§ 39. Экосистемная организация живой природы. Экосистема, её основные компоненты

Определения и обозначения

Экосистема — единство живых организмов и среды их обитания, связанных обменом веществ и потоком энергии. Это понятие помогает рассматривать природу как целостную систему, а не как набор отдельных организмов. Например, лес включает деревья, животных, почву, воду, воздух и связи между ними.

Биоценоз — совокупность взаимосвязанных популяций разных видов, обитающих на одной территории. Популяция — группа особей одного вида, а биоценоз объединяет популяции растений, животных, грибов и микроорганизмов. Термин нужен, чтобы обозначить именно живую часть экосистемы.

Биотоп — относительно однородный участок среды с характерными для него условиями неживой природы. К его признакам относят освещённость, температуру, влажность, состав почвы, воду и рельеф. Биотоп показывает, в каких физических и химических условиях существует биоценоз.

Продуценты, консументы и редуценты — группы организмов, различающиеся ролью в создании, потреблении и разложении органического вещества. Продуценты его создают, консументы получают с пищей, а редуценты разлагают остатки. Такое разделение позволяет проследить движение вещества и энергии в экосистеме.

Как это устроено

Экосистема складывается из биотопа и биоценоза, потому что жизнь невозможна без подходящих условий среды, а среда постоянно изменяется под влиянием организмов. Например, растения затеняют почву и испаряют воду, животные рыхлят её, а микроорганизмы меняют состав минеральных веществ. Поэтому между неживой и живой частями существует взаимное воздействие.

Продуценты создают органические вещества из неорганических, используя энергию света или химических реакций. Это возможно потому, что в их клетках идут процессы, запас которых превращает энергию в химическую форму органического вещества. Полученная биомасса становится пищей для других организмов и потому служит началом многих пищевых цепей.

Консументы получают органические вещества, питаясь растениями, животными или другими организмами. Их положение в цепи питания определяется источником пищи: травоядное животное обычно находится на первом трофическом уровне, а хищник — на последующем. Так органическое вещество и энергия переходят от одного звена к другому.

Редуценты разлагают остатки организмов и продукты их жизнедеятельности до неорганических веществ. Такой процесс необходим, потому что без него мёртвое органическое вещество накапливалось бы, а минеральные элементы оставались бы связанными в нём. После разложения вещества возвращаются в почву, воду или воздух и снова становятся доступными продуцентам.

Связи питания соединяют организмы в сети, поскольку один вид может употреблять несколько видов пищи и сам служить пищей разным потребителям. По этим связям передаются вещество и энергия, а деятельность редуцентов замыкает движение веществ между организмами и средой. Поэтому исчезновение или резкое увеличение численности одного компонента способно вызвать цепь изменений во всей экосистеме.

Основные компоненты экосистемы и их роль

В таблице сначала указана неживая основа экосистемы, а затем её живые компоненты. Сравнивая строки, можно определить, что делает каждый компонент и как он участвует в обмене веществ. Примеры помогают перенести общее правило на конкретный лес, луг или водоём.

Разбор задач

Компоненты лесного участка

Условие: для лесного участка нужно назвать компоненты неживой среды, продуцентов, консументов и редуцентов. Сначала отделим биотоп от живого сообщества. Затем распределим организмы по способу получения вещества и энергии.

1. К биотопу отнесём почву, воду, воздух, свет, температуру, влажность и минеральные вещества.
2. Продуцентами назовём деревья, кустарники, травы, мхи и водоросли в лесном водоёме, потому что они создают органическое вещество.
3. Консументами будут гусеницы, зайцы, белки, птицы, лисицы и совы, так как они питаются готовой органикой.
4. Редуцентами являются почвенные бактерии и грибы, разлагающие опавшие листья и остатки организмов.

Ответ: неживая среда леса образует его биотоп, а перечисленные организмы — биоценоз. Внутри биоценоза растения являются продуцентами, животные — консументами, бактерии и грибы — редуцентами. Все эти части связаны обменом веществ и энергией.

