La sinecología estudia las relaciones entre individuos de poblaciones. varios tipos y su adaptabilidad a las condiciones ambientales. Los ecologistas han descubierto que los organismos incluidos en comunidades vivas están vinculados a determinadas coordenadas espaciales en las que interactúan entre sí y con partes de la biosfera: agua, suelo, atmósfera.
Este lugar en las biogeocenosis tiene un nombre: nicho ecológico. Los ejemplos discutidos en nuestro artículo pretenden demostrar que es inherente a toda especie biológica y es consecuencia de la interacción del organismo con otros individuos y factores. ambiente.
Características ecológicas de la especie.
Sin excepción, en el proceso de filogénesis se adaptan a factores abióticos específicos. Limitan el hábitat de la población. La forma en que una comunidad de organismos interactúa con las condiciones del hábitat y con otras poblaciones constituye su característica ecológica, cuyo nombre es nicho ecológico. Ejemplos de animales cuyo ciclo de vida ocurre en diferentes áreas espaciales y tróficas de la biogeocenosis son las libélulas pertenecientes al filo Artrópodos, clase Insectos. Individuos adultos: imago, al ser depredadores activos, han dominado envoltura de aire, mientras que sus larvas, las náyades, que respiran con branquias, son hidrobiontes.
Características del nicho ecológico de las especies.
El autor de la obra clásica "Fundamentos de la ecología", Yu Odum, propuso el término "nicho ecológico", que utiliza para estudiar las conexiones bióticas de una población en todos los niveles de su organización. Según el científico, la posición de un individuo en la naturaleza viva, es decir, su estado de vida, es un nicho ecológico. Un ejemplo que ilustra esta definición, es una comunidad de plantas llamadas pioneras. Tienen propiedades fisiológicas y vegetativas especiales que les permiten conquistar fácilmente territorios libres. Entre ellos se encuentra el pasto de trigo rastrero, que forma biocenosis primarias que cambian con el tiempo. Odum llamó al lugar de un organismo en la naturaleza su dirección y su forma de vida, su profesión.
Modelo de J. Hutchinson
Volvamos nuevamente a la definición del término “nicho ecológico”. Un ejemplo que ilustra esto es el venado de cola blanca, cuyo ciclo de vida está asociado con el espacio bajo el dosel: matorrales de arbustos perennes. Sirven al animal no sólo como fuente de nutrición, sino también como protección. El modelo de hipervolumen de un sitio de biogeocenosis creado por Hutchinson es una célula de soporte vital para un individuo en una población. Los organismos pueden vivir en él durante mucho tiempo, evitando el entorno externo. La investigación del científico realizada sobre la base de lo creado. modelo matemático, dan ideas sobre los límites óptimos para la existencia de comunidades de organismos vivos en los ecosistemas.
Principio de gausa
También se le llama regla de exclusión competitiva y se utiliza para describir dos formas de lucha por la existencia: la intraespecífica y la interespecífica, estudiadas en el siglo XIX por Charles Darwin. Si las poblaciones tienen necesidades superpuestas, por ejemplo, tróficas (es decir, un suministro de alimentos común) o espaciales (hábitats - áreas superpuestas), de las que depende su número, entonces el tiempo de coexistencia de dichas comunidades es limitado. En última instancia, esto conducirá a la expulsión (desplazamiento de una población menos adaptada) y al reasentamiento de organismos de otra especie más adaptados y que se reproducen rápidamente.
Por ejemplo, los individuos de la especie reemplazaron gradualmente a las poblaciones de ratas negras. Actualmente son pocos y viven cerca de cuerpos de agua. Tres parámetros caracterizan el concepto de “nicho ecológico”. Hemos considerado anteriormente un ejemplo que explica esta afirmación: la especie Rata Gris se ha asentado en todas partes (distribución espacial), es omnívora (dieta) y caza tanto de día como de noche (división de la actividad en el tiempo).
Otro ejemplo que caracteriza la regla de exclusión competitiva: los primeros colonos que llegaron a Australia trajeron consigo poblaciones de abejas europeas. En relación con el desarrollo de la apicultura, el número de estos insectos aumentó considerablemente y gradualmente desplazaron a la abeja nativa australiana de las áreas de su hábitat permanente, lo que puso este tipo al borde de la extinción.
Un caso similar ocurrió con las poblaciones de conejo doméstico, introducidas por los mismos descubridores continentales. Abundancia de comida, maravillosa. condiciones climáticas y la falta de competencia llevó a que los individuos de esta especie comenzaran a apoderarse de los hábitats de otras poblaciones y se multiplicaran en tal número que comenzaron a destruir los cultivos agrícolas.
Lugar de una especie biológica en un ecosistema.
Sigamos respondiendo a la pregunta de qué es un nicho ecológico. El ejemplo que proporciona la respuesta más completa es el estado de vida de la planta del trébol rojo. Su área de distribución es Europa, Norte de África, Asia Central. Las poblaciones crecen de manera óptima en prados suficientemente húmedos, a temperaturas de +12...+21 °C. Forman hierbas perennes o hojarasca forestal y son productores en las cadenas alimentarias de la biogeocenosis.
La doctrina del nicho ecológico
Espacio óptimo y real de existencia de una población.
Recordemos que la totalidad de conexiones de organismos con individuos de otras poblaciones y con las condiciones ambientales es un nicho ecológico. El ejemplo de las bacterias saprotróficas del suelo que se alimentan de materia orgánica muerta y limpian el suelo, además de mejorar sus propiedades agroquímicas, confirma el hecho de que se forman una gran cantidad de conexiones bióticas con otros habitantes del suelo: larvas de insectos, raíces de plantas y hongos. . La actividad vital de las bacterias del suelo depende directamente de la temperatura y humedad del suelo, su composición física y química.
Otros habitantes, las bacterias quimiotróficas nitrificantes, forman poblaciones estables de plantas de la familia de las leguminosas: alfalfa, arveja y altramuz. Todos los parámetros anteriores, tanto las condiciones bióticas como ambientales, constituyen el nicho ecológico realizado de las bacterias. Es parte de la biogeocenosis potencial (nicho fundamental), que es un conjunto de condiciones óptimas en las que una especie podría existir indefinidamente.
Reglas para la finalización obligatoria de una sección de ecosistema multidimensional.
Si la biogeocenosis se ha visto gravemente afectada por fenómenos abióticos extremos, por ejemplo, incendios, inundaciones, terremotos o actividad negativa humano, algunas de sus áreas quedan libres, es decir, privadas de las poblaciones de plantas y animales que antes vivían aquí. La aparición de nuevas formas de vida (la sucesión) conduce a un cambio en esa parte de la biogeocenosis, cuyo nombre es el nicho ecológico de las plantas. Ejemplos de su asentamiento después de un incendio indican que el bosque latifoliado es reemplazado por plantas herbáceas de uno y dos años con alta energía vegetativa: fireweed, fireweed, coltsfoot y otras, es decir, la parte desocupada del espacio se puebla inmediatamente. por poblaciones de nuevas especies.
En este artículo, estudiamos en detalle un concepto como el nicho ecológico de un organismo. Los ejemplos que hemos considerado confirman que se trata de un complejo multidimensional adaptado a condiciones de vida óptimas para poblaciones de plantas y animales.
Nicho ecológico
Nicho ecológico, el lugar que ocupa una especie (más precisamente, su población) en una comunidad (biocenosis). La interacción de una determinada especie (población) con socios de la comunidad de la que es miembro determina su lugar en el ciclo de sustancias determinadas por la alimentación y las relaciones competitivas en la biocenosis. El término "E.n." propuesto por el científico estadounidense J. Grinnell (1917). Interpretación de E. n. como posiciones de la forma en circuitos de potencia una o más biocenosis fue propuesta por el ecologista inglés C. Elton (1927). Una interpretación similar del concepto de E. n. le permite dar una descripción cuantitativa de E. n. para cada especie o para sus poblaciones individuales. Para ello, compare la abundancia de las especies en el sistema de coordenadas (número de individuos o biomasa) con indicadores de temperatura, humedad o cualquier otro factor ambiental. De esta forma, es posible identificar la zona óptima y los límites de desviaciones toleradas por el tipo - máximo y mínimo de cada factor o conjunto de factores. Como regla general, cada especie ocupa una determinada zona económica, a la existencia a la que se adapta a lo largo del desarrollo evolutivo. El lugar que ocupa una especie (su población) en el espacio (ecología espacial) se denomina más a menudo hábitat.
Modelo de nicho ecológico propuesto por G. E. Hutchinson
Es bastante simple: basta con trazar los valores de intensidad de varios factores en proyecciones ortogonales y restaurar las perpendiculares desde los puntos límite de tolerancia, entonces el espacio limitado por ellos corresponderá al nicho ecológico de esta especie. Un nicho ecológico es un área de combinaciones de valores de factores ambientales dentro de los cuales una especie determinada puede existir indefinidamente.
Por ejemplo, para que exista una planta terrestre basta con una determinada combinación de temperatura y humedad, y en este caso podemos hablar de un nicho bidimensional. Para un animal marino, además de la temperatura, se necesitan al menos dos factores más: la salinidad y la concentración de oxígeno, entonces ya deberíamos hablar de un nicho tridimensional, etc. De hecho, hay muchos de estos factores y el nicho es multidimensional.
Un nicho ecológico determinado únicamente por las características fisiológicas de los organismos se llama fundamental, y aquel dentro del cual la especie realmente ocurre en la naturaleza --- comprendió.
Un nicho realizado es aquella parte del nicho fundamental que una determinada especie o población es capaz de “defender” en competencia. Competencia, según Yu. Odum (1975, 1986), - interacciones negativas de dos organismos que luchan por lo mismo (Tabla 4.1). Competencia interespecífica Es cualquier interacción entre poblaciones que tiene un efecto perjudicial sobre su crecimiento y supervivencia. La competencia se manifiesta en forma de lucha entre especies por nichos ecológicos.
