Тенсли

Замкнутая экосистема

Это экосистема, в которой не ожидается какой-либо обмен веществ со средой за её пределами.

Опыт с садом в бутылке Дэвида Латимера

Британец Дэвид Латимер провёл великолепный опыт с садом в бутылке. Он посадил его в 1960 году и не поливал с 1972 года, но садик продолжает процветать в своей замкнутой экосистеме.

Посаженные им внутрь выносливые традесканции выросли, заполнив почти 40-литровый контейнер, выжив на всём переработанном: воздухе, питательных веществах и воде.

Дэвид Латимер сказал, что бутыль стоит в 1,5-2 метрах от окна, чтобы растение получало немного солнца. Оно растёт в сторону солнечного света, поэтому его нужно периодически разворачивать, чтобы оно росло равномерно.

Также Дэвид Латимер сказал, что он никогда не подрезал растение, но выглядит так, будто оно выросло до пределов бутылки.

Как работают сады в бутылках

Сады в закрытых бутылках действуют, потому что их герметичное пространство создаёт абсолютно самостоятельную экосистему, в которой растения могут выжить, используя фотосинтез для утилизации питательных веществ.

Единственное, что необходимо из внешней среды — солнечный свет, поскольку он обеспечивает его энергией, необходимой для создания собственной пищи, а значит и продолжения роста.

Свет, который попадает на листья растения, поглощается белками, содержащими хлорофиллы (зелёный пигмент).Часть этой световой энергии хранится в форме аденозинтрифосфата (АТФ), молекулы, которая хранит энергию.

Остальная часть используется для удаления электронов из воды, поглощаемой из почвы через корни растения. Эти электроны затем используются в химических реакциях, которые превращают углекислый газ в углеводы, высвобождая кислород.

Этот процесс фотосинтеза является противоположным клеточному дыханию, которое происходит в других организмах (включая людей), где углеводы, содержащие энергию, реагируют с кислородом для получения углекислого газа, воды и высвобождения химической энергии.

Но экосистема также использует клеточное дыхание для разрушения разлагающегося материала, которое оставляет растение.

В этой части процесса бактерии внутри почвы (сада в бутылке) поглощают отходы кислорода растения и выделяют углекислый газ, который растущее растение может повторно использовать.

И, конечно, ночью, когда нет солнечного света для фотосинтеза, растение также будет использовать клеточное дыхание, чтобы поддерживать себя в живых, разбивая сохранённые питательные вещества.

Поскольку сад в бутылке является закрытой средой, это означает, что его водный цикл также является автономным процессом.

Вода в бутылке поглощается корнями растения, высвобождается в воздух во время транспирации, конденсируется в почвосмеси, где цикл начинается снова.

Биосфера-2

«Биосфера-2» в пустыне Сонора, штат Аризона

Ещё в конце 1980-х годов был начат проект «Биосфера-2». Учёные задались вопросом, смогут ли они воспроизвести экосистемы Земли.

Для этого они построили среду с закрытой системой 12.000 м² в пустыне Сонора, за пределами города Тусон, штат Аризона.

Подразумевается, что Биосфера-1 — Земля, так команда объяснила цифру «2» в названии проекта.

Идея состояла в том, чтобы проверить, смогут ли они воссоздать экосистемы Земли в закрытой среде, чтобы люди могли выжить в космосе в течение длительного времени.

26 сентября 1991 года 8 человек-добровольцев (4 мужчины и 4 женщины) ради эксперимента были оторваны от мира и закрыты в «Биосфере-2».

Они собирались жить внутри этого сооружения на протяжении двух лет, поддерживая контакт с окружающим миром лишь через компьютер.

Однако в самом начале эксперимента одна из «биосферцев» получила травму, из-за чего ей пришлось сразу же покинуть её новый дом.

Потом, спустя около года, оставшиеся жители-добровольцы «Биосферы-2″стали замечать, что количество кислорода почему-то стало резко падать.

И учёным пришлось закачивать кислород из внешней среды, таким образом, конечно, ни о какой чистоте этого эксперимента уже не могло быть и речи.

