§ 62–63. Экосистема замыкает круговорот веществ

Определения и обозначения

Экосистема — совокупность живых организмов и неживой среды, связанных обменом веществ и энергии. Иными словами, это не просто список видов, а система взаимодействий: она помогает понять, как жизнь зависит от условий среды и от соседних организмов.

Круговорот веществ — повторяющийся переход химических элементов из неживой природы в организмы и обратно. Он нужен, потому что запасы минеральных веществ ограничены: возвращение элементов в среду позволяет использовать их снова.

Производители — организмы, создающие органические вещества из неорганических, обычно с помощью энергии света. Они образуют основу питания других организмов и вводят вещества из среды в живую часть экосистемы.

— организмы, которые получают готовые органические вещества, питаясь другими организмами или их частями. Их роль в круговороте состоит в передаче вещества по пищевым связям.

Разрушители — бактерии, грибы и другие организмы, разлагающие органические остатки до простых веществ. Без них значительная часть элементов оставалась бы связанной в мёртвой органике и не возвращалась бы в доступную растениям форму.

Как это устроено

Круговорот начинается с того, что производители поглощают из окружающей среды воду, углекислый газ и минеральные вещества. При фотосинтезе они используют энергию света, чтобы собрать из простых веществ органические соединения. Так элементы, ранее находившиеся в почве, воде или воздухе, становятся частью живого организма.

Потребители получают эти элементы вместе с пищей: травоядные едят растения, а хищники могут питаться травоядными. В пищевой цепи вещество не создаётся заново, а переходит от одного организма к другому. При этом часть соединений используется для построения тела, а часть расходуется в обмене веществ и возвращается в среду, например при дыхании.

Когда организмы выделяют отходы или погибают, органическое вещество не пропадает. Его используют разрушители — главным образом бактерии и грибы. Они расщепляют сложные соединения на более простые, а минеральные вещества снова оказываются в почве, воде или воздухе. Это возвращение замыкает путь элементов и делает возможным их повторное использование производителями.

Круговорот вещества нельзя путать с круговым движением энергии. Энергия света поступает в экосистему, часть её передаётся по пищевым связям, а часть при каждом превращении рассеивается в виде тепла. Поэтому экосистеме постоянно нужен новый приток энергии, тогда как химические элементы могут многократно переходить между организмами и средой.

На скорость и полноту круговорота влияют условия среды и состав сообщества. Если разрушителей мало или нарушены пищевые связи, разложение остатков замедляется, а вещества возвращаются к производителям хуже. Устойчивость экосистемы поддерживается совместной работой организмов разных групп и сохранением условий, при которых они могут выполнять свои функции.

Кто участвует в круговороте веществ

Пользуйся таблицей, чтобы определить, какой этап круговорота выполняет организм. Проследи путь вещества от среды через производителей и потребителей к разрушителям, а затем обратно в среду. Учитывай, что одна и та же группа организмов может влиять на круговорот несколькими способами.

Разбор задач

Условие. В лесной экосистеме после гибели растений и животных накапливаются остатки. Объясни, как содержащиеся в них вещества могут снова попасть в живые организмы, и укажи, почему растения не получают эти вещества напрямую от хищников. Нужно восстановить последовательность переходов и не перепутать пищевую передачу с возвращением минеральных веществ.

Решение. Сначала выделим исходный объект: останки содержат органические соединения, в составе которых есть химические элементы, ранее входившие в тела организмов. Эти элементы не исчезают, но для повторного использования должны перейти в доступную форму. Поэтому важно определить, какие участники экосистемы выполняют разложение.

1. Останки растений и животных становятся пищей для разрушителей: бактерий и грибов.
2. Разрушители расщепляют сложные органические соединения. В ходе этого процесса часть веществ переходит в простые, в том числе минеральные, формы.
3. Минеральные вещества оказываются в почве или воде, откуда их поглощают растения. Углекислый газ, образующийся при разложении и дыхании, может попасть в воздух.
4. Растения используют полученные вещества при построении органических соединений. Затем эти соединения переходят к травоядным, а по пищевым цепям — к хищникам.

Хищник не является источником минерального питания для растения: его органические вещества сначала должны быть переработаны, а нужные элементы — вернуться в среду. Именно разрушители связывают остатки организмов с дальнейшим использованием веществ производителями. В цепочке «останки → разрушители → минеральные вещества в среде → растения → животные» виден полный замкнутый путь вещества.

Ответ. Бактерии и грибы разлагают останки, возвращая содержащиеся в них элементы в почву, воду и воздух. Растения поглощают доступные вещества из среды, после чего они снова переходят к потребителям с пищей. Без разложения элементы оставались бы в органических остатках и не включались бы в новый цикл.

Типичные ошибки

• Считать, что круговорот замыкается сам собой без разрушителей. Так ошибаются, когда представляют только пищевую цепь и забывают об останках. Проверь себя: в описанной последовательности должен быть этап разложения и возврата веществ в среду.
• Путать движение вещества и энергии. Кажется, что оба процесса идут по кругу, потому что связаны с пищевыми цепями. Проверь себя: элементы могут повторно использоваться, а энергия рассеивается и нуждается в постоянном притоке.
• Считать останки бесполезными отходами. Их часто воспринимают как конечный продукт жизни организма. Проверь себя вопросом, куда попадут содержащиеся в останках элементы после работы бактерий и грибов.
• Называть разрушителями всех потребителей. Причина — и те и другие используют органическое вещество. Проверь себя: потребитель получает его с пищей, а разрушитель расщепляет остатки и возвращает простые вещества в среду.

Связь с другими темами

Тема связана с пищевыми цепями и трофическими уровнями: они показывают, как вещества переходят между организмами. Фотосинтез объясняет, каким образом производители включают неорганические вещества в органические соединения. Обмен веществ и дыхание помогают понять, почему часть элементов возвращается в окружающую среду, а энергия рассеивается. Знание круговорота также необходимо при изучении экологии и влияния человека на устойчивость природных сообществ.

Что запомнить

• Экосистема объединяет организмы и среду их обитания через обмен веществ и энергии.
• Производители вводят вещества из неживой среды в состав органических соединений.
• Потребители передают вещества по пищевым связям.
• Разрушители разлагают остатки и возвращают простые вещества в окружающую среду.
• Вещества могут многократно циркулировать, а энергия проходит через экосистему и рассеивается.