Hay dos especies distintas que ocupan los mismos nichos ecológicos, pero hay especies estrechamente relacionadas que a menudo son tan similares que requieren esencialmente el mismo nicho. En este caso, cuando los nichos se superponen parcialmente, hay una competencia particularmente intensa, pero al final una especie ocupa el nicho. El fenómeno de la separación ecológica de especies estrechamente relacionadas (o similares en otras características) se llama el principio de exclusión competitiva, o principio de gausa, en honor al científico que demostró su existencia experimentalmente en 1934.
Neutralismo- Se trata de una forma de relación biótica cuando la convivencia de dos especies en un mismo territorio no conlleva consecuencias positivas ni negativas para ellas. En este caso, las especies no están directamente relacionadas entre sí y ni siquiera entran en contacto entre sí. Por ejemplo, ardillas y alces, monos y elefantes, etc. Las relaciones de neutralidad son características de comunidades ricas en especies.
Amensalismo Son relaciones bióticas en las que se inhibe el crecimiento de una especie. (amensala) productos de la excreción de otro. Estas relaciones suelen denominarse competencia directa y se denominan antibiosis. Están mejor estudiados en plantas que utilizan diversas sustancias tóxicas en la lucha contra los competidores por los recursos, y este fenómeno se llama alelopatía.
El amensalismo es muy común en el medio acuático. Por ejemplo, las algas verdiazules, que provocan la floración del agua, envenenan la fauna acuática y, a veces, incluso el ganado que viene a beber. Otras algas exhiben “habilidades” similares. Secretan péptidos, quinonas, antibióticos y otras sustancias que son venenosas incluso en pequeñas dosis. Estos venenos se llaman sustancias ectocrinas.
Depredadores Se llaman animales que se alimentan de otros animales, a los que atrapan y matan. Los depredadores se caracterizan por un comportamiento de caza. La abundancia de insectos, su pequeño tamaño y su fácil accesibilidad convierten la actividad de los depredadores carnívoros, normalmente aves, en una simple “recolección”
presas, al igual que las aves recolectan semillas, granos, que se alimentan de ellos. Los depredadores insectívoros, por cierto, dominan la comida, se acercan al pastoreo de los herbívoros. Algunas aves pueden alimentarse tanto de insectos como de semillas.
Así, la competencia más severa aparece cuando el contacto entre poblaciones se ha establecido recientemente, por ejemplo, debido a cambios ocurridos en el ecosistema bajo la influencia de la actividad humana. Por eso, la intervención humana mal concebida en la estructura de la biocenosis conduce a menudo a brotes epidémicos.
Duplicación ecológica
El famoso científico forestal ruso G. F. Morozov (1912), basándose en las enseñanzas de V. V. Dokuchaev y el trabajo de K. Moebius, formuló regla:
en la naturaleza no hay aves beneficiosas y dañinas, ni insectos beneficiosos y dañinos, todo allí se sirve y se adapta mutuamente.
Formulación moderna de la regla de Möbius-Morozov: reglas de adaptación mutua de organismos en una biocenosis - lee:
Las especies en una biocenosis están tan adaptadas entre sí que su comunidad constituye un todo sistémico internamente contradictorio, pero unificado y mutuamente interconectado.
Yu. Odum instalado regla “metabolismo y tamaño de los individuos”, que en condiciones ideales tiene significado universal:
Dado un flujo de energía constante en una red o cadena alimentaria, los organismos terrestres más pequeños con un metabolismo específico alto crean relativamente menos biomasa que los más grandes. Una parte importante de la energía se gasta en mantener el metabolismo.
La regla de Y. Odum es especialmente importante debido al hecho de que debido a la alteración antropogénica del entorno natural, el individuo "promedio" de la vida en la tierra está siendo aplastado: los animales grandes y las aves han sido exterminados y, en general, todos los grandes representantes de la flora y la fauna son cada vez más raras. Por lo tanto, uno debería esperar inevitablemente una disminución general en la productividad relativa de los organismos terrestres y un desorden termodinámico en comunidades y biocenosis.
Si la trituración de individuos conduce a la producción de una cantidad relativamente menor de biomasa, entonces su rendimiento específico por unidad de área (debido a una población más completa del espacio) aumenta. Este hecho empírico fue llamado por N. F. Reimers ley de productividad específica:
Los elefantes nunca producirán la biomasa y la producción por unidad de superficie que las langostas y, especialmente, los invertebrados muy pequeños son capaces de producir.
La desaparición de especies representadas por individuos grandes cambia la estructura material y energética de las biocenosis. Dado que el flujo de energía que atraviesa la biocenosis en su conjunto prácticamente no cambia (de lo contrario habría un cambio en el tipo de biocenosis), se activan mecanismos de duplicación biocenótica o ecológica: organismos del mismo grupo trófico o nivel de la pirámide ecológica. naturalmente se reemplazan entre sí. Regla (principio) de duplicación ecológica. N. F. Reimers lo formuló de la siguiente manera:
una especie viva en peligro de extinción o destruida dentro de un nivel de la pirámide ecológica reemplaza a otra funcional y biocenóticamente similar. El reemplazo se produce según el siguiente esquema: uno pequeño reemplaza a uno grande, uno que está evolutivamente menos organizado, uno más altamente organizado, más genéticamente lábil y mutable, uno que es menos variable genéticamente.
Dado que un nicho ecológico en una biocenosis no puede estar vacío, necesariamente ocurre una duplicación ecológica. De hecho, los ungulados de la estepa son reemplazados por roedores y, en algunos casos, por insectos herbívoros. En ausencia de depredadores en las cuencas hidrográficas del sur de Sajalín, en los matorrales de bambú, su papel lo desempeña la rata gris.
Un poco más tarde, N. F. Reimers formuló las reglas para cambiar especies en biocenosis de una forma más popular:
- * "Un lugar santo nunca está vacío";
- * los organismos grandes desaparecen antes y son reemplazados por otros pequeños;
- * como regla general, las especies más organizadas evolutivamente son reemplazadas por criaturas menos organizadas y que se reproducen más rápido;
- * siempre ganan los que cambian más fácil y rápidamente, incluso genéticamente.
Habiendo analizado lo descrito bases teóricas patrones de duplicación en biocenosis, N.F. Reimers (1973) propuso una teoría hipotética del mecanismo para el surgimiento de nuevos enfermedades infecciosas humanos reemplazando especies por otras desfavorables, publicado debido a las restricciones existentes recién en 1983.
Sugirió que en algunos casos surge un nicho ecológico completamente nuevo, y en otros casos la lucha contra las enfermedades existentes y la destrucción de sus patógenos libera ese nicho en las poblaciones humanas.
Así, 13 años antes del descubrimiento del virus de la inmunodeficiencia humana (VIH), agente causante del síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA), se predijo la probabilidad de la aparición de una “enfermedad similar a la gripe con alta mortalidad”. El cuerpo humano es un lugar de vida para muchos organismos, incluidos los patógenos. Cuando se derrotaron muchas enfermedades y se destruyeron sus patógenos, apareció un nicho ecológico libre. Estaba lleno del virus del SIDA, que corresponde a las propiedades dadas: pequeño, primitivo, se multiplica relativamente rápido y es muy cambiante.
Se ha establecido que en las biocenosis existen tantas especies como sea necesario para maximizar el aprovechamiento de la energía entrante y asegurar la circulación de sustancias dentro del flujo de energía. En este sentido, se añade el principio a la regla de Wallace. Máximo ecológico-geográfico (estabilidad del número) de especies:
el número de especies dentro de las zonas geográficas y sus biocenosis es relativamente constante y está regulado por procesos materiales y energéticos; este número siempre tiende al máximo necesario y suficiente.
La duplicación es uno de los mecanismos naturales para mantener la confiabilidad de las biocenosis. Esta es la forma más móvil de adaptarlos. Al mismo tiempo, también son posibles cambios genéticos en las poblaciones, como el aumento de las tendencias depredadoras en las ratas en el ejemplo dado anteriormente para Sakhalin. También es posible la duplicación interespecífica e intraespecífica, y en agricultura incluso intervarietales. El "significado" general de la duplicación sigue siendo el mismo: conducir y utilizar el flujo de energía lo más plenamente posible, para estabilizar la biocenosis en condiciones cambiantes de existencia.
Esta propiedad fue notada por A. A. Elenkin (1921), quien determinó Principio de equilibrio en movimiento: la comunidad biótica se conserva como un todo a pesar de las fluctuaciones regulares en el entorno de su existencia, pero bajo la influencia de factores inusuales cambia estructuralmente con la transferencia del "fulcro" a otros componentes de la planta (grupos de plantas).
Si factores inusuales e irregulares tienen un impacto a largo plazo, entonces la comunidad forma una estructura diferente. Sin embargo, por regla general, los elementos de duplicación se conservan en la biocenosis en forma de un gran número de especies que pueden movilizarse en caso de nuevas cambios repentinos ambiente.
El enfoque del balance fue perfeccionado por G. Remmert (1978), quien formuló Principio de optimización del producto:
la relación entre productos primarios y secundarios (entre productores y consumidores) corresponde al principio de optimización: la "rentabilidad" de los bioproductos.
Por regla general, las plantas y otros productores aportan biomasa suficiente, pero no excesiva, para el consumo de toda la comunidad biótica (con una reserva determinada evolutivamente que asegura la fiabilidad del sistema y suele ser 100 veces superior al consumo en las biocenosis terrestres). . Con una relativa "sobreproducción" de materia orgánica, la biocenosis se vuelve "no rentable" y surgen requisitos previos para la reproducción masiva de especies individuales. Después de un período de autooscilaciones, la relación población-consumo se equilibra, la biocenosis se estabiliza y las relaciones entre los niveles tróficos se equilibran.