Следом у них начались проблемы с выращиванием еды чтобы себя прокормить. Начались проблемы сплочённости: маленькая группа разделилась на два лагеря. Опасаясь за жизнь «биосферцев», учёные были вынуждены прекратить эксперимент.

В марте 1994 года была предпринята вторая попытка заселить людей на «Биосферу-2». Эта группа решила некоторые проблемы, возникшие у первой, однако из-за разногласий внутри команды миссия закончилась спустя шесть месяцев.

На данный момент «Биосфера-2» принадлежит Аризонскому университету, который восстановил там свои исследования в 2011 году.

Структура, компоненты и факторы экосистемы

Экосистема определяется как природная функциональная экологическая единица, состоящая из живых организмов (биоценоза) и их неживой окружающей среды (абиотической или физико-химической), которые взаимодействуют между собой и создают стабильную систему. Пруд, озеро, пустыня, пастбища, луга, леса и т.д. являются распространенными примерами экосистем.

Каждая экосистема состоит из абиотических и биотических компонентов:

Структура экосистемы

Абиотические компоненты

Абиотические компоненты представляют собой не связанные между собой факторы жизни или физическую среду, которая оказывает влияние на структуру, распределение, поведение и взаимодействие живых организмов.

Абиотические компоненты представлены в основном двумя типами:

• Климатическими факторами, которые включают в себя дождь, температуру, свет, ветер, влажность и т.д.
• Эдафическими факторами, включающие в себя кислотность почвы, рельеф, минерализацию и т.д.

Значение абиотических компонентов

Почвы содержат минеральные и органические вещества, а также живые организмы. Почва обеспечивает живых существ питательными веществами, влагой и средой обитания. Растительность верхней части почвенного покрова тесно с ней связана через круговорот питательных веществ.

Атмосфера обеспечивает живые организмы углекислым газом (для фотосинтеза) и кислородом (для дыхания). Процессы испарения, транспирации и круговорота воды происходят между атмосферой и поверхностью Земли.

Солнечное излучение нагревает атмосферу и испаряет воду. Свет также необходим для фотосинтеза. Фотосинтез обеспечивает растения энергией, для роста и обмена веществ, а также органическими продуктами для питания других форм жизни.

Большинство живой ткани состоит из высокого процента воды, до 90% и даже более. Немногие клетки способны выжить, если содержание воды падает ниже 10%, и большинство из них погибают, когда вода составляет менее 30-50%.

Вода является средой, с помощью которой минеральные пищевые продукты поступают в растения. Она также необходима для фотосинтеза. Растения и животные получают воду с поверхности Земли и почвы. Основной источник воды — атмосферные осадки.

Биотические компоненты

Живые существа, включая растения, животных и микроорганизмы (бактерии и грибы), присутствующие в экосистеме, являются биотическими компонентами.

На основе их роли в экологической системе, биотические компоненты могут быть разделены на три основные группы:

• Продуценты производят органические вещества из неорганических, используя солнечную энергию;
• Консументы питаются готовыми органическими веществами, произведенными продуцентами (травоядные, хищники и всеядные);
• Редуценты. Бактерии и грибы, разрушающие отмершие органические соединения продуцентов (растений) и консументов (животных) для питания, и выбрасывающие в окружающую среду простые вещества (неорганические и органические), образующихся в качестве побочных продуктов их метаболизма.

Эти простые вещества повторно производятся в результате циклического обмена веществ между биотическим сообществом и абиотической средой экосистемы.

Общая концепция понятия

Что такое экосистема? Что входит в это понятие? Значение слова объясняется довольно просто: это система, заселенная живыми организмами в естественных для них условиях обитания, внутри которой происходит постоянный обмен информацией и энергией.

Владимир Николаевич Сукачев

Есть разные типы экосистем, однако общий принцип одинаков: в ней есть биотоп – региональный компонент, имеющий одинаковый ландшафт, местность, климат, и биоценоз – обитатели группы, постоянно проживающие в данном биотопе. Раздельно эти два понятия рассматривать просто не имеет смысла, так как биотоп и биоценоз не существуют отдельно друг от друга. А вот они вместе образуют природную схему, под названием биогеоценоз. Это понятие ввел в научный обиход ученый-биолог В.Н. Сукачев.

