2. Составные компоненты биогеоценоза и основные факторы, которые обеспечивают его существование

Если возвратиться к предложенной нами упрощенной схеме уровней организации живой материи то заметно, что совокупность сообществ на определенном участке пространства и будет составлять экосистему. В этом случае составными компонентами экосистемы будут популяции видов, которые  населяют определенное пространство,и которые, в свою очередь, и создают сообщества. Вместе с тем. данный высший уровень организации живой материи находится, прежде всего, в энергетической связи с комплексом абиотических факторов, что в значительной мере влияет на физико-химические условия среды.

Изучая экосистемы, эколог исследует составные компоненты, и на основе обобщения делает вывод о состоянии экосистемы в целом. В экосистемологии различают три составные компонента, которые в взаимосвязи с абиотическими факторами и создают экосистему. А именно: фитоценоз и зооценоз.

Ю. Одум несколько детализирует структуру экосистемы, выделяя в ней такие компоненты: неорганическое вещество (С, N, СО2, Н2О и др.), которые включаются в круговорот.

3. Основные этапы использования веществ и энергии в экосистемах. Потери энергии при переходе с одного трофического уровня на другой.

Живые организмы отличаются от других естественных тел способом использования энергии. Если неживое вещество рассеивает энергию, то живое вещество биосферы потребляет ее. Именно благодаря энергии живые организмы становятся активными, способными размножаться и осуществлять работу.

Известно, что каждый живой организм не может продуктировать энергию он получает ее только извне.

Первый этап использования и преобразования энергии живыми организмами это фотосинтез. Именно благодаря процессу фотосинтеза энергия, полученная в виде солнечной радиации, превращается в энергию химических связей, которые и создают вещества, необходимые растительным организмам для роста. Итак, увеличивается масса организма, и эта биомасса растительных тканей называется первичной продукцией. А организмы, которые превращают солнечную энергию в процессе фотосинтеза, называются продуцентами-фотосинтетиками. По приблизительным расчетам, если энергию солнечного излучения принять за 100%, то лишь 15% ее достигает поверхности Земли и только 1%. связывается в виде органического вещества растительности. Из количества, связанного в процессе продукции энергии, около половины тратится на жизненные процессы, а 50% полученной энергии, которые остались, идут на рост биомассы. Нагроможденная в результате фотосинтеза биомасса растений (первичная продукция) - это резерв, из которого часть используется как пища организмами-гетеротрофами (консументами І порядка).

Первичными консументами есть животные, которые потребляют органическое вещество, съедая растения. Так начинается общая цепь питания, или пищевая (трофическая) цепь. Хищники потребляют ткани растительноядных животных и более слабых плотоядных. За счет других организмов существуют паразиты, их используют надпаразиты, пищевая цепь заканчивается микроорганизмами-редуцентами, которые возвращают органическое вещество в минеральное состояние. Энергетический поток, проходя по трофической цепи, постепенно исчерпывается. Усвоенная из пищи часть энергии в основном тратится на дыхание, осуществление работы и поддержание жизнедеятельности, определенная часть идет на рост и размножение. Некоторая часть энергии теряется при отмирании организмов, а также не усваивается из пищи.

На первом трофическом уровне находятся организмы-автотрофы. Организмы-автотрофы способны образовывать органическое вещество своего тела из неорганических веществ - двуокиси углерода и воды - с помощью процессов фотосинтеза и химосинтеза. Фотосинтез осуществляют фотоавтотрофы - все зеленые растения и микроорганизмы. Химосинтез наблюдается в некоторых химоавтотрофных бактерий, которые используют как источник энергии окисления водорода, серы, сероводорода, аммиака, железа. Химоавтотрофы в естественных экосистемах играет относительно незначительную роль, за исключением чрезвычайно важных нитрофикуюших бактерий.

Автотрофы составляют основную массу всех живых существ и полностью отвечают за образование всего нового органического вещества в любой экосистеме, т.е. являются производителями продукции - продуцентами экосистем.

На втором трофическом уровне находятся организмы-гетеротрофи. Они потребляют готовое органическое вещество других организмов и продукты их жизнедеятельности. Это все животные, грибы и большая часть бактерий. Неторые группы бактерий, так же, как и большинство растений-паразитов и насекомоядных растений, объединяют автотрофные и гетеротрофные функции. В отличие от автотрофов-продуцентов, гетеротрофы выступают как потребители и деструкторы (разрушители) органических веществ. В зависимости от источников питания и участия в деструкции они также подразделяются на несколько категорий: консументов, детритофагов и редуцентов.

