Саморегуляция в природе

Способствует этому  еще и то, что живые организмы  в природе находятся не изолированно, а постоянно взаимосвязаны между  собой. В процессе такой взаимосвязи  они оказывают влияние друг на друга и, соответственно, на окружающую среду их обитания. 

Эти взаимосвязи  и взаимовлияния между организмами  и организмами и средой их обитания - это уже следующий уровень  организации живого и структур его  регуляции.

4. Саморегуляция  в экологических системах. 

Процессы регуляции  на уже рассмотренных уровнях  жизни будут осуществляться только в том случае, если организмы смогут постоянно получать из окружающей среды  питание и энергию. Эта причина  и связывает многочисленными  связями различные виды организмов между собой и окружающей их средой. Из всего многообразия связей пищевые являются определяющими. Благодаря ним организмы в природе распределяются не случайно, а всегда образуют определенные, относительно постоянные комплексы - сообщества. 

В сообществах организмы распределяются не поодиночке, а образуют группы, по функционально-структурным принципам. 

Самые малочисленные  группы называют демами. Организмы, составляющие такую группу, отличаются близким  генетическим и фенотипическим родством. Между представителями этих групп может происходить свободное скрещивание, и близкие по своим морфо-физиологическим признакам демы образуют популяции. 

Подобные процессы происходят и между популяциями, которые объединяются в более  крупные группы, называемые подвидами и видами. 

Все вышеназванные  структурные группировки занимают в природе определенную область - ареал, в которой складываются своеобразные условия для их жизни. Эти условия  складываются не только под влиянием факторов неживой природы, но еще  в большей степени зависят от соседства живых организмов, от проживающих рядом многочисленных представителей других видов. Эти виды, как правило, имеют сходные потребности к условиям среды и тесно взаимосвязаны между собой. 

В природе нет  таких видов, которые могли бы существовать изолированно от других. Изоляция, на любом уровне развития жизни, ведет к гибели. 

В этой связи и  возникает необходимость, и даже потребность, рассмотреть взаимосвязи, складывающиеся в природных системах. Такие системы, включающие в себя сообщества живых существ и среду их обитания, называют экологическими системами, а науку, изучающую их, - экологией (греч. "ойкос" - жилище, "логос" - наука). В экосистеме зависимость организмов друг от друга возникает, прежде всего, на основе пищевых связей и способов получения энергии. 

Организмы по способу  получения питательного материала  и энергии разделяются на две  противоположные группы: автотрофы  и гетеротрофы. 

Автотрофы способны синтезировать органические вещества из неорганических соединений (СО2 и Н2О, используя при этом лучистую энергию солнца). Из простых и бедных энергией соединений в клетках зеленых растений синтезируются высокомолекулярные, богатые энергией вещества. 

Гетеротрофные организмы  не способны синтезировать органические вещества из неорганических соединений, К этой группе относятся представители животного мира и человек. Они нуждаются в готовых органических соединениях и получают их, поедая растительную, животную пищу, обогащая свой организм, белками, жирами, углеводами. 

Расщепляя полученные молекулы с помощью реакций диссимиляции, организм получает не только строительный материал для синтеза нужных ему молекул органических соединений, но и выделенную энергию, которая используется для реакций ассимиляции и другой функционально-активной деятельности. Конечными продуктами распада являются H2O, CO2 и минеральные соли, которые выделяются в окружавшую среду и являются пригодными для их использования автотрофными организмами. 

Таким образом, между  автотрофными и гетеротрофными организмами, через окружающую среду осуществляется взаимосвязь. Автотрофы обеспечивают гетеротрофов органическими веществами, энергией и кислородом, а гетеротрофы, выделяя углекислый газ и воду, дают материал для синтетических реакций автотрофов, при использовании ими энергии солнца. 

На первый взгляд может показаться, что достаточно в экологической системе иметь  те и другие организмы - и жизнедеятельность  системы обеспечена. Но это не совсем так. В реальных условиях этот процесс  принимает сложные формы, так  как ни один вид гетеротрофных организмов не способен сразу расщеплять органические вещества до конечных продуктов распада (углекислого газа, воды и минеральных солей). Поэтому виды, поедающие растительную пищу, доводя ее распад до определенной стадии, используют лишь часть содержащейся в органическом веществе энергии, а непригодные для данного вида, но еще богатые энергией остатки, используются другими организмами. По этой причине в экологических системах складываются цепи взаимосвязанных видов, последовательно извлекающих строительные материалы и энергию из исходного пищевого материала. 

