§ 40. Экосистемы

Определения и обозначения

Экосистема — единство живых организмов и среды их обитания, связанных обменом веществ и потоком энергии. Это понятие помогает описывать природу как целое: организмы зависят от условий среды, а сами влияют на неё.

Биоценоз — совокупность популяций разных видов, совместно обитающих на одной территории и взаимодействующих между собой. Это понятие обозначает живую часть системы и позволяет рассматривать не отдельный вид, а сообщество и его связи.

Биотоп — относительно однородный участок среды с условиями, в которых существует определённый биоценоз. Понятие нужно, чтобы назвать неживую часть экосистемы: например, особенности почвы, влажности и освещённости места.

Биогеоценоз — природная система на определённом участке земной поверхности, включающая биоценоз и неживую среду. Этот термин помогает описывать природную экосистему, связанную с конкретной территорией и её условиями.

Как это устроено

Экосистему нельзя свести только к перечню обитающих в ней видов: каждый организм живёт в определённых условиях и воздействует на них. Поэтому живую часть называют биоценозом, а неживую среду — биотопом. Их связывают обмен веществом и энергией, из-за чего изменения среды могут менять состав сообщества, а деятельность организмов — свойства среды. Вместе эти компоненты образуют единую систему.

Начало большинства пищевых связей дают продуценты — организмы, создающие органические вещества из неорганических. Растения используют энергию света, чтобы образовать вещества, которыми затем питаются другие организмы. Это необходимо экосистеме, потому что именно так неорганические вещества становятся доступной пищей и запасённой в ней энергией. В некоторых экосистемах продуценты используют энергию химических реакций.

Организмы разных видов связаны тем, что одни служат пищей другим. Консументы получают готовые органические вещества, поедая растения или животных, поскольку сами не создают их из неорганических веществ. Когда организмы погибают или оставляют отходы, их остатки разлагают редуценты, например бактерии и грибы. Так продукты жизнедеятельности и остатки не накапливаются бесконечно, а становятся источником веществ для дальнейших процессов.

По цепям питания передаются вещества и энергия: например, от растения к травоядному животному, а затем к хищнику. Вещества могут переходить из организмов в среду и снова использоваться живыми организмами, поэтому их движение образует круговорот. Энергия проходит через цепь в одном направлении: при каждом переходе часть её рассеивается в окружающей среде. Следовательно, для продолжения процессов экосистема получает энергию извне, чаще всего от Солнца.

Устойчивость экосистемы поддерживают разнообразие организмов и множество связей между ними. Если один источник пищи становится недоступен, некоторые потребители могут использовать другой, а разные виды способны выполнять сходные роли. Поэтому изменение одного звена не всегда разрушает систему, но может отразиться на численности других популяций. Чем больше взаимосвязей, тем сложнее предсказать последствия нарушения отдельной связи.

Роли организмов и их значение в экосистеме

Чтобы определить роль организма, проследите, откуда он получает органические вещества и что делает с ними. Один и тот же вид может быть звеном разных пищевых цепей, но его роль в каждой связи определяется способом питания. Таблица помогает увидеть, как группы дополняют друг друга и поддерживают движение веществ в экосистеме.

Разбор задач

Задача 1. В лесной цепи питания «дубовые листья → гусеница → синица → ястреб» определите продуцента и консументов. Стрелка показывает направление передачи пищи: организм слева служит пищей организму справа. Поэтому роль каждого звена определяем по тому, создаёт ли оно органические вещества или получает их, питаясь другими.

1. Дуб создаёт органические вещества, используя энергию света, поэтому дубовые листья принадлежат продуценту.
2. Гусеница питается листьями дуба, значит, это консумент.
3. Синица поедает гусеницу, а ястреб — синицу; оба также получают готовую органику и являются консументами.

Ответ: дуб — продуцент, гусеница, синица и ястреб — консументы.

Задача 2. В пруду отмершие растения и животные постепенно разлагаются. Нужно назвать участников разложения и объяснить, как их работа связана с круговоротом веществ. Отмершие организмы содержат органические вещества, которые не могут сами по себе снова стать пищей для растений в прежнем виде.

1. Остатки разлагают редуценты, прежде всего бактерии и грибы.
2. В ходе разложения сложные органические вещества превращаются в более простые, в том числе минеральные.
3. Минеральные вещества оказываются в воде и донных отложениях, откуда их могут использовать продуценты, например водоросли.

Ответ: редуценты разлагают остатки и возвращают вещества в среду, откуда они вновь включаются в круговорот.

Задача 3. После исчезновения хищной рыбы в озере увеличилось количество мелкой рыбы, а затем сократилась численность водных беспозвоночных. Объясните последовательность изменений. Чтобы найти причину, нужно проверить, кем питалась хищная рыба и чем питается мелкая рыба.

1. Хищная рыба поедала мелкую, поэтому после исчезновения хищника давление на её численность ослабло.
2. Мелкой рыбы стало больше, и она стала поедать больше водных беспозвоночных.
3. Из-за усиления поедания численность беспозвоночных сократилась; изменения прошли по нескольким звеньям пищевой сети.

Ответ: сработала цепь связей «хищная рыба — мелкая рыба — водные беспозвоночные». Исчезновение одного потребителя изменило численность его добычи, а затем повлияло на организмы, которыми питалась добыча.

Типичные ошибки

Считать экосистемой только сообщество организмов — неполно: без среды и связей с ней нельзя объяснить, откуда берутся условия и вещества. Ошибка возникает, когда внимание сосредоточено лишь на животных и растениях. Проверьте себя: назвали ли вы неживые компоненты и обмен между ними и организмами?

Путать биоценоз с биотопом — значит смешивать живую часть системы с условиями её существования. Термины похожи по звучанию, поэтому их легко перепутать. Для самопроверки вспомните: биоценоз состоит из популяций организмов, а биотоп обозначает участок среды и его условия.

Считать, что энергия, как и вещества, замыкается в круговороте, неверно: вещества могут возвращаться и использоваться снова, а энергия при передаче рассеивается. Путаница возникает потому, что и то и другое перемещается по пищевым связям. Проверьте себя вопросом: возвращается ли энергия к продуцентам в исходном виде? Нет, экосистема получает её извне.

Представлять пищевую цепь единственной линией отношений — упрощение. Так кажется, если рассматривать только один пример питания, но в природе у организмов часто несколько источников пищи и потребителей. Чтобы проверить себя, попробуйте соединить несколько цепей общими видами: получится пищевая сеть.

Связь с другими темами

Для изучения экосистем нужно различать живые организмы и неживые компоненты среды, а также знать основные потребности организмов. Понятия пищевой цепи и круговорота веществ помогут позднее разбирать устройство биосферы и влияние человека на природу. Знания об экосистемах позволяют объяснять, почему загрязнение, вырубка лесов или исчезновение видов затрагивают не только отдельные организмы, но и связанные с ними популяции.

Что запомнить

• Экосистема объединяет живые организмы и среду их обитания.
• Биоценоз — живое сообщество, биотоп — участок среды.
• Продуценты создают органические вещества из неорганических.
• Консументы получают вещества и энергию, поедая другие организмы.
• Редуценты разлагают органические остатки и возвращают вещества в круговорот.
• Вещества в экосистеме циркулируют, а энергия передаётся и рассеивается.
• Пищевые цепи переплетаются в пищевые сети.