Слово «консумент» означает «потребитель» (от лат., соmsume -потреблять, съедать). К консументам принадлежат: растительноядные животные (фитофаги), которые питаются живыми растениями, плотоядные животные (зоофаги), которые поедают других животных. Это разнообразные хищники (хищные насекомые, насекомоядные и хищные птицы, хищные рептилии и звери), которые нападают не только на фитофагов, а и на других хищников (хищники второго, третьего порядков);

Консументы не способны развиваться, используя неорганическое вещество. Как источник энергии для разнообразных форм жизнедеятельности им необходимо органическое вещество, которое гетеротрофы получают в составе пищи. Потребители первичной продукции, консументы. образовывают несколько (по обыкновению, не больше 3-4) трофических уровней.

Непосредственными потребителями первичной продукции есть консументи порядка. Это растительноядные животные (фитофаги). Интересно как они адаптировались к питанию разными видами растительного корма. В связи с тем, что растения обычно прикреплены к субстрату, а ткани их часто очень прочные, у многих фитофагов эволюционно сформировался тип ротового аппарата, который грызет, и разнообразные приспособления к измельчению, перетиранию пищи. Некоторые животные приспособлены к питанию соком растений или нектаром цветов. У животных, которые питаются таким образом, рот напоминает трубочку, с помощью которой всасывается редкая пища. Консумент частично используют пищу для обеспечения жизненных процессов, а частично формируют на ее основе собственное тело. Животные с плотоядным типом питания (зоофаги) принадлежат к консументам II порядка. Этот уровень объединяет всех хищников, которые питаются растительноядными животными. Зоофаги также адаптировались к потребляемой пище. их ротовой аппарат часто приспособлен к хватанию и удержанию живой добычи. При питании животными, которые имеют плотный защитный покров, развиваются приспособления для их разрушения. А вороны и большие чайки иногда, схватив твердую добычу (маллюски, крабы и т.п.), взлетают и с высоты бросают ее на землю.

Живые организмы, которые поедают плотоядных животных, называются консументами III порядка. Это, прежде всего, паразиты животных и надпаразиты, хозяева которых сами ведут паразитический образ жизни.

Организмы, которые питаются мертвым органическим веществом, остатками растений или животных, называются детритофаги или сапрофаги. Это разнообразные гнилостные бактерии, грибы, черви, личинки насекомых, жуки-копрофаги и другие животные - все они выполняют функцию очищения экосистем. Детритофаги принимают участие в образовании грунта, торфа, донных отложений водоемов.

Редуценты, к которым принадлежат бактерии и низшие грибы, завершают деструктивную работу консументов и сапрофагов, подтверждая разложение органики ее полной минерализации. Частично минерализация органических веществ идет у всех живых организмов. Так, в процессе дыхания выделяется СО2, из организма выводятся вода, минеральные соли, аммиак и т.д. Но настоящими редуцентами. которые завершают цикл разрушения органических веществ, считаются лишь такие организмы, которые выделяют во внешнюю среду только неорганические вещества, готовые к привлечению в новый цикл. Так, бактерии, которые денитрификуются, восстанавливают азот до элементарного состояния, бактерии, которые сульфатредикуются, - серу до сероводорода Конечные продукты разложения органических веществ - двооксид углерода, вода, аммиак, минеральные соли. В анаэробных условиях, разложение идет дальше - к водороду; образовываются также углеводные. В наземной среде основной ход процесса деструкции органических веществ происходит в грунте. Активная деятельность организмов-разрушителей приводит к тому, что годовые осадки органических веществ полностью разлогаются в тропических дождевых лесах на протяжении 1-2 лет, в лиственных лесах воздержанной зоны - за 2-4 года, в хвойных лесах - за 4-5 лет, а в тундре процесс разложения может длиться десятки лет.

Все названные группы организмов в любой экосистеме тесно взаимодействуют между собой, согласовывая потоки вещества и энергии. Их общее функционирование не только поддерживает структуру и целостность биоценоза, но и имеет важное влияние на среду проживания.

Распределение биоценоза на трофические уровни представляет собой лишь общую схему. Действительные формы взаимоотношений более сложные. Например, существует много видов со смешанным питанием. Такие виды могут одновременно принадлежать к разным трофическим уровням.

Ученые подтверждают, что трофическая структура экосистем сложилась на очень ранних стадиях существования жизни на Земле. В ископаемых остатках четко просматривается деление животных на растительноядных и хищных с соответствующей специализацией костей и зубов.

В пищевых сетях живые организмы одного трофического уровня объединены горизонтальными связями, т.е., наличием общих объектов питания. Естественно, что возникает пищевая конкуренция. Тем не менее, сильная пищевая конкуренция между разнообразными видами в составе группы невыгодна для биоценоза в целом.