ini adalah kemampuan sistem biologis untuk menahan perubahan dan mempertahankan kekonstanan relatif komposisi kimia, struktur dan sifat, serta memastikan kekonstanan berfungsi dalam kondisi lingkungan yang berubah. Adaptasi terhadap perubahan kondisi lingkungan disebut adaptasi.
Sifat lekas marah adalah sifat universal makhluk hidup untuk bereaksi terhadap pengaruh eksternal dan internal, yang mendasari adaptasi organisme terhadap kondisi lingkungan dan kelangsungan hidup mereka. Reaksi tumbuhan terhadap perubahan kondisi eksternal terdiri, misalnya, pada pergantian bilah daun menjadi cahaya, dan pada sebagian besar hewan memiliki bentuk yang lebih kompleks yang memiliki karakter refleks.
Lalu lintas- properti integral dari sistem biologis. Itu memanifestasikan dirinya tidak hanya dalam bentuk gerakan tubuh dan bagian-bagiannya di ruang angkasa, misalnya, sebagai respons terhadap iritasi, tetapi juga dalam proses pertumbuhan dan perkembangan.
Organisme baru yang muncul sebagai hasil reproduksi menerima dari orang tuanya bukan sifat yang sudah jadi, tetapi program genetik tertentu, kemungkinan untuk mengembangkan sifat-sifat tertentu. Informasi turun-temurun ini diwujudkan selama perkembangan individu. Perkembangan individu diekspresikan, sebagai suatu peraturan, dalam perubahan kuantitatif dan kualitatif dalam organisme. Perubahan kuantitatif dalam tubuh disebut pertumbuhan. Mereka memanifestasikan diri mereka, misalnya, dalam bentuk peningkatan massa dan dimensi linier organisme, yang didasarkan pada reproduksi molekul, sel, dan struktur biologis lainnya.
Perkembangan tubuh- Ini adalah penampilan perbedaan kualitatif dalam struktur, komplikasi fungsi, dll., Yang didasarkan pada diferensiasi sel.
Pertumbuhan organisme dapat berlanjut sepanjang hidup atau berakhir pada beberapa tahap tertentu di dalamnya. Dalam kasus pertama, mereka berbicara tentang tak terbatas, atau pertumbuhan terbuka. Ini khas untuk tanaman dan jamur. Dalam kasus kedua, kita berurusan dengan terbatas, atau pertumbuhan tertutup, melekat pada hewan dan bakteri.
Durasi keberadaan sel individu, organisme, spesies, dan sistem biologis lainnya terbatas dalam waktu, terutama karena pengaruh faktor lingkungan, oleh karena itu, reproduksi konstan dari sistem ini diperlukan. Reproduksi sel dan organisme didasarkan pada proses penggandaan diri molekul DNA. Reproduksi organisme memastikan keberadaan spesies, dan reproduksi semua spesies yang menghuni Bumi memastikan keberadaan biosfer.
Keturunan disebut pemindahan sifat-sifat bentuk induk dalam beberapa generasi.
Namun, jika karakteristik dipertahankan selama reproduksi, adaptasi terhadap perubahan kondisi lingkungan tidak mungkin dilakukan. Dalam hal ini, properti yang berlawanan dengan hereditas muncul - variabilitas.
Variabilitas- ini adalah kemungkinan untuk memperoleh sifat dan sifat baru selama hidup, yang memastikan evolusi dan kelangsungan hidup spesies yang paling beradaptasi.
Evolusi- Ini adalah proses ireversibel dari perkembangan sejarah makhluk hidup.
Hal ini didasarkan pada reproduksi progresif, variabilitas turun-temurun, perjuangan untuk eksistensi dan seleksi alam. Tindakan faktor-faktor ini telah menyebabkan berbagai macam bentuk kehidupan, disesuaikan dengan berbagai kondisi lingkungan. Evolusi progresif telah melalui beberapa tahapan: bentuk praseluler, organisme uniseluler, organisme multiseluler yang semakin kompleks hingga manusia.