Поскольку природные системы способны существовать очень длительное время, для них важна слаженная работа всех составляющих, правильные обменные процессы, а также взаимодействие с окружающей средой – для освобождения накопившейся энергии и подпитки извне. Разнообразие экосистем велико, каждая из них индивидуальна, но все они имеют общие факторы – построение и составляющие.

Экосистемой называют отдельную структурную единицу, объединяющую биотические и абиотические факторы, которая имеет свою линию саморазвития, обеспечения жизненно важными материалами и определенную организацию.

Примеры

Понятие экосистемы существует в науке уже давно, и с течением времени схема экосистемы постепенно усложняется. Это происходит и по естественным причинам, и из-за вмешательства прогрессивных аспектов. К понятию данного термина вполне подходит обозначение совокупности факторов, взаимодействующих друг с другом и создающих свой круговорот обмена веществ и информации.

Рассмотрим основные экосистемы земли и их особенности. Самая большая экосистема на Земле – биосфера планеты, так называется совокупность живых организмов, взаимодействующих друг с другом, используя биотическую и абиотическую модели поведения.  

Экологическая система в природе – это: массивы естественных насаждений, образующие различные типы лесов – тайга, лиственные и сосновые леса. Функция экосистемы в данных случаях обеспечивается наличием группы организмов, отвечающих за ее жизнеспособность. Здесь обязательна взаимосвязь живых организмов и компонентов неживой природы: представителей фауны, растительной флора, которой они питаются, бактерий, живущих за счет получения питательных веществ из мертвого органического вещества.

Примеры экосистем антропогенного типа найти еще проще! Здесь также основная роль отводится естественным процессам, однако протекают они не самостоятельно. Типы и составляющие таких комплексов, могут быть какими угодно.

Самый простой пример экосистемы в этом разделе – обычный аквариум. Вроде бы он и совершенно естественен (у него живая экосистема из рыб, моллюсков, растений, воды и воздуха), но фактор, формирующий тип антропогенной схемы здесь – человек. От него поступает корм обитателям аквариума, он же обеспечивает освещение, очистку и другие необходимые факторы.

Аквариум

Или возьмем пример огорода, который по сути своей близок к понятию естественного процесса: овощи растут из семян, используя природный механизм. Определение антропогенности здесь элементарное – это натуральная схема, созданная человеком.

Отдельный пример искусственных комплексов – инженерные экосистемы. Сюда в первую очередь нужно отнести очистные сооружения, ветряные мельницы, горные экосистемы, созданные людьми. Здесь неживые части экосистемы вырабатывают или преобразуют энергетические потоки специально для обеспечения жизнедеятельности человечества.

Также нельзя не отметить колоссальное влияние на экологию, которое оказывают техногенные экосистемы. Концепции их таковы, что деятельность любого подобного комплекса приносит пользу человечеству и прогрессу, но в то же время наносит, зачастую непоправимый, вред естественным экосистемам планеты, экологической обстановке в отдельных регионах, всему живому и объектам неживой природы, в том числе.

Лучшее за месяц

• Офтальмология. Учебник для вузов — Сидоренко Е.И. — 2002 год
• Морфофункциональная характеристика В-лимфоцитов и плазматических клеток. Их участие в иммунных реакциях
• Внешние силы, действующие на организм человека, и их краткая характеристика
• Органеллы специального назначения (микроворсинки, реснички, тонофибриллы, миофибриллы), их строение и функции
• Понятие о гемостазе
• Цитоплазма. Общая морфо-функциональная характеристика. Классификация органелл, их структура и функции
• Органеллы немембранного типа. Их строение и функции
• Понятие о системах групп крови
• Гиалоплазма. Её физико-химический состав и основные функции
• Внутренние силы и их краткая характеристика
• Органеллы мембранного типа. Их строение и функции
• Понятие о крови
• Строение и функциональное значение тимуса. Взаимодействие стромальных и гемопоэтичисеких элементов в ходе лимфопоэза. Эндокринная функция тимуса. Понятие о возрастной и акцидентальной инволюции вилочковой железы
• Морфологическая и функциональная классификация нейронов. Структурная организация нейронов
• Функциональная анатомия и топография серого вещества спинного мозга
• Микроциркуляторное русло. Его морфо-функциональная характеристика. Классификация и общий план строения капилляров. Особенности строения капилляров по эндотелию, базальной мембране. Понятие о гистогематическом барьере
• Генетика, молекулярная кибернетика. Личности и проблемы — Ратнер В.А. — 2002 год
• Хрящевые ткани. Общая морфо-функциональная характеристика. Классификация. Развитие и особенности строения различных хрящевых тканей. Надхрящница. Рост хряща, возможности регенерации и возрастные изменения хрящевых тканей
• Рыхлая волокнистая неоформленная соединительная ткань. Морфо-функциональная характеристика. Межклеточное вещество, строение и значение. Клетки фибробластического ряда, их роль в регуляции состава межклеточного вещества
• Функциональная анатомия оболочек и межоболочечных пространств спинного и головного мозга

