Підручник з Біології і екології (рівень стандарту). 11 клас. Задорожний - Нова програма

§ 29. Екосистеми

Яким чином живі організми отримують енергію для своєї життєдіяльності? Чим різняться процеси отримання енергії в рослин, тварин і грибів? Які організми називають хемоавтотрофами і до яких доменів клітинних організмів вони можуть належати?

Колообіг речовин в екосистемі

Екосистема — це сукупність живих організмів, які мешкають у певному середовищі існування й утворюють з ним одне ціле. Будь-яка екосистема містить у своєму складі два головні компоненти — біотичний і абіотичний. Біотичний компонент екосистеми — це всі живі організми, які входять до її складу (тварини, рослини, бактерії тощо). А абіотичний — це компоненти неживої природи (каміння, вода, повітря тощо). Екосистеми бувають природними (екосистеми лісу, озера, пустелі) і штучними (саду, городу, акваріуму).

У біосфері відбувається постійний колообіг елементів, які переходять від організму до організму, у неживу природу і знову до організму. Елементи, які вивільняються мікроорганізмами, наприклад, під час гниття, надходять у ґрунт і атмосферу, знову беруть участь у колообігу речовин біосфери, поглинаючись живими організмами.

Для функціонування екосистем найважливішими є колообіги елементів, які є основними компонентами живих організмів, — Карбону, Нітрогену, Оксигену, Сульфуру, Фосфору.

Властивості екосистем

Основними властивостями екосистем є цілісність, стійкість, самовідтворення та саморегуляція тощо.

Цілісність — здатність підтримувати взаємозв'язки між компонентами екосистеми та з природним середовищем, перш за все, завдяки потокам речовини і енергії. Якщо якісь речовини вилучаються із колообігу (разом із ними і потік енергії переривається), цілісність екосистеми порушується і вона може загинути.

Стійкість екосистеми — здатність зберігати свою структуру і функціональні особливості під впливом зовнішніх факторів (наприклад, дощ чи вітер не порушують структуру і функціонування екосистеми лісу). Найбільш стійкими екосистемами є ті, які мають багатий видовий склад (наприклад, екосистема тропічного лісу). Найменш стійкі — ті, що створені штучно (наприклад, екосистеми саду чи акваріуму), без підтримки людини вони зовсім не можуть існувати.

Самовідтворення екосистеми — це її здатність тривалий час існувати, підтримуючи свій склад і функціонування. Для тривалого існування будь-якої екосистеми необхідно, щоб у ній постійно відтворювалися всі її ресурси: організми, склад ґрунту і води, кисень у повітрі тощо. Аби постійно відтворювалися організми, необхідні умови для їхнього існування (джерела їжі, вода, сонячна енергія тощо). Усередині будь-якої екосистеми постійно відбувається, наприклад, заміна старих особин на молодих, хворих — на здорових. Це все можливо лише за умови своєчасного самовідтворення.

Саморегуляція екосистеми означає її здатність самостійно «управляти» життям усередині екосистеми, щоб забезпечити її тривале існування. Наприклад, хижаки можуть поїдати травоїдних тварин певного виду до того часу, поки їх чисельність не скоротиться. Далі, якщо є різноманітність видів, вони переключаються на інше джерело їжі (наприклад, на інший вид травоїдних). Таким чином, вони повністю не знищують вид, а лише залишають його у спокої, поки його чисельність не відновиться.

Цікавий факт трапився в Німеччині. Місцеві жителі вирубали ліс на одному зі схилів гірського масиву Шпессарт. А потім вирішили його відновити. Дерева, які там раніше росли, — дуби — чомусь не приживалися. Потім виявилося, що разом із деревами були знищені й олені, послід яких відігравав важливу роль в екосистемі лісу. Організми, які жили в ґрунті, «переробляли» його і тим самим підтримували певний його склад. Після знищення лісу склад ґрунту змінився, і на ньому вже не могли рости дерева, що були там раніше.