Mekanisme stabilisasi sistem kehidupan
Sepanjang hidupnya, sel mempertahankan kondisi fisikokimia tertentu yang berbeda dari lingkungan. Kemampuan sistem biologis untuk menahan perubahan yang relatif dan mempertahankan keteguhan komposisi dan sifat yang relatif dinamis disebut homeostatis. Fenomena homeostasis diamati di semua tingkat organisasi biologis. Kemampuan sistem biologis untuk secara otomatis menetapkan dan memelihara indikator biologis tertentu pada tingkat yang konstan disebut regulasi diri. Dalam pengaturan diri, faktor kontrol tidak mempengaruhi sistem dari luar, tetapi terbentuk di dalamnya secara mandiri. Penyimpangan setiap faktor vital dari homeostasis berfungsi sebagai dorongan untuk mobilisasi mekanisme yang memulihkannya. Misalnya, peningkatan suhu tubuh dalam cuaca panas meningkatkan keringat, dan suhu tubuh turun menjadi normal. Manifestasi dan mekanisme pengaturan diri sistem supraorganisme - populasi dan biocenosis - beragam. Pada tingkat ini, stabilitas struktur populasi, jumlah mereka dipertahankan, dinamika semua komponen ekosistem diatur dalam perubahan kondisi lingkungan. Biosfer itu sendiri adalah contoh mempertahankan keadaan homeostatis dan mewujudkan pengaturan diri sistem kehidupan. Semua organisme memiliki sifat untuk mereproduksi jenisnya sendiri, yang menjamin kelangsungan dan kelangsungan hidup.
Reproduksi pada makhluk hidup dapat direduksi menjadi dua bentuk: aseksual dan seksual. Bentuk perkembangbiakan tertua adalah aseksual . Ini umum terjadi pada organisme uniseluler, tetapi juga dapat menjadi karakteristik jamur, tumbuhan, dan hewan multiseluler (jarang pada hewan yang sangat terorganisir). Bentuk paling sederhana dari reproduksi aseksual adalah karakteristik virus. Proses reproduksi mereka dikaitkan dengan kemampuan untuk menggandakan molekul asam nukleat sendiri. Berkenaan dengan organisme lain yang bereproduksi secara aseksual, bedakan reproduksi dengan sporulasi dan perbanyakan vegetatif ... Reproduksi dengan sporulasi dikaitkan dengan pembentukan sel khusus - spora, yang mengandung nukleus dan sitoplasma, ditutupi dengan membran padat dan mampu bertahan lama dalam kondisi yang tidak menguntungkan, sehingga menghasilkan individu anak. Reproduksi seperti itu khas untuk bakteri, ganggang, jamur, lumut, pakis. Reproduksi vegetatif adalah pembentukan individu baru dari bagian tetua. Itu terjadi dengan memisahkan bagian dari tubuh ibu dan mengubahnya menjadi organisme anak. Inheren dalam organisme multiseluler. Bentuk reproduksi vegetatif yang paling beragam pada tanaman adalah stek, umbi, kuncup, dll. Pada hewan, reproduksi vegetatif terjadi baik dengan pembelahan atau dengan tunas, ketika pertumbuhan terbentuk pada organisme ibu - kuncup, dari mana individu baru berkembang . Tunas dapat terlepas dari induknya atau tetap menempel pada induknya, menghasilkan koloni (seperti polip karang). Fragmentasi tubuh hewan multiseluler menjadi beberapa bagian dapat terjadi, setelah itu setiap bagian berkembang menjadi hewan baru. Reproduksi tersebut khas untuk spons, hydra, bintang laut dan beberapa organisme lainnya.
V reproduksi seksual dua individu orang tua berpartisipasi, membawa satu sel reproduksi - gamet. Setiap gamet membawa setengah set kromosom. Sebagai hasil dari peleburan dua gamet, zigot terbentuk, dari mana organisme baru berkembang. Zigot menerima karakteristik turun-temurun dari kedua orang tua. Seiring dengan bentuk berongga yang terpisah, ada kelompok hewan dan tumbuhan yang memiliki organ kelamin jantan dan betina dalam satu organisme - hermafrodit (tanaman menyerbuk sendiri: gandum, jelai, dll.).
Tugas reproduksi - transmisi ke generasi berikutnya dari informasi turun-temurun. Organisme melewati semua tahap perkembangan individu - ontogenesis: ia tumbuh, berkembang, berlipat ganda, menjadi tua, mati. Perubahan kondisi eksternal dapat mempercepat atau memperlambat perkembangan tubuh. Kehidupan organisme yang terbatas adalah salah satu kondisi yang diperlukan untuk evolusi kehidupan di planet ini.
