2.5.4 Состав и функциональная структура экосистемы

Каждая эко­система имеет собственное материально-энергетическое хозяйство и определенную функциональную структуру.

В каждую экосистему входят группы организмов разных видов, различаемые по способу питания – автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы («самопитающиеся») – организмы, образующие органическое вещество своего тела из неорганических веществ – двуокиси углерода и воды – посредством процессов фото­синтеза и хемосинтеза. Фотосинтез осуществляют фотоавтотрофы – все хлорофиллоносные зеленые растения и микроорганизмы. Хемосинтез наблюдается у некоторых хемоавтотрофных бактерий, которые используют в качестве источника энергии окисление водорода, серы, сероводорода, аммиака, железа. Хемоавтотрофы в природных экосистемах играют относительно небольшую роль, за исключением чрезвычайно важных нитрифицирующих бактерий.

Автотрофы составляют основную массу всех живых существ и полностью отвечают за образование всего нового органического вещества в любой экосистеме, т. е. являются производителями продукции – продуцентами экосистем.

Гетеротрофы («питающиеся другими») – организмы, потребляющие готовое органическое вещество других организмов и про­дуктов их жизнедеятельности. Это все животные, грибы и большая часть бактерий. У некоторых групп бактерий, так же, как и у большинства растений-паразитов и насекомоядных растений совмещаются автотрофные и гетеротрофные функции. В отличие от автотрофов-продуцентов гетеротрофы выступают как потребители и деструкторы (разрушители) органических веществ. В зависимо­сти от источников питания и участия в деструкции они также подразделяются на несколько категорий: консументов, детритофагов и редуцентов.

Консументы – потребители органического вещества живых организмов. К их числу относятся:

1) растительноядные животные (фитофаги), питающиеся жи­выми растениями (тля, кузнечик, гусь, овца, олень, слон);

2) плотоядные животные (зоофаги), поедающие других живот­ных, – различные хищники (хищные насекомые, насекомоядные и хищные птицы, хищные рептилии и звери), нападающие не только на фитофагов, но и на других хищников (хищники второго, третьего порядков);

3) паразиты, живущие за счет веществ организма-хозяина; это уже не только животные (черви, насекомые, клещи), но и различ­ные микроорганизмы (вирусы, бактерии, простейшие), а также некоторые грибы и растения;

4) симбиотрофы – бактерии, грибы, простейшие, которые, пи­таясь соками или выделениями организма-хозяина, выполняют и жизненно важные для него трофические функ­ции; клубеньковые бактерии бобовых, связывающие молекулярный азот; Существует немало животных со смешанным питанием, потребляющих и расти­тельную, и животную пищу.

Детритофаги, или сапрофаги, – организмы, питающиеся мерт­вым органическим веществом – остатками растений и животных. Это различные гнилостные бактерии, грибы, черви, личинки насекомых, жуки-копрофаги и другие животные – все они выполняют функцию очищения экосистем. Детритофаги участвуют в образовании почвы, торфа, донных отложении водоемов.

Редуценты – бактерии и низшие грибы – завершают деструк­тивную работу консументов и сапрофагов, доводя разложение ор­ганики до ее полной минерализации и возвращая в среду экоси­стемы последние порции двуокиси углерода, воды и минеральных элементов.

Между всеми названными группами организмов в любой экосистеме устанавливаются прочные пищевые взаимоотношения, образуя пищевую цепь. Их совместное функционирование не только поддерживает структуру, целостность биоценоза, но и оказывает существенное влияние на абиотические компоненты биотопа, обусловливая самоочищение экосистемы, ее среды. Это особенно хорошо проявляется в водных экосистемах, где существуют группы организмов-фильтраторов. Известно, например, какую большую роль в очищении воды озера Байкал играет небольшой рачок эпишура.

Место каждого звена в цепи питания называют трофическим уровнем, он характеризуется различной интенсивностью протекания потока веществ и энергии.

Первый трофический уровень всегда составляют продуценты; растительноядные консументы относятся ко второму трофическому уровню; плотоядные, живущие за счет растительноядных форм, – к третьему; потребляющие других плотоядных – соответственно к четвертому, и т. д. Вследствие этого различают консументов первого, второго, третьего и четвертого порядков, занимающих разные уровни в цепях питания. Однако такие цепи в чистом виде в природе обычно не встречаются, поскольку одни и те же виды могут быть одновременно в разных звеньях.

Очевидно, что основную роль при этом играет пищевая специализация консументов. Виды с широким спектром питания могут включаться в цепи питания на разных трофических уровнях. В рацион, например, человека входит как растительная пища, так и мясо травоядных и плотоядных животных. Поэтому он выступает в разных пищевых цепях в качестве консумента первого, второго или третьего порядков.

Подобным образом создаются сети питания, которые отличаются большой сложностью.

Линейную цепь с четко разделенными уровнями можно создать в лабораторных условиях. Однако в природе реально существуют трофические сети, в которых многие популяции принадлежат сразу к нескольким трофическим уровням.

Благодаря сложности трофических связей выпадение какого-то одного вида нередко почти не сказывается на сообществе. Пищу исчезнувшего вида начинают потреблять другие «пользователи», питавшиеся им виды находят новые источники пищи, и в целом в сообществе сохраняется равновесие.