Es como resultado de la duplicación ecológica, un cambio en el equilibrio móvil y una disminución en la "rentabilidad" de la biocenosis que surgen los fenómenos de reproducción masiva de organismos indeseables para la economía. Los monocultivos en la agricultura, los bosques de una sola especie y de la misma edad "desde el punto de vista de la naturaleza" son extremadamente poco rentables, están desequilibrados y, por lo tanto, "requieren corrección" por parte de organismos masivos.
Para actividad económica especialmente importante reglas de monocultivo Yu. Odum:
Los ecosistemas (biocenosis) explotados para las necesidades humanas, representados por una especie, así como los sistemas de monocultivo (por ejemplo, monocultivos agrícolas), son inestables por naturaleza.
La nocividad de los monocultivos la “tiene en cuenta” la naturaleza. Además, desarrolló una estrategia para mantener la homeostasis basada en el mantenimiento de la diversidad y la interdependencia de los miembros de la biocenosis. Una de las formas de implementar tal estrategia refleja el principio de P. Ehrlich y P. Raven o teoría de la evolución acoplada, también llamado principio de coevolución:
un cambio funcional aleatorio en la presa (planta consumida) conduce a un cambio natural en las propiedades de los depredadores (consumidores), lo que a su vez estimula la diversidad tanto de los primeros como de los segundos.
Todos los patrones enumerados de autorregulación de biocenosis están resumidos por N. F. Reimers en el formulario principio de estabilidad:
cualquier sistema biológico relativamente cerrado con un flujo de energía que lo atraviesa durante la autorregulación se desarrolla hacia un estado estable.
También formuló una generalización regla de confiabilidad biocenótica:
la confiabilidad de una biocenosis depende de su eficiencia energética en determinadas condiciones ambientales y de las posibilidades de reestructuración estructural y funcional en respuesta a cambios en las influencias externas (material para duplicación, interespecífico e intraespecífico, mantenimiento de la “rentabilidad” de la producción, etc.).
Pregunta 4. Energía de los ecosistemas. Describe el proceso de transferencia de energía en la biosfera. Patrones de transferencia de energía con los alimentos (fórmula de energía de los alimentos consumidos). Cómo se manifiestan la primera y la segunda ley de la termodinámica en relación con un organismo vivo. Defina el equilibrio termodinámico. Defina entropía y negentropía.
Energía de los ecosistemas.
La vida, habiendo surgido en la Tierra, ha estado en constante desarrollo durante miles de millones de años. Esto se debe al hecho de que los elementos de la materia viva provenientes del medio ambiente, después de haber pasado por varios organismos, regresan nuevamente al entorno externo y luego se incluyen nuevamente en la composición de la materia viva. Así, cada elemento es utilizado muchas veces por la materia viva. Es el ciclo de sustancias el que determina la existencia ilimitada y el constante desarrollo y mejora de la vida en la Tierra. Este llamado ciclo biogénico de sustancias es la función más importante de cualquier biogeocenosis. Su carácter está determinado por cambios en la masa de organismos vivos (biomasa), la estructura de la biogeocenosis y la química del medio ambiente. Sin embargo, el ciclo biogénico de las sustancias no debe entenderse en un sentido absoluto. Sea como fuere, estas sustancias, al pasar de un nivel trófico a otro, ser liberadas y nuevamente incluidas en la materia viva, quedan parcialmente excluidas del ciclo. Como resultado, los compuestos orgánicos se acumulan en la Tierra en forma de depósitos minerales (turba, carbón, petróleo, gas, esquisto bituminoso). Pero todo esto no rechaza. regla general. En esencia, la biomasa en la Tierra no se acumula, sino que se mantiene en un cierto nivel, ya que constantemente se destruye y se recrea a partir de la misma. material de construcción, es decir, dentro de sus límites hay una circulación continua de sustancias.
- ? El ciclo biogénico de las sustancias adquirió cierto carácter con la aparición de plantas verdes que realizaban procesos fotosintéticos. Consideremos esto usando el ejemplo del ciclo del oxígeno, un producto de la fotosíntesis de las plantas. Casi todo el oxígeno molecular de la atmósfera terrestre surge y se mantiene en un cierto nivel debido a la actividad de las plantas verdes. Los organismos lo consumen en grandes cantidades durante la respiración. Pero, además, al tener una alta actividad química, el oxígeno se combina continuamente con casi todos los elementos. la corteza terrestre. Si las plantas verdes no emitieran cantidades tan enormes de oxígeno, eventualmente desaparecerían por completo de la atmósfera, y entonces toda la apariencia de la Tierra se transformaría: casi todos los organismos desaparecerían, todo cesaría. procesos oxidativos- nuestro planeta se quedaría sin vida. Sin embargo, esto no la amenaza precisamente porque en la naturaleza existe un ciclo interminable de sustancias. Se estima que todo el oxígeno contenido en la atmósfera circula a través de los organismos (uniéndose durante la respiración y liberado a través de la fotosíntesis) en 2000 años, el dióxido de carbono en la atmósfera circula en la dirección opuesta en 300 años, y toda el agua de la Tierra es descompuesto y recreado mediante la fotosíntesis y la respiración en 2.000.000 de años.
- ? Sin embargo, un ciclo biológico de sustancias tan grandioso requiere energía. Su fuente es la radiación solar acumulada por plantas autótrofas verdes. La energía solar también circula regularmente en la biogeocenosis. Pero a diferencia del ciclo de sustancias, que fluye en un círculo vicioso, moviéndose en las cadenas alimentarias de un nivel trófico a otro, la energía se consume constantemente. Hasta el 30% se dispersa en la atmósfera o se refleja en las nubes y la superficie de la Tierra, hasta el 20% se absorbe en las capas superiores de la atmósfera (vapor de agua, gotas de agua, partículas de polvo), aproximadamente el 50% alcanza la superficie terrestre y oceánica y se absorbe en forma de calor. Sólo una parte insignificante, sólo alrededor del 0,1-0,2% de la energía que la Tierra recibe del Sol, es captada por las plantas verdes y proporciona todo el ciclo biológico de las sustancias de la biosfera.
Más de la mitad de la energía asociada con la fotosíntesis se gasta inmediatamente en la respiración de las plantas y el resto ingresa a la cadena alimentaria.
En total, sólo alrededor del 1% de la energía radiante del Sol que incide sobre una planta se convierte en energía potencial. enlaces químicos Sustancias orgánicas sintetizadas. Más de la mitad de esta energía se gasta en la vida de las propias plantas, y el resto ingresa a la cadena alimentaria y puede ser utilizado por organismos heterótrofos para su nutrición. Cuando un animal come una planta, la mayor parte de la energía contenida en el alimento se utiliza para diversos procesos vitales, convirtiéndose en calor y disipándose en el espacio. Sólo entre el 5% y el 20% de la energía alimentaria se destina a alimentos recién creados. la materia viva cuerpo de animales. Si un depredador se come a un herbívoro, la mayor parte de la energía contenida en el alimento se pierde nuevamente. Como resultado de pérdidas tan enormes de energía útil, los circuitos eléctricos no pueden ser muy largos.
Así, la energía del Sol, utilizada por las plantas verdes, se convierte en energía potencial de los enlaces químicos de los compuestos orgánicos a partir de los cuales se construye el cuerpo de las propias plantas. En el cuerpo de un animal herbívoro, estas sustancias orgánicas se oxidan, liberando la misma cantidad de energía que la planta gastó en su síntesis. Una parte se utiliza para la vida del animal y el resto, según la segunda ley de la termodinámica (la transición de energía de una forma a otra va acompañada de una disminución en la cantidad de energía útil), se convierte en calor y se disipa en el espacio, es decir sale de la biocenosis (entropía).
El flujo de energía en un ecosistema se puede ilustrar mediante un diagrama de una cadena alimentaria sencilla: la energía solar que recibe una planta se utiliza sólo parcialmente en el proceso de fotosíntesis de los carbohidratos.
Flujo de energía a través de tres niveles de una cadena alimentaria simple (según P. Duvigneau, 1973)
La energía fijada en los carbohidratos representa la producción bruta de la biogeocenosis (Pv). Los carbohidratos se utilizan para la construcción del protoplasma y el crecimiento de las plantas, y parte de su energía se gasta en la respiración (D1). Como resultado, la producción neta (Pn) está determinada por la fórmula
Pch = Pv - D1.
Así, el flujo de energía que pasa por el nivel de productores, es decir La producción bruta se puede representar de la siguiente manera: Pv = Pch + D1
Una cierta cantidad de sustancias creadas por los productores sirve como alimento (K) para los fitófagos, el resto finalmente muere y es procesado por los descomponedores (H). El alimento asimilado por los fitófagos (A2) se utiliza sólo parcialmente para la formación de su biomasa (P2).
Se gasta principalmente en proporcionar energía para los procesos respiratorios (D2) y, en cierta medida, se elimina del cuerpo en forma de secreciones y excrementos (E). El flujo de energía a través del segundo nivel trófico se expresa de la siguiente manera:
A2 = P2 + D2.
Los consumidores de segundo orden (depredadores) no destruyen toda la biomasa de sus víctimas, pero incluso de la cantidad que destruyen, sólo una parte se utiliza para crear la biomasa de su propio nivel trófico. El resto se gasta principalmente en energía respiratoria y también se excreta con los excrementos y los excrementos. El flujo de energía que pasa por el nivel de los consumidores de segundo orden (carnívoros) se expresa mediante la fórmula:
Az = Pz + Dz.
El diagrama analizado muestra claramente que el flujo de energía, que se expresa por la cantidad de sustancia asimilada a lo largo de la cadena alimentaria, disminuye en cada nivel trófico, es decir. Pch>P2>Pz,etc.