Sistem superorganisme (populasi, biocenosis, biosfer secara keseluruhan) juga mampu mereproduksi dirinya sendiri, berkembang dan berubah seiring waktu.
Aksi prinsip Le Chatelier di biosfer
Prinsip Le Chatelier diturunkan secara empiris untuk kesetimbangan kimia: ketika aksi eksternal membawa sistem keluar dari keadaan kesetimbangan stabil, kesetimbangan ini bergeser ke arah di mana efek aksi eksternal berkurang. Pertimbangkan reaksi kimia reversibel di mana proses maju merangsang proses sebaliknya.
2H 2 + O 2 2H 2 O + Q
Reaksi ini berlangsung dengan pelepasan panas. Dimungkinkan untuk mengevaluasi pengaruh berbagai faktor pada keadaan kesetimbangan dinamis (ketika laju reaksi maju dan reaksi balik adalah sama). Jika suhu dalam sistem yang diusulkan diturunkan, maka, menurut prinsip Le Chatelier, kesetimbangan akan bergeser ke arah produk reaksi, karena reaksinya eksotermik. Jika suhu dinaikkan, maka ke arah zat awal. Dengan meningkatnya tekanan, kesetimbangan akan bergeser ke arah penurunan tekanan dalam sistem, yaitu. terhadap produk reaksi.
Ekologi meminjam hukum ini dalam bentuk umum: pengaruh eksternal yang membuat sistem tidak seimbang merangsang proses di dalamnya yang berusaha melemahkan hasil interaksi ini.
Di biosfer, hukum ini diwujudkan dalam bentuk kemampuan untuk mengatur dan mempertahankan keteguhan relatif dari parameter penting suatu organisme atau komunitas organisme (homeostasis). Penerapan prinsip ini didasarkan pada regulasi biotik global lingkungan. Sepanjang keberadaannya, biosfer mengalami gangguan eksternal yang tiba-tiba: meteorit yang jatuh, letusan gunung berapi, dan bencana alam lainnya. Namun, karena aktivitas materi hidup setelah gangguan tersebut, kembali ke keadaan keseimbangan awal dipastikan.
Juga V.I. Vernadsky mencatat peran besar biota dalam menstabilkan keadaan lingkungan, karena konsentrasi semua elemen penting bagi organisme hidup diatur oleh proses biologis. Biota telah membentuk deposit batuan raksasa, atmosfer oksigen Bumi, dan tanah. Biota melakukan kontrol paling lengkap atas elemen biogenik, mengendalikan sirkulasinya. Ini mengatur keadaan lingkungan dan memastikan kondisi kehidupan yang optimal dengan presisi tertinggi. Selama miliaran tahun keberadaan kehidupan, tidak ada pelanggaran lingkungan seperti itu yang akan mengarah pada penghancuran biosfer secara keseluruhan. Biota tidak dapat mempengaruhi aliran radiasi matahari atau intensitas pasang surut. Namun, dengan mengubah konsentrasi nutrisi di lingkungan secara terarah sesuai dengan prinsip Le Chatelier, dapat mengimbangi konsekuensi dari proses bencana. Kelebihan karbon dioksida di lingkungan eksternal, misalnya, dapat diubah oleh biota menjadi bentuk organik rendah aktif, dan kekurangannya dapat diisi kembali karena penguraian zat organik yang terkandung dalam humus dan gambut.
Pelanggaran terhadap struktur biota dalam kegiatan ekonomi dapat mengganggu interaksi berkorelasi spesies biologis di alam untuk menjaga sirkulasi zat dan menyebabkan kerusakan biosfer.
Konsumsi air oleh perusahaan dari berbagai kelompok ditandai dengan ketidakrataan yang signifikan. Untuk menilai volume konsumsi air industri, konsep "kapasitas produksi air" digunakan, yang dipahami sebagai volume air (m 3) yang diperlukan untuk produksi 1 ton produk. Meja 4 menunjukkan kapasitas air dari berbagai jenis industri.
