2. Уровни биологической организации

Ген, клетка, орган, организм, популяция, сообщество (био­ценоз) — главные уровни организации жизни. Экология изу­чает уровни биологической организации от организма до эко­систем. В ее основе, как и всей биологии, лежит теория эволю­ционного развития органического мира Ч. Дарвина, базирую­щаяся на представлениях об естественном отборе. В упрощен­ном виде его можно представить так: в результате борьбы засуществование выживают наиболее приспособленные организ­мы. Вслед за открытием Дарвина (1859) появился термин «экология» Э. Геккеля (1866).

На рис. 1.1. указанные выше компоненты представлены в виде уровней биологической организации биологических систем, которые различаются

по принципам организации и мас­штабам явлений. Они отражают ступень природных систем, при которой меньшие подсистемы составляют большие сис­темы, сами являющиеся подсистемами более крупных сис­тем.

Свойства каждого отдельного уровня значительно слож­нее и многообразнее предыдущего. Но объяснить это можно лишь на основе данных о свойствах предшествую­щего уровня. Экология изучает правую часть «спектра», изображенного на рис. 1.1, т. е. уровни биологической организации от орга­низмов до экосистем. В экологии организм рассматривается как целостная система, взаимодействующая с внешней сре­дой, как абиотической, так и биотической. В этом случае такая совокупность, как биологический вид, состоящий из сходных особей, которые, тем не менее, как индивидуумы отличаются друг от друга. Они точно так же не­похожи, как непохож один человек на другого, тоже относя­щиеся к одному виду. Но всех их объединяет единый для всех генофонд, обеспечивающий их способность к размножению в пределах вида. Поскольку каждый отдельный индивид имеет свои специфические особенности, то и отношение их к состоянию среды, к воздействию ее факторов различное. Например, по­вышение температуры часть особей может не выдержать и погибнуть, но популяция всего вида выживает за счет других, более приспособленных.

Популяция — это совокупность особей одного вида. В реальной природной среде многие виды рассеяны на пространствах, поэтому изучать приходится видовую группировку в пределах определенной территории. Некоторые из группировок достаточно хорошо приспосабли­ваются к местным условиям, образуя так называемый экотип.

Биоценоз — совокупность совместно обитающих популя­ций разных видов микроорганизмов, растений и животных. В дальнейшем это пространство было названо биотопом, под которым понимаются условия окружающей среды на опреде­ленной территории: воздух, вода, почвы и горные породы. Именно в этой окружающей среде существу­ют растительность, животный мир и микроорганизмы, состав­ляющие биоценоз. Компоненты биотопа не просто существуют рядом, а активно взаимодействуют между собой, создавая оп­ределенную биологическую систему, которую В. Н. Сукачев назвал биогеоценозом. В этой системе сово­купность абиотических и биотических компонентов имеет свою, особую специфику взаимодействий и определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и другими явлениями природы. Схема биогеоценоза показана на рис. 1.2..

Представления Сукачева в дальней­шем легли в основу биогеоценологии — научного на­правления в биологии, занимающегося проблемами взаимо­действия живых организмов между собой и с окружающей их абиотической средой.

Экосисте­ма — совокупность комплексов организмов с комплексом физических факторов его окружения, т. е. фак­торов местообитания. Подобные опреде­ления есть у других экологов — Ю. Одума, К. Вил­ли, Р. Уиттекера, К. Уатта и многих других.

Всего все организмы делятся на две большие груп­пы — автотрофов и гетеротрофов.

Автотрофные организмы используют неорганические ис­точники для своего существования, создавая орга­ническую материю из неорганической. К таким организмам относятся фотосинтезирующие зеленые растения суши и вод­ной среды, синезеленые водоросли и др. Гетеротрофные организмы потребляют только готовые органические вещества. К ним относятся все животные и че­ловек, грибы и др. Гетеротрофы, потребляющие мертвую ор­ганику, называются сапротрофами (например, грибы), а спо­собные жить и развиваться в живых организмах за счет жи­вых тканей — паразитами (например, клещи). Организмы достаточно разнообразны по видам и формам питания, они вступают между собой в сложные трофические взаимодействия, тем самым выполняя важней­шие экологические функции в биотических сообществах. Од­ни из них производят продукцию, другие потребляют, тре­тьи — преобразуют ее в неорганическую форму. Их называют соответственно: продуценты, консументы и редуценты

Продуценты — производители продукции, которой потом питаются все остальные организмы, — это зеленые растения, производящие органические вещества из неорганических соединений.

Консументы — это потребители органических веществ. Среди них есть животные, употребляющие только раститель­ную пищу, — травоядные (корова), или питающиеся только мясом других животных — плотоядные (хищники), а также употребляющие и то и другое — «всеядные» (человек, мед­ведь).

Редуценты (деструкторы) — восстановители. Они воз­вращают вещества из отмерших организмов снова в нежи­вую природу, разлагая органику до простых неорганических соединений и элементов (например, на СО₂ NO, и Н₂0). Воз­вращая в почву или в водную среду биогенные элементы, они, завершают биохимический круговорот. Это делают в основном бактерии, большинство других микроор­ганизмов и грибы. Микроорганизмы, бактерии и другие более сложные фор­мы в зависимости от среды обитания подразделяют на аэробные, т. е. живущие при наличии кислорода, и анаэробные — живущие в бескислородной среде.

Контрольные вопросы

1. Какие уровни биологической организации являются объек­тами изучения экологии?

2. Биогеоценоз и экосистема — сходство и различия.

3. Как подразделяются организмы по характеру источника питания и по экологическим функциям в биотических со­обществах?

4. В чем особенность современной классификации организ­мов?

Тесты для самоконтроля:

1. Организмы, питающиеся готовыми органическими веществами

а) автотрофом

b) гетеротрофом

c) продуцентом

d) хемотрофом

2. Устойчивость природных экосистем связана с :

а) высокой продуктивностью растений

b) наличием массы органических веществ

c) большим видовым разнообразием

d) интенсивной работой микроорганизмов

3. Сообщество обитающих совместно организмов разных видов вместе с физической средой обитания, функционирующие как единое целое, называется:

а) биоценозом

b) биотоном

c) экосистемой

d) биогеоценозом

4. Функция автотрофных организмов состоит в осуществлении таких процессов, как:

а) поступление химических элементов из почвы, водных растворов и атмосферы, преобразование в сложные молекулы органических веществ с помощью энергии Солнца

b) поступление элементов из почвы, водных растворов и атмосферы с помощью энергии Солнца

c) поступление элементов из почвы, водных растворов и атмосферы и преобразование в молекулы иных веществ

d) поступление водных растворов, преобразование в сложные молекулы органических веществ

5. Сложная природная система, образованная совместно живущими и связанными друг с другом видами называется

а) экосистемой

b) биотоном

c) биоценозом

d) биосферой