Поняття про екосистеми як визначальне поняття в екології

Поняття екосистеми є визначальним в екології. Це поняття в науці сформувалося поступово. У 1877 р. обмежену одиницю, розміри якої достатньо малі для досконального вивчення, К. Мебіус назвав біоценозом. У 1887 р. Стефан Форбс, описуючи озеро, визначив характерні риси такої системи: по-перше, вона складається з усіх організмів, які проживають у цьому районі, а також із навколишнього фізичного і хімічного середовища; по-друге, всі компоненти екосистеми взаємодіють між собою і впливають один на одного. Вчені дійшли висновку, що всяка одиниця (біосистема), яка містить усі організми, що функціонують разом на даній ділянці, і яка взаємодіє з фізичним середовищем у такий спосіб, що потік енергії створює чітко визначені біотичні структури і кругообіг речовин між живою і неживою частинами, і є екологічною системою, або екосистемою. Термін «екосистема» запропонував англійський еколог А. Тенслі в 1935р., який підкреслював, що живі організми неможливо вивчати окремо від умов середовища існування. Екосистеми він розглядав, як одиниці природи на поверхні Землі, що можуть охоплювати будь-які ділянки біосфери.

Екосистема – це сукупність організмів різних видів, які взаємодіють між собою і фізичним середовищем існування, завдяки чому виникає потік енергії, який створює певну трофічну структуру (тобто ланцюги живлення, про які йтиметься далі) і забезпечує кругообіг речовин усередині системи. Існують й інші визначення цього поняття. Наприклад, екосистема – це природний комплекс, сформований впродовж тривалого часу живими організмами й середовищем їхнього існування, в якому всі компоненти пов’язані між собою потоком енергії та кругообігом речовин.

Для зручності вчені розглядають екосистему як ізольовану одиницю (рілля, озеро, пасовище, струмок тощо), проте фактично різні компоненти постійно переміщуються з однієї екосистеми в іншу. Наприклад, в екосистему озера змиваються ґрунт і листя. Крім природних екосистем, існують також штучні екосистеми, як-от: космічна станція, акваріум, вазон із кімнатною рослиною тощо.

Під біологічним кутом зору до складу екосистеми входять такі компоненти: неорганічні речовини, органічні сполуки, продуценти, консументи (або макроконсументи), редуценти (або мікроконсументи) та субстрактне середовище. Продуцентами в екосистемі називають зелені рослини, оскільки вони самі утворюють для себе їжу. На перший погляд здається, що зелені рослини незалежні від інших організмів. Одначе вчені стверджують, що якби на Землі існували тільки зелені рослини, то, кінець кінцем, усі мінеральні речовини виявилися б зв’язаними в цих рослинах (у багатьох випадках — в їхніх мертвих рештках) і ріст рослин припинився б. Цього не відбувається тому, що інші організми — редуценти (або мікроконсументи) використовують поживні речовини, що містяться у мертвих рослинах, і як джерело енергії, і як їжу, розкладаючи при цьому органічні сполуки на простіші неорганічні. У такому вигляді їх здатні поглинати й використовувати живі рослини. До редуцентів належать бактерії, гриби, а також тварини, які живляться мертвими організмами, — деякі комахи, черва тощо.

Енергія та елементи живлення, що містяться в організмах живих продуцентів, споживаються в більшості природних екосистем не тільки редуцентами, а й макроконсументами, або фаготрофами. Макроконсументи — це гетеротрофічні організми, переважно тварини, які живляться іншими організмами або частинками органічної речовини. Серед них є травоїдні (тварини, що живляться рослинною їжею), всеїдні (тварини, що споживають як рослинну, так і тваринну їжу), м’ясоїдні, а також паразити.

Неорганічні речовини включаються в кругообіг. Живим організмам необхідні у порівняно великій кількості шість елементів: вуглець, кисень, азот, фосфор і сірка.

Органічні сполуки (білки, вуглеводи, ліпіди, гумус та ін.) об’єднують біотичну (живу) та абіотичну частини екосистеми. Це дуже важливі компоненти останньої. У процесі фотосинтезу зелені рослини використовують енергію сонячного світла для перетворення двох простих сполук із низьким умістом енергії (вуглекислий газ і вода) у складніші органічні сполуки, де частина сонячної енергії перебуває в запасі у формі хімічної енергії. У процесі фотосинтезу як побічний продукт утворюється кисень. Для здійснення фотосинтезу і створення складних органічних речовин зеленим рослинам необхідні не тільки сонячне світло, вода, вуглекислий газ, а й незначна кількість деяких мінеральних елементів, що розчинені у воді, оточують водні рослини або знаходяться у волозі ґрунту навколо коренів наземних рослин.

Органічні речовини, що утворюються в процесі фотосинтезу, можуть потім служити джерелом енергії для самої рослини або для якого-небудь організму, котрий живиться цією рослиною і в такий спосіб привласнює речовини, що містяться в рослині, використовуючи їх для задоволення власних потреб.

Органічні речовини — це не тільки джерело енергії, а й матеріал, що його використовує організм для побудови своїх тканин. Речовина та енергія в процесі фотосинтезу утворюють єдине ціле; продукти фотосинтезу можуть переходити від зелених рослин до інших організмів, що складають екосистему. Врешті-решт, продукти фотосинтезу розщеплюються в процесі дихання, а вивільнена при цьому енергія використовується для отримання поживних рослин та енергії, підтримання цілісності організму та його функцій, на ріст, рух, розвиток, розмноження тощо. Хімічні компоненти їжі — вуглекислий газ, вода і неорганічні речовини — можуть знову використовуватися зеленими рослинами, так що речовина в цій екосистемі може здійснювати безконечний кругообіг, і крок за кроком перетворюється в некорисну теплову енергію. Тому екосистемі потрібне постійне поновлення енергії ззовні.

