2.4. Экосистема

Основополагающим понятием и главной таксономической единицей биосферы является экосистема. Она складывается не случайно, а представляет взаимообусловленную систему, образованную организмами и средой их обитания, характеризующуюся многочисленными внутренними связями и относительно постоянной структурой. Большую роль играют не только трофические связи – использование в пищу одних видов другими. Многообразны и важны непищевые взаимоотношения. Так, для размножения многих растений необходимы опыляющие насекомые.

2.4.1. Экосистемная организация жизни

В идеальной экосистеме круговорот веществ, которые использует биота, должен быть замкнут. В противном случае их содержание в экосистеме будет меняться, и это рано или поздно приведет к истощению ресурсов. В упрощенном виде круговорот веществ в экосистеме можно свести к двум процессам:

синтезу – 12H₂O + 6CO₂ + энергия = C₆H₁₂O₆ + 6H₂O + 6O₂

и

разложению – C₆H₁₂O₆ + 6O₂ = 6H₂O + 6CO₂+ энергия.

Если существует источник энергии и все синтезированное вещество разлагается, то запасы минеральных веществ непрерывно возобновляются. Следовательно, если есть источник энергии, необходимые для существования экосистемы ресурсы оказываются неограниченными. В современной биосфере источником энергии является солнечная радиация. Баланс синтеза и разложения обеспечивают автотрофы и гетеротрофы, которые обязательны для любой экосистемы. Редкие исключения возможны в небольших системах с постоянным притоком питательных веществ (ручей и т.п.). Однако постоянного источника энергии и баланса процессов синтез – разложения недостаточно.

Любая экосистема испытывает внешнее воздействие. Это могут быть катастрофические события: пожары, эпидемии, падения крупных метеоритов и др. Некоторые факторы носят сезонный характер (зима, лето, сезон дождей, засухи). Кроме того, происходит постепенное изменение окружающей обстановки (потепление или похолодание). Чтобы эти события не приводили к исчезновению экосистемы, она должны восстанавливаться после катастроф и адаптироваться к новым условиям. Это обеспечивают разнообразие видов экосистемы и ее размеры. Биоразнообразие необходимо еще по одной причине. Глюкоза, которую синтезируют автотрофы, является исходным продуктом для построения многообразных биополимеров, химические свойства которых отличаются, а потому эффективное разложение всей биомассы возможно лишь при участии видов с различными способами метаболизма.

Геологическая летопись показывает, что более или менее сбалансированный круговорот биогенов был характерен уже для экосистем архея и протерозоя, таких как цианобактериальные маты, которые образовывали прокариоты с разным метаболизмом. Длительное (более 2 млрд лет) процветание цианобактериальных матов это подтверждает.

Упрощенная структура современной континентальной экосистемы приведена на рис. 7. Роль автотрофов экосистемы, обычно их называют продуцентами, играют растения. Они начинают биохимический цикл главных биогенных элементов (C, H и О). В зависимости от типа питания выделяют несколько форм гетеротрофов. Прежде всего, это консументы разного порядка и редуценты или деструкторы. Консументами 1‑го порядка являются травоядных животных, далее следуют консументы более высоких порядков, представленные плотоядными видами (хищники, всеядные, падальщики и др.). Редуценты или деструкторы живут за счет мертвого органического вещества. Эту нишу занимают грибы и бактерии. Они замыкают цепь разложения органики на исходные составляющие.

Рис. 7. Упрощенная структура континентальной экосистемы

Ранее отмечалось, что экосистема, как правило, неоднородна. В ней выделяют экологические ниши – место с оптимальными условиями существования той или иной популяции, которое можно рассматривать как менее крупную экосистему. В свою очередь, в этой менее крупной экосистеме выделяют ниши, соответствующие ареалам мелких видов. Таким образом, можно говорить об иерархии функционально соподчиненных экосистем. Для каждой из них можно выделить общий системообразующий фактор и относительно самостоятельный круговорот веществ. Примером небольших экологических ниш являются пень в лесу или водоем в низине. В геологии рассматривают достаточно крупные системы. Обычно выделяют:

1. биогеоценоз (однородная экосистема с относительно самостоятельным обменом веществ);

2. ландшафт (территория, обладающая общей историей, единым геологическим фундаментом, климатом, сочетанием почв, флоры и фауны);

3. природный пояс (зона хвойных лесов, тайги и др.);

4. биогеографическая область (материковый блок, морской бассейн и др.);

5. биосфера в целом.