§ 45. Структура экосистем

Определения и обозначения

Экосистема — единство живых организмов и условий среды, связанных обменом веществ и потоком энергии. Например, в пруду живые существа зависят от воды, света, температуры и состава дна. Это понятие помогает рассматривать организм не отдельно, а вместе с условиями его жизни.

Биогеоценоз — природная система с относительно однородными участком неживой среды и сообществом организмов. Лесной участок или луг могут быть примерами биогеоценоза, если у них есть характерные условия и связанные между собой виды. Термин нужен, чтобы обозначить природную экосистему, ограниченную определённым участком.

Трофический уровень — положение организма или группы организмов в цепи питания. Трава, которую съедает кузнечик, занимает первый уровень, а кузнечик — следующий. По уровню можно понять, откуда организм получает пищу и как к нему передаётся энергия.

Экологическая пирамида — графическое отображение соотношения численности, биомассы или энергии на трофических уровнях. Её ступени показывают, как меняется выбранный показатель от основания цепи питания к её верхним звеньям. Такая схема помогает сравнить уровни, но в каждой пирамиде нужно уточнять, что именно сравнивают.

Как это устроено

Экосистема включает и абиотические факторы — неживые условия, и биотическое сообщество, то есть все живые организмы данной системы. Одних организмов недостаточно: без воды, света, воздуха и подходящей температуры они не смогут существовать. Среда влияет на то, какие виды могут жить в месте, а организмы, в свою очередь, изменяют среду, например обогащают почву остатками. Поэтому экосистема — не просто список видов, а система взаимных связей.

По способу получения пищи организмы распределяются на продуцентов, консументов и редуцентов. Продуценты создают органическое вещество из неорганического, обычно используя энергию света; консументы получают готовое органическое вещество, поедая растения или других животных. Редуценты, прежде всего бактерии и грибы, разлагают остатки организмов и продукты их жизнедеятельности. Такое разделение показывает, кто создаёт пищу, кто её потребляет и кто возвращает вещества в среду.

Главный источник энергии для большинства экосистем — Солнце: его свет поглощают продуценты, и часть энергии запасается в органическом веществе. Когда один организм поедает другой, энергия переходит к следующему звену, но передаётся не полностью, поскольку расходуется на движение, рост и другие процессы. Часть энергии при каждом переходе рассеивается в виде тепла. Поэтому поток энергии направлен от источника через организмы к окружающей среде и не замыкается в круг.

Пищевая цепь показывает последовательную передачу пищи и энергии, например от растения к растительноядному животному, а затем к хищнику. В природе цепи пересекаются: один организм может быть пищей для нескольких видов, а сам — питаться разной добычей, образуя пищевую сеть. Из-за этого положение организма не всегда ограничено одним уровнем: всёядное животное в разных цепях может получать пищу с разных уровней. Трофический уровень определяют по тому, чем организм питается в конкретной цепи, а не по его размеру.

Круговорот веществ поддерживается тем, что вещества переходят от среды к организмам, затем с остатками возвращаются в окружающую среду и снова становятся доступными. Без разложения органические остатки накапливались бы, а минеральные элементы оставались бы связанными в них и не поступали к продуцентам. Энергия, в отличие от веществ, не возвращается к источнику: она проходит через систему и рассеивается. Поэтому устойчивость экосистемы зависит и от повторного использования веществ, и от постоянного поступления энергии.

Функциональные группы организмов в экосистеме

Сравнивайте группы по тому, как они получают органическое вещество и что происходит после их жизнедеятельности. Положение в цепи помогает увидеть, как организмы связаны передачей пищи, а результат жизнедеятельности — как вещества возвращаются в среду.

Разбор задач

Задача 1. Назовите абиотические и биотические компоненты экосистемы пруда. Нужно распределить объекты на условия среды и живые организмы, а не просто перечислить всё, что находится в водоёме.

1. Определяем абиотические компоненты: это неживая часть среды. К ней относятся вода, свет, температура, растворённые в воде газы и минеральные вещества, а также грунт на дне.
2. Определяем биотические компоненты: это живые организмы. В пруду ими будут водоросли и водные растения, бактерии, простейшие, насекомые, рыбы и другие животные.
3. Проверяем распределение: если объект живой или был живым организмом, он относится к биотической части; если это условие среды — к абиотической.

