3. Харчові сітки

• Екосистемна організація життя є однією з необхідних умов її існування. Запаси біогенних елементів, з яких будують тіла живі організми, на Землі в цілому і на кожній конкретній ділянці на її поверхні небезмежна. Лише система круговоротів змогла додати цим запасам властивість нескінченності, необхідну для продовження життя. Підтримувати і здійснювати круговорот можуть тільки функціонально-різні групи організмів. Таким чином, екологічна різноманітність живих істот і організація потоку витянутих з навколишнього середовища речовин в цикли - якнайдавніша властивість життя. Підтримка життєдіяльності організмів і круговорот речовини в екосистемах можливі тільки за рахунок постійної притоки енергії. Зрештою все життя на Землі існує за рахунок енергії сонячного випромінювання, яке переводиться фотосинтезуючими організмами в хімічні зв'язки органічних сполук. Всі живі істоти є об'єктами живлення інших, тобто зв'язані між собою енергетичними відносинами. Харчові зв'язки в співтовариствах - це механізми передачі енергії від одного організму до іншого. У кожному співтоваристві трофічні зв'язки переплетені в складну мережу. Організми будь-якого вигляду є потенційною їжею багатьох інших видів. Ворогами тлій, наприклад, служать личинки і жуки сонечок, личинки мух-сирфід, павуки, насекомоядні птахи і багато інших. За рахунок дубів в широколистяних лісах можуть жити декілька сотень форм різних членистоногих, фітонематод, паразитичних грибків і т.п. Хижаки зазвичай легко перемикаються з одного виду жертв на іншій, а багато хто окрім тваринної їжі здатний споживати в деякій кількості і рослинну. Таким чином, трофічні мережі в біоценозах дуже складні, і створюється враження, що енергія, що поступає в них, може довго мігрувати від одного організму до іншого. Насправді шлях кожної конкретної порції енергії, накопиченої зеленими рослинами, короткий; вона може передаватися не більш, ніж через 4-6 ланок ряду, що складається з що послідовно харчуються друг іншому організмів. Такі ряди, в яких можна прослідкувати шляхи витрачання початкової дози енергії, називають ланцюгами живлення. Місце кожної ланки в ланцюзі живлення називають трофічним рівнем. Перший трофічний рівень - це завжди продуценти, творці органічної маси; рослинні консументи відносяться до другого трофічного рівня; м'ясоїдні, такі, що живуть за рахунок рослиноїдних форм - до третього; споживаючі інших м'ясоїдних - до четвертого і т.д. Таким чином, розрізняють консументів першого, другого і третього порядків, що займають різні рівні в ланцюгах живлення. Природно, що основну роль при цьому грає харчова спеціалізація консументів. Види з широким спектром живлення включаються в харчові ланцюги на різних трофічних рівнях. Так, наприклад, людина, в раціон якого входить як рослинна їжа, так і м'ясо травоїдних і м'ясоїдних тварин, виступає в різних харчових ланцюгах як консументу першого, другого і третього порядків. Види, спеціалізовані на рослинній їжі, наприклад, зайцеобразні, копитні, завжди є другою ланкою в ланцюгах живлення. Енергетичний баланс консументів складається таким чином. Поглинена їжа зазвичай засвоюється не повністю. Незасвоєна частина знов повертається в зовнішнє середовище (у вигляді екскрементів) і надалі може бути залучена в інші ланцюги живлення. Відсоток засвоюваності залежить від складу їжі і набору травних ферментів організму. У тварин засвоюваність харчових матеріалів варіює від 12-20% (деякі сапрофаги) до 75% і більш (м'ясоїдні види). Їжа, що асимілює організмом, разом із запасом в ній енергії витрачається двояким чином. Велика частина енергії використовується на підтримку робочих процесів в клітках, а продукти розщеплювання підлягають видаленню з організму у складі екскрементів (мочи, поту, виділень різних залоз) і вуглекислого газу, що утворюється при диханні. Енергетичні витрати на підтримку всіх метаболічних процесів умовно називається витратою на дихання, оскільки загальні їх масштаби можна оцінити, враховуючи виділення вуглекислого газу організмом. Менша частина засвоєної їжі трансформується в тканині самого організму, тобто йде на зростання або відкладання запасних живильних речовин, збільшення маси тіла. Продуценти - симбіотичні водорості, що здійснюють фотосинтез. Консументи -дрібні членистоногі, такі, що харчуються живими тканинами лишайника, а також грибні гифи, що паразитують на клітках водоростей. Редуценти - грибні гифи, що живуть не тільки за рахунок живих, але і за рахунок загиблих клітин водоростей, і дрібні тварини - сапрофаги, що переробляють відмерлі слої, в руйнуванні яких їм допомагають численні мікроорганізми. Ступінь замкнутості круговороту в такій системі дуже невеликий: значить, частина продуктів розпаду виноситься за межі лишайника - вимивається дощовими водами, обсипається вниз із стовбура. Крім того, частина тварин мігрує в інше місце проживання. Проте частина атомів встигає пройти декілька циклів, включаючись в тіла живих організмів і звільняючись з них, перш ніж покине дану екосистему. У деяких типах екосистем винесення речовини за їх межі настільки велике, що їх стабільність підтримується в основному за рахунок притоки такої ж кількості речовини ззовні, тоді як внутрішній кругообіг малоефективний. Такі проточні водоймища, річки, струмки, ділянки на крутих схилах гір. Інші екосистеми мають значно повніший кругообіг речовин і відносно автономні (ліси, луги, озера і т.п.). Проте жодна, навіть найбільша, екосистема Землі не має повністю замкнутого кругообігу. Материки інтенсивно обмінюються речовиною з океанами, причому велику роль в цих процесах грає атмосфера, і вся наша планета частина матерії отримує з космічного простору, а частина віддає в космос. Головна функція біосфери полягає в забезпеченні круговороту хімічних елементів, який виражається в циркуляції речовин між атмосферою, ґрунтом, гідросферою і живими організмами. Екосистеми - це співтовариства організмів, пов'язані з неорганічним середовищем щонайтіснішими матеріально-енергетичними зв'язками. Рослини можуть існувати тільки за рахунок постійного надходження в них вуглекислого газу, води, кисню, мінеральних солей. У будь-якому конкретному місці запасів неорганічних з'єднань, необхідних для підтримки життєдіяльності організмів, що населяють його, вистачило б ненадовго, якби ці запаси не поновлювалися. Повернення біогенних елементів в місце відбувається як протягом життя організмів (в результаті дихання, екскреції, дефекації), так і після їх смерті, в результаті розкладання трупів і рослинних залишків. Таким чином, співтовариство знаходить з неорганічним середовищем певну систему, в якій потік атомів, що викликається життєдіяльністю організмів, має тенденцію замикатися в кругообіг.