Сергей Титов - Естествознание. Базовый уровень. 11 класс

Вертикальную составляющую пространственной структуры экосистемы называют ярусностью. Наиболее отчётливо она проявляется в лесных экосистемах, где можно выделить подземных обитателей, виды, населяющие поверхность почвы, траву, кустарники, невысокие и высокие деревья (рис. 121). Каждый ярус характеризуется своим типом растительности, а вместе с ним и типом обитающих в нём животных. Даже такие подвижные обитатели леса, как птицы, предпочитают обитать, а тем более гнездиться на определённой высоте.

Рис. 121. Ярусность в растительном сообществе

Рис. 122. Бентос – обитатели дна океана

Часто экологически сходные и систематически родственные виды птиц селятся в различных ярусах леса для того, чтобы разделить свои экологические ниши.

Точно такая же ярусность существует и в водоёмах, где верхние слои воды имеют большую освещённость и более высокую температуру. В самом верхнем ярусе на поверхности водоёма обитают организмы, называемые нейстоном. Организмы, обитающие в толще воды и пассивно переносимые течением, – это планктон. Различают фитопланктон, состоящий из мелких водорослей, и зоопланктон, в состав которого входят простейшие животные, мелкие ракообразные, некоторые личинки и пр. Активно передвигающиеся в толще воды животные, такие как рыбы и китообразные, образуют нектон. И наконец, на самом дне или возле него обитают малоподвижные или совсем неподвижные животные (кораллы, некоторые ползающие рыбы и моллюски), которые называют бентосом (рис. 122).

Ещё одной важной характеристикой экосистемы является её трофическая структура, о которой будет рассказано в следующем параграфе.

1. Что такое сообщество и экосистема?

2. Что называют экологической нишей?

3. Какую роль играет видовое разнообразие в устойчивости экосистемы?

4. Как называют формы животных, обитающих в разных ярусах водоёма?

1. Придумайте пример небольшой экосистемы и перечислите как можно больше видов, которые могут её населять. Опишите экологическую нишу для каждого из этих видов и докажите, что такая ниша существует в вашей экосистеме.

2. Используя дополнительные источники информации и знания, полученные на уроках биологии, составьте списки обитателей разных ярусов пресного и солёного водоёмов (не менее 10 объектов для каждого яруса). Представьте собранную информацию в виде таблицы.

3. Выполните исследование на тему «Моё жильё как пример экосистемы».

§ 39 Трофическая структура экосистемы и пищевые цепи

Комар один по рощицеЗадумчиво летел,А воробей близёхонькоНа кустике сидел.

Воробышек был голоден,Он мошку поджидал,Погнался за комарикомИ вмиг его поймал.

Высоко в поднебесииБольшой орёл летел,На землю он посматривалИ крыльями шумел.

Орёл был очень голоден,Он пташку увидал,Погнался за воробышкомИ вмиг его поймал.

Одной из важнейших структур, характеризующих экосистему, является её трофическая структура (от греч. «трофе» – питание). Эта структура, во-первых, характеризует типы отношений между популяциями, а во-вторых, описывает миграцию и рассеивание энергии в экосистеме, т. е. переход её из свободной формы в связанную. Любая экосистема – это открытая система, которая требует постоянного притока энергии. Если не принимать в расчёт немногочисленных хемосинтетиков, то источником этой энергии следует считать солнечное излучение. Если бы на Земле не существовали живые организмы, то практически вся энергия Солнца рассеивалась бы и превращалась в тепловую энергию, увеличивая энтропию земной поверхности. Однако благодаря фотосинтезу часть этой энергии превращается в энергию химических связей. Способные к фотосинтезу автотрофные растения являются, таким образом, первичными потребителями поступающей на Землю солнечной энергии. Они находятся на первом трофическом уровне и называются продуцентами.

