§ 26. Экосистема — гармония живого и неживого

Определения и обозначения

Экосистема — единство живых организмов и неживой среды, связанных обменом веществ и потоками энергии. Значит, недостаточно перечислить растения и животных: нужно учитывать также воду, почву, воздух и связи между всеми компонентами. Это понятие помогает увидеть природу как целое, а не как набор отдельных объектов.

Биоценоз — сообщество организмов разных видов, совместно обитающих на одной территории. Это название относится именно к живой части экосистемы, например к растениям, животным и грибам леса. Термин нужен, чтобы отличать сообщество организмов от всей экосистемы, включающей ещё и неживую среду.

Производители, потребители и разрушители — группы организмов, различающиеся способом получения органических веществ и ролью в круговороте веществ. Производители создают органическую пищу, потребители получают её, поедая организмы, а разрушители разлагают остатки. Такое деление помогает проследить, откуда в экосистеме берутся вещества и куда они переходят.

Пищевая цепь — последовательность организмов, в которой каждый предыдущий служит пищей следующему. Она показывает направление передачи пищи и связанных с ней веществ и энергии. По цепи можно проследить, как производитель обеспечивает пищей потребителей.

Как это устроено

Экосистема складывается из организмов и условий неживой среды: света, воды, воздуха, почвы и температуры. Каждый организм нуждается в определённых условиях, поэтому изменение среды может повлиять на его жизнь и на связи с другими видами. В свою очередь, организмы изменяют среду: например, растения затеняют почву, а их корни удерживают её. Именно взаимные влияния соединяют живые и неживые компоненты в устойчивую систему.

Производители создают органические вещества из неорганических, используя энергию света или химических реакций. Например, зелёное растение при фотосинтезе использует свет, воду и углекислый газ, чтобы образовать органические вещества. Это важно потому, что большинство других организмов не могут создавать пищу таким способом. Полученная производителями органика становится источником веществ и энергии для потребителей.

Потребители получают вещества и энергию, поедая другие организмы, а разрушители разлагают остатки и отходы. Когда организм погибает или оставляет отходы, содержащиеся в них вещества не исчезают. Разрушители перерабатывают органические остатки, и минеральные вещества возвращаются в почву, воду или воздух. Благодаря этому производители могут снова использовать их для образования органических веществ.

Пищевые цепи показывают передачу вещества и энергии между организмами, но в природе они переплетаются и образуют пищевые сети. Один и тот же потребитель может питаться разными видами, а сам становиться добычей нескольких хищников. Поэтому организмы обычно участвуют не в одной изолированной цепочке, а сразу в нескольких пищевых связях. Сеть точнее отражает разнообразие питания в экосистеме.

Вещества многократно переходят между живыми организмами и неживой средой, тогда как энергия поступает извне и постепенно рассеивается. Например, вещества почвы попадают в растение, затем — в животное, а после разложения остатков снова оказываются в среде. Энергия света сначала запасается производителями, затем передаётся потребителям и при жизненных процессах рассеивается в виде тепла. Поэтому вещества могут использоваться повторно, а для поддержания процессов экосистеме нужен новый приток энергии.

Роли компонентов экосистемы

В таблице сопоставлены неживая среда и три группы организмов по источнику веществ и энергии и их роли. Примеры помогают понять, к какой группе отнести конкретный компонент. При разборе новой ситуации сначала определите, живой ли перед вами объект, а затем выясните, как он получает вещества и энергию.

Разбор задач

Задача 1. Для лесной поляны перечислите по одному примеру живого компонента и фактора неживой среды. Чтобы не перепутать эти части экосистемы, нужно проверить, является ли выбранный объект организмом или условием, в котором организмы живут. Затем подберите примеры, которые действительно могут встретиться на поляне. Важно, что оба примера относятся к одной территории, но к разным компонентам.

1. Сначала определяем живой компонент: это отдельный организм, способный к жизнедеятельности. На поляне таким примером может быть трава.
2. Теперь выбираем фактор неживой среды — условие или вещество, не являющееся организмом. Подойдёт солнечный свет, который влияет на рост травы.
3. Проверяем различие: трава растёт и питается, а свет не является живым организмом, хотя необходим растениям.

Ответ: живой компонент — трава; фактор неживой среды — солнечный свет. Другими подходящими примерами могли бы быть муравей и почва. Важно не подменять фактор среды живым объектом: например, насекомое относится к сообществу организмов.

