Екосистема

Рисунок 2.1. – Екосистема

Кожна екосистема має своє власне матеріально-енергетичне господарство і певну функціональну структуру.

Склад екосистеми наведений двома групами компонентів: біотичними компонентами – компонентами живої природи, і абіотичними – компонентами неживої природи. До біотичних компонентів екосистеми належать групи організмів різних видів, що розрізняються за способом харчування і складаються з двох великих функціональних груп: автотрофи та гетеротрофи.

Автотрофи – ті організми, які харчуються самостійно, утворюють складні органічні сполуки свого тіла з простих неорганічних речовин внаслідок процесів фотосинтеза (фотоавтотрофи) і хемосинтеза (хемоавтрофи).

Фотоавтотрофи використовують в якості джерела енергії сонячне світло, а в якості будівельного матеріалу – неорганічні речовини, в основному, вуглекислий газ та воду. До цієї групи організмів належать зелені рослини планети, як наземні, так і водні. В процесі життєдіяльності вони синтезують на світлі органічні сполуки – вуглеводи або цукри (СН₂О)_n:

СО₂ + Н₂О = (СН₂О)_n + О₂

Хемоавтотрофи – використовують енергію, що вивільнюється внаслідок хімічних реакцій. Хемосинтез спостерігається у деяких хемоавтотрофних бактерій, які використовують в якості джерела енергії оксилення водню, сірки, сірководню, аміака, заліза. Хемоавтотрофи в природних екосистемах відіграють відносно невелику роль, за виключенням надзвичайно важливих нітріфікуючих бактерій, що окислюють аміак до азотистої, а потім азотної кисліт:

2NH₃ + 3O₂ = 2HNO₂ + 2H₂O + Q₁

2HNO₂ + O₂ = 2HNO₃ +Q₂

Хімічна енергія (Q), що вивільнюється в цих реакціях, використовується бактеріями для відновлення СО₂ до вуглевода.

Головна роль в синтезі органічних речовин належить зеленим рослинним організмам. Роль хемосинтезуючих бактерій в цьому процесі відносно невелика. Кожний рік фотосинтезуючими організмами на Землі створюється біля 150 млрд органічної речовини. що акумулює сонячну енергію. Автотрофи складають основну масу усіх живих істот і повністю відповідають за утворення всієї нової органічної речовини в будь-якій екосистемі, тобто є виробниками продукції – продуцентами.

Гетеротрофи – ті організми, які споживають готову органічну речовину інших організмів та продуктів їх життєдіяльності, для яких характерні утилізація, перебудова та розкладення складних сполук і вивільнення простих неорганічних речовин.

Ці організми використовують органічні речовини в якості джерела як харчового матеріалу, так і енергії. Вони розділяються на дві великі групи організмів: консументи і редуценти.

Консументи – споживники органічної речовини живих організмів. До них належать у свою чергу дві групи організмів:

Фаготрофи – до їх числа належать:

- рослинноядні тварини (фітофаги), що харчуються живими рослинами (гусь, качка, вівця, слон тощо);

- плотоядні тварини (зоофаги), які поїдають інших тварин – різні хижаки (хижі комахи, хижі птахи та рептилії, звіри), що нападають не тільки на фітофагів, але й на інших хижаків (хижаки другого й третього порядку);

- паразити, що живуть за рахунок речовин організму-господаря; це не тільки тварини (хробаки, комахи, кліщі), але й різноманітні мікроорганізми (віруси, бактерії, простіші), а також деякі гриби і рослини;

- симбіотрофи – бактерії, гриби, простіші, які харчуючись соками чи виділеннями організма-господаря, виконують разом з тим і життєво важливі для нього трофічні функції; це міцелліальні гриби – мікоризи, що приймають участь у корньовому харчуванні багатьох рослин; бульбові бактерії бобових, що зв’язують молекулярний азот, мікробактеріальне населення шлунку жуйних тварин, які підвищують травлення та всвоєння рослинного харчу. Існують також чимало тварин, що споживають і рослинну, і тваринну їжу.

- Сапротрофи.

Сапротрофи – організми, що споживають мертву органічну речовину – залишки рослин і тварин.

Це різноманітні гнилостні бактерії, гриби. хробаки, личинки комах, жуки-копрофаги та інші тварини, всі вони виконують функцію очищення екосистем. Сапротрофи приймають участь в утворенні грунту, торфу, донних відкладень.

Редуценти – бактерії та нижчи гриби (мікроконсументи), завершують деструктивну працю консументів, доводять розкладення органіки до її повної мінералізації і повертають в середовище екосистеми останні порції двоокису вуглецю, води та мінеральних елементів.

Роль редуцентів в кругообігу речовин надзвичайно велика. Без редуцентів в біосфері накопичувалися б груди органічних залишків; зникли б запаси мінеральних речовин, необхідних продуцентам, і життя у тій формі, яку ми знаємо, припинилося би.

Рисунок 2.2 - Біотичні компоненти екосистем

Усі названі групи організмів в будь-якій екосистемі тісно взаємодіють між собою, узгоджуючи потоки речовин та енергії. Їх спільне функціонування не тільки підтримує структуру і цільність біоценозу, але й оказує суттєвий вплив на абіотичні компоненти біотопа, сприяючи самоочищенню екосистеми, її середовища. Це особливо виявляється у водних екосистемах, де існують групи організмів-фільтраторів. Відомо, наприклад, яку велику роль в очищенні води озера Байкал відіграє невеликий рачок епішура.