Konsumsi air terbesar dalam industri dibedakan oleh industri energi, kimia, petrokimia, pulp dan kertas, metalurgi besi dan non-ferro. Pembangkit listrik tenaga panas dengan kapasitas 300 MW mengkonsumsi 120 m 3 air per detik atau 300 juta m 3 / tahun. Konsumsi air dalam industri meningkat sangat pesat pada abad ke-20, karena industri yang sangat intensif air seperti sintesis organik dan petrokimia mulai berkembang.Di bidang pertanian, konsumsi air yang tinggi terutama terkait dengan pertanian beririgasi. Untuk menanam 1 ton gandumselama periode vegetatif Dibutuhkan 1500 m 3, 1 ton beras - 8000 m 3, 1 ton kapas - 5000 m 3 ... Dalam konteks pertumbuhan penduduk dunia yang pesat, irigasi semakin berperan dalam meningkatkan efisiensi pertanian sebagai sumber pangan utama bagi masyarakat.
Tempat khusus dalam penggunaan sumber daya air ditempati oleh layanan komunal: untuk keperluan rumah tangga dan minum dan komunal. Untuk minum, seseorang menghabiskan 2,0–2,5 liter per hari. Menurut SNiP di Rusia, standar konsumsi air per hari per orang adalah 250 liter, untuk perbandingan di negara maju lainnya - 150-200 liter. V negara lain dan beda kota konsumsi air beda, l/ (hari orang):
Pemompaan air yang berlebihan karena peningkatan konsumsinya telah menyebabkan penurunan level air tanah di semua benua. Di Cina dan India, dua dari populasi terbesar di dunia, persediaan makanan bergantung pada pertanian beririgasi. Di India, pengambilan air dari akuifer lebih dari 2 kali lebih tinggi daripada akumulasinya, oleh karena itu di India hampir di mana-mana tingkat akuifer dengan air tawar berkurang 1-3 m per tahun. Di pulau Mallorca (di lepas pantai Spanyol), saat ini tidak ada air tawar sama sekali, kebutuhan penduduk pulau disediakan oleh tiga pabrik desalinasi. Pulau ini terdiri dari bebatuan dan diyakini telah menjadi bagian dari benua sebelumnya. Setelah terpisah dari Semenanjung Iberia, cadangan air tawar di Mallorca sangat besar. Untuk mengolah tanah rawa, penduduk pulau itu pada abad yang lalu memompa air dengan bantuan turbin angin. Ternyata air ini hanya diisi dengan rongga-rongga di bebatuan.
Konsumsi air meningkat setiap tahun, seseorang menggunakan lebih banyak cadangannya, oleh karena itu dalam waktu dekat "masa depan" di banyak negara masalah kelangkaan air mungkin muncul. Kekurangan air bersih sudah terasa di Belanda, Belgia, Luksemburg, Hungaria. Air suling digunakan di Kuwait, Aljazair, Libya, pabrik desalinasi yang kuat ada di California dan Aklahoma. Menurut Organisasi Kesehatan Dunia, 1,2 miliar orang menderita kekurangan air. Pasokan air penduduk di negara kita adalah salah satu yang tertinggi di dunia, oleh karena itu air tawar dikonsumsi sangat tidak ekonomis. Dan sudah ada kesulitan dalam menyediakan air minum berkualitas tinggi bagi penduduk. Mungkin suatu saat kita akan menerima air tawar dari laut, tetapi harus dikatakan bahwa metode desalinasi itu mahal dan rumit.
Para ilmuwan percaya bahwa tidak ada kristal di Bumi air murni, dan semua air tawar telah melewati teknosfer, sehingga komposisi kualitatifnya berubah. Alasan utama degradasi modern air alami bumi adalah polusi antropogenik. Sumber utamanya adalah:
Air limbah dari perusahaan industri;
Air limbah dari layanan kota kota dan pemukiman lainnya;
Limpasan dari sistem irigasi, limpasan permukaan dari ladang dan fasilitas pertanian lainnya;
Deposisi atmosfer polutan di permukaan badan air dan cekungan drainase.
Polusi antropogenik hidrosfer kini telah menjadi global dan secara signifikan telah mengurangi sumber daya air tawar operasional yang tersedia di planet ini. Total volume air limbah industri, pertanian dan kota adalah 1300 km 3. Massa total polutan di hidrosfer adalah 15 miliar ton per tahun.