Задача 2. Составьте пищевую цепь из травы, кузнечика, лягушки и цапли, указав направление передачи пищи. Сначала нужно выяснить, кто из перечисленных организмов создаёт органические вещества, а кто питается другими. Затем расположить их в порядке «пища — тот, кто её ест» и проверить, согласуется ли каждый переход с питанием организма.

1. Трава — производитель, поэтому она образует начало цепи. Ею может питаться кузнечик.
2. Кузнечик служит пищей лягушке, значит, следующим ставим лягушку.
3. Лягушка может стать добычей цапли, поэтому цапля завершает последовательность.
4. Направляем стрелки от пищи к потребителю: стрелка показывает, куда передаются пища и связанные с ней вещества и энергия.

Ответ: трава → кузнечик → лягушка → цапля. Стрелка от травы к кузнечику означает, что кузнечик питается травой, а не наоборот. Если в цепи перепутать направление, получится неверное описание пищевой связи.

Задача 3. Объясните, как изменится круговорот веществ на участке леса, если из него исчезнут разрушители. Для решения проследим путь веществ после гибели организмов. Затем выясним, кто обычно перерабатывает остатки и что происходит с доступностью минеральных веществ для растений, если такая группа отсутствует.

1. Без разрушителей отмершие организмы и отходы будут накапливаться, поскольку некому будет эффективно разлагать их.
2. Органические вещества из остатков станут медленнее переходить в минеральную форму, доступную производителям.
3. Растениям будет труднее получать нужные минеральные вещества из среды, поэтому ухудшится их рост и образование новой органики.
4. Из-за сокращения пищи могут измениться численность потребителей и другие пищевые связи. Круговорот не исчезнет мгновенно, но окажется нарушен и замедлен.

Ответ: без разрушителей остатки будут накапливаться, а возврат минеральных веществ в среду замедлится. Производителям станет труднее получать часть необходимых веществ, и это отразится на других организмах. Следовательно, разрушители поддерживают непрерывное использование веществ в экосистеме.

Типичные ошибки

Считать экосистемой только сообщество организмов — значит забыть о неживой среде и связях с ней. Так ошибаются, потому что в повседневном описании природы чаще называют животных и растения. Проверьте себя: входят ли в ваш ответ вода, почва, свет или другие условия? Если нет, понятие экосистемы раскрыто не полностью.

Путать круговорот веществ с потоком энергии не стоит: вещества возвращаются в среду и используются снова, а энергия рассеивается. Ошибка возникает, когда оба процесса называют просто «передачей» и не замечают, что происходит после передачи. Для проверки проследите путь вещества и энергии по отдельности: минеральные вещества могут снова попасть к производителю, а рассеянная энергия не возвращается к нему как прежний запас.

Называть растения потребителями из-за поглощения воды и минеральных веществ — неверно. Воду и минеральные вещества используют и другие организмы, но это не означает, что растения получают готовую органическую пищу. Растения создают органические вещества и поэтому относятся к производителям. Проверьте себя вопросом: образует ли организм органические вещества из неорганических или получает их, поедая других?

Считать разрушителей необязательными — значит не учитывать, откуда в среде снова появляются минеральные вещества. Их деятельность может быть незаметна, поэтому кажется, что остатки исчезнут сами собой. Однако без разложения вещества из органических остатков не возвращались бы в доступной для производителей форме. Проверка проста: объясните, кто перерабатывает опавшие листья и останки организмов и чем это полезно растениям.

Связь с другими темами

Чтобы разобраться в экосистемах, нужно различать организмы и неживые компоненты среды, а также понимать, откуда живые существа получают вещества и энергию. Эта тема опирается на знания о питании организмов, фотосинтезе и пищевых связях: без них трудно определить роли производителей и потребителей. Позже представление об экосистемах поможет изучать круговороты веществ и биосферу, то есть область распространения жизни на Земле. Оно также пригодится, чтобы оценивать, как деятельность человека меняет природные связи.

Что запомнить

• Экосистема объединяет живые организмы и неживую среду.
• Компоненты экосистемы связаны обменом веществ и потоками энергии.
• Производители создают органические вещества.
• Потребители получают вещества и энергию, поедая другие организмы.
• Разрушители разлагают остатки и возвращают вещества в среду.
• Пищевые цепи в природе переплетаются в пищевые сети.
• Вещества циркулируют, а энергия проходит через экосистему и рассеивается.