Все экосистемы взаимосвязаны и взаимозависимы.

Люди со своими культурными растениями и домашними животными образуют экосистему человека, которая взаимодействует со всеми другими экосистемами планеты..

Экосистема состоит из различных живых и неживых компонентов. Неживые, или абиотические, компоненты экосистемы включают наличные физические и химические факторы. К важным физическим факторам относятся солнечный свет, тень, испарение, ветер, температура: водные течения. Главными химическими факторами являются питательные элементы и их соединения в атмосфере, гидросфере и земной коре, необходимые в больших или малых количествах для существования, роста и размножения организмов.

Основные типы организмов, которые формируют живые, или биотические, компоненты экосистемы, принято подразделять на продуцентов, консументов и редуцентов. Это разделение базируется на преобладающем способе питания организмов.

Продуценты, иногда называемые автотрофами («самопитающиеся»), – это организмы, производящие органические соединения, используемые ими как источник энергии и питательных веществ. Большинство продуцентов — зеленые растения, которые создают необходимые органические питательные вещества в процессе фотосинтеза.

Организмы, получающие питательные вещества и необходимую энергию, питаясь напрямую или косвенно продуцентами, называются консументами, или гетеротрофами («питающиеся другими»). В зависимости от источников питания консументы, питающиеся живыми организмами, подразделяются на три основных класса:

— фитофаги (растительноядные) – это консументы 1-го порядка, питающиеся исключительно живыми растениями (либо целиком, либо их отдельными органами). Например, птицы едят семена, почки и листву. Олени и зайцы питаются ветками и листьями. Американская мешетчатая крыса «атакует» корни растений. Кузнечики и многие другие виды насекомых потребляют все части растений. В водных экосистемах зоопланктон питается фитопланктоном.

— хищники (плотоядные) – консументы 2-го порядка, которые питаются исключительно растительноядными животными (фитофагами), а также консументы 3-го порядка, питающиеся только плотоядными животными. Пауки и птицы, поедающие хищных насекомых, и тунец, питающийся сельдью и анчоусом, являются вторичными консументами. Ястреб или сокол, охотящиеся на змей и горностаев, а также акула, питающаяся другими рыбами, относятся к третичным консументам, или консументам высшего уровня.

— эврифаги (всеядные), которые могут поедать как растительную, так и животную пищу. Примерами являются свиньи, крысы, лисы, тараканы, а также человек.

Некоторые из консументов потребляют живые растения и животных, а остальные используют в качестве пищи мертвых животных и растения и называются редуцентами (детритами).

При изучении структуры экосистемы становится очевидным, что одно из важнейших взаимоотношений между организмами - это пищевое. Можно проследить бесчисленные пути движения вещества в экосистеме, при котором один организм поедается другим, а тот - третьим и т.д.

Пищевая цепь - это путь движения вещества (источник энергии и строительный материал) в экосистеме от одного организма к другому.

Растение корова человек

Растение кузнечик мышь лиса орёл

Растение жук лягушка змея птица

где обозначает направление движения.

В природе пищевые цепи редко изолированы друг от друга. Гораздо чаще представители одного вида (растительноядные) питаются несколькими видами растений, а сами служат пищей для нескольких видов хищников. Перенос вредных веществ в экосистеме.

Пищевая сеть - это сложная сеть пищевых взаимоотношений.

Несмотря на многообразие пищевых сетей, они все соответствуют общей схеме: от зелёных растений к первичным консументам, от них к вторичным консументам и т.д. и к детритофагам. На последнем месте всегда стоят детритофаги, они замыкают пищевую цепь.

Трофический уровень - это совокупность организмов, занимающих определённое место в пищевой сети.

I трофический уровень - всегда растения,

II трофический уровень - первичные консументы

III трофический уровень - вторичные консументы и т.д.

Детритофаги могут находиться на II и выше трофическом уровне.

Обычно в экосистеме насчитывается 3-4 трофических уровня. Это объясняется тем, что значительная часть потребляемой пищи тратится на энергию (90 - 99 %), поэтому масса каждого трофического уровня меньше предыдущего. На формирование тела организма идет относительно немного пищи (1 - 10 %). Взаимодействия между растениями, консументами и детритофагами выражают в виде пирамид (закона 1/10). Рассмотрим его суть.

