3. Взаємодії в екологічних системах. Принципи формування екосистем.

Між угрупуваннями організмів та абіотичним середовищем екосистеми існують тісні матеріально-ресурсні зв'язки та взаємодії. Ці зв'язки є надзвичайно різноманітними і складними, але за рахунок формування системи "живі організми - абіотичне середовище", в екосистемах потоки речовини замикаються в кругообіг. Отже, екосистема – сукупність організмів і неорганічних компонентів, в якій може здійснюватись колообіг речовин та енергії.

Для підтримання такого кругообігу в екосистемі, потрібний певний запас неорганічних речовин та наявність таких екологічних груп організмів:

• продуцентів – автотрофних організмів, які утворюють органічну речовину з неорганічної. До продуцентів належать вищі рослини, фітопланктон та деякі види бактерій;

• консументів – гетеротрофних організмів, які живляться органічною речовиною або автотрофами, вони не здатні самостійно утворювати органічну речовину із неорганічної. До консументів належать усі тварини, ряд мікроорганізмів, паразитичні рослини;

• редуцентів – сапротрофних організмів, які живляться мертвою органічною речовиною, переводячи її знову в неорганічні сполуки. До цієї групи організмів належать бактерії та нижчі гриби, деякі комахи та їх личинки, представники безхребетних.

Усі названі групи організмів у будь-якій екосистемі тісно взаємодіють між собою, впливаючи на потоки енергії й речовини, їхнє спільне функціонування підтримує структуру і цілісність біоценозу, істотно впливаючи на абіотичне середовище.

Загальна схема переносу речовини та енергії в природних екосистемах має наступний вигляд:

продуценти консументи редуценти

Як видно, в межах екосистем здійснюється кругообіг речовини, тоді як потік енергії є однонапрямленим.

Масштаби екосистем є різними: від лишайника на дереві до життєвого покриву Землі.

Різним є і ступінь замкнутості колообігів речовин, тобто багаторазовість втягування одних і тих самих атомів у цикли. Наприклад, для лісу, озера або степу кругообіг речовини є збалансований і характеризується високим ступенем замкненості; для крутосхилу та річок характерним є інтенсивне винесення речовини за межі екосистеми, тому стабільність їх підтримується за рахунок надходження речовини ззовні.

Розташування трьох останніх компонентів відносно потоку енергії, що надходить визначають структуру екосистеми. Продуценти пере­творюють сонячну енергію, вуглекислий газ і воду в процесі фотосинтезу на органічну речовину і кисень, тобто на енергію хімічних зв'язків. Кон­сументи, поїдаючи продуцентів, розривають ці зв'язки. Вивільнена енер­гія використовується консументами для побудови власного тіла. Редуцен­ти руйнують хімічні зв'язки молекул органічних речовин, які розщеплю­ються, і будують своє тіло. В результаті вся енергія, яку засвоїли проду­центи, використовується на підтримання життя, а частина розсіюється в навколишній простір. Органічні речовини розкладаються на неорганічні і повертаються до продуцентів. Таким чином, структуру екосистеми утво­рюють три рівні (продуценти, консументи, редуценти) трансформації енергії і два колообіги – твердих і газоподібних речовин.

Згідно із законом екологічної кореляції, в екосистемі, як і в будь-якій іншій системі, всі види живої речовини і абіотичні екологічні компоненти функціонально відповідають один одному. Випадання однієї частини сис­теми (виду) неминуче призводить до вимикання пов'язаних з нею інших частин екосистеми і функціональних змін.

Екосистеми – відкриті функціонально цілісні системи, які існують за рахунок надходження з навколишнього середовища енергії та частково ре­човини і які саморегулюються та самовідтворюються. Проте антропогенні екосистеми, що створені людиною і функціонують за її безпосередньою уча­стю, не здатні саморегулюватися і самовідтворюватися. Здатність екосис­тем до саморегуляції та самоггідтримання називають гомеостазом. Екосис­теми не слід розглядати як щось стале. Система, що зберігає свою стійкість за відносної стабільності зовнішнього середовища, здатна до різних змін унаслідок змін у зовнішньому середовищі і в складі самої екосистеми. Так, у покинутому полі спочатку з'являються багаторічні трави, на зміну яким послідовно приходять чагарники і деревна рослинність.

У підтриманні гомеостазу беруть участь не лише організми та продукти їхньої життєдіяльності, а й неорганічна природа. Абіотичні фактори конт­ролюють життєдіяльність організмів. Організми, в свою чергу, різними способами впливають на абіотичне середовище. Життєдіяльність організмів постійно призводить до змін інертних речовин, постачаючи в середовище нові речовини і джерела енергії. Швидкість зміни хімічного складу навко­лишнього середовища в результаті життєдіяльності організмів, які синте­зують і розкладають органічні речовини, на чотири порядки вища, ніж швидкість його зміни під впливом геологічних процесів.