3.7. Экосистемы, состав и функциональная структура экосистемы.

Популяции входят в состав сообществ, где они сочетаются с представителями других видов. Многовидовые сообщества организмов в природе – биоценозы образованы так, что обеспечивают круговорот веществ и потоки энергии. Этим достигается устойчивость экосистем.

Каждая экосистема имеет собственное материально-энергетическое обеспечение и структуру, основанную на пищевых (трофических) взаимоотношениях. Структура составлена несколькими группами организмов, каждая из которых выполняет определенную работу в круговороте веществ. Организмы одного звена образуют трофический уровень, а трофические связи между ними образуют цепи питания. В экосистему входят организмы, различаемые по способу питания – автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы – организмы, образующие органическое вещество своего тела из неорганических веществ (углекислого газа, воды, биогенных элементов) в процессах фотосинтеза и хемосинтеза. Автотрофное питание имеют фототрофы и хемотрофы.

Фототрофы превращают солнечную энергию в химическую, заключенную в органических молекулах, из которых построены их ткани. Они составляют основную массу биоты и образуют ее органическое вещество, т.е. являются первичными производителями продукции – продуценты экосистем. Фотосинтез осуществляют зеленые растения и микроорганизмы (эвглена зеленая).

Хемотрофы для синтеза органических веществ используют энергию химических реакций. Хемосинтез наблюдается у некоторых почвенных и водных бактерий, которые используют в качестве источника энергии ферментативное окисление соединений серы, водорода, железа (сероводородные бактерии, железобактерии). Роль хемотрофов в наземных экосистемах сравнительно невелика.

Т.о. синтезированная автотрофами биомасса органического вещества – первичная продукция, а скорость ее образования – биологическая продуктивность экосистемы. Автотрофы образуют первый трофический уровень экосистемы.

Гетеротрофы – организмы, потребляющие готовое органическое вещество других организмов и продуктов их жизнедеятельности. Это животные, грибы, большая часть бактерий. Гетеротрофы выступают как потребители и деструкторы мертвых тел и паразиты, использующие органическое вещество живых организмов.

Сапрофиты используют для питания органическое вещество мертвых тел; к ним относятся: черви (дождевые), насекомые (осы), микроорганизмы (гнилостные бактерии).

Организмы, которые питаются живым органическим веществом хозяина, – паразиты; к ним относятся также черви (гельминты), кровососущие насекомые, патогенные микроорганизмы (стрептококк, холерный вибрион, амеба дизентерийная).

Существует два главных типа пищевых цепей – пастбищные и детритные. В пастбищных пищевых цепях первый трофический уровень занимают продуценты (автотрофы). Они служат пищей (источником вещества и энергии) для консументов.

Консументы – потребители органического вещества организмов; все консументы относятся к гетеротрофам. Консументы I порядка – растительноядные животные (фитофаги), питающиеся растениями. На суше типичными травоядными являются многие насекомые, рептилии, птицы, млекопитающиеся. В водных экосистемах растительноядными являются моллюски, мелкие ракообразные.

Консументы второго порядка – плотоядные животные (зоофаги). Консументы третьего порядка поедают консументов второго порядка. Консументы второго и третьего порядка могут быть хищниками, могут питаться падалью или быть паразитами. Существуют животные со смешанным типом питания. Консументы занимают второй, третий и следующие трофические уровни в экосистеме.

Особенную группу консументов составляют паразиты и симбиотрофы; в отличие от паразитов, вызывающих заболевания, а иногда и гибель хозяина, симбиотрофы выполняют жизненно важные функции для хозяина. Это мицелиальные грибы-микоризы, участвующие в корневом питании растений, клубеньковые бактерии бобовых, связывающие молекулярный азот воздуха, микробиальное население кишечников и желудков жвачных животных, повышающее перевариваемость и усвоение поедаемой растительной пищи.

Еще одну группу консументов образуют детритофаги (сапрофаги) – животные, питающиеся мертвым органическим веществом – остатками и продуктами жизнедеятельности растений и животных (черви, членистоногие, клещи, личинки насекомых, жуки-копрофаги) и другие животные, выполняющие функцию очищения экосистем. Детритофаги участвуют в образовании почвы, торфа, донных отложений водоемов.

Тела погибших растений и животных содержат энергию в органическом веществе. Редуценты – бактерии и низшие грибы – завершают деструктивную работу консументов и сапрофагов, доводя разложение органики до ее полной минерализации и возвращая в экосистему молекулярный азот, минеральные элементы и последние порции двуокиси углерода.

Детритная пищевая цепь начинается с отмерших органических остатков и идет далее к организмам, ими питающимися; например: мертвое животное – личинки мух – травяная лягушка.

Все группы организмов в любой экосистеме тесно взаимодействуют между собой в потоках вещества и энергии. Если исчезает одна группа организмов, то по закону цепных реакций может сильно измениться или разрушиться экосистема. Но, бывает, после исчезновения на его месте оказываются другие организмы, выполняющие сходную функцию в экосистеме. Это правило замещения, дублирования. Роль дублеров выполняют менее специализированные, экологически более гибкие, адаптивные. Так, копытных в степи заменяют грызуны, на озерах аистов и цапель – кулики. В соответствии со П правилом термодинамики, на каждом этапе трансформации энергии значительная ее часть рассеивается в виде теплоты.