Принципи організації екосистем

Екосистеми являють собою елементарну функціональну одиницю живої природи, в якій здійснюються взаємодії між усіма її компонентами, відбувається кругообіг речовин і енергії. До складу екосистеми входять неорганічні речовини (вода, вуглекислий газ, сполуки азоту та ін.), Які включаються в круговорот, і органічні сполуки (білки, вуглеводи, жири та ін.), Що зв’язують биотическую (живу) і абиотическую (неживу або відсталу) її частини. Для кожної екосистеми характерна певна середу (повітряна, водна, наземна), що включає кліматичний режим і певний набір параметрів фізичного середовища (температура, вологість і т. П.). За ролі, яку виконують організми в екосистемі, їх поділяють на три групи:

продуценти – автотрофні організми, головним чином зелені рослини, які здатні створювати органічні речовини з неорганічних;
консументи – гетеротрофні організми, переважно тварини, які харчуються іншими організмами або частинками органічної речовини;
редуценти – гетеротрофні організми, переважно бактерії і гриби, що забезпечують розкладання органічних сполук.
Навколишнє середовище та живі організми взаємопов’язані процесами циркуляції речовини та енергії.

Продуценти вловлюють сонячне світло і переводять його енергію в енергію хімічних зв’язків синтезованих ними органічних сполук. Гетеротрофи, поїдаючи продуцентів, використовують вивільняється при розщепленні цих хімічних зв’язків енергію для побудови свого власного тіла. Редуценти поводяться аналогічним чином, але в якості джерела їжі використовують або мертві тіла, або продукти, що виділяються в процесі життєдіяльності організмів. При цьому редуценти розкладають складні органічні молекули до простих неорганічних сполук – вуглекислого газу, оксидів азоту, води, солей амонію і т. Д. У результаті вони повертають в навколишнє середовище речовини, вилучені з неї рослинами, і ці речовини можуть знову утилізуватися продуцентами. Цикл замикається. Треба зауважити, що всі живі істоти певною мірою є редуцентамі. В процесі метаболізму вони витягують необхідну їм енергію при розщепленні органічних сполук, виділяючи в якості кінцевих продуктів вуглекислий газ і воду.

В екосистемах живі компоненти шикуються в ланцюжки – харчові або трофічні ланцюги, в яких кожне попереднє ланка служить їжею для наступного. У підставі трофічного ланцюга знаходяться продуценти, які з неорганічної речовини та енергії світла створюють жива речовина – первинну біомасу. Друга ланка складають споживають цю первинну біомасу тварини фітофаги – це консументи першого порядку. Вони, у свою чергу, служать їжею організмів, складових наступний трофічний рівень, – консументів другого порядку.

Далеко не всі організми, складові різні трофічні рівні, виявляються з’їденими, а консументи найвищого порядку (ведмеді, леви, орли і ін.) Взагалі не мають ворогів (звичайно, крім людини). Значна частина організмів гине в силу природної смертності, від хвороб, паразитів, природних катастроф і т. П. Тому в харчові ланцюжки на всіх рівнях, починаючи з другого, включаються редуценти, які живляться мертвою органічною речовиною.

У природних екосистемах харчові ланцюги не ізольовані одна від одної, а тісно переплетені. Вони формують харчові мережі, принцип утворення яких полягає в тому, що кожен продуцент може служити їжею не одному, а багатьом тваринам-фитофагам, які, в свою чергу, можуть бути з’їдені різними видами консументів другого порядку і т. Д. (Рис. 49 ).

Харчові мережі складають каркас екосистем, і порушення в них можуть призводити до непередбачуваних наслідків. Особливо вразливими виявляються екосистеми з відносно простими харчовими ланцюгами, т. Е. Ті, в яких коло об’єктів харчування конкретного виду вузький (наприклад, багато екосистеми Арктики). Випадання однієї з ланок може спричинити за собою розпад всієї трофічної мережі і деградацію екосистеми в цілому.