Цепь питания на лугу

Условие: даны трава, кузнечик, лягушка и уж. Требуется составить цепь питания и указать роль каждого организма. Начинать нужно с того, кто создаёт органическое вещество, а стрелки направлять от пищи к тому, кто её получает.

1. Трава — продуцент, потому что образует органические вещества в процессе фотосинтеза.
2. Кузнечик питается травой и становится консументом первого порядка.
3. Лягушка поедает кузнечика, поэтому это консумент второго порядка.
4. Уж может питаться лягушкой и занимает следующий уровень как консумент третьего порядка.

Ответ: цепь имеет вид: трава → кузнечик → лягушка → уж. Стрелка показывает передачу вещества и энергии от пищи к потребителю. Вещество затем может попасть к редуцентам после отмирания организмов.

Сокращение хищных птиц

Условие: после уменьшения численности хищных птиц изменилось количество змей и грызунов. Нужно объяснить возможные последствия, учитывая пищевые связи. Для этого проследим изменения по нескольким звеньям сети.

1. Если хищные птицы поедают змей, их сокращение может привести к увеличению численности змей.
2. Больше змей способно уменьшить количество грызунов, если грызуны служат им пищей.
3. Снижение числа грызунов может уменьшить поедание семян и растений, но одновременно усилить конкуренцию змей за пищу.
4. Изменение численности растений повлияет на насекомых и других животных, связанных с ними питанием.

Ответ: возможна цепь последствий: меньше хищных птиц — больше змей — меньше грызунов. Точный результат зависит от состава пищевой сети и силы связей между видами. Поэтому изменение одного компонента способно нарушить равновесие нескольких популяций.

Типичные ошибки

Ошибка: считать экосистемой только сообщество организмов. Так происходит, если внимание сосредоточено на животных и растениях, но забываются условия их существования. Проверка простая: назовите не только живые организмы, но также свет, воду, почву и связи между всеми компонентами.

Ошибка: путать биотоп и биоценоз. Термины похожи по звучанию, поэтому их иногда используют как синонимы. Запомните проверку: биотоп — место и неживые условия, биоценоз — живые организмы, населяющие этот участок.

Ошибка: считать редуцентов обычными консументами без указания их особой роли. Редуценты действительно используют органическое вещество, но главным результатом их деятельности становится разложение остатков до неорганических веществ. Спросите себя, возвращает ли организм минеральные элементы в среду.

Ошибка: представлять пищевую цепь как одностороннее движение вещества. По цепи энергия передаётся и рассеивается, а вещества после разложения возвращаются в среду и снова используются продуцентами. Проверяйте отдельно судьбу энергии и судьбу вещества.

Связь с другими темами

Для понимания экосистемы нужны знания о популяции, виде, среде обитания и пищевых связях. Популяции разных видов образуют биоценоз, а условия среды определяют состав биотопа. Пищевые связи показывают, как компоненты взаимодействуют.

Эта тема подготавливает изучение круговорота веществ, потоков энергии и устойчивости природных сообществ. Без различения продуцентов, консументов и редуцентов невозможно объяснить, как вещество проходит через экосистему. По пищевым сетям можно также проследить последствия исчезновения отдельных видов.

Знание связей внутри экосистемы помогает оценивать влияние хозяйственной деятельности человека. Вырубка леса, загрязнение воды или уничтожение хищников меняют сразу несколько компонентов. Понимание этих последствий необходимо для разработки мер охраны природы.

Что запомнить

• Экосистема включает живые организмы и среду их обитания.
• Биотоп — неживая среда, биоценоз — совокупность организмов.
• Продуценты создают органические вещества из неорганических.
• Консументы потребляют готовые органические вещества.
• Редуценты разлагают органические остатки.
• В экосистеме взаимосвязаны круговорот веществ и поток энергии.