Естественные сообщества живых организмов

Начиная от популяции и заканчивая биосферой, все живые системы вместе с окружающей их средой создают естественные сообщества, или экосистемы. Их образуют только надорганизменные уровни жизни, к которым относятся популяции, биоценозы и биогеоценозы, а также биосфера. Но даже популяции трудно выделить в чистом виде, ведь в природе они объединяются в более обширные сообщества живых организмов – биоценозы, а при взаимодействии с неживыми (абиотическими) факторами среды – в биогеоценозы.

Биогеоценоз– это устойчивое сообщество растений, животных и микроорганизмов, находящихся в постоянном взаимодействии с компонентами атмосферы, гидросферы и литосферы. В это сообщество поступают энергия Солнца, минеральные вещества почвы и газы атмосферы, вода, а выделяются теплота, кислород, двуокись углерода и продукты жизнедеятельности живых организмов. Это целостная саморегулирующаяся и самоподдерживающаяся система.

Огромную роль в функционировании экосистем играют трофические (пищевые) связи, которые соединяют разные популяции друг с другом. Напомним, что по типу питания все живые организмы делятся на автотрофные организмы, питающиеся самостоятельно за счет преобразования энергии неорганических связей, и гетеротрофные организмы, живущие за счет поедания других организмов.

По этому основанию в экосистемах можно выделить два уровня:

– верхний, автотрофный уровень – зеленый пояс, состоящий из растений, содержащих хлорофилл и перерабатывающих солнечную энергию и простые неорганические вещества в сложные органические соединения;

– нижний, гетеротрофный уровень, к которому относятся все животные, грибы и большинство бактерий. Они разлагают органические соединения в простые.

В свою очередь, механизм трофических связей состоит из следующих элементов:

– продуценты -- автотрофные организмы, главным образом зеленые растения, которые могут производить пищу из простых неорганических веществ;

– фаготрофы – гетеротрофные организмы, питающиеся другими организмами. В этой группе можно выделить потребителей готовых веществ растительного происхождения – консументов (потребители первого порядка), а также потребителей второго и следующего порядков – животного происхождения;

– сапротрофы – гетеротрофные организмы, питающиеся за счет разложения мертвых тканей или растворенного органического вещества и превращающие их в простые минеральные соединения.

В экосистемах постоянно происходит взаимодействие авто-трофных и гетеротрофных организмов. Его результатом является круговорот веществ в природе. Как правило, автотрофные процессы наиболее интенсивно протекают в зеленом ярусе экосистемы, где растениям доступен солнечный свет. Гетеротрофные процессы в основном идут в нижнем ярусе экосистемы. Таким образом, организмы разделяются в пространстве, это делает круговорот веществ прерывистым процессом. Такой же разрыв возможен и во времени. Его результатом является накопление запасов органических веществ – так были накоплены огромные запасы ископаемого топлива.

Экосистемы характеризуются:

– видовым разнообразием, то есть числом видов живых организмов, образующих его;

– плотностью популяций, то есть числом особей данного вида, отнесенного к единице площади или к единице объема (для водных и почвенных организмов);

– биомассой – общим количеством живого органического вещества, выраженного в единицах массы.

Биомасса образуется в результате связывания солнечной энергии. Эффективность связывания у разных растений в разных биоценозах неодинакова. Органическое вещество, произведенное в результате фотосинтеза в экосистеме, называется первичной продукцией. Растительная биомасса используется консументами – растительноядными животными, которые в свою очередь служат источником энергии и материала для потребителей второго порядка – хищников и т.д.

Все экосистемы функционируют на основе трех важнейших принципов:

– получение ресурсов и избавление от отходов осуществляется в рамках круговорота всех элементов;

– экосистемы существуют за счет не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно в пределах экосистем и избыточно;

– чем больше биомасса популяции, тем ниже должен быть занимаемый ею трофический уровень.

Первый принцип показывает, что экосистемы подчиняются действию закона сохранения энергии и массы. Ведь атомы не исчезают и не возникают, поэтому они могут использоваться бесконечно в самых разных сочетаниях.

Второй принцип фиксирует внимание на устойчивости экосистем и их равновесии с окружающей средой.

Третий принцип связан с принципом дополнительности, с тем, что разные типы живых организмов должны дополнять друг друга в экосистемах.

Вообще процессы превращения и получения энергии в экосистемах играют очень важную роль. В основе всех видов энергии, используемых экосистемами, лежит лучистая энергия Солнца, которая вначале преобразуется зелеными растениями в органические соединения, которые употребляются в пищу растительноядными животными, а они в свою очередь становятся пищей для других животных.

Таким образом, можно сказать, что в экосистемах идет процесс концентрации рассеянной солнечной энергии в различных живых системах. Полученная таким образом энергия может быть в дальнейшем использована в виде пищи или топлива. Концентрированная солнечная энергия обладает низкой степенью энтропии (малая степень беспорядка). Рассеяние энергии сопровождается возрастанием беспорядка в системе.

С энергетической точки зрения более высоким рабочим потенциалом обладают системы с концентрированной энергией, поэтому животная пища более качественная, чем растительная.

Если провести классификацию экосистем на основе использования ими энергии, то можно выделить четыре типа экосистем:

– природные системы, полностью зависящие от энергии солнечного излучения, например, океаны, занимающие 70% поверхности Земли;

– природные системы, получающие энергию не только от Солнца, но и от других природных источников - прибрежные участки морей и океанов, большие озера, тропические леса, природные системы, использующие энергию морских приливов, прибоев, глубоководных течений, рек, дождей, ветра и т.д.;

– природные системы, движимые Солнцем, а также получающие энергию от ископаемого топлива (нефть, уголь, древесина и др.) – это смешанные естественные и искусственные системы, возникшие в сельском хозяйстве. Вначале они использовали мышечную силу человека и животных, затем машины, работающие на ископаемом топливе;

– современные индустриально-городские системы, в основном использующие ископаемое топливо, а также радиоактивные вещества для получения атомной энергии – энергетическая зависимость таких систем от Солнца минимальна, так как энергоносители они получают от добывающей промышленности, а продукты питания – от сельского хозяйства.