Примеры таких пищевых  связей можно видеть в любой экологической  системе. Как правило, первым звеном в такой цепи являются растения. Их поедают травоядные животные. Органические остатки, образующиеся в результате жизнедеятельности этих организмов, и сами погибшие травоядные разлагаются многочисленными микроорганизмами. Но травоядные организмы могут стать добычей хищников, которые подразделяются, и хищник первого порядка может стать добычей хищника второго порядка и т. д. 

Если к этим взаимосвязям еще добавить связи видового многообразия, то пищевые цепи, составляющие основу взаимосвязей и взаимоотношений  в живой природе, приобретают  очень сложную систему, которая  может существовать длительное время, осуществляя саморегуляцию и поддерживая при этом относительную стабильность, равновесие и способность к непрерывному самообновлению. Эти процессы проявляются на основе того, что все разнообразное население экологической системы существует совместно, не уничтожая полностью друг друга, а лишь ограничивая численность особей каждого вида определенным уровнем, поддерживая, таким образом, относительное постоянство. 

Такие устойчивые экологические  системы называются биоценозами. Но так как органические компоненты биоценоза непрерывно связаны с неорганическими факторами среды обитания (почвой, атмосферой, температурой, влагой и т. д.), то вместе с ними образуют устойчивые экологические системы, называемые биогеоценозами. 

Между компонентами живой и неживой материи в такой системе постоянно существует круговорот веществ. Введенное понятие биогеоценоза академиком В. Н. Стукачевым как нельзя лучше и более полно отражает взаимосвязи и взаимозависимости в экологической системе, которые могут существовать длительное время за счет саморегуляции и круговорота веществ. 

Однако длительного  постоянства здесь тоже не бывает, так как саморегуляция, поддерживая  устойчивое состояние системы, никогда  не достигается полностью. Этому  препятствует непостоянство внешних  условий, например, климатических, почвенных, а также изменения, возникающие в результате жизнедеятельности организмов, составляющих биогеоценоз. По этой причине любой биогеоценоз развивается и эволюционизирует. 

Смена идет в определенных направлениях, а длительность существования зависит от полноты круговорота веществ в системе. Чем полнее круговорот веществ в биогеоценозе, тем он более устойчив и долговечен. 

В природе смены  биогеоценозов идут в двух направлениях. Одни экосистемы прогрессируют, а другие регрессируют. На этой основе и происходит эволюционный процесс, динамика которого постоянно связана с динамикой окружающей среды. 

Биогеоценоз - система, состоящая из многих видов автотрофных  и гетеротрофных организмов, которые  распространены в пределах своего ареала не равномерно, а как бы островами, где густонаселенные участки сменяются редконаселенными. Это связано, опять-таки, с различными условиями жизни, сложившимися в различных его участках. К ним относятся: микроклимат, почвенные условия, кормовые объекты, наличие и соседство других видов и т. д. Вид, таким образом распадается на относительно обособленные группы. И, как уже отмечалось, такие группы получили названия: подвиды, популяции и демы. Но рассматривать процессы саморегуляции на этих уровнях развития жизни нет необходимости потому, что и популяции, и даже полностью виды обособленными друг от друга длительное время существовать не могут. 

В природе нет  однопопуляционных или одновидовых  экологических систем. Однако, роль этих группировок в экологических системах часто очень значительна,   так как виды существуют в форме своих популяций, а биогеоценозы       в форме населяющих их видов, сочетание которых образует тот или иной тип биогеоценоза. 

Совокупность различных  типов биогеоценозов, населенных видами живых организмов, образует особую оболочку или сферу Земли, названную Ж. Б. Ламарком биосферой. Учение о ней создал и развил академик В. II. Вернадский. 

Этот уровень развития жизни и процессы его саморегуляции  заслуживают того, чтобы их рассмотреть  отдельно.

5. Саморегуляция  в биосфере. 

