§ 31. Концепция экосистемы

Определения и обозначения

Экосистема — совокупность живых организмов и абиотической среды, связанных обменом веществ и энергии. Абиотическая среда — неживые компоненты, например вода, воздух, почва, свет и температура. Это понятие нужно, чтобы описывать не отдельные виды, а целостную систему их связей со средой.

Биоценоз — сообщество популяций разных видов, совместно обитающих на определённой территории. Популяция — группа особей одного вида, а биоценоз объединяет популяции многих видов. Понятие помогает выделить живую часть экосистемы и рассматривать взаимодействия организмов.

Биотоп — участок среды с относительно однородными условиями, занимаемый биоценозом. К его характеристикам относятся, например, состав почвы, освещённость и влажность. Это понятие позволяет обозначить место обитания сообщества и условия, в которых оно существует.

Биогеоценоз — природная система, объединяющая биоценоз и биотоп на определённом участке суши. В ней живые организмы связаны между собой и с неживой средой. Термин нужен для описания таких природных систем суши с определёнными границами.

Как это устроено

Экосистема включает живые организмы и неживые компоненты, потому что существование организмов зависит от среды: растениям нужны свет, вода и минеральные вещества, а животным — пища и подходящие условия. При этом организмы сами меняют среду: растения затеняют почву, а микроорганизмы участвуют в её образовании. Поэтому система связей не сводится к перечню обитателей; обмен веществом и энергией связывает живую и неживую части.

Внутри экосистемы разные организмы выполняют разные функции. Продуценты, прежде всего растения, образуют органическое вещество из неорганических веществ, используя энергию света; консументы получают органическое вещество, поедая другие организмы или их части. Редуценты разлагают остатки и продукты жизнедеятельности, возвращая вещества в среду. Без этого звена вещества накапливались бы в остатках и не возвращались бы в круговорот, а деятельность всех трёх групп связывает разные уровни организации.

Пищевые цепи показывают, кто кем питается, и тем самым отражают перенос вещества и энергии. Например, растение может стать пищей для насекомого, а насекомое — для птицы; каждый следующий организм получает часть вещества и энергии предыдущего. Энергия при переходе между трофическими уровнями частично рассеивается, поэтому передача не бывает полной. В природе один вид часто служит пищей нескольким другим, а сам питается разными организмами, поэтому отдельные цепи переплетаются в пищевые сети.

Состояние экосистемы зависит и от условий среды, и от деятельности организмов. Если меняются влажность или температура, это влияет на выживание и размножение видов, а затем может изменить численность тех, кто ими питается. В обратную сторону, сами организмы способны менять условия: например, растительность удерживает влагу и влияет на почву. Такие связи могут поддерживать состояние системы, но достаточно сильное изменение способно перестроить её состав и связи.

Понятия «экосистема» и «биогеоценоз» близки: оба описывают связи организмов со средой. Однако экосистемой может быть объект любого масштаба, от небольшого водоёма до крупного природного комплекса, а её границы выбирают с учётом изучаемых связей. Биогеоценоз относится к природным системам на суше и связан с определённым участком, где условия относительно однородны. Значит, биогеоценоз — более конкретное понятие, тогда как термин «экосистема» шире.

Компоненты экосистемы и их роль

Сначала определите, относится ли объект к неживой среде или к сообществу организмов: так различают биотоп и биоценоз. Затем уточните функцию живых организмов — создание, потребление или разложение органического вещества. В таблице показаны основные роли, но одна экосистема может включать множество видов каждой группы.

Разбор задач

Живые организмы и среда в лесу

В условии названы берёза, заяц, лиса, грибы и почва. Нужно распределить их на компоненты живой и неживой природы, а затем указать, что входит в биоценоз. Для этого важно сначала определить, является ли каждый объект организмом или частью среды.

1. Берёза, заяц, лиса и грибы — живые организмы. Следовательно, они принадлежат к биоценозу лесного сообщества.

2. Почва — неживая часть среды. Она относится к биотопу, а не к биоценозу, хотя в почве могут обитать организмы.

3. Сверяем распределение с определениями: биоценоз включает популяции организмов, а биотоп — место и условия их обитания. Поэтому почву нельзя включать в список живых компонентов.

