§ 25. Экосистема — круговорот веществ в потоке энергии

Определения и обозначения

Экосистема — сообщество организмов вместе со средой обитания, связанных обменом веществ и потоком энергии. В неё входят и живые организмы, и вода, воздух, почва, свет, температура. Это понятие нужно, чтобы рассматривать природу как единую систему взаимозависимых частей.

Продуценты — организмы, которые создают органические вещества из неорганических, используя энергию света или химических реакций. Основные продуценты — растения, водоросли и некоторые бактерии. Благодаря им энергия и вещества среды впервые включаются в пищевые связи.

Консументы — организмы, получающие органические вещества и энергию, поедая другие организмы или их части. К ним относятся не только хищники, но и растительноядные животные, паразиты и всеядные виды. Их роль состоит в передаче вещества и энергии от одного живого организма к другому.

Редуценты — организмы, разлагающие остатки и отходы до неорганических веществ, возвращающихся в среду. Бактерии и грибы используют органические остатки как источник веществ и энергии. Без редуцентов мёртвые организмы накапливались бы, а минеральные вещества не возвращались бы продуцентам.

Как это устроено

Продуценты поглощают из среды воду, углекислый газ и минеральные соли, а затем создают органические вещества. При фотосинтезе энергия света запасается в химических связях этих веществ. Когда растение съедает животное, органика и запасённая энергия переходят к консументу, поэтому растительная масса становится основой многих пищевых цепей.

Цепь питания связывает организмы отношениями «кто кого ест», но в природе таких связей много. Один организм может питаться разными видами и сам становиться пищей нескольких потребителей. Поэтому цепи переплетаются в пищевую сеть: исчезновение одного вида способно изменить сразу несколько направлений передачи вещества и энергии.

После гибели организмов или появления отходов в работу включаются редуценты. Они выделяют ферменты, расщепляют сложные органические соединения и используют полученные вещества, а минеральные продукты возвращают в почву, воду или воздух. Продуценты снова поглощают эти соединения, поэтому деятельность редуцентов замыкает круговорот веществ.

Вещество может многократно переходить между средой и организмами: углерод входит в состав растения, перемещается к животному, а затем возвращается при дыхании или разложении. Энергия ведёт себя иначе, потому что на каждом переходе часть её используется организмом и рассеивается в виде тепла. Поэтому для поддержания экосистемы нужен постоянный приток энергии, главным образом солнечной.

Если меняется численность вида или условие среды, нарушаются связанные с ним отношения. Уменьшение растений сокращает пищевые ресурсы для растительноядных животных, а вслед за ними может уменьшиться число хищников. Чем больше связей и видов способны частично заменить друг друга, тем устойчивее экосистема к отдельным изменениям.

Роль организмов в экосистеме

Таблицу удобно читать как последовательность движения вещества: продуценты создают органику, консументы её получают, а редуценты возвращают минеральные соединения. При анализе конкретной экосистемы сначала определите, кто относится к каждой группе. Затем проследите, откуда берутся вещества и куда они переходят.

Разбор задач

Задача 1

В цепи «трава — заяц — лиса» укажите продуцента и консументов. Определите направление передачи энергии. Объясните, почему первым звеном является именно трава.

1. Трава создаёт органические вещества из неорганических с помощью света, значит, это продуцент.
2. Заяц питается травой, поэтому он консумент первого порядка, а лиса получает вещество и энергию, поедая зайца, поэтому она тоже консумент.
3. Стрелки передачи энергии направляют от травы к зайцу, а затем к лисе: трава → заяц → лиса.

Ответ: трава — продуцент, заяц и лиса — консументы. Энергия передаётся от травы к зайцу и от зайца к лисе, причём на каждом переходе её количество уменьшается из-за рассеивания.

Задача 2

После отмирания растений в лесу органические остатки постепенно исчезают. Объясните роль организмов, обеспечивающих этот процесс, и судьбу минеральных веществ. Нужно определить, кто разлагает остатки и что происходит с продуктами разложения.

1. Отмершие листья и корни содержат органические вещества, поэтому ими могут питаться бактерии, грибы и другие редуценты.
2. Редуценты расщепляют сложные соединения и используют часть полученных веществ для жизнедеятельности.
3. Минеральные продукты разложения попадают в почву, воду или воздух и позднее вновь поглощаются растениями.

Ответ: органические остатки исчезают благодаря работе редуцентов. Минеральные вещества не уничтожаются, а возвращаются в среду и снова включаются в круговорот.

Задача 3

В экосистеме уменьшилось количество растений. Объясните, как это может отразиться на растительноядных животных и хищниках, а также на потоке энергии. Проследите последствия изменения первого звена пищевых связей.

1. Растений становится меньше, значит, уменьшается количество первичной пищи и органического вещества, доступного растительноядным животным.
2. При нехватке пищи численность травоядных может снизиться или они начнут сильнее конкурировать между собой.
3. Хищникам станет доступно меньше добычи, поэтому их численность тоже может уменьшиться, а общий поток энергии через цепь ослабнет.

Ответ: сокращение растений обычно ведёт к уменьшению численности растительноядных животных, а затем хищников. Поток энергии снижается, потому что в экосистему поступает и запасается меньше энергии в органическом веществе продуцентов.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что вещества и энергия движутся одинаково. Так думают из-за общей схемы пищевой цепи, где оба понятия переходят от одного организма к другому. Проверьте себя: вещества возвращаются в среду, а энергия рассеивается и требует постоянного притока.

Ошибка — называть консументами только хищников. Такое представление возникает из-за привычки связывать питание с охотой, хотя заяц или корова тоже получают готовую органику. Проверьте роль организма: если он питается готовыми органическими веществами, то это консумент.

Ошибка — считать, что редуценты лишь уничтожают остатки. На самом деле они превращают органику в минеральные соединения, доступные продуцентам. Проверка проста: найдите в объяснении не только исчезновение остатка, но и возвращение веществ в почву, воду или воздух.

Ошибка — представлять пищевые связи только как одну цепь. В экосистеме виды имеют несколько источников пищи и несколько потребителей, поэтому цепи образуют сеть. Проверьте схему, задав два вопроса: чем питается организм и кто может питаться им.

Связь с другими темами

Для понимания экосистемы нужно различать живые организмы и компоненты неживой природы, а также знать устройство цепей питания. Экосистема показывает, как эти части соединяются обменом веществ и энергией. Поэтому знания о видах, среде обитания и питании помогают объяснить работу целого сообщества.

Тема связана с круговоротами углерода, воды и других веществ, потому что редуценты и продуценты возвращают соединения в природную среду. Она также помогает понять последствия вырубки лесов, загрязнения или исчезновения видов. Нарушение одного звена способно изменить всю пищевую сеть.

Что запомнить

• Экосистема включает организмы и среду их обитания.
• Продуценты создают органические вещества из неорганических.
• Консументы получают вещества и энергию, питаясь другими организмами.
• Редуценты разлагают органические остатки и возвращают вещества в среду.
• Вещества в экосистеме совершают круговорот.
• Энергия передаётся по цепям питания в одном направлении и постепенно рассеивается.