Морфологическая и пространственная структура

Любые сообщества, независимо от местоположения или состава присутствующих в нем видов, обладают некоторыми признаками, которые существенно облегчают их анализ и сопоставление друг с другом. К таким признакам относят соотношение организмов с определенными типами внешнего строения и пространственную организацию сообщества.

Как вам уже известно, определенные типы внешнего строения организмов, возникшие как приспособления к условиям местообитаний, называются жизненными формами.

Жизненные формы у растений и животных очень разнообразны. Так, наиболее распространенные жизненные формы растений ― деревья, кустарники, травы.

О характерных чертах растительного сообщества, например, можно судить по соотношению присутствующих здесь жизненных форм. Ведь число жизненных форм, входящих в биоценоз организмов, обычно гораздо меньше числа образующих его видов, а преобладание тех или иных форм характеризует общие условия жизни организмов. Набор жизненных форм, их соотношение определяют морфологическую (от греч. морфе ― форма) структуру сообщества. По преобладающим (доминирующим) жизненным формам растительности, например, определяется принадлежность сообщества к тому или иному типу (лесу, лугу).

Разные жизненные формы, сосуществующие в сообществе, как правило, обособлены пространственно. Это выражается в горизонтальном и вертикальном расчленении фитоценоза на отдельные элементы, каждый из которых играет свою роль в накоплении и преобразовании вещества и энергии. Такое расчленение характеризует пространственную структуру сообщества.

Подземная ярусность представляет собой как бы зеркальное отражение надземной: корни наиболее высоких растений (деревьев) проникают глубже всех, корни низких (трав, кустарников) располагаются у поверхности почвы или прямо в подстилке. Наибольшая масса корней находится в верхних слоях почвы.

Животное население биоценоза, связанное с растениями, также распределено по ярусам. Например, микрофауна почвенных животных наиболее богата в подстилке. Достаточно четко приурочены к ярусам определенные группы насекомых. Разные виды птиц строят гнезда и кормятся в разных ярусах ― на земле (трясогузка), в кустарниках (малиновка, соловей), в кронах деревьев (грачи, сороки).

По горизонтали сообщество также расчленяется на отдельные элементы ― микрогруппировки, расположение которых отражает неоднородность условий жизни. Особенно хорошо это видно в структуре наземного (напочвенного) покрова ― в наличии «мозаики» из различных микрогруппировок растений (например, кочки или куртины трав; светолюбивые травы в «окнах» сомкнутых крон, теневыносливые травы ― под кронами деревьев (пятна мхов или голого грунта).

Морфологическая и пространственная структура сообщества является показателем разнообразия условий жизни организмов, богатства и полноты использования ими ресурсов среды. В определенной мере они характеризуют также устойчивость сообществ, то есть их способность противостоять внешним воздействиям.

Трофическая структура

Жизнь любого организма поддерживается благодаря связям с другими живыми существами. Животные, грибы, многие бактерии живут за счет вещества, создаваемого растениями, которые, в свою очередь, нуждаются и в животных, участвующих в опылении и распространении семян, и в микроорганизмах, возвращающих в почву минеральные соли из мертвого опада. Из разнообразных связей между организмами наиболее важное значение имеют пищевые, или трофические (от греческого слова трофо ― питание), связи, благодаря которым осуществляется непрерывный вещественно-энергетический обмен между живым и неживым веществом природы.

Схему пищевых связей между организмами сообщества можно представить в виде набора маршрутов, по которым вещество и энергия передаются от одного вида организмов к другому.

Организмы, способные создавать органические вещества, ― автотрофы (авто ― сам и трофо ― питание, то есть самопитающиеся), их называют первичными продуцентами (производителями).

Они являются важнейшей частью сообщества, потому что практически все остальные организмы, входящие в его состав, прямо или косвенно зависят от снабжения веществом и энергией, запасенными автотрофами. На суше большая часть автотрофов ― это крупные растения, тогда как в водоемах их роль берут на себя микроскопические водоросли, парящие в толще воды (фитопланктон).

