§ 19. Экологические системы

Определения и обозначения

Экологическая система — это сообщество живых организмов вместе со средой их обитания. Они образуют единую систему, потому что зависят от условий среды и влияют друг на друга: например, растениям нужны свет, вода и почва, а животные используют растения как пищу и укрытие. Такое понятие помогает увидеть не отдельные организмы, а связи между ними и окружающим миром.

Производители — организмы, которые создают органические вещества из веществ окружающей среды, используя энергию Солнца. К ним относятся зелёные растения: при фотосинтезе они образуют питательные вещества, которыми могут пользоваться другие организмы. Без производителей в систему не поступала бы новая пища.

Потребители — организмы, которые получают вещества и энергию, поедая растения или других животных. Например, заяц питается растениями, а лиса может охотиться на зайца. Потребители передают вещества и энергию дальше по пищевым связям.

Разрушители — организмы, разлагающие остатки живых существ и возвращающие вещества в окружающую среду. К ним относятся, например, многие бактерии и грибы. Благодаря их работе вещества снова оказываются в почве и воде, откуда их могут использовать растения.

Как это устроено

Организмы связаны между собой пищей: одни служат пищей другим. Если какого-то вида становится меньше, его потребителям может не хватать корма, а организмы, которыми питался этот вид, могут размножиться сильнее. Поэтому изменение численности одного звена способно повлиять на несколько видов сразу, а иногда — на всю систему.

Из пищевых связей складываются цепи питания. Каждое звено в такой цепи служит пищей следующему: например, растение поедает травоядное животное, а его может съесть хищник. Цепь обычно начинается с производителя, потому что именно растения создают органические вещества, которые затем получают остальные участники.

Вещества переходят между организмами и окружающей средой. Растения поглощают воду и минеральные вещества из среды, животные получают вещества с пищей, а после гибели организмов их остатки разлагают разрушители. Так необходимые вещества возвращаются в почву и воду и вновь становятся доступными растениям.

Энергия ведёт себя иначе, чем вещества. Её источник для большинства экологических систем — Солнце: растения улавливают солнечную энергию, а затем она передаётся потребителям вместе с пищей. На каждом этапе часть энергии рассеивается, поэтому её запас не возвращается к началу цепи и не совершает круговорот.

Устойчивость системы поддерживают разнообразие организмов и связи между ними. Если видов много, у потребителей могут быть разные источники пищи, а исчезновение или уменьшение одного вида не обязательно разрушит все связи. Однако устойчивость не означает, что система совсем не меняется: её состояние зависит от условий среды и численности организмов.

Роли организмов в экологической системе

Чтобы пользоваться таблицей, сначала определите, откуда организм получает вещества, а затем сопоставьте это с его ролью. Одни и те же отношения можно проследить в конкретной цепи питания, но разрушители работают с остатками организмов на разных её этапах. Примеры в таблице показывают типичных представителей групп, а не единственно возможные варианты.

Разбор задач

Цепь «трава — заяц — лиса»

Условие. Составьте цепь питания из травы, зайца и лисы. Нужно расположить организмы по направлению передачи пищи и энергии, то есть от того, кого едят, к тому, кто ест. Для проверки проследите, может ли каждый следующий организм питаться предыдущим.

1. Трава — растение, поэтому она создаёт органические вещества и начинает цепь.
2. Заяц питается травой, значит, ставим его после растения.
3. Лиса может питаться зайцем, поэтому она занимает последнее место.

Ответ: трава → заяц → лиса. Стрелки направлены от пищи к потребителю, а не от хищника к его добыче.

Цепь «листья дуба — гусеница — синица — ястреб»

Условие. Определите производителей и потребителей в цепи «листья дуба — гусеница — синица — ястреб». Для этого выясните, кто создаёт органические вещества, а кто получает пищу, поедая другие организмы. Не определяйте роль только по размеру животного или месту в цепи.

1. Дуб — растение и производитель: он создаёт органические вещества, а листья служат пищей гусенице.
2. Гусеница питается листьями, поэтому она потребитель; синица, поедающая гусеницу, тоже потребитель.
3. Ястреб питается синицей и также относится к потребителям.

Ответ: производитель — дуб; потребители — гусеница, синица и ястреб. Разные потребители могут занимать в цепи разные места, но все они получают готовые органические вещества с пищей.

Если лягушек стало меньше

Условие. Предположите, как изменится система «трава — кузнечик — лягушка — уж», если численность лягушек резко уменьшится. Проследите сначала, что произойдёт с соседними звеньями, а затем — как это может сказаться дальше. Точный результат зависит и от других источников пищи и условий среды.

1. Лягушки едят кузнечиков, поэтому при уменьшении числа лягушек давление на кузнечиков ослабнет.
2. Кузнечиков может стать больше, и тогда они способны съесть больше травы.
3. Ужам станет доступно меньше лягушек, поэтому их численность может снизиться или они будут искать другую пищу.

Ответ: вероятно, кузнечиков станет больше, травы может стать меньше, а ужам будет труднее найти пищу. Это возможные последствия, а не неизбежный прогноз: на систему влияют также другие пищевые связи и изменения среды.

Типичные ошибки

Ошибка: начинать цепь питания с хищника. Так бывает, если ученик перечисляет животных, не выяснив, кто кого ест. Проверьте себя: в начале цепи обычно должен стоять производитель — зелёное растение, создающее органические вещества.

Ошибка: направлять стрелку от хищника к добыче. Её путают с направлением охоты или движения животного. Чтобы проверить себя, прочитайте цепь словами «пища передаёт вещества и энергию тому, кто её ест»: стрелка должна указывать от пищи к потребителю.

Ошибка: считать разрушителей вредными для системы. Такое впечатление возникает потому, что они связаны с разложением и остатками организмов. На деле их работа возвращает вещества в окружающую среду; проверьте себя вопросом, откуда растения получат вещества для нового роста.

Ошибка: считать, что энергия совершает круговорот так же, как вещества. Эту мысль подсказывает то, что энергия передаётся от одного организма другому. Но при передаче часть энергии рассеивается, и система получает её новое поступление от Солнца; вещества же после разложения могут использоваться снова.

Связь с другими темами

Для изучения темы нужно различать живую и неживую природу и знать, что организмам нужна пища. Это помогает увидеть, почему среда обитания — не просто место, где живёт организм, а источник необходимых условий и веществ. С такими знаниями легче проследить связи внутри природного сообщества.

Тема объединяет знания о растениях и животных с представлениями о среде обитания. Растения создают пищу, животные используют её, а условия среды влияют на жизнь всех участников. Вместе эти связи помогают объяснить, как устроено природное сообщество.

Понимание пищевых связей пригодится при изучении природных сообществ, пищевых сетей и влияния человека на природу. В пищевой сети несколько цепей пересекаются, поэтому изменение численности вида может иметь разные последствия. Знание ролей организмов помогает оценивать такие изменения.

Что запомнить

• Экологическая система включает живые организмы и среду их обитания.
• Производители создают органические вещества, используя энергию Солнца.
• Потребители получают вещества и энергию, поедая другие организмы.
• Разрушители разлагают остатки организмов и возвращают вещества в окружающую среду.
• Цепь питания показывает, кто кем питается.
• Вещества в системе совершают круговорот, а энергия постепенно рассеивается.