Raft Master » Научная библиотека » Биоэкология » Кусочно-линейная модель молекулярного пути в ограниченном экологическом пространстве


  • 5-01-2013, 05:33
  • | Views: 801


Кусочно-линейная модель молекулярного пути в ограниченном экологическом пространстве

Кусочно-линейная модель молекулярного пути в ограниченном экологическом пространстве

Биологи и даже экологи описывают обитаемое пространство, геометрические понятия чаще всего не используя. Среда в биологическом понимании не имеет ни геометрического объема, ни внешней поверхности, которые присущи всем вещественным телам природы. Между тем, географическое пространство расчленено самой природой и каяедая отдельность, дискетная часть, имеет определенный объём, площадь внешней поверхности, массу вещества в данном отсеке. Главные геоморфологические структуры на поверхности Земли общеизвестны. Это континенты, океаны, острова, моря, озёра, пруды и т.д. вплоть до мельчайших песчинок, пылинок и корот-коживущих дождевых капель и капелек висящего в воздухе тумана. Численные характеристики главных геоморфологических объектов приводятся в географических справочниках и учебниках. Излагаемая ниже модель непременно требует, чтобы экологическое пространство имело геометрические очертания, Гранины и было измеримо. В качестве стандартного биологического пространства удобна и обычно используется фигура куба. Удобство состоит в том, что набором кубиков соответствующего размера можно с любой степенью точности заполнить любую другую объемную фигуру, водоёмы, почвы, илы и организмы самой разной формы.

Кусочно-линейная модель молекулярного пути (Хайлов, Юрченко, Шошина, 2001), позволяет описать последовательные этапы переноса молекул (например, СО:) из воздуха в определенный отсек экосистемы, а затем в ткани растения. Тот же путь, но в обратном направлении проходят выводимые из тканей молекулярные продукты метаболизма. Рассматривать будем идеальный случай когда в толще воды нет стратификации и течений, т.е. действует только механизм диффузионного переноса (в целях упрощения задачи допускается также, что в растении нет сосудистой системы).

Первый этап переноса вещества в водоёме - это поступление С02 через его плоское зеркало в толщу воды. На рис. 7.13 (верхняя часть) показана кубическая высечка воды из экосистемы. Все стороны куба, находящегося в толще воды, открыты для обмена веществ. Чтобы упростить задачу, будем рассматривать обмен только через верхнюю поверхность куба. Объём высечки обозначен символом Vn+i. Поверхность, Sn+i, "зеркала" затемнена. Затемнена и метаболически активная поверхность растения S (овал на теле условного растения с объемом V). Чёрными точками обозначены метаболические центры воды и тела, и двух поверхностей. Справа от куба выписаны смысловые значения трёх участков молекулярной цепи. Средняя длина молекулярного пути на участке от всех точек на поверхности "зеркала" ко всем точкам в объёме куба равна: Li = (Vn+i )/Sn+i Второй участок - путь молекул из всех точек в объеме куба ко всем точкам на внешней поверхности растения: L2 = Vn+i/S . Третий участок - от всех точек на поверхности растения ко всем точкам в его живом объеме: L3 = V/S. Параметр L, целиком принадлежит экосистеме, а параметр L3 принадлежит организму. Наиболее интересным является параметр Ь2, характеризующий биокосный объект - экосистему вместе с её обитателями.

 

Понятно, что дискретные поверхности S (соответствующие разным группам организмов) могут быть сколь угодно разными по величине. Различаться могут и расстояния L между узлами пути. Независимые изменения разных линейных путей могут отобразить сколь угодно разные экологические ситуации. Графическая модель на рис. 7.13 позволяет предусматривать и обдумывать разные ситуации, которые могут иметь место в реальных экологических объектах - в водоёмах (в планктоне и бентосе) или в наземных системах, например, в растительных пологах (в пологе природных трав, в посеве кукурузы, в лесу т.п.).

Заметим, что ситуации (а) и (б) на рис. 7.13 сходны по соотношению Sn+i и S, но различаются по общей длине молекулярного пути L2 + L3 в экологическом объеме Vn+i. Ситуации (б) и (в) различаются как по Sn+i и S, так и по L2 + L3 . Естественно ожидать, что при неизменной концентрации питательных веществ в воде количество биогеохимической работы по переносу веществ будет разным, в зависимости от общей геометрической конфигурации всей системы. Соответственно будут различаться и энергозатраты обитателей. В нормальном состоянии биокосная система должна стремиться к оптимальной геометрической конфигурации, которой соответствует минимальная длина общего молекулярного пути к каждому живому объекту, а соответственно и минимум энергозатрат. Поскольку непосредственно измерить энергозатраты довольно сложно, пойдем обходным путем.

Заметим важный экологический смысл дроби Sn+i /S: это соотношение двух метаболически активных поверхностей - питающей (граница воздух-вода), и питаемой (граница вода-организм). Растения и животные могут регулировать это соотношение через величину S, которая, свою очередь, определяется плотностью популяции (иными словами, концентраций "живого вещества" в объёме воды и его дисперсностью: Cw = W/Vn+i). Плотность популяции связана с интенсивностью обмена веществ и с затратами энергии.




  • Вернуться



  • Еще по теме


    Экологический метаболизм


    Граничные поверхности, их соотношения и молекулярные транспортные расстояни ...


    Соотношение питающей и питаемой поверхностей


    Молекулярные связи и отношения в наземных сообществах


    Динамические характеристики молекулярного переноса веществ

     

    Последние новости



    Пользовательский поиск

    Партнеры