3. Экологические системы

Пищевые цепи

Важнейшим видом взаимоотношений между организмами в биоценозе, фактически формирующими его структуру, являются пищевые связи хищника и жертвы. При этом все организмы, живые и мертвые, являются пищей для других организмов. Погибшие организмы становятся пищей для детритофагов.

Последовательность организмов, в которой каждый съедает или разлагает другой, называется пищевой цепью. Пищевая цепь - это путь движущегося через живые организмы однонаправленного потока поглощенной при фотосинтезе малой части высокоэффективной солнечной энергии, поступившей на Землю. В конечном итоге она возвращается в окружающую природную среду в виде низкоэффективной тепловой энергии.

Каждое звено пищевой цепи называют трофическим уровнем. Первый трофический уровень занимают автотрофы, иначе именуемые первичными продуцентами. Организмы второго трофического уровня называют первичными консументами, третьего - вторичными консументами и т.д. Обычно число трофических уровней не превышает пяти - шести.

Существует два главных типа пищевых цепей - пастбищные (или “выедания”) и детритные (или “разложения”).

В пастбищных пищевых цепях первый трофический уровень занимают зеленые растения, второй пастбищные животные (кто ест растения), а третий - хищники.

нектар муха паук землеройка сова.

Детритная пищевая цепь начинается с детрита по схеме:

детрит детритофаг хищная птица.

листовая подстилка леса дождевой червь черный дрозд ястреб-перепелятник

Всеядные животные (в частности человек) питаются и консументами и продуцентами. Таким образом, в природе пищевые цепи переплетаются, образуя пищевые сети.

Главным источником энергии для всего живого на Земле является Солнце. Из всего спектра солнечного излучения, достигающего земной поверхности, только около 40% составляет фотосинтетически активная радиация с длиной волны в интервале 380 - 710 нм. Растения в процессе фотосинтеза усваивают лишь небольшую часть этой энергии, от одного до 10 процентов, а в среднем растительность всей планеты около 1%.

В 1942 году Р. Линдеман сформулировал закон пирамиды энергий и правило 10%, согласно которому “с одного трофического уровня переходит на другой, более высокий, (по лестнице продуцент-консумент-редуцент) в среднем около 10% энергии, поступивший на предыдущий уровень”.

Вместе с полезными веществами с одного уровня трофической цепи на другой поступают и «вредные». Однако если полезное вещество при его излишке легко выводится из организма, то вредное не только плохо выводится, но и накапливается в пищевой цепи. Таков закон природы, называемый правилом накопления токсических веществ (биотического усиления) в пищевой цепи и справедливый для всех биоценозов.

В среднем концентрация вредного вещества в каждом последующем звене трофической цепи примерно в 10 раз выше, чем в предыдущем, что особенно хорошо заметно на примере ДДТ. В ткани рыбоядных животных концентрация ДДТ почти в 500 000 выше, чем в воде.

Экологическая ниша

Любой живой организм приспособлен (адаптирован) к определенным условиям окружающей среды. Изменение ее параметров, их выход за некоторые границы подавляет жизнедеятельность организмов и может вызвать их гибель. Требования того или иного организма к экологическим факторам среды обуславливает ареал (границы распространения) того вида, к которому организм принадлежит, а в пределах ареала конкретные места обитания.

Пространственно ограниченная совокупность условий среды (абиотической и биотической), обеспечивающая весь цикл развития и размножения особей (или группы особей) одного вида, называется его местообитанием. Это, например, изгородь, пруд, ....

Для совокупной характеристики физического пространства, занимаемого организмами вида, их функциональной роли в биотической среде обитания, включая способ питания (трофический статус), образ жизни и взаимоотношения с другими видами, американский ученый Дж. Гринелл ввел в 1928 году термин экологическая ниша.

В соответствии с нынешними представлениями экологическая ниша - это совокупность:

- всех требований организма к условиям среды обитания (составу и режимам экологических факторов и место, где эти требования удовлетворяются;

- всего множества биологических характеристик и физических параметров среды, определяющих условия существования того или иного вида, преобразование им энергии, обмен информацией со средой и себе подобными.

Таким образом, экологическая ниша характеризует степень биологической специализации вида, то есть местообитание организма - это его “адрес”, тогда как экологическая ниша - его “род занятий” или “стиль жизни”, или “профессия”.

Экологическая специфичность вида подчеркивается так называемой аксиомой экологической адаптированности: “Каждый вид адаптирован к строго определенной, специфичной для него совокупности условий существования - экологической нише”.

Поскольку виды организмов экологически индивидуальны, то они имеют и специфические экологические ниши. Таким образом, сколько на Земле видов живых организмов - столько же и экологических ниш.

Организмы, ведущие сходный образ жизни, как правило, не живут в одних и тех же местах из-за межвидовой конкуренции. Поэтому Г.Ф. Гаузе в 1934 году сформулировал принцип конкурентного взаимоисключения: “Два вида не занимают одну и ту же экологическую нишу”.

Существует также правило обязательности заполнения экологических ниш: “Пустующая экологическая ниша всегда и обязательно будет заполнена”.

Экологические ниши всегда бывают заполненными, хотя на это может потребоваться и много времени.

Попытка человека вмешаться в формирование экологических ниш далеко не всегда дает хорошие результаты. Известно, что рост загрязнения города пищевыми отходами вызывает рост численности ворон. Однако физическое уничтожение ворон приводит к тому, что освобождающуюся экологическую нишу в городской среде заполняет вид, имеющий близкую экологическую нишу, а именно крысы, что вряд ли является лучшим решением.

Экологические ниши всех живых организмов делят на специализированные и общие.

Большинство видов растений и животных приспособлены к существованию лишь в узком диапазоне климатических и иных условий. Такие виды имеют специализированную экологическую нишу. Примером является гигантская панда.

Видам с общими экологическими нишами характерна легкая приспособляемость к изменениям экологических факторов среды обитания. Они могут успешно существовать в различных местах обитания и выдерживать резкие колебания природных условий. Общие экологические ниши имеют мухи, тараканы, крысы и люди.