Искусственные экосистемы

Что такое искусственные экосистемы

Искусственные экосистемы – это экосистемы, созданные и контролируемые людьми. Как правило, такие экосистемы соответствуют большинству критериев природных экосистем, но при этом не обладают механизмом саморегулирования. Главным отличием искусственных экосистем от естественных является то, что у последних более высокое генетическое разнообразие, сложные пищевые цепи и значительный круговорот питательных веществ. Так же искусственные экосистемы в большинстве своем пагубно воздействуют на экологию (пример: крупные города).

Экосистема, сотворенная человеком, очень хрупка и нуждается в постоянном уходе. Хорошим примером будет сад. За ним надо ухаживать, поливать цветы, пропалывать сорняки, уничтожать вредителей и поддерживать хрупкое равновесие. Если же такой сад оставить без должного присмотра, то вскоре он погибнет из-за отсутствия сложной взаимосвязи между компонентами.

Еще в качестве примера можно взять домашний аквариум. Обычно в нем не обитает боле 2-3 видов рыб, и зачастую отсутствуют живые растения. Такая экосистема нуждается в искусственном способе очищения и насыщения воды, т.к. в ней отсутствуют организмы способные выполнять эти действия.

Признаки искусственной экосистемы

 Первым отличительным признаком искусственных экосистем является гетеротрофный тип питания (употребление готовой пищи). В качестве примера возьмем все тот же сад – одну из самых распространенных искусственных экосистем. В данном случае большую роль играют удобрения и обработка растений от паразитов. При этом такие экосистемы вырабатывают некоторые ядовитые вещества, что делает ее нестабильной и зависимой от человеческого вмешательства.

Вторым признаком служит незамкнутый цикл обмена веществ. Люди выращивают растения, оберегают их от природных катаклизмов и нападок паразитов, а затем собирают урожай, оставляя пищевую цепь разрушенной. Из-за отсутствия системы самовосстановления  такая экосистема не сможет дальше функционировать и вскоре погибнет. Конечно, спустя некоторое количество времени там может образоваться новая, уже природная экосистема, но из-за вредных химикатов отравляющих почву ей потребуется куда больше времени на образование.

 

 

 Видовая малочисленность  так же является признаком искусственной экосистемы, т.к. оберегая растения люди уничтожают сорняки и паразитов, которые в свою очередь являются частью природных экосистем. Такое вмешательство приносит определенную выгоду человеку, но одновременно с этим делает экосистему максимально неустойчивой.

Характеристики искусственной экосистемы

 Отличить искусственную экосистему от природной довольно просто, особенно если знать ее основные характеристики.

• Искусственные экосистемы в основном являются гетеротрофами, т.е. потребляют готовую пищу. Это в свою очередь негативно влияет на окружающую среду, ведь такие экосистемы лишь потребляют ресурсы, не давая ничего взамен.
• Как уже было сказано, искусственные экосистемы негативно влияют на экологию и окружающую среду в целом. Они истощают почву, загрязняют воздух, потребляют большое количество кислорода и воды.
• Как правило, искусственные экосистемы потребляет больше кислорода, чем могут произвести. Выделяя в атмосферу большое количество парниковых газов, они негативно влияют на экологию и климат.
• Имеют ограниченное количество видов.
• Довольно неустойчивы, т.к. полностью зависят от вмешательства и контроля человека. Такие экосистемы не могут выжить в таких условиях, в которых природные экосистемы будут процветать и развиваться.
• Не могут иметь стабильную замкнутую цепь обмена веществ из-за малого видового разнообразия и общей неустойчивости системы.
• Используют больше воды, чем естественные экосистемы и провоцируют загрязнение различных водоемов.

 

Виды искусственных экосистем

Искусственные экосистемы можно условно поделить на три категории: наземную, водную и «жилую».

К наземным искусственным экосистемам можно отнести огороды, поля, фермы и сады. Такие экосистемы чаще всего используются для получения продуктов питания. Они потребляют большое количество воды, отравляют почву химикатами и разрушают естественные цепи обмена веществ.

 

 

Водные искусственные экосистемы – это аквариумы, водохранилища, водные фермы и искусственные водоемы. Эти экосистемы, как правило, используются для получения и хранения чистой воды, разведения рыбы. Они чуть более экологичны, чем наземные экосистемы, но все так же загрязняют воду (использование хлора для обеззараживания воды), потребляют много кислорода и разрушают естественные цепи питания.

В «жилых» искусственных экосистемах проживают люди. Это города, деревни, села и даже космические станции. Их главными источниками энергии являются электростанции, они зависимы от деятельности водных и наземных экосистем, и вырабатывают большое количество вредных веществ. Такие экосистемы негативно влияют на окружающую среду, но при этом они очень важны для человечества.

 

Как создается искусственная экосистема

Первая искусственная экосистема под название «БИОС-1» была создана в 1964 году и представляла собой культиватор с водорослями, от которого по воздуховоду в специальную кабину подавался кислород. Этого было достаточно для снабжения человека кислородом в течение 12 часов. Эксперимент признали удачным, и ученые продолжили исследования в этой области.

 

 

Этот эксперимент подтолкнул человечество к дальнейшему изучению и разработке искусственных экосистем. Люди научились выращивать растения в «пробирках», построили МКС и создали огромное количество искусственных экосистем призванных сохранять вымирающие виды и помогать их развитию.

Создание искусственных экосистем обычно начинается с постройки специального помещения. Так в конце 1980 года была создана замкнутая искусственная экосистема «Биосфера-2». Комплекс построек в общей сумме занимал около 1,5 гектаров и обошёлся инвесторам в $150 млн. Данное строение содержало в себе саванну, джунгли и мини-океан с пляжем.