Ответ: к живой природе и биоценозу относятся берёза, заяц, лиса и грибы. Почва — компонент неживой природы, часть биотопа. Организмы, обитающие в почве, были бы отдельными участниками биоценоза.

Пищевая цепь

Составьте цепь из растений, гусеницы, синицы и ястреба. Нужно определить положение каждого организма и направление переноса вещества и энергии. Последовательность следует строить от источника органического вещества к тем, кто им питается.

1. Растения — продуценты: они создают органическое вещество. Поэтому именно с них начинается цепь.

2. Гусеница питается растениями, а синица может поедать гусеницу. Они являются консументами разных трофических уровней.

3. Ястреб может охотиться на синиц и в этой цепи выступает следующим консументом. Записываем организмы по направлению от пищи к потребителю.

Ответ: растения → гусеница → синица → ястреб. Вещество и энергия передаются по стрелкам от съедаемого организма к тому, кто его потребляет. На каждом переходе часть энергии рассеивается, поэтому до следующего уровня доходит не вся энергия.

Изменение условий водоёма

После осушения небольшого водоёма изменились численность водных растений, насекомых и рыб. Нужно объяснить, почему одно изменение абиотического условия может затронуть несколько популяций. Для решения проследим сначала прямое влияние осушения, а затем последствия для пищевых связей.

1. Осушение уменьшает количество воды и площадь водной среды. Это напрямую влияет на водные растения и организмы, которым нужны подходящие условия обитания.

2. Изменение численности растений меняет доступность пищи и мест обитания для насекомых. Если насекомых становится меньше или они перемещаются, меняется количество пищи для рыб.

3. Связи идут не только по одной цепи: рыбы и насекомые могут зависеть от нескольких видов. Поэтому воздействие на среду распространяется по пищевой сети и затрагивает разные популяции.

Ответ: осушение меняет абиотические условия водоёма, а организмы по-разному зависят от воды и связанных с ней ресурсов. Изменения растений влияют на насекомых, а изменения насекомых и условий обитания — на рыб. Значит, экосистему нужно рассматривать как систему взаимосвязанных компонентов, а не как набор отдельных видов.

Типичные ошибки

Ошибка: считать экосистемой только сообщество организмов. Так думают, когда сосредоточиваются на видах и забывают, что без неживой среды они не могут существовать. Проверьте себя: описали ли вы воду, почву, свет или другие условия и связи организмов с ними? Если нет, рассмотрена только часть экосистемы.

Ошибка: употреблять слова «биоценоз» и «биотоп» как синонимы. Их легко перепутать, потому что оба понятия относятся к одному месту обитания. Но биоценоз — живые популяции, а биотоп — участок и условия среды. Чтобы проверить ответ, спросите себя: речь идёт об организмах или о месте, где они живут?

Ошибка: представлять пищевую цепь как передачу вещества и энергии без потерь. Стрелки показывают направление переноса, но не означают, что следующий организм получает всё от предыдущего. Часть энергии рассеивается при жизнедеятельности организмов. Проверяя объяснение, укажите направление переноса и не называйте его полным.

Ошибка: полагать, что любая экосистема имеет строго очерченные и неизменные границы. Такое представление возникает, если воспринимать систему как участок с обязательной физической границей. На деле границы зависят от масштаба исследования и связей, которые учитывают. Проверьте себя: уточнили ли вы, какие именно компоненты и взаимодействия рассматриваются?

Связь с другими темами

Для понимания экосистемы нужны знания об уровнях организации живой природы, видах и популяциях, а также умение отличать живые компоненты от абиотических. Эти основы помогают перейти к изучению пищевых цепей, круговорота веществ, потоков энергии и устойчивости экосистем. Понятие экосистемы также применяют, когда оценивают влияние человека на природу и планируют охрану или восстановление природных сообществ. Биогеоценоз помогает описывать такие сообщества на участках суши.

Что запомнить

• Экосистема включает организмы и абиотическую среду, связанные обменом веществ и энергии.

• Биоценоз — живое сообщество, биотоп — участок среды и его условия.

• Продуценты создают органическое вещество, консументы его потребляют, редуценты разлагают органические остатки.

• Пищевые цепи показывают направление переноса вещества и энергии.

• В природных сообществах пищевые цепи переплетаются в пищевые сети.

• Биогеоценоз — природная экосистема на определённом участке суши.