11.3: Основи екосистеми

Last updated
Save as PDF

Page ID: 36738

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Екосистема - це самоокупне об'єднання живих рослин і тварин. Основою екосистеми є рослини, які збирають енергію від сонця і перетворюють її в цукри та крохмалі за допомогою процесу, відомого як фотосинтез. Рослини також залежать від ґрунтів для збору поживних речовин. Потім тварини споживають рослини і використовують накопичену енергію від структури рослин. Коли рослини та тварини гинуть, вони переробляються розкладниками, такими як мікроби та гриби, які перетворюють тканину рослин або тварин в органічну речовину, яка стає частиною ґрунту. Цикл починається знову, коли нова рослина починає рости в грунті, збагаченому розкладанням попередніх організмів. Ці взаємопов'язані групи організмів називаються спільнотами. У межах спільноти важливі два поняття:

Навколишнє середовище - це тип середовища, в якому організм проживає або біологічно пристосований до життя.
Ніша - це функція форми життя всередині даної спільноти. Кожен організм займає нішу в межах свого проживання.

На екосистеми впливають температура і опади. Нагадаємо з глави 6, що основним впливом на температуру регіону є його широта і висота.

Вправа\(\PageIndex{1}\)

Лімітуючим фактором в екосистемі є той фізичний або хімічний компонент, який найбільше пригнічує біотичну функцію. Перегляньте обмежуючі фактори в Інтернеті, тексті чи бібліотеці та запишіть принаймні п'ять обмежуючих факторів:

___________
___________
___________
___________
___________

Як обговорювалося вище, екосистеми складаються з спільнот, які залежать один від одного. Перший рівень цих спільнот називають виробниками. Виробниками є ті організми (рослини), які збирають енергію сонця і перетворюють її в цукри і крохмалі. Виробники їдять первинні споживачі, істоти, які поїдають рослини. Наприклад, основним споживачем може бути коник. Первинні споживачі їдять вторинні споживачі (наприклад, курка). Потім вторинні споживачі їдять третинний споживач (наприклад, людина).

Малюнок 1: Енергетична піраміда - це уявлення про трофічні рівні в екосистемі. Енергія від сонця передається через екосистему шляхом проходження різних трофічних рівнів. Приблизно 10% енергії передається з одного трофічного рівня на наступний, запобігаючи тим самим велику кількість трофічних рівнів. На дні піраміди має бути більша кількість біомаси, щоб підтримувати потреби в енергії та біомасі вищих трофічних рівнів.

Розглядаючи харчові піраміди, подумайте, якими будуть наслідки, якби виробник взяв одну одиницю пестициду, і що пестицид збільшувався на кожному рівні харчового ланцюга. Наприклад, ДДТ - це інсектицид, який нешкідливий в малих дозах. Однак ДДТ зберігається в жирах комах і тварин, і може передаватися потомству. Цей процес називається біоакумуляцією.

Ми зосередимося на біоакумуляції ДДТ, пестициду, який широко використовувався, оскільки з ним могли безпечно поводитися люди. Він широко використовувався незабаром після свого відкриття безпосередньо перед Другою світовою війною. Під час війни він використовувався для зменшення популяції комарів і, таким чином, боротьби з малярією в районах, де воювали американські війська (особливо в тропіках). Він також використовувався для цивільного населення в Європі, щоб запобігти поширенню вошей та хвороб, які вони переносять. Населення біженців та ті, хто живе у зруйнованих містах, інакше зіткнулися б з епідеміями захворювань, що народжуються. Після війни ДДТ став популярним не тільки для захисту людей від хвороб, що передаються комахами, а й для захисту сільськогосподарських культур.

Малюнок 2: Кульково-паликова модель молекули ДДТ,\(C_{14}H_9Cl_5\). (Громадське надбання; Бен Міллс).

До 1960-х років глобальні проблеми з ДДТ та іншими пестицидами стали настільки поширені, що стали привертати велику увагу. Кредит за озвучення попередження про ДДТ та біомагніфікації зазвичай дістається вченій Рейчел Карсон, яка написала впливову книгу «Тиха весна» (1962). Тиха весна, про яку посилається в назві, описує світ, в якому отруєні всі співочі птахи. ДДТ позначає дихлор, дифенилтрихлоретан (рис. 1). Це хлорований вуглеводень, клас хімічних речовин, які часто відповідають характеристикам, необхідним для біомагніфікації. ДДТ має період напіввиведення 15 років, а це означає, що якщо ви вживаєте 100 кг ДДТ, він буде руйнуватися наступним чином:

Рік	Сума, що залишилася
0	100 кг
15	50 кг
30	25 кг
45	12,5 кг
60	6,25 кг
75	3.13 кг
90	1,56 кг
105	0,78 кг
120	0,39 кг

Це означає, що через 100 років в навколишньому середовищі все ще буде більше фунта ДДТ. Якщо він буде біоакумулювати і біозбільшувати, значна частина ДДТ буде в тілах організмів. ДДТ насправді має досить низьку токсичність для людини (але високу токсичність для комах, звідси і його використання в якості інсектициду).

Як перший із сучасних пестицидів, ДДТ був зловживаний, і незабаром призвів до відкриття явищ стійкості комах до пестицидів і біоакумуляції та біомагніфікації. Одне з найдивніших подій, що супроводжують це раннє використання ДДТ, сталося, коли виникла необхідність парашутувати котів у віддалені села джунглів у те, що було тоді Бірмою. Наступне взяло на себе міські легенди пропорції.

Операція Cat Drop

На початку 1950-х років жителі Даяк на Борнео страждали малярією. Всесвітня організація охорони здоров'я мала рішення: вони розпорошували велику кількість ДДТ, щоб убити комарів, які перенесли малярію. Комарі загинули, малярія знизилася; поки що так добре. Але з'явилися побічні ефекти. Серед перших було те, що дахи будинків людей почали падати на голову. Здавалося, що ДДТ також вбиває паразитичну осу, яка раніше контролювала солом'яних гусениць. Гірше того, отруєні ДДТ комахи поїдали геки, яких з'їдали кішки. Кішки почали гинути, щури процвітали, а людям загрожували спалахи сильватичної чуми і тифу. Щоб впоратися з цими проблемами, які вона сама створила, Всесвітня організація охорони здоров'я була зобов'язана парашутувати живих кішок на Борнео.