Экосистема

Основополагающим объектом изучения экологии является взаимодействие пяти уровней взаимодействия материи: живые организмы, популяции, сообщества, экосистемы и экосфера.

Экосистема – совокупность всех популяций разных видов, проживающих на общей территории вместе с окружающей их неживой средой.

Выделяют три группы природных экосистем: наземные (биомы), пресноводные и морские.

Наземные экосистемы – тундра, тайга, пустыни, широколиственные леса, степи, саванны.

Пресноводные экосистемы – стоячие воды: озера, пруды, водохранилища; текущие воды: реки, ручьи; заболоченные угодья: болота и марши.

Морские экосистемы­ – открытый океан, воды континентального шельфа, эстуарии.

Экосистемы можно разделить на:

микроэкосистемы (ствол упавшего дерева или поляна в лесу)

мезоэкосистемы (лесной массив)

макроэкосистемы (тайга, море)

Экосистемой высшего уровня является биосфера Земли.

Как большие, так и малые экосистемы обычно не имеют четких границ. Переходная зона между двумя смежными экосистемами называется экотоном. Экотон включает в себя представителей обеих смежных экосистем, а также нередко виды живых организмов, которые не встречаются в данных экосистемах, в результате экотон обладает большим разнообразием организмов, чем близлежащие территории.

Все организмы делятся на на две большие группы – автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофные организмы используют неорганические источники для своего существования, тем самым создавая органическую материю из неорганической. К таким организмам относятся фотосинтезирующие организмы. Используя энергию света, они из углекислого газа и воды синтезируют глюкозу, выделяя в качестве побочного продукта кислород.

6CO₂ + 6H₂O + солнечная энергия = C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Некоторые живые организмы, в основном бактерии, способны поглощать из окружающей среды неорганические соединения и преобразовывать их в органические питательные вещества без присутствия солнечного света. Этот процесс называется хемосинтезом. Например, в некоторых районах океана гидротермальные выходыслужат источником огромных количеств горячей соленой морской воды и сероводорода. Там в абсолютной темноте в условиях высоких температур специальные бактерии путем хемосинтеза преобразуют неорганический сероводород в необходимые им органические вещества.

Гетеротрофные организмы – нуждаются в органической пище. К ним относятся все животные, некоторые растения (паразиты, грибы), некоторые бактерии.

Поскольку организмы достаточно разнообразны по видам и формам питания, то они вступают между собой в сложные трофические (пищевые) взаимодействия. Одни из них производят продукцию, другие потребляют, третьи преобразуют ее в неорганическую форму. Таким образом образуется цепь последовательной передачи вещества от одних организмов к другим, которая называется трофической цепью.

Основные типы организмов, которые формируют живые, или биологические компоненты экосистемы принято подразделять на продуцентов, консументов и редуцентов.

Продуценты (автотрофы «самопитающиеся») – организмы, производящие органические соединения, используемые ими как источник энергии и питательных веществ, а также производители продукции, которой потом питаются все остальные организмы (зеленые растения, производящие органические вещества из неорганических).

Консументы – потребители органических веществ. Организмы, получающие питательные вещества и необходимую энергию, питаясь продуцентами. В зависимости от источников питания консументы подразделяются на три основных класса:

• фитофаги (растительноядные) – консументы первого порядка, питающиеся исключительно растениями. Например, птицы едят семена, почки и листву. Олени и зайцы питаются ветками и листьями. Кузнечики потребляют все части растений.

• хищники (плотоядные) – консументы второго порядка, которые питаются иключительно растительноядными животными (фитофагами), а также консументы третьего порядка, питающиеся только плотоядными животными. Например, пауки и птицы, которые едят хищных насекомых, и тунец, который питается сельдью – вторичные консументы. Ястреб и сокол, которые охотятся на змей и горностаев, а также акула, питающаяся другими рыбами – третичные консументы.

• эврифаги (всеядные) – могут поедать как растительную, так и животную пищу. Например, свиньи, крысы, лисы, тараканы и человек.

Редуценты (восстановители) – возвращают вещества из отмерших организмов снова в неживую природу, разлагая органику до простых неорганических соединений и элементов. Возвращая в почву или водную среду биогенные элементы, они тем самым завершают биохимический круговорот. Существуют два основных класса редуцентов:

• детритофаги напрямую потребляют мертвые организмы или органические остатки. К ним относятся, например, крабы, шакалы, термиты, дождевые черви, многоножки, муравьи и грифы.

• деструкторы – большая часть мертвой материи в экосистеме, особенно мертвые древесные породы и листья, проходят стадии разложения и гниения, в результате чего сложные органические молекулы делятся на более простые неорганические соединения. Этот процесс, который также входит в пищевую цепь, происходит благодаря деструкторам. К деструкторам относятся два типа организмов – грибы и микроскопические одноклеточные бактерии. В свою очередь грибы и бактерии являются важными источниками питания для червей и насекомых, обитающих в почве и в воде.

Редуценты являются завершающим звеном в круговороте веществ.

Перенос энергии пищи от её источника - автотрофов (растений) - через ряд организмов, происходящий путём поедания одних организмов другими, называется пищевой цепью. При каждом переносе большая часть (80-90%) потенциальной энергии теряется, переходя в тепло. Поэтому, чем короче пищевая цепь (чем ближе организм к её началу) , тем больше количество энергии, доступной для популяции. Пищевые цепи можно разделить на два основных типа : пастбищная цепь, которая начинается с зелёного растения и идёт далее к пасущимся растительноядным животным (т.е. к организмам, поедающим живые растительные клетки или ткани) и к хищникам (организмам, поедающим животных), и детритная цепь, которая от мёртвого органического вещества идёт к микроорганизмам, а затем к детритофагам и к их хищникам. Пищевые цепи не изолированы одна от другой, а тесно переплетаются друг с другом, образуя, так называемые пищевые сети. В сложных природных сообществах организмы, получающие свою энергию от Солнца через одинаковое число ступеней, считаются принадлежащими к одному трофическому уровню. Так, зелёные растения занимают первый трофический уровень (уровень продуцентов), травоядные - второй (уровень первичных консументов), первичные хищники, поедающие травоядных, - третий (уровень вторичных консументов), а вторичные хищники - четвёртый (уровень третичных консументов).

С увеличением размеров снижается не общий метаболизм, а удельный. Взрослому человеку требуется пищи больше, чем маленькому ребёнку, но на один килограмм массы взрослый потребляет меньше пищи.

Некоторые вещества по мере продвижения по цепи не рассеиваются, а наоборот накапливаются. Это так называемое концентрирование в пищевой цепи (биоконцентрирование) нагляднее всего демонстрируют устойчивые радионуклиды и пестициды.