В среднем лишь около 10% высококачественной химической энергии, доступной на одном трофическом уровне, передается на следующий уровень и запасается там в виде полезной химической энергии в телах организмов. Вся остальная энергия используется организмами для поддержания их жизнедеятельности, в конце концов рассеиваясь в окружающей среде в виде тепла.

Такие потери доступной высококачественной энергии в каждом звене пищевой цепи можно наглядно представить в виде пирамиды энергетического потока. Для описания процессов в экосистемах можно также использовать пирамиды численностей и пирамиды биомасс. Скорость, с которой растения в определенной экосистеме производят доступную химическую энергию или биомассу, называется чистой первичной продуктивностью.

Рассмотрим пирамиду биомассы. Пирамида биомассы показывает соотношение биомасс различных организмов на трофических уровнях.

III 10 кг лиса (1 )

 

II 100 кг заяц (10 )

 

I 1000 кг растения на лугу (100 )

Рисунок Пирамида биомассы.

Все организмы экосистемы делятся на Автотрофов и гетеротрофов.

Автотрофы - это организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений, используя солнечную энергию.

К ним относятся растения (только растения). Они синтезируют из СО , Н О (неорганические молекулы) под воздействием солнечной энергии - глюкозу (органические молекулы) и О . Они составляют первое звено в пищевой цепи и находятся на 1 трофическом уровне.

Гетеротрофы - это организмы, которые не могут строить собственное тело из неорганических соединений, а вынуждены использовать созданное автотрофами, употребляя их в пищу.

К ним относятся консументы и детритофаги. И находятся на II и выше трофическом уровне. Человек тоже гетеротроф.

Вернадскому принадлежит идея, что возможно превращение человеческого общества из гетеротрофного и автотрофное. В силу своих биологических особенностей человек не может перейти к автотрофности, но общество в целом способно осуществить автотрофный способ производства пищи, т.е. замена природных соединений (белки, жиры, углеводы) на органические соединения, синтезированные из неорганических молекул или атомов.

Перечислим основные Принципы функционирования экосистем:

1. Получение ресурсов и избавление от отходов происходят в рамках кругооборота всех элементов. Растения, консументы и детритофаги взаимодействуют, поглощая и выделяя различные вещества.

2. Экосистемы существуют за счёт солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно.

Все организмы постоянно находятся под влиянием факторов окружающей среды, которые действуют на них согласно закону лимитирующего фактора.

Для разных видов растений и животных условия, в которых они особенно хорошо себя чувствуют, неодинаковы. Например, одни растения предпочитают очень влажную почву, другие - сухую. Одни требуют сильной жары, другие лучше переносят более холодную среду и т.п. В лабораторных экспериментах эти различия проявляются особенно четко.

Проведены следующие лабораторные исследования. Растения выращивают в различных камерах, где контролируются все абиотические факторы. При этом один фактор изменяется, а остальные остаются неизменными. В данном случае изменяется температура. Результаты показывают, что по мере повышения температуры от некоторой величины, ниже которой рост вообще не возможен, растение развивается всё лучше и лучше, пока скорость роста не достигнет максимального значения. При дальнейшем повышении температуры растение будет чувствовать себя всё хуже и хуже и в конечном итоге погибнет. Графически это можно изобразить следующим образом.

 

Скорость

роста

 

t, С

8 18 28 38

Зона Зона Зона

стресса оптимума стресса

Диапазон устойчивости

 

Нижний предел Верхний предел

 

У каждого фактора, влияющего на рост, размножение и выживание организма, есть оптимум, зона стресса и далее зона, в которой существование данного организма не возможно.

Зона оптимума - это обычно диапазон температур, а не конкретная величина т.е. диапазон температур, при которых максимальна скорость роста.

Слева и справа от зоны оптимума находятся зоны стресса, в них растение испытывает стресс с скорость роста резко уменьшается.

Диапазон устойчивости - диапазон температур, в котором возможен рост растения.

Предел устойчивости - минимальная и максимальная температура пригодная для жизни.

Сходные эксперименты можно провести и дня проверки влияния других факторов, причём результаты графически всегда одинаковы.

В описанном выше эксперименте изменялся только один фактор, а остальные как бы соответствовали зоне оптимума. Таким образом мы наблюдали действие закона лимитирующего фактора.