§ 29. Сообщества и экосистемы

Определения и обозначения

Сообщество организмов — совокупность популяций разных видов, которые совместно обитают на одной территории и взаимодействуют друг с другом. Например, на лугу рядом живут растения, насекомые и позвоночные животные. Понятие помогает описывать не один вид, а весь набор живых организмов и связей между ними.

Экосистема — единство сообщества организмов и среды их обитания, связанных обменом веществ и потоком энергии. В неё входят как живые организмы, так и неживые компоненты: почва, вода, воздух, свет и температура. Это понятие нужно, чтобы учитывать не только состав сообщества, но и условия, от которых зависит его жизнь.

Пищевая цепь — последовательность организмов, в которой каждый предыдущий служит пищей следующему. Так можно проследить отношения питания и перенос вещества и энергии между организмами. Стрелка направлена от того, кого съели, к тому, кто съел.

Экологическая пирамида — графическое представление соотношения численности организмов, их биомассы или энергии на разных трофических уровнях. Трофическим уровнем называют положение организма в цепи питания. Пирамида позволяет сравнить уровни и увидеть, как меняются эти показатели при переходе от производителей к потребителям.

Как это устроено

Когда разные виды обитают на одной территории, они не существуют независимо: их потребности и способы добывать ресурсы пересекаются. За пищу, воду, свет или место конкуренты могут соперничать, а хищник получает пищу за счёт жертвы. Паразит использует организм-хозяина, обычно причиняя ему вред, тогда как при взаимовыгодных отношениях оба вида получают пользу. Такие связи влияют на численность популяций и состав сообщества.

Сообщество существует в среде, потому что организмы используют её ресурсы: растениям нужны свет, вода и минеральные вещества, животным — пища и подходящие условия. Но влияние не одностороннее: корни меняют почву, организмы выделяют вещества, а растения могут затенять поверхность. Поэтому живые и неживые компоненты образуют систему: изменение одного элемента способно изменить условия для других. Именно взаимные воздействия отличают экосистему от простого перечня организмов.

В пищевой цепи производители — обычно растения и водоросли — создают органическое вещество, используя энергию света; тем самым они обеспечивают пищей другие звенья. Потребители получают это вещество, поедая растения или животных. После смерти организмов и выделения отходов разрушители, например бактерии и грибы, разлагают органические остатки до более простых веществ. Вещества возвращаются в среду и вновь могут использоваться производителями, а энергия по цепи передаётся и постепенно рассеивается.

В природе один вид часто питается разной пищей, а сам становится пищей для нескольких видов, поэтому отдельные цепи соединяются в пищевую сеть. Если хищников становится меньше, их жертв может стать больше; тогда они способны сильнее потреблять свою пищу. Но эффект зависит от связей в сети: другие хищники могут компенсировать снижение численности, а жертвы — конкурировать за ресурсы. Так изменение одного звена иногда затрагивает несколько популяций.

Организмы используют большую часть полученной энергии на дыхание, движение, рост и другие процессы, а часть рассеивается в виде тепла. Поэтому к следующему трофическому уровню переходит лишь малая доля энергии; в учебных оценках часто принимают около 10%. Запас энергии и обычно биомассы уменьшается к вершине пирамиды, что объясняет её сужение. Пирамиды численности и биомассы не всегда имеют такую форму: результат зависит от особенностей организмов и экосистемы.

Сообщество и экосистема: состав и связи

Чтобы различить понятия, проверьте, входят ли в описание неживые компоненты среды. Если речь только о живых популяциях и их отношениях, это сообщество; если учтены также условия среды и связи с ними — экосистема. Таблица помогает быстро сравнить состав объектов, но не означает, что сообщество и среда существуют независимо.

Разбор задач

1. Организмы луга и пищевая цепь

Условие: даны растения, кузнечики, лягушки и ужи. Нужно распределить их по трофическим уровням и составить возможную цепь. Сначала выясняем, кто создаёт органическое вещество, а затем — кто кого ест.

