3.ПОНЯТИЕ ОБ ЭКОСИСТЕМЕ

3.1.Структура, основные компоненты

и виды экосистем

Во второй половине ХХ в. сложилось представление о структурности материального мира. С позиций концепции современного естествознания говорят о следующих уровнях огранизации живой материи: элементарные частицы → атомы → молекулы → протоплазма → клетки → ткани → органы → системы органов → организмы → популяции → сообщества → экосистемы → экосфера → земля → планеты → Солнечная система → галактика → Вселенная.

Основополагающим объектом изучения экологии является взаимодействие пяти уровней организации материи — живых организмов, популяций, сообществ, экосистем и экосферы.

Живой организм — это любая форма жизнедеятельности.

Популяция — это динамичная группа организмов одного вида, проживающая в определенном районе. Примерами популяций являются все окуни в пруду, белки обыкновенные или дубы белые в лесах, население в отдельной стране или население Земли в целом.

Вид — это совокупность популяций особей, представители которых фактически или потенциально скрещиваются друг с другом в естественных условиях.

Каждый живой организм или популяция имеет свое местообитание — местность или тип местности, где они проживают. Когда несколько популяций различных видов живых организмов живут в одном месте и взаимодействуют друг с другом, они создают так называемое сообщество.

Взаимосвязь сообществ с химическими и физическими факторами, создающими неживую ОС, называется экосистемой. Это постоянно меняющаяся (динамичная) сеть биологических, химических и физических взаимодействий, которые поддерживают жизнеспособность сообществ и помогают им приспосабливаться к изменениям условий ОС. Все экосистемы Земли составляют экосферу.

10

Выделяют следующие сновные виды природных экосистем:

наземные — тундра, тайга, пустыни и т. п.; пресноводные — стоячие (озера, пруды, водохранилища и др.) и проточ-

ные (реки, ручьи, заболоченные угодья, болота) воды; морские — открытый океан, воды континентального шельфа, районы ап-

велинга (с продуктивным рыболовством), эстуарии (бухты, устья рек, лиманы), экосистемы глубоководных рифтовых зон.

Как большие, так и малые экосистемы обычно не имеют четких границ. Переходная зона между границами, включающая в себя представителей различных видов растений, животных и деструкторов обеих смежных экосистем, называется экотоном.

Однородные участки суши или воды, заселенные живыми организмами, называются биотопами (местами жизни), а исторически сложившееся сообщество организмов разных видов, населяющих биотоп, — биоценозом или

биомом.

Сообщество организмов биоценоза и окружающая их неживая природа (биотоп) образуют устойчивую и динамичную систему — биогеоценоз. Таким образом, биогеоценоз — это совокупность биома и биотопа. Каждый биогеоценоз характеризуется видовым разнообразием, численностью и плотностью популяции каждого вида, биомассой и продуктивностью.

Некоторые авторы дифференцируют термины «экосистема» и «биогеоценоз». В этом случае отличие заключается в том, что экосистема может не содержать растительные сообщества, тогда как биогеоценоз невозможен без фитоценоза. Границы биогеоценоза совпадают с границами растительного сообщества, являющегося его основой. Биогеоценоз функционирует как целостная, самовоспроизводящаяся и саморегулирующаяся система.

В структуре биогеоценоза различают биотический и абиотический компоненты.

Абиотический компонент составляют:

неорганические вещества, включающиеся в круговорот (соединения углерода, азота, кислорода, вода, минеральные соли и др.);

органические вещества (белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды); климатические факторы (температура, давление, освещенность и др.). Биотический компонент делится на автотрофный и гетеротрофный ком-

поненты:

продуценты — автотрофные организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических под действием солнечного света (в основном зеленые растения);

консументы — гетеротрофные организмы, т. е. растительноядные и плотоядные потребители готового органического вещества (в основном животные);

деструкторы и редуценты — гетеротрофные организмы, разрушающие остатки мертвых растений и животных (черви, мокрицы, раки, сомы) и превращающие их в минеральные соединения (бактерии, грибы) соответственно.

11

Структура биогеоценозов складывается в процессе эволюции, которая приводит к тому, что каждый вид занимает в экосистеме определенную нишу — место расположения данного вида в пространстве и в цепи питания.

Важнейшим фактором, регулирующим численность популяций в биогеоценозе, являются кормовые ресурсы. Обычно популяция насчитывает столько особей, сколько их может прокормиться на занимаемой территории.

Совместное развитие нескольких видов на одной территории способствует их взаимоприспосабливаемости — адаптации, что является обязательным условием стабильности биогеоценоза.