Трофічні СТРУКТУРА ЕКОСИСТЕМИ І ЕНЕРГЕТИКА. Зелені рослини вловлюють 1-2% потрапляє на них енергії Сонця, перетворюючи її в енергію хімічних зв’язків. Консументи I порядку засвоюють близько 10% всієї енергії, укладеної в з’їдених ними рослинах. На кожному наступному рівні втрачається 10-20% енергії попереднього. Подібна закономірність знаходиться в повній відповідності з другим законом термодинаміки. Згідно з цим законом при будь-яких трансформаціях енергії значна її частина розсіюється у вигляді недоступний для використання теплової енергії. Таким чином, енергія швидко убуває у харчових ланцюгах, що обмежує їх довжину. З цим пов’язано і зменшення на кожному наступному рівні чисельності та біомаси (кількість живої речовини, виражене в одиницях маси або калоріях) живих організмів. Однак це правило, як ми побачимо нижче, має ряд винятків.

В основі стійкості кожної екосистеми лежить певна трофічна структура, яка може бути виражена у вигляді пірамід чисельності, біомаси та енергії. При їх побудові значення відповідного параметра для кожного трофічного рівня зображують у вигляді прямокутників, поставлених один на одного.

Форма пірамід чисельності (рис. 50) в значній мірі залежить від розміру організмів на кожному трофічному рівні, особливо продуцентів. Наприклад, чисельність дерев у лісі значно нижче, ніж трави на лузі.

Починаючи з консументів I порядку більш-менш дотримується правило, згідно з яким розміри живих істот збільшуються на кожному наступному трофічному рівні. Хоча і тут є винятки: зграя вовків може загнати оленя чи лося – видобуток, значно більшу, ніж кожен вовк окремо.

Піраміди біомаси краще відображають реальну структуру екосистеми. Якщо розміри живих істот на різних трофічних рівнях не надто різняться, то можна отримати ступінчасту піраміду (див. Рис. 50). Однак в екосистемах з дуже дрібними продуцентами (фітопланктон) і великими консументами загальна маса останніх буде вище, і ми отримаємо звернену піраміду. Така картина типова для більшості морських і прісноводних екосистем.

Піраміди енергії дають найбільш повне уявлення про функціональну організацію екосистеми. Число і маса організмів на кожному трофічному рівні залежать від великої кількості їжі на попередньому рівні в даний момент часу. Тому піраміди чисельності та біомаси відображають статику екосистеми, т. Е. Характеризують число організмів на момент дослідження. Піраміда ж енергії відображає швидкість проходження їжі через трофічну ланцюг. Кожна її сходинка символізує кількість енергії (в перерахунку на одиницю площі або об’єму), що пройшла через певний трофічний рівень за певний період. Тому на форму піраміди енергії не впливають зміни розмірів, чисельності та біомаси. Вона завжди має форму трикутника з вершиною, зверненої вгору, що пов’язано з втратою енергії при переході з одного трофічного рівня на інший (див. Рис. 50).

Вивчення трофічної структури екосистем, особливо законів перетворення енергії, має першорядне значення для пізнання механізмів, які лежать в основі забезпечення їх стабільності. Без цього неможливо правильно розрахувати допустимі межі впливу на навколишнє середовище, вихід за рамки яких принесе їй непоправної шкоди.

Трофічні зв’язки між організмами формують основу екосистеми. У будь-якій екосистемі неодмінно присутні первинні виробники органічної речовини – продуценти, і організми, ця речовина споживають і переробні, – консументи і редуценти. Ці основні компоненти екосистеми формують трофічні ланцюги та мережі, через які проходить потік речовини та енергії. Згідно з другим законом термодинаміки на кожному трофічному рівні відбувається істотна втрата енергії у вигляді тепла, що обмежує довжину трофічних ланцюгів. Екосистема функціонує як єдина, розвивається система, що володіє саморегуляцією.

Поясніть, чому можливо виділити загальні компоненти в будь-якій екосистемі.
Що складає основу взаємодії компонентів екосистеми?
Яке значення для стійкості екосистеми має різноманіття її компонентів?

Посилання на основну публікацію