§2. Трофическая структура экологических систем

 

Каждая экологическая система имеет собственное материально-энергетическое обеспечение и определенную структуру, основанную на пищевых (трофических) взаимоотношениях. В экологическую систему входит несколько групп организмов, каждая из которых выполняет определенную работу в круговороте веществ. Живые организмы в экосистемах, в зависимости от способа питания, делятся на автотрофов и гетеротрофов.

Автотрофы экосистемы (самопитающиеся) – это организмы, производящие органические соединения из неорганических посредством процессов фотосинтеза и хемосинтеза. Фотосинтез осуществляют фотоавтотрофы – все растения и водоросли, содержащие хлорофилл и ряд микроорганизмов. Хемосинтез осуществляют некоторые почвенные и водные бактерии, которые используют в качестве источника энергии не солнечный свет, а ферментативное окисление ряда веществ – водорода, серы, сероводорода, аммиака, железа. Например, в некоторых районах дна океана гидротермальные выходы служат источником огромного количества горячей соленой морской воды и сероводорода. В абсолютной темноте, в условиях высоких температур серобактерии путем хемосинтеза преобразуют неорганический сероводород в необходимые им органические вещества. Огромное экологическое значение имеют хемосинтезирующие организмы в глубоководных экосистемах, там, где отсутствуют растения, т.к. туда не проникает солнечный свет.

Зеленые растения и водоросли создают необходимые органические вещества в процессе фотосинтеза. Этот процесс начинается с поглощения солнечной энергии пигментом растений – хлорофиллом, который придает им  зеленый цвет. Растения используют солнечную энергию для получения углеводородов (глюкозы, крахмала, целлюлозы) из углекислого газа, который они получают из атмосферы и воды, полученной из почвы или окружающих их источников воды. В процессе фотосинтеза выделяется кислород, являющийся побочным продуктом фотохимической реакции. Таким, образом, процесс фотосинтеза заключается в преобразовании лучистой энергии Солнца в химическую энергию, хранящуюся в сложных молекулярных структурах глюкозы и других углеводородов.

Только автотрофы способны сами производить для себя пищу. Более того,  в экосистемах они выполняют функцию производства органических соединений, которые служат пищей для всех других организмов экосистемы, т.е. автотрофы являются продуцентамиэкологических систем.

Гетеротрофы (питающиеся другими) – организмы, потребляющие готовое органическое вещество других организмов и продуктов их жизнедеятельности. К гетеротрофам относятся все животные, грибы и большая часть бактерий. В зависимости от выполняемых в экосистеме функций, гетеротрофы делятся на консументов и редуцентов.

 Гетеротрофы, выполняющие в экосистеме функцию потребления органических веществ, называются консументами (потребителями) экосистемы. В зависимости от источников питания, консументы подразделяются на следующие группы:

        Фитофаги (растительноядные) – это организмы, питающиеся исключительно растительной пищей (примеры: заяц, кузнечики и т.д.).Они являются консументами 1-го порядка.

        Зоофаги (плотоядные, хищники) – это организмы, питающиеся растительноядными животными (их называют консументами 2-го порядка) и организмы, питающиеся плотоядными животными (их называют консументами 3-его порядка).

        Эврифаги (всеядные) – это организмы, которые могут поедать как растительную, так и животную пищу. Примерами являются свиньи, крысы, тараканы, человек и др. Эврифаги могут быть консументами  1-го,  2-го  и 3-го порядка.

         Паразиты – организмы, живущие за счет веществ организма-хозяина. Они могут вызвать заболевания и даже гибель организма-хозяина. К паразитам относятся не только животные (черви, насекомые и др.), но и растения, (например, повилика).

        Симбиотрофы – организмы, живущие за счет веществ организма-хозяина, но, в отличие от паразитов, выполняющие жизненно важные для хозяина функции. К симбиотрофам относятся мицеливые грибы, участвующие в корневом питании многих растений, клубеньковые бактерии бобовых, связывающие молекулярный азот.

        Детритофаги,  или сапрофаги – животные, питающиеся мертвым органическим веществом – остатками растений и животных, продуктами жизнедеятельности животных. Организмы, питающиеся детритом, используют заключенную в нем энергию органических веществ. Детритофаги являются санитарами экологических систем. Примерами детритофагов являются крабы, шакалы, дождевые черви, грифы.

Большая часть мертвой материи в экосистеме, особенно мертвые древесные породы и листья, не потребляется детритофагами, а проходят стадии разложения и гниения, в результате чего сложные органические молекулы распадаются на более простые неорганические соединения. Этот процесс осуществляется редуцентами экосистемы. К редуцентам относятся грибы и микроскопические одноклеточные бактерии, которые в свою очередь являются источником пищи для других организмов. Редуценты – это организмы, очищающие природную среду от органических отходов путем разрушения органических соединений до неорганических веществ, которые вновь используются продуцентами для синтеза органических соединений в процессе фотосинтеза.

Все названные группы организмов в любой экосистеме тесно взаимодействуют между собой, согласуя потоки энергии и вещества. Их совместное функционирование не только поддерживает структуру  и целостность биоценоза, но и оказывает существенное влияние на абиотические компоненты экосистемы. Если по какой-то причине происходит нарушение структуры экосистемы, исчезает группа организмов, вид, то по закону цепных реакций может сильно измениться или даже разрушиться все сообщество.

Ярким примером тому являются события, произошедшие в 1955 году в Северном Борнео (ныне Бруней). В 1955 году  там была зарегистрирована эпидемия малярии (болели девять из каждых десяти жителей).  Представители Всемирной Организации Здравоохранения пришли к выводу о необходимости применения диелдрина (инсектицида, схожего с печально известным ДДТ) для борьбы с комарами – переносчиками малярии. Результат превзошел все ожидания: болезнь была побеждена, но к тому же от диелдрина погибли другие насекомые, включая мух и тараканов. Жители острова были рады этим последствиям, не подозревая о том, что ждет их впереди. Вслед за насекомыми погибли мелкие ящерицы, наевшись мертвых или ослабленных насекомых (концентрация диелдрина в итоге для ящериц оказалась смертельной). Вслед за ящерицами погибли кошки, наевшись отравленных ящериц. В отсутствии кошек размножились крысы.Полчища крыс совершали набеги на деревушки местных жителей. Теперь им угрожала чума, переносчиками которой являются блохи, живущие на крысах. Ситуацию удалось взять под контроль, когда ВОЗ сбросила на парашютах здоровых кошек. В довершение всех бед начали рушиться крыши домов. От диелдрина погибли осы и другие насекомые, питавшиеся гусеницами, которые либо избегли, либо не подвержены действию инсектицидов. Поскольку большая часть их хищников была уничтожена, резко возросла численность популяции гусениц. Личинки проедали ходы в своем любимом лакомстве – листьях, которые использовали как материал для кровли крыш.

В конце концов случай на Борнео закончился хорошо: и малярию, и неожиданные последствия распыления инсектицида удалось сдержать. Но он показывает, какими неожиданными результатами может закончиться вмешательство человека в экосистемы.