Абіотичні компоненти – це наступні основні елементи неживої природи:

-неорганічні речовини та хімічні елементи, що приймають участь в обміні речовин між живою і мертвою матерією (діоксид вуглецю, вода, кисень, кальцій, магній, калій, натрій, залізо, азот, фосфор, сірка, хлор, тощо);

-органічні речовини, що зв’язують абіотичну і біотичну частини екосистем (вуглеводи, жири, амінокислоти, білки, гумінові речовини, тощо);

-фізичні чинники середовища – повітряне, водне або тверде середовище мешкання, кліматичний режим.

Важливою характеристикою екосистеми є різноманітність видового складу. При цьому виявляється ряд закономірностей:

-чим різноманітніші умови біотопів в межах екосистеми, тим більше видів вміщує відповідний біоценоз;

-чим більше видів вміщує екосистема, тим менше членів нараховують відповідні видові популяції. В біоценозах тропічних лісів при великій видовій різноманітності популяції відносно малочисленні. Навпаки, в системах з малою видовою різноманітністю (біоценози пустель, сухихи степів, тундри) деякі популяції досягають великої чисельності;

-чим більше різноманітність біоценоза, тим більше екологічна стійкість екосистеми; біоценози з малою різноманітністю піддаються великим коливанням чисельності домінуючих видів;

-системи, що експлуатуються людиною, наведені одним чи дуже малим числом видів (агроценози) нестійкі за своєю природою і не можуть самопідтримуватися;

-ніяка частина екосистеми не може існувати без іншої. Якщо з будь-якої причини здійснюється порушення структури екосистеми, зникає група організмів, вид, то за законом ланцюгових реакцій може сильно змінитися і навіть зникнути ціла спільність істот. Але часто буває й так, що через будь-який час після зникнення одного вида на його місці з’явдяються інші організми, інший вид, що виконує подібну функцію в екосистемі. Ця закономірність називається правилом заміщення або дублювання: в кожного вида в екосистемі є “дублер”. Таку роль звичайно виконують види менш спеціалізовані і в той же час екологічно більш стійкі, адптивні. так, копитних в степу заміщують гризуни. При цьому провідну роль відіграє близькість екологічних функцій груп організмів.

Усі екосистеми в складі біосфери є відкритими, вони повинні отримувати енергію, речовини і організми з середовища на вході і віддавати їх в середовище на виході екосистеми.

Часто екосистему виділяють всередені природних меж. Наприклад, кордоном озера слугує берегова стрічка, а кордонами міста – адміністративні межі. Проте, ці межі можуть бути й умовними. Екосистема не може бути герметичною, тому що її живий компонент не виніс би такого ув’язнення.

Просторова структура екосистем обумовлена тим, що автотрофні і гетеротрофні процеси звичайно розділені в просторі. Перші активно протікають в верхніх шарах, де доступне сонячне світло, а другі інтенсивніше в нижніх шарах (грунтах, донних відкладеннях). Крім того, ці процеси розілені і в часі, тому що існує часовий розрив між утворенням органічних речовин рослинами і розкладенням їх консументами.

Наприклад, в лісі лише невелика частина зеленої маси зараз же використовується тваринами, паразитами й комахами. Більша частина утвореного матеріала (листя, деревина, насіння, коріння та ін.) не споживається відразу і переходить у грунт або в донні відкладення. Можуть пройти тижні, місяці, роки і навіть тисячоліття (горючи копалини) перед тим, як накопичена органічна речовина буде використана.

Отже, з точки зору просторової структури в природних екосистемах можно виділити два яруси:

-верхній, автотрофний ярус, або “зелений пояс” Землі, який вміщує рослини або їх частини, що вміщують хлорофіл; тут господарюють процеси фіксації світла, використання простих неорганічних сполук і накопичення сонячної енергії в складних органічних речовинах;

-нижній, гетеротрофний ярус, або “коричньовий пояс” Землі, наведений грунтами і донними відкладеннями, в яких господарюють процеси розкладення мертвих органічних залишків рослин і тварин.

Питання для самоконтроля (ПАКЕТ 2)

Питання 2.1.Чи можна сказати, що до біотопу належать групи живих організмів?

Так.

Ні.

Питання 2.2.Чи можна вважати біотичні компоненти екосистеми більш складними порівняно з абіотичними?

Так.

Ні.

Питання 2.3.Чи можна сказати, що хемоавтотрофи відіграють провідну роль в синтезі органічних речовин на планеті?

Так.

Ні.

Питання 2.4.Чи можна вважати синонімами визначення “гетеротрофи” і “консументи”?

Так.

Ні.

Питання 2.5.Чи можна вважати роль редуцентів в біосфері менш важливою порівняно з продуцентами?

Так.

Ні.

Питання 2.6.Чи можна сказати, що штучні екосистеми, створені людиною, менш стійкі порівняно з природними?

Так.

Ні.

Питання 2.7.Чи можна сказати, що автотрофні і гетеротрофні процеси в екосистемі розділені в просторі?

Так.

Ні.