Ответ: абиотические компоненты — вода, свет, температура, растворённые вещества и грунт; биотические — растения, водоросли, бактерии и животные пруда.

Задача 2. Составьте цепь питания для луга и определите трофический уровень каждого организма: трава, кузнечик, лягушка, уж, ястреб. Сначала нужно выяснить, кто служит пищей для следующего звена, а затем присвоить уровни от продуцента.

1. Трава создаёт органическое вещество, поэтому начинает цепь и занимает первый уровень.
2. Кузнечик питается травой, значит, он первый консумент и занимает второй уровень. Лягушка может съесть кузнечика, поэтому она занимает третий уровень.
3. Уж питается лягушкой и занимает четвёртый уровень; ястреб, если он охотится на ужа, — пятый.

Ответ: трава → кузнечик → лягушка → уж → ястреб. Трофические уровни по порядку: первый, второй, третий, четвёртый и пятый.

Задача 3. Объясните, как изменится экосистема поля при резком сокращении численности редуцентов. Важно проследить не только судьбу остатков, но и влияние на круговорот веществ и продуцентов.

1. Сначала разложение органических остатков замедлится, поэтому мёртвые части растений и животных будут накапливаться.
2. Минеральные вещества медленнее будут возвращаться в почву. Растениям станет сложнее получать необходимые для роста вещества, и это может повлиять на численность растительноядных животных и следующих звеньев питания.
3. Делаем вывод: нарушение работы редуцентов затрагивает не одно звено, а круговорот веществ и связанные с ним организмы поля.

Ответ: остатки начнут накапливаться, возврат минеральных веществ в почву замедлится, а состояние растений и связанных с ними пищевых цепей может ухудшиться.

Типичные ошибки

Считать экосистемой только совокупность живых организмов. Так думают, потому что именно организмы заметнее всего, но без воды, почвы, воздуха, света и других факторов их связи непонятны. Проверьте себя: назвали ли вы условия, необходимые организмам для жизни, и показали ли их связь с живой частью?

Путать пищевую цепь с круговоротом веществ. Цепь показывает передачу пищи и энергии между организмами, а круговорот — повторное перемещение веществ между организмами и средой. Ошибка возникает потому, что оба процесса связаны с питанием. Проверка простая: энергия рассеивается и проходит в одном направлении, а вещества возвращаются в среду.

Считать редуцентов обычными консументами. И те и другие используют готовое органическое вещество, поэтому их легко объединить, но редуценты выполняют особую задачу — разлагают остатки. Чтобы проверить ответ, спросите себя, кто именно возвращает минеральные вещества в среду: это роль редуцентов.

Определять трофический уровень по размеру или силе организма. Крупный и сильный организм не обязательно занимает более высокий уровень в каждой цепи. Уровень зависит от пищи и места в передаче энергии, поэтому полезно сначала выписать последовательность «кто кого ест». Если один вид питается разными организмами, его положение в разных цепях может различаться.

Связь с другими темами

Для изучения структуры экосистем нужны знания о различиях живой и неживой природы, сообществах организмов и цепях питания. Эти представления помогают понять круговороты веществ, устройство биосферы и влияние человека на природные сообщества. Например, зная роль редуцентов, легче объяснить последствия их сокращения, а зная пищевые связи — предсказать, как исчезновение вида затронет другие организмы. Структура экосистем также помогает разбираться, почему природные сообщества могут сохранять относительную устойчивость.

Что запомнить

• Экосистема состоит из живых организмов и факторов неживой среды.
• Основные функциональные группы организмов — продуценты, консументы и редуценты.
• Продуценты создают органическое вещество из неорганического.
• Консументы получают органические вещества с пищей.
• Редуценты разлагают органические остатки и возвращают минеральные вещества в среду.
• Энергия проходит через экосистему в одном направлении и рассеивается в виде тепла.
• Вещества в экосистеме участвуют в круговороте.