1.3: Біологічна організація

Все живе складається з клітин; сама клітина є найменшою фундаментальною одиницею будови і функції в живих організмах. У більшості організмів ці клітини містять органели, які забезпечують специфічні функції для клітини. Живі організми мають такі властивості: всі високоорганізовані, всі вимагають енергії для утримання і зростання, і всі з часом ростуть і реагують на своє оточення. Всі організми адаптуються до навколишнього середовища і всі в кінцевому підсумку відтворюють гени, що сприяють наступному поколінню. Одні організми складаються з однієї клітини, а інші - багатоклітинні. Організми — це окремі живі істоти. Наприклад, кожне дерево в лісі - це організм.

Всі особини виду, що мешкають в межах певної місцевості, в сукупності називаються популяцією. Популяції коливаються залежно від ряду факторів: сезонних та щорічних змін у навколишньому середовищі, стихійних лих, таких як лісові пожежі та виверження вулканів, та конкуренція за ресурси між видами та всередині них. Спільнота - це сума населення, що населяють певну територію. Наприклад, всі дерева, комахи та інші популяції в лісі утворюють громаду лісу. Сам ліс є екосистемою.

Екосистема складається з усього живого в певній місцевості разом з абіотичними, неживими частинами цього середовища, такими як азот у ґрунті або дощова вода. На вищому рівні організації біосфера - це сукупність всіх екосистем, і вона являє собою зони життя на землі. Вона певною мірою включає землю, воду і навіть атмосферу.

Життя в екосистемі часто стосується конкуренції за обмежені ресурси, характеристика процесу природного відбору. Конкуренція в спільнотах (всього живого в межах конкретних середовищ існування) спостерігається як всередині видів, так і серед різних видів. Ресурси, за які конкурують організми, включають органічний матеріал з живих або раніше живих організмів, сонячне світло та мінеральні поживні речовини, які забезпечують енергію для живих процесів та матерії, що складають фізичні структури організмів. Іншими критичними факторами, що впливають на динаміку громади, є складові його фізичного та географічного середовища: широта середовища проживання, кількість опадів, рельєф (висота) та доступні види. Це все важливі змінні навколишнього середовища, які визначають, які організми можуть існувати в межах певної області. Екосистеми можуть бути невеликими, наприклад, приливні басейни, знайдені біля скелястих берегів багатьох океанів, або великими, наприклад, тропічний ліс Амазонки в Бразилії (рис.\(\PageIndex{1}\)).

Існує три широкі категорії екосистем на основі їх загального середовища: прісноводна, океанічна вода (морська) та наземна. У межах цих широких категорій є окремі типи екосистем, засновані на наявних організмах та типі середовища існування. Найбільш поширені океанічні екосистеми, що становлять 75 відсотків поверхні Землі. Мілководні океанічні екосистеми включають надзвичайно біорізноманітні екосистеми коралових рифів, а глибока поверхня океану відома своєю великою кількістю планктону та криля (дрібних ракоподібних), які підтримують його. Ці два середовища особливо важливі для аеробних респіраторів у всьому світі, оскільки фітопланктон виконує 40 відсотків всього фотосинтезу на Землі. Хоча вони не такі різноманітні, як дві інші, глибоководні океанічні екосистеми містять найрізноманітніші морські організми. Такі екосистеми існують навіть на дні океану, де світло не в змозі проникнути крізь воду. Прісноводні екосистеми - найрідкісніші, зустрічаються лише на 1,8 відсотка поверхні Землі. Озера, річки, струмки та джерела містять ці системи; вони досить різноманітні, і вони підтримують різних риб, земноводних, плазунів, комах, фітопланктону, грибів та бактерій.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): (а) Екосистема приливних басейнів на острові Матінікус, штат Мен, є невеликою екосистемою, тоді як (б) тропічні ліси Амазонки в Бразилії є великою екосистемою. (Кредит а: модифікація роботи Джима Куна; кредит б: модифікація роботи Івана Млінаріча)

Наземні екосистеми, також відомі своєю різноманітністю, згруповані у великі категорії, які називаються біомами, такі як тропічні ліси, савани, пустелі, хвойні ліси, листяні ліси та тундра. Групування цих екосистем лише в кілька категорій біомів приховує велику різноманітність окремих екосистем всередині них. Наприклад, існує велика різниця в пустельній рослинності: кактуси сагуаро та інші рослинні життя в пустелі Соноран, в США, відносно рясні порівняно з пустельною скелястою пустелею Боа-Віста, островом біля узбережжя Західної Африки.

Все живе вимагає енергії в тій чи іншій формі. Важливо розуміти, як організми набувають енергію і як ця енергія передається від одного організму до іншого через харчові мережі. Харчові мережі ілюструють, як енергія тече спрямовано через екосистеми, включаючи те, наскільки ефективно організми її набувають, використовують і скільки залишається для використання іншими організмами харчової павутини. Потік енергії та речовини через екосистеми впливає на велику кількість та розподіл організмів всередині них.

Екосистеми складні з багатьма взаємодіючими частинами. Вони зазвичай піддаються різним порушенням: змінам навколишнього середовища, які впливають на їх склад, наприклад, щорічні зміни опадів та температури. Багато порушень є наслідком природних процесів. Наприклад, коли блискавка викликає лісову пожежу і руйнує частину лісової екосистеми, земля з часом заселяється травами, за ними йдуть чагарники і чагарники, а пізніше і зрілі дерева: таким чином, ліс відновлюється до колишнього стану. Цей процес настільки універсальний, що екологи дали йому name— спадкоємність. Вплив екологічних порушень, спричинених діяльністю людини, зараз настільки ж значний, як і зміни, спричинені природними процесами. Людські сільськогосподарські практики, забруднення повітря, кислотні дощі, глобальне вирубка лісів, перелов риби, розливи нафти та незаконне скидання на сушу та в океан - все це впливає на екосистеми.

Ми покладаємося на екосистемні послуги. Природні системи Землі надають екосистемні послуги, необхідні для нашого виживання, такі як: очищення повітря та води, регулювання клімату та запилення рослин. Ми погіршили здатність природи надавати ці послуги, виснажуючи ресурси, знищуючи місця існування та створюючи забруднення. Переваги, які люди отримують від екосистем, включають: циклічність поживних речовин, формування ґрунту та первинне виробництво. Ще однією важливою послугою природних екосистем є забезпечення, як виробництво продуктів харчування, виробництво деревини, волокон та палива. Екосистеми відповідають за регулювання клімату, регулювання повеней разом із регулюванням захворювань. Нарешті екосистеми надають культурні та естетичні послуги. Як люди, ми отримуємо користь від спостереження за природними середовищами існування, відпочинку у водах та горах. Природа - джерело натхнення для поетів і письменників. Це джерело естетичних, релігійних та інших нематеріальних благ. Вивчення структури екосистеми в її первісному стані є єдиним способом змусити антропогенні (техногенні) системи, такі як сільськогосподарські поля, водосховища, гідророзривні операції та засмічені річки, працювали на користь людини з мінімальним впливом на здоров'я наших та інших організмів.