1. Растения — производители: они образуют органическое вещество.
2. Кузнечики питаются растениями, значит, это потребители первого порядка. Лягушки могут поедать кузнечиков, а ужи — лягушек.
3. Записываем звенья в направлении переноса вещества и энергии: от пищи к потребителю.

Ответ: возможная цепь — растения → кузнечики → лягушки → ужи. Кузнечики, лягушки и ужи относятся к потребителям разных порядков.

2. Уменьшение численности хищных рыб

Условие: в водоёме стало меньше хищных рыб. Нужно предположить последствия для их добычи и других звеньев пищевой сети. Начинаем с непосредственной связи «хищник — жертва», а затем рассматриваем, чем питается сама жертва.

1. При ослаблении выедания численность рыб-жертв может возрасти, если её не ограничивают другие факторы.
2. Более многочисленные жертвы могут сильнее потреблять организмы, которыми питаются, например мелких беспозвоночных.
3. Изменение количества этих организмов способно повлиять на их пищу и конкурентов; другие хищники также могут изменить численность жертв.

Ответ: вероятен рост численности рыб-жертв и последующие изменения в связанных звеньях сети. Точный результат зависит от других хищников, доступности пищи и условий среды.

3. Передача энергии по цепи

Условие: цепь состоит из растений, травоядных животных и хищников; запас энергии растений — 20 000 кДж. На следующий уровень переходит около 10% энергии. Считаем последовательно, поскольку доля каждого уровня берётся от запаса предыдущего.

1. На уровень травоядных переходит 10% от 20 000 кДж: 20 000 × 0,1 = 2 000 кДж.
2. На уровень хищников переходит 10% от 2 000 кДж: 2 000 × 0,1 = 200 кДж.
3. Сравниваем значения: от растений к хищникам доступный запас уменьшился в сто раз.

Ответ: у травоядных — около 2 000 кДж, у хищников — около 200 кДж. Это оценка: правило 10% показывает приблизительное уменьшение, а не точный закон для каждой цепи.

Типичные ошибки

Считать сообщество и экосистему синонимами — ошибка: сообщество состоит из живых организмов, а экосистема включает ещё и среду. Путаница возникает потому, что оба понятия описывают совместно существующие организмы. Проверьте себя: если в составе указаны почва, вода или свет, речь идёт об экосистеме.

Неверно направлять стрелку от хищника к добыче: она показывает перенос вещества и энергии от съедаемого к тому, кто его ест. Ошибка появляется, если принять стрелку за указатель, куда движется животное. Проверьте запись вопросом: «Кто получает пищу?» — к нему и направлена стрелка.

Нельзя считать, что вся энергия одного уровня переходит на следующий: значительная часть расходуется организмами и рассеивается. Обычно так думают, потому что представляют цепь как передачу всего запаса пищи. Проверьте расчёт: если задано 10%, умножайте запас предыдущего уровня на 0,1, а не переносите его целиком.

Пищевая сеть — не просто одна длинная цепь: в природе виды связаны сразу с несколькими источниками пищи и потребителями. Отдельные цепи переплетаются, поскольку организм может питаться разной добычей. Проверьте себя: если вид включён в несколько отношений питания, нужно учитывать сеть и не делать вывод только по одной цепи.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны понятия популяции, вида и среды обитания, а также знания о взаимодействиях организмов. Пищевые связи показывают, как в экосистемах передаются энергия и вещества, поэтому тема связана с круговоротом веществ и потоком энергии в биосфере. Эти представления помогают объяснять устойчивость экосистем и оценивать последствия деятельности человека. Они пригодятся при изучении охраны природы и изменений численности видов.

Что запомнить

• Сообщество объединяет популяции разных видов, обитающие совместно.
• Экосистема включает сообщество и неживую среду, связанные обменом веществ и энергии.
• Производители создают органическое вещество, используя энергию света или химических реакций.
• Потребители получают органическое вещество, питаясь другими организмами.
• Разрушители разлагают органические остатки и возвращают вещества в круговорот.
• Пищевые цепи связаны между собой и образуют пищевые сети.
• При переходе энергии между трофическими уровнями её количество уменьшается.