Ильяш Людмила Васильевна, д.б.н., профессор каф. гидробиологии

Ильяш
Людмила Васильевна,
д.б.н., профессор каф.
гидробиологии
Вопросы? Проблемы?
Пишите:
ilyashl@mail.ru
ЖИЗНЬ НА ПЛАНЕТЕ
ЗЕМЛЯ: ЭКОСИСТЕМНЫЙ
АСПЕКТ
Что включено в курс?
МОРСКИЕ ЭКОСИСТЕМЫ
АРКТИКИ
Ильяш Людмила Васильевна,
д.б.н., профессор каф. гидробиологии
градации факторов
иммиграция
вымирание
близко
малый
далеко
большой
число видов
Экосистемы островов:
глазами эколога и биогеографа
Владимир Викторович
Иваницкий
доктор биологических наук
ведущий научный сотрудник
кафедры зоологии позвоночных
биологического факультета МГУ
Дождевые тропические леса:
средоточие биоразнообразия планеты
Структурно-функциональная
организация рыбных сообществ в
водных экосистемах
профессор К.В.Кузищин,
кафедра ихтиологии
Рыбы в условиях трансформации
водных экосистем: современные
подходы к управлению биоресурсами
Роль рыб в развитии человеческой
цивилизации
от палеолита до наших дней
профессор К.В.Кузищин,
кафедра ихтиологии
ЗЕМЛЯ – ПЛАНЕТА НАСЕКОМЫХ
НАСЕКОМЫЕ И ЧЕЛОВЕК –
ДРУЗЬЯ ИЛИ ВРАГИ?
Дмитрий Юрьевич
Тишечкин
каф. энтомологии
Биосфера — глобальная экосистема Земли,
включает все живые организмы и среду их
обитания
Число видов:
Описано 1,2 млн
Расчеты по моделям: 8,7 1.3 млн
(2,2 0.18 морские)
Мы знаем 14% наземных и 9% морских
видов
Больше всего видов - насекомые
Описание «новых для науки» видов займет 1200 лет и будет стоить $364 биллиона.
При существующей скорости вымирания часть видов так никогда и не будет
описана!
Экосистема — элементарная
функциональная единица Биосферы
Критерии?
Экологическая система (экосистема): любое единство,
включающее все организмы на определенном участке и
взаимодействующее с физической средой таким
образом, что поток энергии создаёт чётко определённую
трофическую структуру, видовое разнообразие и
и круговорот веществ
внутри системы (обмен
Окружающая
веществами и
среда (БИОТОП)
энергией между
биотической и
абиотической
Живые
частями)
организмы
Ю. Одум, 1971
(БИОТА,
БИОЦЕНОЗ)
Трофическая структура и
круговорот веществ
Абиотическая
компонента
Биотическая
компонента
Консументы
Продуценты
Солнечная
энергия
Редуценты
Минеральные
вещества
Продуценты
Фотоавтотрофы:
свет + CO2 + Н2О → органическое вещество + O2
Фотосинтетические пигменты (хлорофиллы
a, b, c, d; каротиноиды, фикобиллины и т.д.
Первичные продуценты
Наземные экосистемы –
высшие растения
Водные экосистемы
цианобактерии
одноклеточные и многоклеточные
водоросли
Первичная продукция
Первичная продукция (ПП) –
количество органического
вещества, созданного из
углекислого газа за счет
энергии света в процессе
фотосинтеза.
ПП соотносят:
• к определенному промежутку времени: час, сутки,
сезон, год (СКОРОСТЬ процесса).
• к определенной площади (наземные экосистемы) и/или
объема (водные экосистемы): м2; гектар; вся площадь
экосистемы; м3, весь водоем и т.д.
Первичная продукция
свет + CO2 + Н2О→
O2+органическое вещество
Энергия для синтеза всех
необходимых веществ – за счет
дыхания (окисления
органических веществ до CO2)
Валовая ПП – без затрат на дыхание.
Чистая ПП – за вычетом затрат на дыхание, то что
включено в БИОМАССУ и доступно другим трофическим
уровням
Биомасса - выраженное в единицах
массы количество живого вещества,
отнесенное к единице площади или
объема.
Единицы: сырой вес, сухой вес, углерод,
азот на единицу площади/объема
БИОМАССА
БИОТА
Биомасса совокупности организмов
одного вида; целого сообщества;
выполняющих определенную
функциональную роль в экосистеме
(продуцентов, консументов, редуцентов)
и т.д.
Биомасса продуцентов:
мг хлорофилла а на единицу
площади и/объема
Сообщества - локальные совокупности
организмов разных видов, обитающих
вместе и более или менее
отличающихся от других аналогичных
совокупностей.