При изменении климатических или других условий каждый биогеоценоз может закономерно изменять свои сообщества: на его месте развивается более приспособленный к новым условия биогеоценоз. Смена биогеоценоза, т. е. направленная и непрерывная последовательность появления и исчезновения популяций разных видов в данном биотопе, которая происходит в направлении от менее устойчивых к более устойчивым, называется сукцессией. Завершающее сообщество — устойчивое, самовозобновляющееся и находящееся в равновесии со средой — называется климаксным сообществом.

Все организмы, взаимодействующие со средой, должны поддерживать динамическое равновесие — гомеостаз.

3.2.Трофические цепи

иэнергия в экосистемах

Важная функция биосферы — устойчивое поддержание жизни — основывается на непрерывном круговороте веществ, связанном с направленными потоками энергии.

Обмен веществами и энергией между живым организмом и средой происходит непрерывно. Необходимая для поддержания всех жизненно важных функций, энергия выделяется в организме за счет окисления сложных органических соединений — белков, жиров и углеводов. Накопление энергии происходит в молекулах аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), которая является универсальным источником энергии в организме. Часть энергии выделяется в виде теплоты, часть идет на совершение работы.

Совокупность всех химических превращений в живом организме, обеспечивающих его жизнедеятельность, называется обменом веществ или ме-

таболизмом.

Процессы метаболизма разделяются на две группы:

анаболизм (ассимиляция) — процессы биосинтеза органических веществ, обеспечивающие рост, развитие организма, обновление его структур и накопление энергии;

катаболизм (диссимиляция) — процессы расщепления сложных молекул до простых веществ.

Взаимоотношения между организмами в экосистеме в процессе жизнедеятельности строятся на основе цепей питания: в функционирующей при-

12

родной экосистеме не существует отходов, все организмы, живые или мертвые, потенциально являются пищей для других организмов. Последовательность организмов, в которой каждый из них съедает или разлагает другой,

называется трофической цепью.

В природе в подавляющем большинстве случаев организмы образуют сложную пищевую цепь. Все организмы, пользующиеся одним типом пищи, принадлежат к одному трофическому уровню.

Исходным источником энергии всякой трофической цепи любого биогеоценоза является энергия Солнца. Первое звено — это зеленые растения (продуценты), превращающие в процессе фотосинтеза световую энергию в энергию химических связей органических соединений. Второе звено трофической цепи составляют травоядные животные (первичные потребители, консументы), поедающие растения. Третье и последующие звенья — это плотоядные потребители, консументы.

На построение своего тела животные всех уровней тратят только около 10 % потребляемой энергии, остальные 90 % расходуются на процессы жизнедеятельности — обмен веществ, рост, дыхание, размножение, выделение. В среднем из одной тонны растений образуется 100 кг тела травоядных или 10 кг плотоядных животных 1-го порядка, а вторичные хищники могут построить из этого исходного количества растительной биомассы около 1 кг своего тела.

Так как на каждой ступени тратится около 90 % энергии, в результате прогрессивного уменьшения массы каждого последующего звена цепи питания трофические цепи не могут быть длинными. Эта закономерность назы-

вается правилом экологической пирамиды.

Почти все виды животных используют несколько источников пищи, поэтому если один член экосистемы выпадает, вся система не нарушается.

3.3. Закономерности функционирования экосистем

Закономерности функционирования экологических систем носят вероятностный характер и определяют основное направление их развития. Тем не менее важнейшие из этих закономерностей можно сформулировать в четырех постулатах:

1.Результаты развития любого объекта определяются соотношением его внутренних особенностей с особенностями той среды, в которой он существует. Без этого не было бы ни круговорота, ни связей в биоценозах и биосфере. Иными словами, то, что в данных условиях не растет, не питательно,

вдругих условиях может быть очень полезно.

2.Жизнь может существовать только в процессе движения через живой организм потока веществ, энергии и информации, причем сам организм, выделяя в ОС продукты своей жизнедеятельности, изменяет ее, ухудшая условия и приближая их к непригодным для жизни.

13

3.Постоянное существование организмов в ограниченном пространстве возможно только в экологических системах, внутри которых отходы жизнедеятельности одних видов организмов в основном утилизируются другими, а остатки не оказывают решающего действия на функционирование системы.

4.Стабильность систем определяется их развитием и возможностью приспособления. В этом смысле миллионы лет существования сделали природу самым грамотным экологом и позволяют полагаться на нее в подавляющем большинстве случаев (главный принцип — давать больше, чем берешь).

14