Гетеротрофных организмов, не умеющих извлекать энергию непосредственно из солнечного излучения, называют консументами, т. е. потребителями. Животные, питающиеся растениями, находятся на втором трофическом уровне, это первичные консументы. Организмы, поедающие этих животных, занимают третий уровень и носят название вторичных консументов. Каждый организм, занимающий определённый трофический уровень, образует трофическое (пищевое) звено. В результате соединения нескольких трофических звеньев образуется пищевая цепь, в которой каждое предыдущее звено служит пищей последующему (рис. 123). Пищевую цепь можно удлинять, выделяя третичных, четвертичных и консументов более высокого порядка, однако она редко насчитывает более четырёх-пяти звеньев.

Приведём несколько примеров пищевых цепей. Допустим, что где– то на лугу растёт растение (продуцент), соком которого питается тля (первичный консумент). Тлю съела хищная муха (вторичный консумент), муху – паук (третичный консумент), паука – мелкая птица (консумент четвёртого порядка), а мелкую птицу – кошка (консумент пятого порядка). Таким образом, мы получили цепь питания, состоящую из шести трофических уровней (продуцент и консументы пяти порядков).

В море продуцентом служит фитопланктон, которым питается зоопланктон (инфузории, мелкие рачки и различные личинки). Зоопланктон поедают мелкие рыбы, а тех – крупные рыбы, которые, в конце концов, попадают на стол человеку. Такая цепь состоит из пяти уровней, продуцентом в ней служит фитопланктон, а консументом четвёртого порядка – человек.

Такую пищевую цепь, ведущую от растений к растительноядным животным, а затем к хищникам, поедающим этих животных, называют пастбищной или цепью выедания. Существует ещё и другой вид пищевой цепи. Дело в том, что далеко не все живые организмы поедаются консументами более высоких порядков. Всё, что не используется в пастбищной цепи, превращается в мёртвое органическое вещество, состоящее из неусвоенных остатков пищи, трупов животных и отмерших остатков растений. Это вещество называют детритом, и оно является началом детритной цепи, или цепи разложения.

Рис. 123. Пищевая цепь (А) и пищевая сеть (Б): 1 – продуцент; 2 – консумент первого порядка; 3 – консумент второго порядка; 4 – консумент третьего порядка; 5 – редуцент

Детритную цепь образуют животные, питающиеся падалью, калоеды, а также бактерии и грибы, обитающие на мёртвых органических веществах. Эту группу организмов называют редуцентами, так как они замыкают трофический цикл, превращая органические вещества в неорганические, которые затем поглощаются из почвы растениями[15].

Рис. 124. Экологическая пирамида численности

При переходе с одного трофического уровня на следующий значительная часть свободной энергии теряется, рассеиваясь в беспорядочное тепловое движение молекул или переходя в детритную цепь. Потери обычно достигают 80–90 %. Правило, согласно которому количество энергии снижается при переносе на следующий трофический уровень, называют правилом экологической пирамиды. Построить такую пирамиду можно различными способами. Наиболее наглядной является пирамида численности (рис. 124). Если подсчитать, сколько травинок растёт на данном участке луга, сколько на нём обитает питающихся этой травой полёвок и сколько змей, поедающих этих полёвок, то уменьшение числа особей по мереперехода с уровня на уровень немедленно бросится в глаза. Но такая пирамида может оказаться и перевёрнутой. Допустим, что где-то на первом трофическом уровне растёт дуб. Он один, а посчитайте, сколько на нём кормится насекомых, червей и даже птиц. Таким образом, одному продуценту соответствует множество консументов.

Для того чтобы избежать этого недоразумения, используют так называемую пирамиду биомассы. Если удастся определить массу дуба и сравнить её с общей биомассой всех кормящихся на нём организмов, то пирамида будет восстановлена – первая биомасса окажется значительно больше второй. Пирамида биомассы редко бывает перевёрнутой, но иногда и такое случается. Поэтому правильнее всего рассматривать пирамиду энергии, где определяется, сколько именно свободной энергии передаётся с одного уровня на следующий. Такую пирамиду довольно трудно рассчитать, но зато она даёт самые правильные результаты.