У тих випадках, коли йдеться про природні біосистеми, які охоплюють певну територію, замість поняття «екосистема» в європейській, зокрема в російській та українській літературах, часто використовується термін «біогеоценоз», що його запропонував В. М. Сукачов.

Біогеоценоз – це певна територія з більш-менш однорідними умовами існування, населена взаємопов’язаними популяціями різних видів, об’єднаними між собою та фізичним середовищем існування кругообігом речовин і потоком енергії.

Оскільки біогеоценоз — це сукупність популяцій різних видів, які взаємодіють із фізичним середовищем існування, в ньому виділяють біотичну (сукупність взаємопов'яза­них живих організмів — біоценоз) та абіотичну (умови фізичного середовища існування) частини.

До складу абіотичної частини входять такі компоненти:

- неорганічні сполуки (вуглекислий газ, кисень, азот, вода, сір­ководень тощо), які включаються у біогенну (тобто за участю живих істот) міграцію речовини;

- органічні сполуки (залишки організмів чи продукти їхньої життєдіяльності), які зв'язують між собою абіотичну та біотичну час­тини біогеоценозу;

- кліматичний режим, або мікроклімат (середньорічна температура, вологість, рельєф місцевості тощо), який визначає умо­ви існування організмів.

Біотичну частину біогеоценозу складають різні екологічні групи популяцій організмів, поєднані між собою трофічними та просторо­вими зв'язками:

- продуценти (від лат. продуцентіс - той, що виробляє, ство­рює) - популяції автотрофних організмів, здатних синтезувати ор­ганічні сполуки з неорганічних

(автотрофні прокаріоти, водорості, рослинні джгутикові, вищі рослини);

- консументи (від лат. консумо — споживаю) — популяції гете­ротрофних організмів, які споживають інші організми або мертву органічну речовину (фітофаги, хижаки, паразити, сапротрофи);

- редуценти (від лат. редуцентіс - той, що повертає, відновлює) - популяції організмів, які живляться органічною речовиною залиш­ків чи продуктів життєдіяльності організмів, розкладаючи її до

Необхідність створення цілеспрямованого потоку енергії, з одного боку, і кругообігу речовин — з іншого, накладає певні обмеження на підбір тих видів, які можуть утворювати екосистему або біогеоценоз. В основі будь-якої, навіть найпростішої, екосистеми лежить ланцюг живлення (трофічний ланцюг).

Ланцюг живлення (трофічний ланцюг) – це послідовність організмів, в якій особини одного виду, їхні рештки або продукти життєдіяльності слугують об’єктом живлення організмів іншого виду.

Основні типи ланцюгів живлення — пасовищний і детритний. Пасовищний ланцюг живлення — це ряд живих організмів, у якому кожний вид живиться попередниками в ланцюзі та, своєю чергою, служить їжею для видів, які посідають вищий рівень. Початок пасовищного ланцюга — автотрофні (ті, що живляться самі) організми, які спроможні синтезувати складні органічні сполуки з неорганічних, використовуючи найчастіше енергію сонячного світла, — це зелені рослини і фотосинтезуючі бактерії.

Автотрофні організми утворюють верхній ярус, або «зелений пояс». Він є дуже важливою частиною сукупності, оскільки всі організми екосистеми так чи інакше залежать від постачання органічними речовинами, що їх синтезують рослини, і тому належать до гетеротрофів.

Ті організми, що живляться рослинами, належать до другого трофічного рівня; хижаки, які живляться травоїдними, — до третього. Добре відомі такі ланцюги живлення, як «трава — заєць — вовк», «рослини — комахи — птахи» тощо.

У детритних ланцюгах організми споживають мертву органічну речовину, поступово розкладаючи її на чимраз простіші сполуки — аж до неорганічних. Присутність детритних ланцюгів живлення необхідна кожній системі, оскільки саме вони замикають кругообіг елементів, який без участі живих організмів відбувався б украй повільно. Вчені відносять ґрунти, де розкладаються речовини, коріння тощо, до нижнього ярусу.

Питання до самоперевіки

1. Чому екологія є однією з найбільш актуальних наук сьогодення?

2. Яким був предмет вивчення екології на час формування її як науки і

напочатку ХХ ст.?

3. Ким і коли був введений термін «екологія»? Що він означає? Що вивчає екологія як біологічна наука?

4. Охарактеризуйте комплекс екологічних наук. Назвіть основні галузі сучасної екології. Що вони вивчають?

5. Назвіть методи дослідження сучасної екології.

6. Які основні завдання сучасної екології?

7. Поясніть, які екологічні поняття сприяли формуванню уявлення про екосистеми.

8. Ким і коли був введений термін «екосистема»? Поясніть, що таке екосистема.

9. Дайте визначення поняття «біогеоценоз»? Чим він відрізняється від екосистеми? Розкажіть про його структуру.

10. Яка роль в екосистемі продуцентів, консументів та редуцентів?

11. Що таке ланцюг живлення? Трофічний рівень? Чому його довжина, як правило, становить не більш як 4-5 ланок?