Así, dado que una determinada cantidad de una sustancia puede ser utilizada por cada biocenosis repetidamente, y una porción de energía sólo una vez, en un ecosistema no existe un “ciclo de sustancias y energía”, como a veces se indica, sino una transferencia en cascada ( flujo) de energía y la circulación de sustancias, es decir, . El uso del concepto de “ciclo” sólo es legítimo en relación con sustancias.
Flujo de energía en la biosfera (según F. Ramad, 1981)
Este proceso ocurre en la naturaleza a cierta velocidad. Por tanto, la productividad biológica se puede expresar en términos de producción por temporada, por año, por varias mascotas o por cualquier otra unidad de tiempo. Para los organismos terrestres y bentónicos, está determinado por la cantidad de biomasa por unidad de área, y para los organismos planctónicos y del suelo, por unidad de volumen.
En consecuencia, la productividad biológica es la cantidad de biomasa reproducida por 1 m 2 de área (o por 1 m 3 de volumen) por unidad de tiempo y se expresa con mayor frecuencia en gramos de carbono o materia orgánica seca. La productividad biológica no se puede mezclar con la biomasa. Digamos que en un año las algas planctónicas sintetizan tanta materia orgánica por unidad de superficie como los bosques altamente productivos, pero la biomasa de estos últimos es cientos de miles de veces mayor.
La biomasa de una determinada biocenosis no da una idea clara de su productividad. Esto se debe al hecho de que la tasa de formación de biomasa (productividad) en diferentes biocenosis no es la misma. Por tanto, las biocenosis se diferencian no sólo en la biomasa, sino también en la productividad, es decir, la tasa de creación de una determinada cantidad de biomasa. Las estepas de pradera proporcionan un mayor aumento anual de biomasa que los bosques de coníferas. Con una fitomasa promedio de 23 t/ha, su producción anual es de 10 t/ha, mientras que en los bosques de coníferas con una fitomasa de 200 t/ha es de 6 t/ha. Las poblaciones de mamíferos pequeños, en comparación con los grandes, tienen un alta tasa de crecimiento y reproducción y producir mayor producción con igual biomasa.
Así, para evaluar la importancia de una especie (grupo de especies) para el ciclo de sustancias y en relación con su productividad biológica en una biocenosis o en una biogeocenosis en su conjunto, es necesario conocer no solo su biomasa, sino también la tasa de crecimiento relativa o el momento de su completa renovación.
La producción de cada población durante un tiempo determinado es la suma del crecimiento de todos los individuos, incluidas las formaciones separadas del organismo y eliminadas (eliminación) por varias razones individuos (muerte, migración).
En el caso de que todos los individuos sobrevivan hasta el final del período en estudio, la producción es igual al aumento de biomasa. En la naturaleza, esto está excluido y la producción demográfica generalmente se calcula mediante la fórmula:
P = (B2 - B1) + E,
donde P - productos; B1 y B2 son la biomasa inicial y final, respectivamente; E - eliminación.
Este es el llamado producto puro. La producción bruta incluye el crecimiento (producción neta) y los costos de intercambio de energía.
Es necesario distinguir entre producción primaria, es decir. producción de organismos autótrofos y productividad primaria, es decir La velocidad a la que los organismos autótrofos (productores) unen energía durante la fotosíntesis y la almacenan en forma de materia orgánica.
Se estima que la energía solar que llega a la superficie terrestre durante el año se estima en 5-10 20 kcal (21 * 10 20 kJ). Esto equivale a 9 mil millones de kcal (37,8-10 9 kJ) por hectárea. Una hectárea de bosque en latitudes medias produce hasta 6 toneladas de madera y 4 toneladas de hojas, cuya combustión produce 46 millones de kcal (193,2-10 6 kJ). Esto significa que la eficiencia de la productividad primaria del bosque, es decir, la eficiencia del uso por parte de las plantas. energía solar para crear materia orgánica es sólo alrededor del 0,5% (46x100:9). Por supuesto, estas cifras son extremadamente relativas, ya que la efectividad de la productividad primaria depende de la edad del bosque, la cantidad de árboles, las condiciones climáticas y muchos otros factores. Sin embargo, dan una idea de la eficacia de la biocenosis.
Los consumidores forman su propia biomasa. Para denotar la biomasa y la tasa de su formación por parte de los consumidores, se utilizan los términos "producción secundaria", es decir, la producción de organismos heterótrofos, y "productividad secundaria", es decir, la tasa de formación de productos por parte de heterótrofos. Como ya se señaló, el flujo de energía de los productores a los consumidores va acompañado de pérdidas de energía. El hecho es que una parte importante de los alimentos consumidos por los heterótrofos se gasta en la producción de calor, en la generación de la energía necesaria para su vida, y solo una pequeña cantidad (1,3-2%) se utiliza para crear productos secundarios. Por ejemplo, para producir 1 kg de carne de vacuno se necesitan entre 70 y 90 kg de hierba fresca.
Es necesario tener en cuenta que todos los tipos que producen productos secundarios surgen de la utilización de materia y energía de los productos primarios. Pero dado que durante la transición de un nivel trófico a otro, la energía se gasta parcialmente en las necesidades. metabolismo energético y se dispersa, entonces la producción de cada nivel trófico posterior es menor que la producción del anterior. Por ejemplo. La producción (su rendimiento) de los fitófagos es siempre mayor que la de los depredadores que viven a su costa.
Los organismos heterótrofos, que utilizan material muerto proveniente de todos los niveles tróficos, son de gran importancia en el mecanismo de producción biológica. materia orgánica, mineralizándolo parcialmente, transformándolo parcialmente en sustancia de cuerpos microbianos. Este último sirve como una importante fuente de nutrición para muchos animales acuáticos y terrestres.
Además de la producción primaria y secundaria de biocenosis, se distingue entre productos intermedios y finales. Los productos intermedios se diferencian en que, tras el consumo por otros miembros de la biogeocenosis, vuelven al ciclo de sustancias del mismo sistema. El producto final queda excluido de esta biogeocenosis, es decir, sacado de sus límites. Se trata, por ejemplo, de productos obtenidos por el hombre en el proceso de cultivo, cría de animales domésticos, caza, pesca, etc.
Aplicación de la primera ley de la termodinámica a un organismo vivo.
A diferencia de las máquinas térmicas, los organismos vivos producen A no mediante energía térmica, sino mediante el uso de la energía química de los productos alimenticios que asimilan. En este sentido, la ecuación según la cual el cambio en U del sistema es igual a su intercambio de energía con el medio ambiente tiene la forma:
DU = Wcomida - Q - A,
Wcomida = DU + Q + A
El cuerpo del animal tiene una temperatura constante y composición química su promedio no cambia, por lo tanto tal organismo. Por lo tanto, cambie DU=0. Entonces ecuación dada tiene la forma:
Wcomida = Q + A
Dado que existen muchos tipos de trabajo e intercambio de calor con el medio ambiente, la ecuación se puede representar:
La primera ley de la termodinámica aplicada a los organismos vivos.
Cabe señalar que la principal fuente de energía es el Sol. La potencia de la radiación solar es de aproximadamente 1026 W, pero solo una pequeña parte de ella, aproximadamente 2x10 17 W, llega a la superficie de la Tierra, y de esta parte, el 0,02% es absorbido por las plantas verdes y almacenado por ellas en el proceso de fotosíntesis. Por tanto, el flujo de energía extraído por las plantas verdes de luz de sol, tiene unos 4x10 13 W. Gracias a esta energía, todos los motores térmicos funcionan y se llevan a cabo todos los procesos de la vida.
Sin embargo, los métodos para convertir en trabajo la energía solar acumulada por las plantas verdes en forma de energía química no son, en principio, los mismos en los motores térmicos y en los sistemas biológicos. Las diferencias en los procesos termodinámicos se pueden considerar utilizando el siguiente diagrama:
En un motor térmico:
En un sistema biológico:
Como ya se señaló, la fuente de G para todos los seres vivos es el Sol. Las plantas terrestres (autótrofas), a través de la fotosíntesis, crean aproximadamente 1010 toneladas de nutrientes durante el año. Los heterótrofos por sí mismos no pueden alimentarse de luz; obtienen G comiéndose unos a otros o alimentándose de plantas. La digestión está garantizada por la entrada en las células de los productos de hidrólisis de los alimentos, es decir, carbohidratos, proteínas y grasas, que contienen la G de la luz solar.
La principal forma en que el cuerpo utiliza los nutrientes G es su oxidación biológica. Ocurre principalmente en la membrana interna de las mitocondrias, donde se concentran las enzimas que catalizan la oxidación biológica (respiración celular). Por lo tanto, a las mitocondrias a menudo se les llama la sección de energía de la célula.
La energía extraída de los enlaces químicos de los nutrientes durante su oxidación biológica, en algunos casos, puede utilizarse directamente para llevar a cabo actividades vitales, pero la mayor parte se destina a la síntesis de los llamados compuestos macroenergéticos, entre los cuales el más importante es ATP.
El cuerpo utiliza la energía almacenada en los macroergios para realizar varios tipos de trabajo, y el mecánico (trabajo muscular) no es el que consume más energía. En la vida humana se gastan enormes cantidades de energía G en la síntesis de biomoléculas complejas. Así, para la síntesis de un mol de proteína se requieren de 12.000 a 200 mil kJ de G. El “ensamblaje” de una molécula de proteína implica de 1.000 a 16 mil moléculas de ATP (eficiencia aproximadamente del 40%) Para sintetizar una molécula de ARN, Se requieren aproximadamente 6 mil moléculas de ATP, se requiere aún más energía para la formación de ADN, por lo que se gastan 12x10 7 moléculas de ATP en la creación de una molécula de ADN. Sin embargo, el número de moléculas de proteínas sintetizadas es significativamente mayor que el ácidos nucleicos, debido a la variedad de sus funciones y actualizaciones rápidas y constantes. Como resultado, la síntesis de proteínas en el cuerpo es la que consume más energía en comparación con otros procesos biosintéticos; por ejemplo, durante cada hora de vida en los mamíferos, la proteína celular se renueva en aproximadamente un 1%. Y proteínas enzimáticas en un 10%. En una persona que pesa 70 kg se renuevan aproximadamente 100 gramos de proteína cada hora.
