2.4. Биотическая структура
Несмотря на громадное разнообразие экосистем (от тундры до пустынь) все они включают одни и те же составляющие. Это продуценты, консументы, детритофаги и редуценты.
Продуценты – это в основном зеленые растения (автотрофы), которые под влиянием солнечной энергии в процессе фотосинтеза с помощью хлорофилла из воды и СО2 образуют сахара и в качестве побочного продукта выделяют О2
Консументы – гетеротрофные организмы, потребители органического вещества, созданного автотрофами. К первичным консументам относятся травоядные животные (фитофаги) и паразиты зеленых растений. Среди травоядных животных в наземной среде преобладают насекомые, грызуны и копытные, а в водной – мелкие ракообразные и моллюски. Вторичные консументы питаются травоядными животными. Третичные консументы питаются вторичными, поэтому их назавают хищниками. Состав вторичных и третичных консументов разнообразен: здесь хищники, убивающие жертву (зоофаги), трупоеды (некрофаги), паразиты и др.
Мертвые растения и животные остатки (опавшие листья, фекалии, детрит) служат пищей консументам – детритофагам (гриф, земляные черви, муравьи). И наконец, редуценты (деструкторы) – организмы, разлагающие органические вещества до простых неорганических – преимущественно микроорганизмы (бактерии, дрожжи, грибы-сапрофиты).
Детритофаги и редуценты играют в биосфере одну и ту же роль - питаются мёртвым органическим веществом. Они, в свою очередь, также являются объектом питания. Таким образом, все в природе связано посредством пищевых цепей (или пищевой сети, т.к. одним и тем же веществом питаются сотни, тысячи организмов).
Продуценты, первичные, вторичные и третичные консументы, детритофаги и редуценты находятся на разных уровнях этой общей схемы, называемых трофическими (пищевыми) уровнями. Обычно трофических уровней 3-4.
На каждом трофическом уровне биомасса на 90-99 % меньше, чем на предыдущем.
К примеру, если биомасса продуцентов составляет 10 т, то фитофагов около 100 кг, а плотоядных около 10 кг, рис. 2.2.
Таким образом, очевидно, что без непрерывного образования органического вещества, экосистема быстро бы съела сама себя и прекратила существование.
Рис.2.2. Трофические уровни
Разложение и горение - это процессы обратные росту, при которых из сложных органических молекул строятся простые неорганические вещества. Рассмотрим, например, сжигание сахара (глюкозы):
С6Н12О6 + 6О2 6СО2 + Н2О
Тут мы наблюдаем закон сохранения массы, который можно сформулировать так: атомы в химических реакциях никогда не исчезают, не образуются и не превращаются друг в друга, они только перегруппируются с образованием различных молекул и соединений.
Однако, химическая реакция это не только перегруппировка атомов, здесь одновременно происходит поглощение и выделение энергии. А энергия, как известно, это способность совершать работу.
2.5. Взаимоотношения организмов и среды
Среда обитания – часть природы, окружающая живой организм, с которым она непосредственно взаимодействует. Любое живое существо живет в сложном, меняющемся мире, постоянно приспосабливаясь к нему и регулируя свою жизнедеятельность, в соответствии с его изменениями.
На нашей планете живые организмы освоили четыре основных среды обитания: воду, воздух, почву и организмы, в которых живут населяющие их паразиты и симбионты.
Живые организмы вынуждены приспосабливаться к множеству факторов среды. Это приспособление, закрепляемое в процессе эволюции и естественного отбора на генетическом уровне, называют адаптацией. Адаптация дает возможность выживать и размножаться. Она возникает и изменяется в ходе эволюции видов.
Каждый вид организмов занимает в среде обитания определенное место, обусловленное потребностью в пище, территории, воспроизводством - экологическую нишу. Для каждого вида характерна своя экологическая ниша. Организмы, ведущие сходный образ жизни, вследствие межвидовой конкуренции, не живут в одних местах. Если какой-либо вид организмов уничтожается, его место занимает вид с близкой экологической нишей.
Экологические ниши состоят из множества видов, которые взаимодействуют между собой. К основным способам взаимодействия видов относятся межвидовая конкуренция, хищничество, паразитизм, мутуализм и комменсализм.
Конкуренция – это использование некого ресурса (пищи, пространства) каким-либо организмом, который тем самым уменьшает доступность этого ресурса для других организмов.
Хищничество – это поедание одного организма (жертвы) другим организмом (хищником).
Паразитизм – форма взаимодействия между организмами, при которой один из них (паразит) живет за счет питания тканями или соками другого (хозяина), тесно связанных в своем жизненном цикле.
Мутуализм – форма симбиоза, при которой каждый из сожителей получает относительно равную пользу, при этом они не могут существовать друг без друга.
Комменсализм – форма симбиоза, при которой один из двух видов извлекает из такого взаимодействия пользу, а на другом это практически никак не отражается.
Отдельные свойства или элементы среды, действующие на организм, называются экологическими факторами (биотическими, абиотическими и антропогенными). Факторы среды многообразны. Они могут быть как необходимыми, так и вредными для живых существ, способствовать или препятствовать выживанию и размножению.
Самыми опасными для экосистем стали антропогенные факторы - это формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природных условий, как среды обитания других видов, или непосредственно сказывается на их жизни. В настоящее время судьба всего живого покрова Земли и всех видов организмов находится в руках человеческого общества, зависит от антропогенного влияния на природу.
Один и тот же фактор cреды имеет различное значение в жизни совместно обитающих организмов разных видов. Например, сильный ветер зимой неблагоприятен для крупных, открыто обитающих животных, но не действует на более мелких, которые укрываются в норах под снегом. Солевой состав почвы важен для питания растений, но безразличен для большинства наземных животных.
Изменения факторов среды во времени могут быть: 1) регулярно-периодическими, меняющими силу воздействия в связи со временем суток или сезоном года; 2) нерегулярными, без четкой периодичности (например, изменения погодных условий в разные годы, явления катастрофического характера - бури, ливни, обвалы и т.п.); 3) длительными – проявляющимися на протяжении известных, иногда весьма протяженных отрезков времени (например, при похолодании или потеплении климата, зарастании, постоянном выпасе скота на одном и том же участке и т.п.)
Экологические факторы среды могут влиять как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических и биологических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования в данных условиях; как модификаторы, вызывающие анатомические и морфологические изменения организмов; как сигналы, свидетельствующие об изменениях других факторов среды.
Ни один из факторов окружающей среды не действует в одиночку. Это всегда результат взаимодействия биотических и абиотических факторов. Например, засуха может привести к гибели птиц, а это обусловливает рост численности насекомых, фитофагов, которыми они питались. Это, в свою очередь, повлечет массовое поражение растений, служащих пищей другим консументам. Практически, любой фактор, влияющий на один вид, будет опосредованно воздействовать и на другие виды за счет существующих в природе взаимодействий. Условия среды обитания продуцентов неизбежно, через пищевую сеть, отразится и на всех остальных организмах.
Нельзя изменить какой-либо из этих факторов, не затронув в той или иной степени всех видов экосистемы. Следовательно, изменение любого биотического или абиотического фактора неизбежно приведет в действие цепную реакцию с далеко идущими последствиями.