Структура экосистем
Экосистема состоит из разнообразных организмов, играющих разные роли в сообществе. Соответственно ролям выделяют три большие группы организмов: продуценты, консументы и редуценты.
Продуценты - это автотрофные (от греч. autos - сам и trophe - питание) организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических посредством фотосинтеза или хемосинтеза. К ним относятся зеленые растения, водоросли, фототрофные и хемотрофные бактерии. Большую часть органического вещества современной биосферы синтезируют растения в процессе фотосинтеза.
Кроме растений продуцировать органическое вещество способны определенные бактерии. Некоторые из них, в отличие от растений, создают свои ткани без участия солнечной энергии. Эти бактерии используют энергию, выделяемую при окислении неорганических соединений, например, аммиака, железа и особенно серы. Это так называемая энергия химического синтеза, поэтому такие организмы называются хемосинтетиками. Хемосинтезирующие бактерии, как правило, живут там, куда не проникает солнечный свет, но где в изобилии скапливается сероводород (например, в глубоких океанических впадинах).
Таким образом, растения и хемосинтетики создают органическое вещество из неорганических составляющих, заимствуя энергию окружающей среды. Ежегодно фотосинтезирующими организмами синтезируется до 100 млрд. т. органических веществ.
Макроконсументы - гетеротрофные (от греч. heteros - другой) организмы, нуждающиеся для поддержания жизни в потреблении биоорганических веществ. К консументам относятся самые разнообразные организмы. Главным образом, - это животные: простейшие, насекомые, пресмыкающиеся, рыбы, птицы и, наконец, млекопитающие, включая человека. Гетеротрофно питаются также некоторые растения и части (органы) растений, не содержащие фотосинтезирующих пигментов. Консументы подразделяются на ряд уровней в зависимости от источников их питания.
Животные, питающиеся непосредственно продуцентами, называются первичными консументами или консументами первого порядка. Их самих употребляют в пищу вторичные консументы. Например, кролик, питающийся капустой, - это консумент первого порядка, а лиса, охотящаяся за кроликом, - консумент второго порядка. Некоторые виды живых организмов соответствуют нескольким таким уровням. Например, когда человек ест овощи - он питается как консумент первого порядка, говядину - как консумент второго порядка, употребляя же в пищу хищную рыбу, он выступает в роли консумента третьего порядка. Первичные консументы, питающиеся только растениями, называются растительноядными или фитофагами. Консументы второго и более высоких порядков - плотоядные. Виды, употребляющие в пищу как растения, так и животных, относятся к всеядным.
Микроконсументы, или редуценты - сапротрофные (от греч. sapros - гнилой) организмы, питающиеся мертвым органическим веществом. Они разлагают сложные соединения сложной органики до более простых, поглощают продукты разложения и, что особенно важно, высвобождают неорганические вещества, пригодные для использования продуцентами. Благодаря деятельности редуцентов трупы животных, продукты их жизнедеятельности, растительные остатки, различные органические вещества разлагаются до простых органических и неорганических веществ, снова включающихся в круговорот вещества. К редуцентам относятся многие бактерии, грибы, черви, насекомые и т.п. Редуценты служат на Земле санитарами и замыкают круговорот вещества, разлагая в конечном итоге органику на исходные неорганические составляющие - углекислый газ и воду.
Таким образом, сообщество выполняет три тесно связанные функции - продукцию, потребление и разложение органики. Эта связь осуществляется посредством пищевых (трофических) цепей, обеспечивающих устойчивое функционирование сообщества и биосферы в целом.
Только небольшую часть (несколько процентов) потребляемых органических веществ организмы используют для построения и поддержания структуры своего тела. Большая часть веществ используется для извлечения энергии. Поэтому, на каждом новом уровне трофической цепи биомасса организмов намного меньше, чем на предыдущем. Возникает своеобразная экологическая пирамида, в которой, благодаря деятельности живых организмов, происходит непрерывный циклический обмен веществом между различными компонентами биосферы - биогеохимический круговорот веществ
Из 90 с лишним природных химических элементов около 40 входят в состав живых организмов. Это - так называемые органогены. Основными органогенами являются шесть химических элементов: углерод, кислород, водород, азот, сера и фосфор.
Важнейшим для биосферы является круговорот углерода. Углерод из выдыхаемого живыми организмами и атмосферного углекислого газа в процессе фотосинтеза усваивается растениями. Фитофаги, поедая растения, используют их органические вещества в своем обмене веществ, а хищники и паразиты, в свою очередь, используют органические вещества фитофагов. Органические вещества мертвых растений и животных разлагаются редуцентами до более простых органических и неорганических веществ. И растения, и животные, и грибы, и бактерии в процессе своей жизнедеятельности выделяют углекислый газ в атмосферу, где он становится снова доступным для растений.
Следует отметить, что при этом не все вещество поступает в следующий цикл круговорота. Какая-то часть веществ постоянно выходит из оборота и накапливается в земной коре. Так, в ходе круговорота углерода значительная масса этого химического элемента накопилась в виде органического топлива: нефти, угля, торфа и газа.
Таким образом, несмотря на многообразие экосистем, все они обладают структурным сходством. В каждой из них можно выделить фотосинтезирующие организмы (продуценты), различные уровни консументов и редуценты. Все они и составляют в совокупности биотическую структуру экосистем.
Как уже упоминалось, экосистема состоит не только из живого вещества с определенной биотической структурой, но и из среды обитания, обусловленной совокупностью экологических факторов. Рассмотрим их подробнее.