The Tansley Effect

December 13, 2013

I just finished re-reading Frank Herbert’s classic, Dune. One of the things I like about this book are the arcane mash-up references Herbert makes to real and fictional events, persons, and principles. During this re-read I became fixated on something Herbert called the “Tansley Effect”

“He set up small unit experiments with regular interchange of data for a swift Tansley Effect, let each group find its own path.”

So what is this Tansley Effect? Surprisingly, Google has almost nothing to say. It’s almost like it doesn’t exist. Almost. A nice article in the Citizen Scientists League  last year made an attempt to unravel the story behind the reference,

“Given Herbert’s well-known penchant for researching the science behind his fiction and his interest in ecology, it seems plausible that he would have run across Tansley’s work  and named a future scientific principle after him”

From Herbert’s writing I imagine the Tansley Effect as the cumulative outputs from a group of highly skilled, disciplined professionals all studying the same problem, and routinely sharing their findings. Each new independent finding becomes a common input into everyone else’s process. The Tansley Effect is an endless positive feedback loop. How quickly the solution would reveal itself against such an onslaught!

Impossible, you say.

How would we avoid the waste of duplicated effort?

This question is irrelevant. Allowing independent local solutions to a common global problem is neither duplication nor waste; it’s best practice.

How would we ensure information was shared?

A culture of information sharing arises naturally from shared goals and from investment in group outcomes. Any impediment to that culture is removed from the organization. Plenty of organizations ruthlessly defend their culture.

How would we eliminate the default competition?

Wrong question; competition is not inherently bad for the organization, as long as it remains productive. Non-productive competition is counter-incentivized. Correct behaviors consistent with the culture and goals are rewarded.

The combination of shared goals, constant cultural recalibration, and incentivizing of correct behaviors is the driving force behind the Tansley Effect. This effect is operational and observable in organizations and communities around the world.

By any other name, have you ever seen the Tansley Effect in action? I’d love to hear the story.

Краткая история развития. Роль А. Гумбольда, Ж. Ламарка, К. Линнея, К.Ф. Рулье, Ч. Дарвина, Э. Геккеля, А. Тенсли, В.В. Докучаева, В.И. Вернадского в становлении экологии

Краткая история развития:1) (до 60-х гг.XIXв.) зарождение и становление экологии как науки; 2) (после 60-х гг.XIXв.) оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний; 3) (50-е гг.XXв. – по наст.) превращение экологии в комплексную науку, включ. В себя науки об охр. природн. и окруж. среды.А. Гумбольдт (1769-1859) – заложил основы биогеографии. Ж. Ламарк – «Философия зоологии» — теория эволюции живого мира К. Линней – создал таксономическую систему животных и растений. К.Ф. Рулье – заложил основы экологии животных. Ч. Дарвин — книга о происхождении видов, путем естественного отбора.Э. Геккель – предложил термин «экология».А. Тенсли – ввел понятие экосистема. В.В. Докучаев – термин «биоценоз». В.И. Вернадский – создал учение о биосфере.
Похожие материалы:

Реферат: Роль Авиценны в становлении медицины

Определение экологии. Предмет, задачи и объекты изучения экологии

Законы Ж. Б. Ламарка

Биогенетический закон Геккеля-Мюллера

Основные положения теории Ч. Дарвина