Биосфера - геологическая  оболочка, населенная многообразными живыми организмами. Все это многообразие представляет живое вещество, деятельность которого в ней проявляется не хаотически, а под влиянием и контролем  регулирующих структур. 

Под действием общебиологического принципа организации жизнедеятельности  в биосфере происходит включение  регулирующих систем всех уровней жизни. Это значит, что вышестоящие регулирующие структуры включают в свою деятельность нижестоящие, и механизм регуляции становится глобальной структурой. Его действие придает биосфере устойчивость и целостность, которая непосредственно связана с жизнедеятельностью всей биомассы планеты, проявляющейся на основе биологического круговорота веществ. 

Каждое вещество включается в свой, определенной сложности, круговорот. Основу любого биологического круговорота, обеспечивающего жизнь на Земле, составляет энергия солнца. С колоссальным количеством энергии, поступающей от нашего светила, связаны, прежде всего, элементы климата (температура, влажность, световой режим), от которых и зависит развитие жизни на Земле. Эти факторы называют жизнеопределяющими и проявляются они не хаотично, а находятся в прямой зависимости от солнечной радиации. 

Еще древние греки  заметили, что освещенность и связанное с ней поступление тепла, а также формирование климата, зависят от наклона солнечных лучей, то есть от угла их падения на земную поверхность. Эта особенность имеет глобальную закономерность и действует на всю биосферу с постепенным изменением влияния факторов от экватора к полюсам. 

Глобальный характер жизненно важных факторов среды дифференцированных по поясам, определяет и глобальное развитие жизни, также дифференцированной по этим же поясам - зонам. Наиболее заметные изменения проявляются в растительном мире, основном компоненте любой живой системы. С последовательностью смены экологических факторов сопряжена и смена природных зон. Тундру сменяет тайга, а ее сменяет лиственный лес, а затем простираются степные просторы, переходящие в пустыни и т. д. 

Зональная саморегуляция  складывается из регуляций составляющих ее биогеоценозов, объединенных действием  глобальных факторов, которые дифференцированы по природным зонам планеты. Зональная  особенность их действия определяет сочетание живых организмов, деятельность которых тоже влияет на формирование среды их обитания. Под влиянием комплекса действующих факторов и формируются природно-климатические пояса планеты. 

Тропический пояс имеет  свои климатические особенности, связанные  с перпендикулярным падением солнечных лучей почти в течение всего года. Эта природная особенность оказывает определяющее влияние на формирование природной зоны, которая является важной составной частью биосферы. 

Падение солнечных  лучей на Землю под углом способствует их большему рассеиванию в атмосфере и, соответственно, меньшему нагреванию поверхности суши и моря. В соответствии с этой особенностью действия жизнеопределяющего фактора на планете сформировалось два умеренных пояса. Один в Северном, а другой в Южном полушарии. В этих поясах сложились совершенно иные природные условия и, соответственно, природные зоны и регулирующие в них процессы. На особенность этих природно-климатических поясов влияет сезонный ритм экологических факторов, прежде всего, поступление света и тепла. 

Под влиянием этих факторов расположены все природные зоны планеты. Зон несколько, а глобально  действующий фактор, по существу, один. Он и порождает и формирует  особенности климата, климатические  пояса и в целом развитие всей жизни на планете. 

Таким образом, свет, а точнее освещенность планеты и  связанное с этим различное количество поступающего тепла на шарообразную поверхность Земли, является регулирующим фактором не только отдельных биоценозов, но и всей биосферы. 

Получая энергию  Солнца, живая оболочка планеты выполняет гигантскую работу. Зеленый лист использует для фотосинтеза 1 процент попадающей на его поверхность солнечной энергии, а производит ежегодно около 40 млрд. тонн органического вещества. Фотосинтетическая деятельность зеленых растений является глобальным процессом, процессов не одной какой-либо природной зоны, а всей биосферы. Это и есть общебиологический процесс созидания. 

Параллельно этому  процессу на планете действует и  противоположный глобальный процесс, направленный на распад органического вещества, высвобождение энергии и химических элементов. Высвободившиеся вещества поступают в окружающую среду и снова включаются в круговорот веществ биосферы.