Экосистемы: структура, связи и развитие

Экосистема = биоценоз + биотоп

По выполняемым функциям в сообществе выделяют три группы организмов:

• Продуценты — организмы, создающие органические вещества из неорганических. К ним относятся все растения, кроме паразитических, фотосинтезирующие цианобактерии и хемосинтезирующие бактерии (нитрифицирующие, серобактерии и т.д.). Продуценты обеспечивают пищей остальные группы организмов.
• Консументы — организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов и других консументов, и использующие энергию, заключённую в них, для роста и жизнедеятельности. Это большинство животных, а также паразитические растения, грибы и бактерии. Косументов подразделяют на порядки в зависимости от потребляемой пищи: растительноядные животные (фитофаги) и паразиты растений являются консументами 1 порядка, хищники и паразиты травоядных — консументами 2 порядка, крупные хищники, поедающие других хищников, и паразиты хищников — консументы 3 порядка.
• Редуценты — организмы, разлагающие органические вещества до неорганических, тем самым возвращая вещества в почву, откуда их снова могут усваивать продуценты. Это сапротрофные грибы и бактерии (те, что питаются уже мёртвой органикой, разлагая её), а также некоторые животные-детритофаги (те, что питаются детритом — мёртвым органическим веществом) — жуки-навозники, дождевые черви, опарыши и другие личинки некоторых насекомых.

Трофические цепи (цепи питания) — это последовательности организмов разных видов, поедающих друг друга, и передающих друг другу органические вещества и энергию.

Цепи питания подразделяются на два типа:

• Цепи выедания (пастбищные) — начинаются с продуцентов, которых едят консументы 1 порядка и так далее.
• Цепи разложения (детритные) — начинаются с детрита (мёртвых органических остатков), который едят детритофаги, их едят консументы и так далее.

Положение организма в трофической цепи или сети называется трофическим уровнем.

Первый трофический уровень всегда представлен продуцентами, чаще всего это растения, но в некоторых бедных экосистемах (например, арктических) первый уровень могут занимать фотосинтезирующие и хемосинтезирующие бактерии.

Второй трофический уровень — это растительноядные организмы, консументы 1 порядка.

Третий трофический уровень — это консументы 2 порядка, поедающие консументов 1 порядка.

Четвёртый трофический уровень — это консументы 3 порядка, поедающие консументов 2 порядка, и так далее.

Число трофических уровней экосистемы обычно не превышает 5-7 (для богатых и устойчивых экосистем может быть меньше). Это обусловлено особенностями передачи энергии с одного трофического уровня на другой.

Подробнее о передаче энергии и правиле 10% ты можешь прочесть в статье «Экологические законы».

В природе редко встречаются изолированные пищевые цепи, когда один трофический уровень занимает только один вид организмов. Гораздо чаще один вид организмов может служить пищей сразу для нескольких других, каждый из который может питаться ещё несколькими видами организмов. Такие сложные системы называются пищевыми сетями.

Отношения между организмами не сводятся только к тому, что одни едят других. В экосистемах организмы связаны между собой большим количеством разных отношений.

Те отношения, которые действуют отрицательно на одного или обоих участников, называют антибиозами. К ним относятся:

• Хищничество — когда особи одного вида умерщвляют и поедают особей другого вида (волк и заяц, ёж и насекомые).

• Паразитизм — когда особи одного вида используют особей другого вида как источник питания, нанося им вред (заразиха, повилика и растения, на которых они паразитируют, блохи и собака). Паразитизм бывает облигатный (постоянный), когда паразит не может жить без хозяина (паразитические черви, малярийный плазмодий), и факультативный, когда паразит может питаться самостоятельно (гриб-трутовик может паразитировать на живых деревьях, а может разлагать древесину уже погибшего дерева, омела паразитирует на деревьях, но способна к фотосинтезу).
• Конкуренция — когда особи нуждаются в одних и тех же ресурсах (пищевых, территориальных), в результате угнетаются оба участника таких отношений (волки в одном лесу, два вида инфузорий в водоёме). Конкуренция бывает внутривидовой — между представителями одного вида — самая жёсткая конкуренция, так как необходимы абсолютно одинаковые ресурсы. Также конкуренция может быть межвидовой, когда за один ресурс борются виды со сходными потребностями (одинаковыми экологическими нишами). Межвидовая конкуренция описывается законом конкурентного исключения Гаузе.
• Аменсализм — когда особи одного вида угнетаются за счёт продуктов обмена веществ или иного воздействия другого вида. Например, ель сильно затеняет лес, не давая расти светолюбивым травам, хвойные деревья закисляют почву, сосна выделяет фитонциды, уничтожающие бактерии, бактерии и грибы выделяют антибиотики, уничтожающие конкурентов. Этот вид взаимоотношений особенно характерен для растений и проявляется в аллелопатии — способности растений влиять на рост других растений с помощью биологически активных веществ (корневые выделения пырея ползучего подавляют рост других растений, смывы метаболитов с листьев грецкого ореха подавляют рост растений под его кроной, и т.д.).

Взаимовыгодные отношения организмов разных видов называются симбиозами. К ним относятся:

• Мутуализм — когда взаимовыгодные отношения жизненно необходимы для организмов разных видов (облигатный симбиоз). Участники отношений не могут жить без данных отношений: микориза — симбиоз гриба и корней высших растений, лишайник — симбиоз гриба и водоросли, симбиоз корней бобовых и клубеньковых бактерий, симбиоз термитов и жгутиковых простейших, способствующих перевариванию целлюлозы у них в кишечнике.
• Факультативный симбиоз (необязательный симбиоз, кооперация) — когда оба организма получают пользу, но связь не обязательна: птицы-чистильщики и крокодилы, которым они чистят зубы, воловьи птицы и носороги, с которых они поедают паразитов, тля и муравьи, которые распространяют тлю, получая взамен сладкий сок — падь, рак-отшельник и актиния, которая передвигается на его панцире и защищает его.
• Комменсализм — когда один организм получает пользу, а второй не получает ни пользы, ни вреда. Может быть представлен квартирантством (насекомые, обитающие в норах грызунов, орхидеи, растущие на ветвях тропических деревьев) и нахлебничеством (акулы-прилипалы доедают остатки пищи за акулами).

Отношения видов, не оказывающих заметного влияния друг на друга, называют нейтрализмом (зайцы и синицы, белки и лоси в одном лесу).

Виды экосистем

Существует множество классификаций экосистем по структуре, биомассе и продуктивности, но две самые главные группы — это естественные и искусственные экосистемы.

К естественным экосистемам относят все природные экосистемы: леса, луга, моря, реки, болота. К агроценозам относят всё, созданное человеком: парки, поля, огороды, сады, искусственные пруды.

Сукцессии делятся на:

• Первичные — экосистема образуется там, где раньше почвы и экосистемы не было (скалы, вулканические острова, каменистые осыпи).
• Вторичные — экосистема образуется на месте какой-либо другой экосистемы (заболачивание, опустынивание, зарастание после пожара или вырубки, зарастание водоёма).