Раздел 2. Организмы в экологических системах

Определения и обозначения

Экологическая система — совокупность организмов и среды их обитания, связанных обменом веществ и потоками энергии. Иными словами, это не просто набор живых существ, а целое, в котором живое зависит от условий среды и изменяет их. Понятие помогает изучать связи между организмами и окружающими условиями.

Популяция — совокупность особей одного вида, длительно обитающих на общей территории и свободно скрещивающихся. Проще говоря, это местная группа представителей одного вида, способная поддерживать и продолжать своё существование. Такое понятие нужно, чтобы описывать численность вида, его размножение и изменения в конкретной местности.

Сообщество — совокупность популяций разных видов, совместно обитающих на одной территории и взаимодействующих друг с другом. Оно объединяет живые организмы, которые конкурируют, питаются друг другом или иначе влияют друг на друга. Понятие позволяет рассматривать отношения между видами, а не только жизнь каждого вида отдельно.

Экологическая ниша — место вида в экосистеме, определяемое условиями его существования, ресурсами и отношениями с другими организмами. Это описание того, что виду необходимо для жизни и какую роль он выполняет. Понятие помогает понять, почему виды могут сосуществовать или конкурировать за одни и те же ресурсы.

Как это устроено

Экосистема складывается из живых организмов и абиотической среды — неживых условий, таких как вода, воздух, свет и температура. Среда предоставляет организмам вещества и энергию, а организмы, в свою очередь, изменяют её: например, растения выделяют кислород, а разрушители возвращают минеральные вещества в почву. Поэтому живые и неживые компоненты нельзя объяснить независимо друг от друга. Их связь проявляется в круговороте веществ и передаче энергии.

Организмы объединяются в популяции и сообщества, потому что особи одного вида взаимодействуют между собой, а разные виды связаны общими ресурсами и пищей. Популяция помогает рассматривать изменения внутри одного вида: например, рост или сокращение его численности. Сообщество показывает, как взаимодействуют несколько видов на одной территории. Если в задании названы особи разных видов, речь идёт не об одной популяции, а о сообществе.

В экосистеме организмы занимают разные трофические уровни, то есть положения в цепях питания. Производители, например растения и водоросли, создают органическое вещество из неорганического, используя энергию света. Потребители получают готовое органическое вещество, поедая растения или других животных, а разрушители используют остатки организмов и разлагают их. Такое разделение возникает потому, что не все организмы способны самостоятельно создавать органическое вещество, но вещества после гибели организмов должны возвращаться в среду.

Пищевые цепи переплетаются в сети, поскольку один организм часто питается несколькими видами и сам может стать пищей для разных потребителей. Стрелка в цепи показывает, куда передаются вещество и энергия: от того, кого съели, к тому, кто съел. Поэтому в примере «водоросли → дафнии → карась → щука» направление идёт от водорослей к щуке. При этом вещество переходит дальше, а часть энергии рассеивается, например в виде тепла, поэтому на каждом следующем уровне её доступно меньше.

Вид взаимодействует одновременно с абиотической средой и другими видами, и от этих связей зависит, где и как он может жить. Экологическая ниша объединяет требования вида к условиям, используемые им ресурсы и его роль в пищевых и иных отношениях. Если два вида нуждаются в одинаковом ограниченном ресурсе, между ними может возникать конкуренция. Поэтому ниша описывает не только место, где организм встречается, но и способ его существования в экосистеме.

Уровни организации организмов в экологической системе

Читайте таблицу сверху вниз: каждый следующий уровень включает более сложную совокупность компонентов. Чтобы определить уровень в конкретном примере, выясните, что именно объединено — одна особь, представители одного вида или организмы разных видов. Если дополнительно указаны неживые условия и связи с ними, речь идёт об экосистеме.

Разбор задач

Задача 1

В пруду обитают караси одного вида. Определите, к какому уровню организации относится эта группа, и назовите признак, который позволяет это установить. Сначала выделим, что именно дано: группа состоит из нескольких особей, а не из одной. Затем проверим, указаны ли разные виды или только один вид.

1. Особей несколько, значит, речь идёт о группе организмов.
2. Все особи принадлежат одному виду и обитают на общей территории — в пруду.
3. Эти признаки соответствуют популяции, а не сообществу, которое включает разные виды.