Зв'язки між популяціями в екосистемах

Відповідно до способу отримання органічних речовин живі організми в екосистемах поділяють на екологічні групи: продуценти, консументи і редуценти. Продуценти — це автотрофні організми, які продукують органічні речовини (мал. 29.1, с. 110). До них належать, наприклад, дерева, водорості та інші рослини.

Мал. 29.1. Продуценти (мох та чорниця)

Консументи є гетеротрофними організмами екосистем, які отримують органічні речовини, живлячись іншими живими організмами (мал. 29.2, с. 110). Вони можуть споживати як продуцентів (наприклад, травоїдних тварин), так і інших консументів (як хижаки, які поїдають травоїдних).

Мал. 29.2. Консументи (олень і турун)

Редуценти — це гетеротрофні організми екосистем, які отримують органічні речовини, живлячись рештками живих організмів або продуктів їхньої життєдіяльності. Редуценти перетворюють мертву органіку на прості органічні та неорганічні речовини.

Популяції видів із різних екологічних груп можуть взаємодіяти між собою різними способами. Основним видом зв'язків між ними є трофічні (харчові). Так, консументи поїдають продуцентів та інколи й редуцентів. А редуценти використовують залишки загиблих продуцентів та консументів для свого живлення. Перероблені редуцентами в неорганічні речовини залишки організмів продуценти можуть використовувати для побудови свого тіла. Між організмами з однієї або різних груп також можливі конкурентні відносини, якщо вони споживають однакові ресурси.

Передача та розподіл енергії в екосистемах

Поїдаючи один одного, живі організми стають ланками трофічних ланцюгів. Трофічний ланцюг — це взаємини між організмами під час перенесення енергії їжі від її джерела (автотрофного організму) через низку організмів, що відбувається шляхом поїдання одних організмів іншими (мал. 29.3).

Мал. 29.3. Енергія в екосистемах переходить по трофічних ланцюгах

У трофічному ланцюзі кожний вид займає певну ланку. Зв'язки між видами в цьому ланцюзі називаються трофічними, а ланки — трофічними рівнями. На початку ланцюгів живлення, як правило, перебувають продуценти, тобто автотрофні організми, які продукують органічні речовини.

Наступні ланки ланцюга становлять консументи. Залежно від місця ланки розрізняють консументів різних порядків. Так, травоїдні, які споживають продуцентів, є консументами І порядку. Хижаки, які їдять травоїдних, — консументами ІІ порядку. А паразити, які живуть в організмі хижаків, — консументами ІІІ порядку.

Редуценти руйнують мертві залишки й продукти життєдіяльності організмів усіх трофічних рівнів. В органічних речовинах автотрофні організми запасають енергію, яку й використовують гетеротрофи. Під час перенесення цієї енергії від ланки до ланки трофічного ланцюга переважна її частина (80-90 %) губиться у вигляді теплоти.

У будь-якій екосистемі різні ланцюги живлення не існують окремо один від одного, а перетинаються між собою, створюючи трофічну сітку. Це відбувається тому, що організми певного виду можуть бути ланками різних трофічних ланцюгів.

Отже, тепер ви знаєте

1. Що таке екосистема? 2. Як взаємодіють між собою популяції в екосистемах? 3. Назвіть і поясніть основні властивості екосистем. 4. Живі організми постійно вилучають із навколишнього середовища хімічні елементи для побудови свого тіла, але в середовищі ці елементи не зникають. Чому? 5. На які екологічні групи поділяють організми в екосистемі? 6. Навіщо в екосистемі потрібні редуценти і консументи? 7*. На конкретному прикладі поясніть, як один вид може входити до складу різних трофічних ланцюгів.

Запитання та завдання

8. Складіть трофічну сітку конкретної екосистеми вашої місцевості. 9*. До яких наслідків для екосистеми може призвести раптове зникнення всіх редуцентів?