Продуценты
Фотосинтез
Метаболизм
Биомасса
РЕСУРСЫ:
• Свет, CO2 и Н2О
• Азот, фосфор, железо,
сера, калий,
микроэлементы и др. –
биогенные элементы
Первичная продукция (ПП)
Ресурс в изобилии
Ресурсы
Ресурса меньше, чем
надо для создания
максимальной ПП
ПП
Ресурсы
Максимальная ПП
ПП
Лимитирование ПП
Лимитирующий ресурс
Водные экосистемы Наземные экосистемы
Свет
Свет
Азот
Азот
Фосфор
Фосфор
Железо
Калий
Диатомеи
Кремний
Вода
Продуценты
Чем больше ресурса →
тем больше продукция →
тем больше биомасса
Чем больше консументов
(выедание) → тем меньше
биомасса
Контроль
«снизу –
вверх»
(bottom-up
control)
Контроль
«сверху вниз»
(top-down
control)
Факторы среды, контролирующие ПП
Температура.
Наземные и водные экосистемы
Температура, С
Факторы среды, контролирующие ПП
Соленость. Наземные экосистемы
Солерос
европейский
Скорость фотосинтеза у
пшеницы снижается при
увеличении солености
Поливные поля
Засоление почвы
Соленость. Водные экосистемы
Соленость поверхностного слоя Мирового океана, епс (psu).
Воды
Венецианская
система вод по
солености
пресные
олигогалинные
мезогалинные
полигалинные
эвгалинная
гипергалинная
Соленость, psu
<0,5
0,65 – 5
5-18
18-30
30-40
>40
Трансформация органического
вещества (чистой первичной
продукции). Процесс – дыхание!
Гетеротрофные
организмы консументы
Детритофаги
Питаются мертвым (оформленным)
органическим веществом – детритом. Это
трупы животных, отмершие части
растения, отмершие растения и т.д.
Не контролируют запасы
(возобновление) своих ресурсов!
Редуценты
Не контролируют запасы
(возобновление) своих ресурсов!
Вторичная продукция
Вторичная продукция — скорость накопления энергии на уровне
консументов и редуцентов, т.е. общее количество органического
вещества, которое произведено всеми гетеротрофами на единицу
площади за единицу времени
Чем больше ресурса – тем
больше продукция.
+ Редуценты
Вторичная продукция
отдельного трофического
уровня
Контроль «снизу-вверх»
и контроль «сверху-вниз»
Контроль «сверху-вниз» у консументов
кроме детритофагов и редуцентов
Трофическая структура и
круговорот веществ
Абиотическая
компонента
Биотическая
компонента
Консументы
Продуценты
Солнечная
энергия
Редуценты
Минеральные
вещества
«Хищная»
динофлагеллята
динофлагеллята
инфузория
«Растительноядная»
динофлагеллята
Диатомовая
водоросль
Растения – «хищники»
Представители
рода непентес
(Nepenthes)
Венерина
мухоловка
Dionaea
muscipula
НО! Каждая экосистема
уникальна!
В чем «уникальность»?
Экосистемы различаются по
«мощности» потока вещества и энергии
Первичная продукция наземных экосистем
Годовая первичная продукция
Дождевые
тропические леса –
10% площади суши
Годовая первичная продукция
Саванны- травянистая растительность с
редко разбросанными деревьями и
кустарниками. Субэкваториальный
климат с резким разделением года на
сухой и дождливый сезоны
Годовая ПП
32%
15
(10
г С)
30%
14%
Первичная продукция водных экосистем
0
50
100
150
гС/м2
Биомасса продуцентов в водных экосистемах
Среднегодовая
температура
поверхностного слоя
воды, С.
Годовая ПП
15
(10
г С)
34%
26%
22%
12%
Годовая ПП - 105
15
∙10
Наземные
экосистемы
гС
Мировой океан
54%
46%
Наземные экосистемы. Биомасса
консументов
Насекомые и членистоногие - более
80% суммарной биомассы
Наземные экосистемы. Биомасса
консументов (кг/га). Саванны
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Насекомые
(термиты)
Травоядные
млекопитающие
Саранчовые
Биомасса основных консументов в водных
экосистемах (зоопланктон)
Экосистемы, живущие на
энергии хемосинтеза.
Черные и белые
курильщики
срединно океанические хребты
Хемолитоавтотрофные бактерии
(серобактерии):
H2S + O2 → H20 + сера (или
серная кислота)
Вестиментиферы
(многощетинковых черви
500 видов животных
креветки
Краб и моллюски
Симбиоз с хемобактериями:
жабры
помпейский червь
вестиментиферы
трофосома
РЕЗЮМЕ:
Основной критерий экосистемы – круговорот веществ
и трофическая структура биоты (продуценты,
консументы, редуценты) .
Поступление энергии в экосистемы – за счет
фотосинтеза или хемосинтеза
Экосистемы различаются по «мощности»
потока энергии и вещества
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!