Лекция 3 экосистемы

Состав и функциональная структура экосистем. Пищевые цепи и сети. Трофические уровни. Основные принципы функционирования экосистем. Развитие экосистем и проблема устойчивости.

Экосистема – пространственно определенная совокупность живых организмов и среды их обитания, объединенных вещественно-энергетическими и информационными взаимодействиями. Наземная экосистема называется биогеоценоз.

Каждая экосистема имеет определенную функциональную структуру. В неё входят группы организмов разных видов, различаемые по способу питания: автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы (самопитающиеся) – организмы, образующие органическое вещество своего тела из неорганических веществ углекислого газа и воды посредством процессов фотосинтеза или хемосинтеза. Фотосинтез осуществляют фотоавтотрофы – все зеленые растения и микроорганизмы. Хемосинтез – хемоавтотрофные бактерии. Хемоавтотрофы в природных экосистемах играют относительно небольшую роль, за исключением чрезвычайно важных нитрифицирующих бактерий. Автотрофы составляют основную массу всех живых существ и полностью отвечают за образование нового органического вещества в любой экосистеме, т. е. являются производителями продукции – продуцентами экосистем.

Гетеротрофы (питающиеся другими) – организмы, потребляющие готовое органическое вещество других организмов и продуктов их жизнедеятельности. Это все животные, грибы и большая часть бактерий. У некоторых групп бактерий, как и у большинства растений-паразитов и насекомоядных растений (росянка поедает насекомых), совмещаются автотрофные и гетеротрофные функции. Гетеротрофы выступают как потребители и деструкторы (разрушители) органических веществ. В зависимости от источников питания и участия в деструкции они также подразделяются на несколько категорий: консументы, детритофаги и редуценты.

Консументы – потребители органического вещества живых организмов. К их числу относят:

- растительноядные животные (фитофаги), питающиеся живыми растениями (тля, кузнечик, овца, олень и т. д.);

- плотоядные животные (зоофаги), поедающие других животных – различные хищники (хищные насекомые, насекомоядные и хищные птицы, хищные рептилии, звери), нападающие не только на зоофагов, но и на других хищников (хищники второго и третьего порядка);

- паразиты, живущие за счет веществ организма хозяина; это уже не только животные (черви, насекомые, клещи), но и различные микроорганизмы (бактерии, простейшие), а также некоторые грибы и растения;

- симбиотрофы – бактерии, грибы, простейшие, которые, питаясь соками или выделениями организма-хозяина, выполняют вместе с этим и жизненно важные для него трофические функции. Это мицелиальные грибы, участвующие в корневом питании многих растений; клубеньковые бактерии бобовых, связывающие молекулы азота; микробиальное население сложных желудков жвачных животных, повышающие перевариваемость и усвоение поедаемой растительной пищи.

Существует немало животных со смешанным питанием, потребляющих и растительную, и животную пищу.

Детритофаги – организмы, питающиеся мертвым органическим веществом – остатками растений и животных. Это различные гнилостные бактерии, грибы, черви, личинки насекомых и другие животные. Детритофаги участвуют в образовании почвы, торфа, донных отложений водоемов.

Редуценты – бактерии и низшие грибы – завершают деструкционную работу консументов и детритофагов, доводя разложения органики до ее полной минерализации и возвращая в среду экосистемы последние порции CO₂, H₂O и минеральных веществ.

Все названные группы организмов в любой экосистеме тесно взаимодействуют между собой, согласуя потоки вещества и энергии. Их совместное функционирование не только поддерживает структуру и целостность биоценоза, но и оказывает существенное влияние на абиотические компоненты биотопа, обуславливая самоочищение экосистемы, ее среды.

Важной характеристикой экосистем является разнообразие видового состава. При этом выявляется ряд закономерностей:

- чем разнообразнее условия биотопов в пределах экосистемы, тем больше видов содержит соответствующий биоценоз;

- чем больше видов содержит экосистема, тем меньше особей насчитывают соответствующие видовые популяции. В биоценозах тропических лесов при большом видовом разнообразии популяции относительно малочисленны. В системах с малым видовым разнообразием (биоценозы пустынь, сухих степей, тундры) некоторые популяции достигают большей численности;

- чем больше разнообразие биоценоза, тем больше экологическая устойчивость экосистемы, биоценозы с малым разнообразием подвержены большим колебаниям численности доминирующих видов;

- эксплуатируемые человеком системы, представленные одним или очень малым числом видов (агроценозы с земледельческими монокультурами), неустойчивы по своей природе и не могут самоподдерживаться. В агроценозах искусственный отбор ведется так, чтобы максимально увеличить продуктивность тех частей растения, которые нужны человеку, но достигается это за счет уменьшения вспомогательных частей, обеспечивающих растению устойчивость к неблагоприятным внешним воздействиям (к засухе, вредителям, болезням). Например, увеличение колоса в ущерб стеблю, листьям и корням. Такие агроценозы не способны к саморегулированию, поэтому эти функции вынужден взять на себя человек: вспашка земли, полив, борьба с вредителями и болезнями. Если этого не сделать, то результат будет меньшим, чем если бы использовали менее урожайные, но более “самостоятельные” сорта растений;

- никакая часть экосистемы не может существовать без другой. Если по какой-то либо причине происходит нарушение структуры экосистемы, исчезает группа организмов, вид, то по закону цепных реакций может сильно измениться или даже разрушиться все сообщество. Бывает часто, что через какое-то время после исчезновения одного вида на его месте оказываются другие организмы, другой вид, но выполняющий сходную функцию в экосистеме. Эта закономерность называется правилом замещения или дублирования, у каждого вида в экосистеме есть “дублер”. Такую роль обычно выполняют виды менее специализированные и в тоже время экологически более гибкие, адаптивные. Например, копытных в степи замещают грызуны, на мелководных озерах и болотах аистов и цапель замещают кулики. Решающую роль при дублировании играет близость экологических функций групп организмов.