Otro “elemento” importante del consumo de G en el cuerpo es el mantenimiento de gradientes fisicoquímicos en las membranas celulares. Dentro de una célula viva, la concentración de iones y sustancias difiere del entorno intercelular, es decir, existe un gradiente de concentración en la membrana celular. La diferencia en la concentración de iones y moléculas se debe a la aparición de otros gradientes: osmático, eléctrico, de filtración, etc.
La presencia de gradientes provoca un transporte continuo de sustancias a través de las membranas celulares (transporte pasivo). El transporte pasivo tendría que reducir la magnitud de los gradientes, es decir, igualar la concentración y otros parámetros fisicoquímicos. Sin embargo, en condiciones normales de funcionamiento celular, los gradientes en la membrana se mantienen estables en un cierto nivel, lo que se debe a la capacidad del sistema biológico para transportar sustancias contra gradientes. Este tipo de transporte se llama transporte activo. El transporte activo requiere para ello un gasto G, que en la mayoría de los casos proviene del ATP, por lo que el transporte activo es una de las formas de funcionamiento de un sistema biológico con una eficiencia de aproximadamente el 20-25%. La eficiencia de la contracción muscular del cuerpo no supera el 20%.
Segunda ley de la termodinámica
La segunda ley de la termodinámica es la ley según la cual los procesos macroscópicos que ocurren a una velocidad finita son irreversibles.
A diferencia de los procesos reversibles mecánicos o electrodinámicos ideales (sin pérdidas), los procesos reales asociados con la transferencia de calor a una diferencia de temperatura finita (es decir, que fluyen a una velocidad finita) van acompañados de diversas pérdidas: fricción, difusión de gases, expansión de gases en el vacío, liberación de calor Joule, etc.
Por tanto, estos procesos son irreversibles, es decir, pueden ocurrir espontáneamente sólo en una dirección.
La segunda ley de la termodinámica surgió históricamente en el análisis del funcionamiento de los motores térmicos.
El mismo nombre "La Segunda Ley de la Termodinámica" y su primera formulación (1850) pertenecen a R. Clausius: "... es imposible un proceso en el que el calor se transfiera espontáneamente de cuerpos más fríos a cuerpos más calientes".
Además, tal proceso es imposible en principio: ni mediante la transferencia directa de calor de cuerpos más fríos a otros más calientes, ni con la ayuda de ningún dispositivo sin el uso de otros procesos.
En 1851, el físico inglés W. Thomson dio otra formulación de la segunda ley de la termodinámica: “En la naturaleza son imposibles los procesos cuya única consecuencia sería el levantamiento de una carga producida al enfriar un depósito de calor”.
Como puede ver, ambas formulaciones anteriores de la segunda ley de la termodinámica son casi iguales.
Esto implica la imposibilidad de implementar un motor tipo 2, es decir. motor sin pérdida de energía por fricción y otras pérdidas asociadas.
Además, también se deduce que todos los procesos reales que ocurren en el mundo material en sistemas abiertos, irreversible.
En la termodinámica moderna, la segunda ley de la termodinámica de sistemas aislados se formula de forma única y más general como la ley del aumento de una función especial del estado del sistema, que Clausius llamó entropía ( S).
El significado físico de entropía es que en el caso de que un sistema material se encuentre en completo equilibrio termodinámico, las partículas elementales que componen este sistema se encuentran en un estado incontrolable y realizan diversos movimientos caóticos aleatorios.
En principio es posible determinar numero total estos diversos estados.
El parámetro que caracteriza el número total de estos estados es la entropía.
Veamos esto con un ejemplo sencillo.
Supongamos que un sistema aislado consta de dos cuerpos "1" y "2" que tienen temperaturas desiguales. t 1 > t 2. El cuerpo “1” desprende algo de calor q, y el cuerpo “2” lo recibe. En este caso, hay un flujo de calor del cuerpo “1” al cuerpo “2”. A medida que las temperaturas se igualan, la cantidad total aumenta partículas elementales cuerpos “1” y “2” que están en equilibrio térmico.
A medida que aumenta este número de partículas, también aumenta la entropía. Y tan pronto como se produzca el equilibrio térmico completo de los cuerpos “1” y “2”, la entropía alcanzará su valor máximo. Por tanto, en un sistema cerrado la entropía S para cualquier proceso real, aumenta o permanece sin cambios, es decir, el cambio en la entropía d S і 0. El signo igual en esta fórmula aparece sólo para procesos reversibles. En un estado de equilibrio, cuando la entropía de un sistema cerrado alcanza su máximo, según la segunda ley de la termodinámica, no son posibles procesos macroscópicos en dicho sistema.
Se deduce que la entropía - una cantidad física que caracteriza cuantitativamente las características de la estructura molecular de un sistema, de la que dependen las transformaciones de energía en él.
La conexión entre entropía y estructura molecular El sistema fue explicado por primera vez por L. Boltzmann en 1887. Estableció el significado estadístico de la entropía (fórmula 1.6). Según Boltzmann (el orden alto tiene una probabilidad relativamente baja)
S = k en PAG,
Dónde k-- Constante de Boltzmann, PAG- peso estadístico.
k= 1,37·10 -23 J/K.
Peso estadístico R es proporcional al número de posibles estados microscópicos de los elementos de un sistema macroscópico (por ejemplo, diferentes distribuciones de valores de coordenadas y momentos de moléculas de gas correspondientes a un cierto valor de energía, presión y otros parámetros termodinámicos del gas), es decir, caracteriza la posible inconsistencia de la descripción microscópica del macroestado.
Para un sistema aislado, la probabilidad termodinámica W. de un macroestado dado es proporcional a su peso estadístico y está determinado por la entropía del sistema:
W.~exp( S/k).
Por tanto, la ley de la entropía creciente es de naturaleza estadísticamente probabilística y expresa la tendencia constante del sistema a pasar a un estado más probable. De ello se deduce que el estado más probable que se puede lograr para el sistema es aquel en el que los eventos que ocurren en el sistema simultáneamente se anulan estadísticamente entre sí.
El estado máximo probable de un macrosistema es un estado de equilibrio que, en principio, puede alcanzar en un período de tiempo suficientemente largo. Como se mencionó anteriormente, la entropía es una cantidad aditiva, es decir, es proporcional al número de partículas en el sistema. Por lo tanto, para sistemas con un número grande partículas, incluso el cambio relativo más insignificante en la entropía por partícula cambia significativamente su valor absoluto; un cambio en la entropía, que está en el exponente de la ecuación (1.7), conduce a un cambio en la probabilidad de un macroestado dado W una gran cantidad de veces.
Este hecho es la razón por la que para un sistema con una gran cantidad de partículas, las consecuencias de la segunda ley de la termodinámica prácticamente no tienen un carácter probabilístico, sino confiable. Los procesos extremadamente improbables, acompañados de una disminución notable de la entropía, requieren tiempos de espera tan enormes que su implementación es prácticamente imposible. Al mismo tiempo, pequeñas partes del sistema que contienen una pequeña cantidad de partículas experimentan fluctuaciones continuas, acompañadas por sólo un pequeño cambio absoluto de entropía. Los valores medios de la frecuencia y el tamaño de estas fluctuaciones son una consecuencia tan fiable de la termodinámica estadística como la segunda ley de la termodinámica misma.
La aplicación literal de la segunda ley de la termodinámica al Universo en su conjunto, que llevó a Clausius a la conclusión incorrecta sobre la inevitabilidad de la "muerte térmica del Universo", es ilegal, ya que, en principio, no pueden existir sistemas absolutamente aislados en la naturaleza. Como se mostrará más adelante, en la sección 1.4, los procesos que ocurren en sistemas abiertos obedecen leyes diferentes y tienen propiedades diferentes.
Equilibrio termodinámico
El equilibrio termodinámico es el estado de un sistema termodinámico al que llega espontáneamente después de un período de tiempo suficientemente largo en condiciones de aislamiento del medio ambiente, después del cual los parámetros del estado del sistema ya no cambian con el tiempo. El aislamiento no excluye la posibilidad de cierto tipo de contacto con el medio ambiente (por ejemplo, contacto térmico con termostato, metabolismo, etc.). El proceso de transición de un sistema a un estado de equilibrio llamado relajación. Cuando R. t. en el sistema todo se detiene. procesos irreversibles, Relacionado disipación de energía, -- conductividad térmica, difusión, reacciones químicas etc. El estado de equilibrio del sistema está determinado por los valores de sus parámetros externos (volumen, eléctricos o campo magnético etc.), así como el significado temperatura. Estrictamente hablando, los parámetros del estado de un sistema de equilibrio no son absolutamente fijos: en microvolúmenes pueden experimentar pequeñas fluctuaciones alrededor de sus valores promedio ( fluctuaciones).
El aislamiento del sistema se lleva a cabo en caso general utilizando paredes fijas impenetrables a la materia. En el caso de que las paredes fijas que aíslan el sistema prácticamente no sean conductoras térmicas (por ejemplo, en matraces dewar), se produce un aislamiento adiabático, en el que la energía del sistema permanece sin cambios. Con paredes conductoras de calor (diatérmicas) entre el sistema y el ambiente externo, hasta que se haya establecido el equilibrio, es posible de intercambio de calor. Con el contacto térmico prolongado de dicho sistema con el ambiente externo, que tiene una capacidad calorífica muy grande (termostato), las temperaturas del sistema y del ambiente se igualan y se produce la regeneración. Cuando las paredes son semipermeables a la materia, se produce la regeneración. si, como resultado del intercambio de materia entre el sistema y el entorno externo, se nivelan potenciales químicos entornos y sistemas.