Ответ: это популяция карасей. Определяющий признак — принадлежность всех особей к одному виду; если бы были указаны популяции нескольких видов, это было бы сообщество.

Задача 2

Для цепи «водоросли → дафнии → карась → щука» определите трофический уровень каждого организма и укажите, кто является производителем. Начнём с первого звена: оно создаёт органическое вещество, а каждое следующее получает его через питание. Стрелки показывают направление передачи вещества и энергии от пищи к потребителю.

1. Водоросли создают органическое вещество из неорганического, поэтому это производители и первый трофический уровень.
2. Дафнии питаются водорослями, значит, они первичные потребители и второй уровень.
3. Карась питается дафниями, поэтому это вторичный потребитель и третий уровень.
4. Щука питается карасём, значит, она третичный потребитель и четвёртый уровень.

Ответ: производитель — водоросли; далее идут первичные потребители дафнии, вторичный потребитель карась и третичный потребитель щука. Уровень определяется тем, сколько звеньев отделяет организм от производителя.

Задача 3

В экосистеме резко сократилась численность хищной щуки. Предположите, как это может повлиять на численность карася и других организмов пищевой сети, обоснуйте ответ. Нужно проследить сначала прямую связь щуки с её добычей, а затем возможные косвенные последствия. Точный результат зависит от того, чем ещё питаются организмы и кто, кроме щуки, регулирует численность карася.

1. Щука охотится на карася, поэтому при уменьшении числа щук давление хищника на карасей может ослабнуть.
2. Численность карася может вырасти, если другие условия и связи пищевой сети не компенсируют сокращение хищника.
3. Более многочисленные караси могут сильнее потреблять свою пищу и тем самым повлиять на организмы, которыми питаются.
4. Изменения могут затронуть и других хищников или конкурентов карася, поскольку цепи питания связаны в сеть.

Ответ: численность карася может увеличиться, а затем измениться численность организмов, которыми он питается, и видов, конкурирующих с ним или охотящихся на него. Это вероятное направление изменений, а не неизбежный результат: он зависит от всей пищевой сети и условий среды.

Типичные ошибки

Ошибочно считать экосистемой только сообщество организмов. Это происходит, когда внимание сосредоточено на животных и растениях, а неживые условия остаются без внимания. Проверьте себя: если в определении нет среды обитания и связей с ней, оно описывает не всю экосистему.

Группировку особей разных видов иногда называют популяцией, потому что её участники живут рядом. Однако совместное проживание само по себе не делает их одной популяцией: популяция состоит из особей одного вида. Проверьте, указаны ли в примере один вид или несколько; во втором случае речь идёт о сообществе.

Пищевую цепь могут представлять как односторонний перенос вещества без потерь. Путаница возникает потому, что стрелки действительно показывают направление передачи от пищи к потребителю. Но часть энергии при передаче рассеивается, а вещество проходит через организмы и возвращается в среду благодаря разложению остатков. Проверяйте, не смешиваете ли вы поток энергии с круговоротом вещества.

Экологическую нишу иногда сводят к месту обитания, поскольку оба понятия связаны с тем, где встречается организм. Но ниша включает также условия существования, ресурсы и отношения с другими видами. Чтобы проверить ответ, спросите себя, описаны ли потребности организма и его роль в экосистеме, а не только территория.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать уровни организации живой природы, признаки живых организмов и различия между биотическими и абиотическими факторами. Эти знания помогают отделять организмы от условий среды и определять, какие связи рассматриваются. Понятия экосистемы, пищевых связей и экологической ниши понадобятся при изучении биоценозов, круговорота веществ и потоков энергии. Они также помогают объяснять устойчивость экосистем и последствия изменений в них.

Что запомнить

• Экосистема включает живые организмы, среду и связи между ними.
• Популяция объединяет особей одного вида, сообщество — популяции разных видов.
• Производители создают органическое вещество из неорганического.
• Потребители получают органическое вещество, питаясь другими организмами.
• Разрушители разлагают органические остатки и участвуют в круговороте веществ.
• Пищевые цепи образуют взаимосвязанные пищевые сети.
• Экологическая ниша описывает условия существования вида и его роль в экосистеме.