Все остальные организмы относятся к гетеротрофам (от греческого слова гетеро ― разный), питающимся готовыми органическими веществами. Гетеротрофы разлагают, перестраивают и усваивают сложные органические вещества, созданные первичными продуцентами. Все животные ― гетеротрофы. В свою очередь, гетеротрофные организмы подразделяются на потребителей (консументов) и разлагателей (редуцентов). Потребители ― это главным образом животные, которые поедают другие организмы (растительные и животные) или измельченные органические вещества. Редуценты представлены, в основном, грибами и бактериями, разлагающими сложные составные компоненты мертвой цитоплазмы, доводя их до простых органических соединений. Интенсивная гетеротрофная деятельность сосредоточена в почве и иле.

Положение организма в пищевой цепи (трофический уровень) характеризуется его удаленностью от основного источника поступающей в сообщество энергии. Автотрофы занимают первый трофический уровень, а гетеротрофы ― все последующие трофические уровни: растительноядные организмы ― второй, плотоядные ― третий, хищники, питающиеся плотоядными животными, ― четвертый и т. д.

Автотрофы (от греч. autos ― сам) осуществляют превращение неорганических веществ в органические (зеленые растения и некоторые микроорганизмы).

Гетеротрофы (от греч. heteros ― разный) используют для питания готовые органические вещества (паразитные высшие растения, грибы, некоторые микроорганизмы, все животные и человек).

Фототрофы осуществляют образование органических веществ в процессе фотосинтеза (зеленые растения, сине-зеленые водоросли и др.)

Хемотрофы создают органические вещества за счет энергии химических реакций (серные бактерии и др.)

Первые организмы на Земле были гетеротрофами. Они быстро исчерпали бы себя, если бы не появились автотрофы. При наличии этих групп организмов уже стал возможен примитивный круговорот веществ:

 

Автотрофы синтезируют органические вещества, а гетеротрофы их потребляют. При этом происходит расщепление органических веществ. Если продукты расщепления вновь используются автотрофами, возникает круговорот веществ и энергии между организмами, населяющими экосистему.

Используя солнечную энергию и вещества из атмосферы, воды и почвы, растения синтезируют органические соединения. Эти соединения служат растениям строительным материалом, из которого они образуют свои ткани, и источником энергии, необходимой им для поддержания своих функций.

Для высвобождения запасенной ими химической энергией гетеротрофы разлагают органические соединения на исходные неорганические компоненты: оксид углерода (IV), воду, нитраты, фосфаты и т. д., завершая тем самым круговорот веществ.

По отношению к трофическим (пищевым) связям организмы экосистемы подразделяются на продуцентов, консументов и редуцентов.

Продуценты (производители первичной продукции) ― организмы-автотрофы, производящие органическое вещество из неорганических соединений. Они представляют комплекс зеленых растений, обеспечивающих органическим веществом все живое население нашей планеты.

Например, в пруду они представлены в виде крупных растений, обычно обитающих только на мелководье; мелких плавающих растений (водорослей), называемых фитопланктоном; и, наконец, данной флоры фитобентоса, также представленной в основном водорослями. При изобилии фитопланктона приобретает зеленоватый цвет.

Консументы (от лат. consume ― потребляю) ― организмы-гетеротрофы, потребляющие органические вещества, созданные продуцентами. К ним относятся животные (личинки насекомых, ракообразные, рыбы), большинство микроорганизмов, частично насекомоядные растения.

Первичные консументы (растительноядные) питаются непосредственно живыми растениями или растительными остатками. Они подразделяются на два типа: зоопланктон и зообентос.

Вторичные консументы (плотоядные), такие, как хищные насекомые и хищные рыбы, питаются первичными консументами или друг другом.

Редуценты (от лат. reduction ― возвращение) ― организмы, разлагающие органические вещества и превращающие их в неорганические вещества, усваиваемые другими организмами. К редуцентам относятся: бактерии, грибы, сапрофаги, копрофаги, некрофаги и др. Они являются завершающим звеном биологического круговорота веществ.

Итак, экосистема представляет собой любое непрерывно меняющееся единство, включающее все организмы на данном участке и взаимодействующее с окружающей средой таким образом, что поток вещества и энергии создает определенную трофическую структуру, видовое разнообразие и круговорот веществ внутри системы.

Сапротрофы ― водные растения, жгутиковые и грибы, которые распространены в пруду повсеместно. Особенно они обильны на дне, на границе между водой и илом, где накапливаются мертвые растения и животные.