Una de las condiciones del equilibrio mecánico es el equilibrio mecánico, en el que no son posibles movimientos macroscópicos de partes del sistema, pero sí se permiten movimientos de traslación y rotación del sistema en su conjunto. En ausencia de campos externos y de rotación del sistema, la condición para su equilibrio mecánico es la constancia de la presión en todo el volumen del sistema. Otras condiciones necesarias para las reacciones químicas son la constancia de la temperatura y el potencial químico en el volumen del sistema. Se pueden obtener condiciones suficientes para R. t. (condiciones de estabilidad) a partir de segunda ley de la termodinámica(principio de máxima entropía); estos incluyen, por ejemplo: un aumento de presión con una disminución de volumen (a temperatura constante) y un valor positivo de la capacidad calorífica a presión constante. En el caso general, un sistema está en estado termodinámico cuando el potencial termodinámico del sistema, correspondiente a las variables independientes en condiciones experimentales, es mínimo. Por ejemplo, a un volumen y temperatura determinados debe haber un mínimo energía gratis, y a una presión y temperatura determinadas, el potencial termodinámico de Gibbs (ver. Potenciales termodinámicos).
entropía
La entropía es la reducción de la energía disponible de una sustancia como resultado de la transferencia de energía. La primera ley de la termodinámica establece que la energía no se puede crear ni destruir. Por lo tanto, la cantidad de energía en el universo es siempre la misma que cuando fue creado. La segunda ley de la termodinámica establece que coeficiente El efecto beneficioso de ningún proceso real (irreversible) puede ser del 100% al convertir energía en trabajo.
donde D S-- cambio de entropía, D q-- cambiar calor, t-- temperatura termodinámica absoluta.
En consecuencia, la cantidad de energía que se convierte en trabajo o calor disminuye continuamente con el tiempo a medida que el calor se mueve espontáneamente de una región más cálida a una región más fría. En otras palabras, la cantidad de energía en el universo permanece constante, pero su capacidad para usarse para realizar trabajo útil disminuye con cada transferencia de calor y haciendo el trabajo. La entropía se utiliza para medir la reducción en la disponibilidad de energía resultante de un proceso.
El término "entropía" se utiliza para describir la cantidad de caos en cualquier sistema. En termodinámica, la entropía indica la disposición de las moléculas de una sustancia o la organización de la energía de un sistema. Los sistemas o sustancias con un valor de entropía alto están más desorganizados que aquellos con uno bajo. Por ejemplo, las moléculas en sólidos una cierta estructura cristalina, por lo que están mejor organizados y tienen un valor de entropía más bajo. Cuando se imparte calor a un cuerpo y su estado cambia a líquido, el nivel de su entropía aumenta, ya que energía cinética aumenta las vibraciones de las moléculas, como resultado de lo cual su posición se vuelve aleatoria.
La entropía aumenta cuando un líquido cambia de estado a gas al consumir más energía térmica. La misma analogía existe al describir el orden de las fuentes de energía. Si la energía está contenida en una fuente limitada, tiene un valor de entropía bajo. Si se distribuye entre un gran número de moléculas, su intensidad disminuye, aumentando la entropía. Por ejemplo, si se transfieren 1,05 kJ de energía de 1000 moléculas a 1 millón de moléculas, la intensidad energética disminuirá y la entropía aumentará. La entropía es difícil de entender porque es un concepto abstracto del desorden de la energía en el universo. Este trastorno se asocia con una disminución en la disponibilidad de energía para convertirla en trabajo. La energía siempre deja de estar disponible si los procesos reducen su intensidad al difundirla por todo el universo. Si la energía se distribuye entre las innumerables moléculas del universo, la diferencia de temperatura entre las zonas más frías y más cálidas disminuye. Si la diferencia de temperatura disminuye, también disminuye la energía térmica que se puede convertir en trabajo útil. Por tanto, cualquier proceso que produzca un aumento de entropía disminuye la energía para procesos futuros. En última instancia, llegará un punto en el que la entropía del universo se acercará a su valor máximo y la conversión de calor en trabajo será imposible.
Todos los procesos de transferencia de calor, en última instancia, aumentan la entropía del universo. Aunque la entropía de dos procesos puede mostrar una disminución matemática, como en proceso de condensación o sobreenfriamiento, la entropía del universo aún aumenta, ya que en todos los procesos de transferencia de calor de áreas más frías a otras más cálidas se realiza trabajo. este trabajo aumenta la entropía más de lo que disminuye durante la transferencia de calor a un fluido a medida que se enfría o se condensa.
La entropía absoluta (S) de una sustancia o proceso es el cambio en la energía disponible para la transferencia de calor a una temperatura determinada (Btu/R, J/K). Matemáticamente, la entropía es igual a la transferencia de calor dividida por la temperatura absoluta a la que ocurre el proceso. En consecuencia, los procesos de transferencia de grandes cantidades de calor aumentan más la entropía. Además, los cambios de entropía aumentarán cuando el calor se transfiere a bajas temperaturas. Dado que la entropía absoluta se refiere a la idoneidad de toda la energía del universo, la temperatura suele medirse en unidades absolutas (R, K).
La entropía específica (S) se mide en relación con unidades de masa sustancias. Las unidades de temperatura que se utilizan para calcular las diferencias de entropía de estados a menudo se dan con unidades de temperatura en grados Fahrenheit o Celsius. Dado que las diferencias en grados entre las escalas Fahrenheit y Rankine o Celsius y Kelvin son iguales, la solución a tales ecuaciones será correcta independientemente de si la entropía se expresa en unidades absolutas o convencionales. La entropía tiene la misma temperatura dada que la temperatura dada. entalpía una determinada sustancia.
Negentropía
“entropía negativa”, entropía por alguna razón multiplicada por menos uno, probablemente para “inventar una esencia” fácilmente; entropía - (de Griego entropía - transformación) en termodinámica - una función cuyo incremento es igual a la relación entre la cantidad de calor recibido por el sistema y la temperatura, tiene las propiedades de potencial, es decir depende del estado inicial y final del sistema y no depende de la trayectoria; en física estadística, valor proporcional al logaritmo de la probabilidad de que un sistema se encuentre en un determinado estado, estas dos definiciones están relacionadas; en el habla cotidiana, incapacidad para actuar, cierto caos, desorganización; Los conceptos de entropía y negentropía también son hechizos comunes, generalmente pronunciados cuando se habla de la esencia de la vida, la importancia de la ecología, el destino de la civilización, etc., como los conceptos de “campo”, “significado”, “evolución”.
Introducción
En este trabajo, quiero presentarles conceptos como nicho ecológico, factores limitantes y contarles con más detalle sobre la ley de tolerancia.
Un nicho ecológico es un lugar ocupado por una especie en una biocenosis, incluido un complejo de sus conexiones biocenóticas y requisitos de factores ambientales.
El concepto de nicho ecológico se introdujo para referirse al papel que desempeña una especie en una comunidad. Una econiche debe entenderse como una forma de vida y, sobre todo, una forma de alimentar el cuerpo.
Un nicho ecológico es un concepto abstracto; es la totalidad de todos los factores ambientales dentro de los cuales es posible la existencia de una especie en la naturaleza. Este término fue acuñado en 1927 por Charles Elton. Incluye los factores químicos, físicos y bióticos necesarios para que un organismo viva y está determinado por su aptitud morfológica, reacciones fisiológicas y comportamiento. En diferentes partes del mundo y en diferentes territorios hay especies que no son idénticas en términos sistemáticos, pero sí similares en ecología: se las llama ecológicamente equivalentes.
Un nicho ecológico es un lugar ocupado por una especie (más precisamente, su población) en una comunidad (biocenosis). La interacción de una determinada especie (población) con socios de la comunidad de la que es miembro determina su lugar en el ciclo de sustancias determinadas por la alimentación y las relaciones competitivas en la biocenosis. El término "nicho ecológico" fue propuesto por el científico estadounidense J. Grinnell (1917). La interpretación de un nicho ecológico como la posición de una especie en las cadenas alimentarias de una o varias biocenosis la dio el ecologista inglés C. Elton (1927). Esta interpretación del concepto de nicho ecológico nos permite dar una descripción cuantitativa del nicho ecológico para cada especie o para sus poblaciones individuales.
Un factor limitante es un factor ambiental que va más allá de los límites de la resistencia del cuerpo. El factor limitante limita cualquier manifestación de la actividad vital del organismo. Con la ayuda de factores limitantes, se regula el estado de los organismos y ecosistemas.
La ley de tolerancia de Shelford, en ecología, es una ley según la cual la existencia de una especie está determinada por factores limitantes que no solo son mínimos, sino también máximos. La ley de la tolerancia amplía la ley del mínimo de Liebig.
La ley del mínimo de J. Liebig - en ecología - un concepto según el cual la existencia y resistencia de un organismo está determinada por el eslabón más débil de la cadena de sus necesidades ambientales.
Según la ley del mínimo, las capacidades vitales de los organismos están limitadas por aquellos factores ambientales cuya cantidad y calidad se acercan al mínimo requerido por el organismo o ecosistema.
Nicho ecológico
Cualquier tipo de organismo está adaptado a determinadas condiciones de existencia y no puede cambiar arbitrariamente su hábitat, dieta, hora de alimentación, lugar de reproducción, refugio, etc. Todo el complejo de relaciones con tales factores determina el lugar que la naturaleza ha asignado a un organismo determinado y el papel que debe desempeñar en el proceso general de la vida. Todo esto se reúne en el concepto. nicho ecológico.
Se entiende por nicho ecológico el lugar de un organismo en la naturaleza y toda la forma de su actividad vital, su estado de vida, fijado en su organización y adaptaciones.