Еще одним немаловажным этапом создания искусственной экосистемы является подбор подходящей растительности и животных. В экосистеме «Биосфера-2» содержалось около 4000 видов растений и животных. Восемь человек в течение двух лет проживали внутри комплекса, подбирая наиболее подходящие и устойчивые виды почвы, растений и животных. Все это делалось для того, чтобы узнать смогут ли люди когда-нибудь создать колонии на других планетах.

Проектировщики данной экосистемы старались добиться полной автономности системы, и у них практически получилось, ведь единственное что соединяло «колонистов» с внешним миром – это подача электроэнергии. Люди могли полноценно жить внутри, ловить рыбу, выращивать урожай и ухаживать за скотом. К сожалению, вскоре проявил себя недочет проектировщиков, что привело к дальнейшему краху системы.

Стеклянный купол, под которым проживали колонисты, был не герметичен, что и спровоцировало утечку кислорода. Начали гибнуть многие растения и животные, насекомые наоборот начали активнее размножаться и нападать на посевы колонистов. Еды перестало хватать для обеспечения людей ежедневной нормой, что повлияло на работоспособность колонистов.

Проект официально завершился 26 сентября 1993 года из-за критической утечки кислорода. Несмотря на неудачу, проект смог продвинуть дальнейшее создание искусственных экосистем на много лет вперед

Примеры искусственных экосистем

На самом деле, искусственные экосистемы буквально окружают нас. Города, зоопарки, аквариумы, МКС, фермы, огороды – все это искусственные экосистемы. Как правило, они служат для промышленных целей или сохранения земной флоры и фауны. Тем не менее, искусственные экосистемы постепенно вытесняют природные и в будущем, если не исправить ситуацию, на земле не останется глобальных естественных экосистем.

 

 

Так же существуют и экспериментальные экосистемы, такие как «Биосфера-2», «БИОС-1», «БИОС-2», «Юэгун-1» и многие другие. Эти экосистемы созданы для исследований, которые в дальнейшем помогут человечеству в освоении космоса и предотвращении природных катаклизмов на Земле. Если ученые и дальше продолжат из разработки, то гибель глобальных природных экосистем не будет так критична, ведь люди смогут воссоздать их полное подобие.

Круговорот веществ в искусственной экосистеме.

Искусственные экосистемы могут быть как замкнутые, так и незамкнутые. В качестве примера незамкнутой искусственной экосистемы возьмем аквариум. Видовое разнообразие скудно (обычно это 1-2 вида), требуется постоянное вмешательство в виде кормления, очищения воды и насыщения кислородом. Соответственно круговорот веществ незамкнут и нестабилен, а значить такая экосистема не выживет без вмешательств человека.

С замкнутыми искусственными экосистемами ситуация немного другая. К примеру. запечатанному террариуму с мхом не требуется вода и пища из вне т.к. круговорот веществ замкнут. Но, тем не менее, ему требуются свет и тепло, которые в свою очередь обеспечивает человек, устанавливая лампу и обогреватель. Такая искусственная экосистема более устойчива, но все также требует вмешательств человека.

Продуценты искусственной экосистемы.

Чтобы поддерживать круговорот веществ в экосистеме, требуется наличие запаса неорганических веществ в усвояемой форме. Так же необходимы три функционально различные группы организмов: продуценты, консументы и редуценты.

Продуценты – это организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений и по типу питания относящиеся к автотрофам.

Консументы – это гетеротрофные организмы, питающиеся органическими веществами продуцентов и преобразовывающие их в новые формы.

 

 

Редуценты – это гетеротрофные организмы, питающиеся мертвыми органическими веществами и переводящие его в неорганические соединения.

Эта классификация не точна на сто процентов, т.к. консументы и продуценты могут частично выступать в роли редуцентов и выделять в окружающую среду минеральные вещества.

Стоит упомянуть и то, что не всегда присутствие консументов обязательно потому, что круговорот веществ, при определенных обстоятельствах, может осуществляться только за счет деятельности продуцентов и редуцентов. Такие экосистемы редки и являются исключением из правил. Они могут встречаться в тех местах, где ведут свою деятельность сообщества, сформированные только из микроорганизмов.

Видовое разнообразие искусственных экосистем.

 Видовое разнообразие искусственных экосистем мало и неразнообразно в сравнении с естественными экосистемами. Связанно это с тем, что большинство искусственных экосистем являются монокультурами (огороды, поля, сады) и для того, чтобы они приносили пользу человек использует различные ядохимикаты тем самым уменьшая и без того скудное разнообразие.

 

 

Видовое разнообразие влияет и на устойчивость экосистемы. Именно поэтому искусственные экосистемы очень неустойчивы и не способны к самовосстановлению и саморегуляции.

Сравнительная характеристика природных и искусственных экосистем.

Природные экосистемы	Искусственные экосистемы
Главным источником энергии является солнечный свет.	По типу питания чаще всего гетеротрофы (используют готовую пищу)
Не истощает почву.	Истощает почву.
Большое видовое разнообразие.	Малое видовое разнообразие.
Высокая устойчивость и способность к самовосстановлению.	Низкая устойчивость и зависимость от деятельности человека.
Сбалансированная замкнутая цепь питания.	Незамкнутая цепь питания.
Производить большое количество кислорода.	Производит мало кислорода или не производит вообще.
Сбалансированная система потребления и очистки воды.	Потребляет огромное количество воды и загрязняет ее.