§ 39. Организация экосистем

Определения и обозначения

Экосистема — единство живых организмов и среды их обитания, связанных обменом веществ и потоком энергии. Это понятие помогает рассматривать не только виды, но и то, как они зависят от воды, почвы, света и друг от друга. Например, лес как экосистема включает растения, животных, грибы, бактерии и условия лесной среды.

Биоценоз — совокупность популяций разных видов, совместно обитающих на одной территории и взаимодействующих друг с другом. Популяция — это организмы одного вида, живущие в определённом месте. Понятие биоценоза нужно, чтобы выделить живое сообщество и понять, какие виды входят в него и как связаны.

Биотоп — относительно однородный участок среды с условиями, в которых существует биоценоз. К таким условиям относятся, например, освещённость, температура, влажность и состав почвы или воды. Это понятие обозначает место и неживую часть экосистемы, от которых зависят организмы.

Трофический уровень — место организма в цепи питания, определяемое способом получения пищи. Производитель занимает первый уровень, а организмы, питающиеся им, — следующий. Понятие позволяет проследить, как пища и энергия переходят от одного участника цепи к другому.

Как это устроено

Экосистема объединяет биоценоз и биотоп: организмы живут в определённых условиях и одновременно влияют на них. Например, растения используют воду и минеральные вещества из почвы, а отмершие части организмов меняют её состав. Поэтому сообщество нельзя полноценно описать отдельно от среды, а среду — отдельно от происходящих в ней биологических процессов. Связи между живой и неживой частью поддерживают работу экосистемы.

Производители создают органические вещества из неорганических, используя энергию света или химических реакций. Это необходимо, потому что большинство организмов не может самостоятельно построить органику из простых веществ и получает её с пищей. Растения и водоросли обычно используют свет, а некоторые бактерии получают энергию при химических превращениях. Созданная ими органика становится исходным ресурсом для остальных участников питания.

Консументы получают органические вещества, поедая растения или других животных. Поскольку способ питания у них различается, их место в цепи определяется тем, кто служит им пищей: растительноядный организм питается производителем, а хищник может питаться консументом. Так образуются последовательные переходы пищи и энергии. Консументами являются не только животные, питающиеся другими животными, но и растительноядные виды.

Редуценты разлагают остатки организмов и продукты их жизнедеятельности до минеральных веществ. Для экосистемы это важно, потому что без разложения многие вещества оставались бы связанными в мёртвой органике и не могли бы снова использоваться растениями. Грибы и бактерии превращают сложные органические остатки в более простые вещества. Минеральные соединения поступают в среду и вновь становятся доступными производителям.

Связи питания образуют не только отдельные цепи, но и сети: один организм может питаться разными видами и сам служить пищей нескольким потребителям. Вещество при этом переходит между организмами и окружающей средой, а благодаря редуцентам возвращается в круговорот. Энергия тоже передаётся по цепи, но при каждом переходе часть её рассеивается, главным образом в виде тепла. Поэтому для продолжения процессов экосистеме требуется новый приток энергии, а её передача не образует замкнутого круга.

Основные группы организмов экосистемы

Чтобы пользоваться таблицей, сначала определите, откуда организм получает органическое вещество или энергию. Затем соотнесите способ питания с ролью: создание органики указывает на производителя, потребление готовой пищи — на консумента, а разложение остатков — на редуцента. У разных групп свои задачи, и вместе они обеспечивают обмен веществ в экосистеме.

Разбор задач

Задача 1. В цепи «трава — заяц — лиса» определите производителей и консументов. Нужно выяснить, кто создаёт органическое вещество, а кто получает его, питаясь другими организмами. Для этого проследим связь от начала цепи к её следующим звеньям.

1. Трава создаёт органические вещества из неорганических с помощью энергии света, значит, это производитель.
2. Заяц получает органику, поедая траву, поэтому он консумент.
3. Лиса питается зайцем и тоже относится к консументам, но занимает следующий трофический уровень.

Ответ: производитель — трава; консументы — заяц и лиса.

Задача 2. Составьте цепь питания из организмов: щука, водоросли, мелкая рыба, зоопланктон. Укажите направление передачи вещества и энергии. Начинать нужно с организма, который способен создавать органическое вещество, а затем расположить потребителей по их пище.

1. Водоросли — производители: они создают органику и служат пищей зоопланктону.
2. Зоопланктон может быть пищей мелкой рыбы, поэтому ставим его следующим.
3. Щука питается мелкой рыбой и завершает данную цепь.
4. Направление передачи вещества и энергии обозначаем стрелками от пищи к тому, кто её ест.

Ответ: водоросли → зоопланктон → мелкая рыба → щука. Стрелки показывают переход вещества и энергии от каждого звена к следующему потребителю.

Задача 3. Объясните, что произойдёт с круговоротом веществ в лесной экосистеме, если резко уменьшится численность грибов и бактерий-разрушителей. Эти организмы относятся к редуцентам, поэтому нужно проследить последствия ослабления разложения. Важно связать остатки организмов с возвращением минеральных веществ в среду.

1. При уменьшении числа редуцентов отмершие организмы и органические остатки будут разлагаться медленнее.
2. Минеральные вещества станут медленнее возвращаться в почву и воду из органических остатков.
3. Производителям будет труднее получать часть нужных веществ, поэтому круговорот ослабнет и изменится питание других организмов.

Ответ: остатки будут накапливаться, а возвращение минеральных веществ в среду замедлится. Круговорот веществ нарушится, поскольку редуценты обеспечивают переход веществ из органических остатков обратно в доступную для производителей форму.

Типичные ошибки

Ошибка — считать экосистемой только сообщество организмов. Так думают, потому что живые виды заметнее, чем условия среды и обмен веществ. Проверьте себя: в описании экосистемы должны быть и организмы, и неживая среда, и связи между ними.

Биоценоз и биотоп иногда смешивают, поскольку оба понятия относятся к одной территории. Но биоценоз обозначает совокупность живых популяций, а биотоп — участок среды и условия их обитания. Для проверки спросите себя, идёт ли речь о живых видах или о месте и условиях их жизни.

Неверно полагать, что консументы питаются только животными. Это заблуждение возникает, если считать консументами лишь хищников и не учитывать растительноядных животных. Проверьте способ питания: заяц ест растения, то есть готовую органику, и потому тоже консумент.

Редуцентам иногда приписывают создание органического вещества, а энергию считают частью круговорота. Редуценты разлагают органические остатки, возвращая в среду минеральные вещества; энергия же при передаче рассеивается. Чтобы проверить себя, разделяйте судьбу вещества и энергии: первое циркулирует, а для второй нужен постоянный приток.

Связь с другими темами

Для понимания экосистем пригодятся знания о популяции, среде обитания и пищевых связях организмов. Популяции разных видов образуют биоценоз, а условия среды задают его биотоп. Пищевые связи показывают, как участники сообщества получают вещество и энергию.

Представления о круговороте веществ и передаче энергии помогают объяснить устойчивость экосистем и последствия воздействия человека на природу. Если нарушается одно звено, это может повлиять на другие организмы и процессы. Например, уменьшение числа редуцентов замедляет возвращение минеральных веществ в среду.

Что запомнить

• Экосистема объединяет живые организмы и неживую среду.
• Биоценоз — живая часть экосистемы, биотоп — среда его обитания.
• Производители создают органическое вещество.
• Консументы получают органическое вещество, питаясь другими организмами.
• Редуценты разлагают органические остатки и возвращают минеральные вещества в среду.
• Вещество в экосистеме циркулирует, а энергия передаётся по цепям питания и рассеивается.