En distintas épocas se atribuyó diferentes significados al concepto de nicho ecológico. Al principio, la palabra “nicho” denotaba la unidad básica de distribución de una especie dentro del espacio de un ecosistema, dictada por las limitaciones estructurales e instintivas de una especie determinada. Por ejemplo, las ardillas viven en los árboles, los alces viven en el suelo, algunas especies de aves anidan en las ramas, otras en huecos, etc. Aquí el concepto de nicho ecológico se interpreta principalmente como hábitat o nicho espacial. Más tarde, al término "nicho" se le dio el significado de "el estado funcional de un organismo en una comunidad". Se trataba principalmente del lugar que ocupa una especie determinada en la estructura trófica del ecosistema: tipo de alimento, momento y lugar de alimentación, quién es el depredador de un organismo determinado, etc. Esto ahora se llama nicho trófico. Luego se demostró que un nicho puede considerarse como una especie de hipervolumen en un espacio multidimensional construido en base a factores ambientales. Este hipervolumen limitaba la gama de factores en los que podía existir una especie determinada (nicho hiperdimensional).
Es decir, en la comprensión moderna de un nicho ecológico, se pueden distinguir al menos tres aspectos: el espacio físico que ocupa un organismo en la naturaleza (hábitat), su relación con los factores ambientales y con los organismos vivos vecinos (conexiones), así como su papel funcional en el ecosistema. Todos estos aspectos se manifiestan a través de la estructura del organismo, sus adaptaciones, instintos, ciclos vitales, “intereses” vitales, etc. El derecho de un organismo a elegir su nicho ecológico está limitado por un marco bastante estrecho que se le asigna desde el nacimiento. Sin embargo, sus descendientes pueden reclamar otros nichos ecológicos si se han producido en ellos los cambios genéticos apropiados.
Utilizando el concepto de nicho ecológico, la regla de exclusión competitiva de Gause se puede reformular de la siguiente manera: dos especies diferentes no pueden ocupar el mismo nicho ecológico durante mucho tiempo o incluso entrar en el mismo ecosistema; uno de ellos debe morir o cambiar y ocupar un nuevo nicho ecológico. Por cierto, la competencia intraespecífica a menudo se reduce considerablemente precisamente porque en diferentes etapas del ciclo de vida muchos organismos ocupan diferentes nichos ecológicos. Por ejemplo, un renacuajo es un herbívoro y las ranas adultas que viven en el mismo estanque son depredadores. Otro ejemplo: insectos en estado larvario y adulto.
Una gran cantidad de organismos pueden vivir en un área de un ecosistema. diferentes tipos. Pueden ser especies estrechamente relacionadas, pero cada una de ellas debe ocupar su propio nicho ecológico único. En este caso, estas especies no entran en relaciones competitivas y, en cierto sentido, se vuelven neutrales entre sí. Sin embargo, a menudo los nichos ecológicos de diferentes especies pueden superponerse en al menos un aspecto, por ejemplo, el hábitat o la dieta. Esto conduce a una competencia interespecífica, que generalmente no es severa y contribuye a la delimitación clara de nichos ecológicos.
Se implementa así una ley similar al principio de exclusión de Pauli en los ecosistemas. física cuántica: en esto sistema cuántico No puede existir más de un fermión (partículas con espín semientero, como electrones, protones, neutrones, etc.) en el mismo estado cuántico. En los ecosistemas también hay una cuantificación de nichos ecológicos que tienden a localizarse claramente en relación con otros nichos ecológicos. Dentro de un nicho ecológico determinado, es decir, dentro de la población que ocupa este nicho, la diferenciación continúa en nichos más específicos que son ocupados por cada individuo específico, lo que determina el estatus de este individuo en la vida de esta población.
¿Se produce una diferenciación similar en niveles inferiores de la jerarquía del sistema, por ejemplo, a nivel de un organismo multicelular? Aquí también podemos distinguir diferentes “tipos” de células y “cuerpos” más pequeños, cuya estructura determina su propósito funcional dentro del cuerpo. Algunos de ellos son inmóviles, sus colonias forman órganos cuyo propósito sólo tiene sentido en relación con el organismo en su conjunto. También hay organismos móviles simples que parecen vivir su propia vida "personal", que sin embargo satisface plenamente las necesidades de todo el organismo multicelular. Por ejemplo, los glóbulos rojos hacen sólo lo que “pueden” hacer: unen oxígeno en un lugar y lo liberan en otro. Este es su “nicho ecológico”. La actividad vital de cada célula del cuerpo está estructurada de tal manera que, mientras “vive para sí misma”, trabaja simultáneamente en beneficio de todo el organismo. Este trabajo no nos cansa en absoluto, como tampoco nos cansa el proceso de comer o hacer lo que amamos (si, por supuesto, todo esto es con moderación). Las células están diseñadas de tal manera que simplemente no pueden vivir de otra manera, así como una abeja no puede vivir sin recolectar néctar y polen de las flores (probablemente esto le brinde algún tipo de placer).
Así, toda la naturaleza “de abajo hacia arriba” parece estar impregnada de la idea de diferenciación, que en ecología ha tomado forma en el concepto de nicho ecológico, que en cierto sentido es análogo a un órgano o subsistema de un organismo vivo. Estos "órganos" mismos se forman bajo la influencia del entorno externo, es decir, su formación está sujeta a los requisitos del supersistema, en nuestro caso, la biosfera.
Uno de los conceptos fundamentales de la ecología moderna es el concepto de nicho ecológico. Por primera vez, los zoólogos empezaron a hablar del nicho ecológico. En 1914, el zoólogo-naturalista estadounidense J. Grinnell y en 1927, el ecólogo inglés C. Elton, utilizaron el término “nicho” para definir la unidad más pequeña de distribución de una especie, así como el lugar que ocupa un determinado organismo en el ambiente biótico, su posición en las cadenas alimentarias.
Una definición generalizada de nicho ecológico es la siguiente: este es el lugar de una especie en la naturaleza, determinado por un conjunto combinado de factores ambientales. Un nicho ecológico incluye no sólo la posición de una especie en el espacio, sino también su papel funcional en la comunidad.
- se trata de un conjunto de factores ambientales dentro de los cuales vive una especie particular de organismo, su lugar en la naturaleza, dentro del cual una especie determinada puede existir indefinidamente.
Dado que al determinar un nicho ecológico se deben tener en cuenta una gran cantidad de factores, el lugar de una especie en la naturaleza, descrito por estos factores, es un espacio multidimensional. Este enfoque permitió al ecologista estadounidense G. Hutchinson dar la siguiente definición de nicho ecológico: es parte de un espacio multidimensional imaginario, cuyas dimensiones individuales (vectores) corresponden a los factores necesarios para la existencia normal de una especie. Al mismo tiempo, Hutchinson identificó un nicho fundamental, que una población puede ocupar en ausencia de competencia (está determinada por las características fisiológicas de los organismos), y el nicho implementado, aquellos. parte del nicho fundamental dentro del cual una especie realmente ocurre en la naturaleza y que ocupa en presencia de competencia con otras especies. Está claro que el nicho realizado, por regla general, es siempre más pequeño que el fundamental.
Algunos ecologistas enfatizan que los organismos no sólo deben existir dentro de su nicho ecológico, sino que también deben ser capaces de reproducirse. Dado que existe una especificidad de especie para cualquier factor ambiental, los nichos ecológicos de las especies son específicos. Cada especie tiene su propio nicho ecológico característico.
La mayoría de las especies de plantas y animales sólo pueden existir en nichos especiales en los que se mantienen ciertos factores fisicoquímicos, temperatura y fuentes de alimento. Después de que comenzara la destrucción del bambú en China, por ejemplo, el panda, cuya dieta se compone en un 99% de esta planta, se encontró al borde de la extinción.
Las especies con nichos comunes pueden adaptarse fácilmente a las condiciones ambientales cambiantes, por lo que el riesgo de extinción es bajo. Los representantes típicos de especies con nichos comunes son ratones, cucarachas, moscas, ratas y personas.
La ley de exclusión competitiva de G. Gause para especies ecológicamente similares a la luz de la doctrina del nicho ecológico se puede formular de la siguiente manera: dos las especies no pueden ocupar el mismo nicho ecológico. La salida de la competencia se logra mediante requisitos divergentes para el medio ambiente o, en otras palabras, delimitando los nichos ecológicos de las especies.
Las especies en competencia que viven juntas a menudo “comparten” los recursos disponibles para reducir la competencia. Ejemplo típico- división en animales que están activos durante el día y aquellos que están activos durante la noche. Los murciélagos (uno de cada cuatro mamíferos del mundo pertenece a este suborden de murciélagos) comparten el espacio aéreo con otros cazadores de insectos: las aves, utilizando el ciclo del día y la noche. Es cierto que los murciélagos tienen varios competidores relativamente débiles, como los búhos y los chotacabras, que también están activos durante la noche.
En las plantas se observa una división similar de nichos ecológicos en “turnos” diurnos y nocturnos. Algunas plantas florecen durante el día (la mayoría de las especies silvestres), otras durante la noche (Lubka bifolia, tabaco fragante). Al mismo tiempo, las especies nocturnas también emiten un olor que atrae a los polinizadores.
Las amplitudes ecológicas de algunas especies son muy pequeñas. Entonces, en África tropical Un tipo de gusano vive debajo de los párpados de un hipopótamo y se alimenta exclusivamente de las lágrimas de este animal. Es difícil imaginar un nicho ecológico más reducido.
Concepto de nicho ecológico de especies
La posición de una especie que ocupa en el sistema general de biocenosis, incluido el complejo de sus conexiones biocenóticas y los requisitos de factores ambientales abióticos, se denomina nicho ecológico de la especie.
El concepto de nicho ecológico ha resultado muy fructífero para comprender las leyes de convivencia entre especies. El concepto de “nicho ecológico” debe distinguirse del concepto de “hábitat”. En este último caso nos referimos a aquella parte del espacio que está habitada por la especie y que cuenta con las condiciones abióticas necesarias para su existencia.
El nicho ecológico de una especie depende no sólo de las condiciones ambientales abióticas, sino también, nada menos, de su entorno biocenótico. Esta es una característica del estilo de vida que puede llevar una especie en una comunidad determinada. Hay tantos nichos ecológicos como especies de organismos vivos en la Tierra.
Regla de exclusión competitiva se puede expresar de tal manera que dos especies no coexistan en el mismo nicho ecológico. La salida de la competencia se logra debido a la divergencia de requisitos ambientales, cambios en el estilo de vida y la delimitación de los nichos ecológicos de las especies. En este caso, adquieren la capacidad de convivir en una misma biocenosis.
División de nichos ecológicos por especies que conviven con su superposición parcial - uno de los mecanismos de sostenibilidad de las biocenosis naturales. Si alguna de las especies reduce drásticamente su número o abandona la comunidad, otras asumen su papel.
Los nichos ecológicos de las plantas, a primera vista, son menos diversos que los de los animales. Están claramente definidos en especies que difieren en nutrición. Durante la ontogénesis, las plantas, como muchos animales, cambian su nicho ecológico. A medida que envejecen, utilizan y transforman más intensamente su entorno.
Las plantas tienen nichos ecológicos superpuestos. Se intensifica en ciertos períodos cuando los recursos ambientales son limitados, pero como las especies utilizan los recursos de forma individual, selectiva y con diferentes intensidades, la competencia en las fitocenosis estables se debilita.
La riqueza de nichos ecológicos en una biocenosis está influenciada por dos grupos de razones. El primero son las condiciones ambientales proporcionadas por el biotopo. Cuanto más mosaico y diverso sea el biotopo, más más tipos pueden delimitar sus nichos ecológicos en él.
Nicho ecológico– la totalidad de todos los factores ambientales dentro de los cuales es posible la existencia de una especie en la naturaleza. Concepto nicho ecológico Suele utilizarse al estudiar las relaciones de especies ecológicamente similares que pertenecen al mismo nivel trófico. El término "nicho ecológico" fue propuesto por J. Greenell (1917) para caracterizar la distribución espacial de las especies (es decir, el nicho ecológico se definió como un concepto cercano a hábitat).
Posteriormente, C. Elton (1927) definió un nicho ecológico como la posición de una especie en una comunidad, enfatizando la especial importancia de las relaciones tróficas. A finales del siglo XIX y principios del XX, muchos investigadores notaron que dos especies, ecológicamente cercanas y que ocupan una posición similar en la comunidad, no podían coexistir de manera estable en el mismo territorio. Esta generalización empírica fue confirmada en el modelo matemático de competencia entre dos especies por un alimento (V. Volterra) y los trabajos experimentales de G.F. gausa ( principio de gause).
Concepto moderno nicho ecológico formado sobre la base del modelo de nicho ecológico propuesto por J. Hutchinson (1957, 1965). Según este modelo, un nicho ecológico puede representarse como parte de un espacio multidimensional imaginario (hipervolumen), cuyas dimensiones individuales corresponden a los factores necesarios para la existencia normal de una especie.
La divergencia de nichos ecológicos de diferentes especies a través de la divergencia se produce principalmente debido a su asociación con diferentes hábitats, diferentes alimentos y diferentes momentos de uso del mismo hábitat. Se han desarrollado métodos para evaluar la anchura del nicho ecológico y el grado de superposición de los nichos ecológicos de diferentes especies. Litro: Giller P. Estructura comunitaria y nicho ecológico. – M.: 1988 (según BES, 1995).
En el modelado ambiental el concepto nicho ecológico caracteriza una determinada parte del espacio (abstracto) factores ambientales, un hipervolumen en el que ninguno de los factores ambientales excede los límites de tolerancia de una determinada especie (población). El conjunto de tales combinaciones de valores de factores ambientales en los que teóricamente es posible la existencia de una especie (población) se llama nicho ecológico fundamental.
Nicho ecológico realizado Llaman parte del nicho fundamental, sólo aquellas combinaciones de valores de factores en las que es posible la existencia estable o próspera de una especie (población). Conceptos sostenible o próspero La existencia requiere la introducción de restricciones formales adicionales al modelar (por ejemplo, la mortalidad no debe exceder la tasa de natalidad).
Si, con una determinada combinación de factores ambientales, una planta puede sobrevivir, pero no es capaz de reproducirse, entonces difícilmente podemos hablar de bienestar o sostenibilidad. Por tanto, esta combinación de factores ambientales se refiere al nicho ecológico fundamental, pero no al nicho ecológico realizado.
Fuera del marco del modelado matemático, por supuesto, no existe tal rigor y claridad en la definición de conceptos. En la literatura ambiental moderna, se pueden distinguir cuatro aspectos principales en el concepto de nicho ecológico:
1) nicho espacial, incluido un complejo de condiciones ambientales favorables. Por ejemplo, las aves insectívoras de abeto y arándano viven, se alimentan y anidan en diferentes capas del bosque, lo que les permite evitar en gran medida la competencia;
2) nicho trófico. Destaca especialmente por la enorme importancia que tiene la alimentación como factor medioambiental. La división de nichos alimentarios entre organismos del mismo nivel trófico que conviven no sólo evita la competencia, sino que también contribuye a un aprovechamiento más completo de los recursos alimentarios y, por tanto, aumenta la intensidad del ciclo biológico de la materia.
Por ejemplo, la ruidosa población de los “mercados de pájaros” da la impresión de una ausencia total de orden. De hecho, cada especie de ave ocupa un nicho trófico estrictamente definido por sus características biológicas: algunas se alimentan cerca de la orilla, otras a una distancia considerable, algunas pescan cerca de la superficie, otras en profundidad, etc.
Los nichos tróficos y espaciales de diferentes especies pueden superponerse parcialmente (recordemos: el principio de duplicación ecológica). Los nichos pueden ser amplios (no especializados) o estrechos (especializados).
3) nicho multidimensional, o un nicho como hipervolumen. La idea de un nicho ecológico multidimensional está asociada a la modelización matemática. Todo el conjunto de combinaciones de valores de factores ambientales se considera como un espacio multidimensional. En este enorme conjunto, solo nos interesan aquellas combinaciones de valores de factores ambientales bajo las cuales es posible la existencia de un organismo; este hipervolumen corresponde al concepto de nicho ecológico multidimensional.
4) funcional idea de un nicho ecológico. Esta idea complementa las anteriores y se basa en las similitudes funcionales de una amplia variedad de sistemas ecológicos. Por ejemplo, hablan del nicho ecológico de los herbívoros, o de los pequeños depredadores, o de los animales que se alimentan de plancton, o de los animales excavadores, etc. El concepto funcional de nicho ecológico enfatiza role organismos en un ecosistema y corresponde al concepto habitual de “profesión” o incluso “posición en la sociedad”. Es en términos funcionales que hablamos de equivalentes ambientales– especies que ocupan nichos funcionalmente similares en diferentes regiones geográficas.
“El hábitat de un organismo es el lugar donde vive o donde normalmente se le puede encontrar. Nicho ecológico- un concepto más amplio que incluye no solo el espacio físico ocupado por una especie (población), sino también el papel funcional de esta especie en la comunidad (por ejemplo, su posición trófica) y su posición en relación con los gradientes de factores externos: temperatura , humedad, pH, suelo y otras condiciones de existencia. Estos tres aspectos del nicho ecológico se denominan convenientemente nicho espacial, nicho trófico y nicho multidimensional, o nicho como hipervolumen. Por tanto, el nicho ecológico de un organismo depende no sólo del lugar donde vive, sino que también incluye la suma total de sus requerimientos para el medio ambiente.
Las especies que ocupan nichos similares en diferentes áreas geográficas se llaman equivalentes ambientales"(Y. Odum, 1986).
ENFERMEDAD VENÉREA. Fedorov y T.G. Gilmanov (1980, págs. 118 – 127) nota:
“El estudio de nichos realizados describiendo el comportamiento de la función de bienestar en su sección transversal con líneas rectas y planos correspondientes a algunos factores ambientales seleccionados se utiliza ampliamente en ecología (Fig. 5.1). Además, dependiendo de la naturaleza de los factores a los que corresponde la función de bienestar particular considerada, se pueden distinguir entre nichos “climático”, “trófico”, “edáfico”, “hidroquímico” y otros, los llamados nichos privados.
Una conclusión positiva del análisis de nichos privados puede ser una conclusión inversa: si las proyecciones de los nichos privados sobre algunos (especialmente algunos) de los ejes no se cruzan, entonces los nichos mismos no se cruzan en un espacio de dimensión superior. ...
Lógicamente hay tres opciones. posición relativa nichos de dos tipos en el espacio de los factores ambientales: 1) separación (desajuste total); 2) intersección parcial (superposición); 3) inclusión completa de un nicho en otro. ...
La separación de nichos es un caso bastante trivial, que refleja el hecho de la existencia de especies adaptadas a diferentes condiciones ambientales. Los casos de superposición parcial de nichos son de mucho mayor interés. Como se mencionó anteriormente, la superposición de proyecciones incluso a lo largo de varias coordenadas a la vez, estrictamente hablando, no garantiza la superposición real de los propios nichos multidimensionales. Sin embargo, en trabajo practico la presencia de tales intersecciones y datos sobre la presencia de especies en ambientes similares a menudo se consideran evidencia suficiente a favor de nichos de especies superpuestos.
Para medida cuantitativa Para determinar el grado de superposición entre los nichos de dos especies, es natural utilizar la relación entre el volumen de intersección de conjuntos... y el volumen de su unión. ... En algunos casos especiales, es de interés calcular la medida de intersección de proyecciones de nicho”.
PRUEBAS DE ENTRENAMIENTO PARA EL TEMA 5
