Взаимоотношения организмов в экосистеме

При изучении биотической структуры экосистем становится очевидным, что к числу важнейших взаимоотношений между организмами относятся пищевые. Можно проследить бесчисленные пути движения вещества в экосистеме, при котором один организм поедается другим, тот - третьим и т.д. Ряд таких звеньев называется пищевой цепью. Практически все пищевые цепи соединены между собой и образуют сложную пищевую сеть. Несмотря на многообразие и сложность пищевых сетей, все они соответствуют простой общей схеме. Различные уровни этой схемы называют трофическими (пищевыми). Все продуценты относятся к первому трофическому уровню, все первичные консументы и детритофаги - ко второму, вторичные - к третьему и т.д.

Сколько же бывает трофических уровней? Обычно в экосистемах их насчитывают не более трех-четырех. Такой вывод вытекает из простых наблюдений. Общую массу организмов (их биомассу) на каждом трофическом уровне можно измерить путем сбора (или отлова) и последующего взвешивания соответствующих выборок животных и растений. Доказано, что на каждом трофическом уровне биомасса на 90 - 99% меньше, чем на предыдущем. Очевидно, существование большого числа трофических уровней невозможно из-за быстрого приближения биомассы к нулю. Графически это можно представить в виде пирамиды биомассы (рис. 2).

Причина резкого снижения биомассы при повышении трофического уровня заключается главным образом в том, что большая часть потребляемой пищи используется для получения энергии, а на формирование тел консументов ее идет относительно мало.

Существует немало случаев, когда виды вступают во взаимовыгодные отношения. Этот феномен носит названия мутуализма. Классическим примером служат лишайники. Они образованы двумя организмами - грибом и водорослью. Гриб обеспечивает водоросли защиту, позволяя ей выживать в сухих местообитаниях, а водоросль как продуцент снабжает гриб питанием. Другой пример - взаимоотношения между цветками и насекомыми. Третий - коралловые рифы. Подобные взаимоотношения часто называют симбиотическими.

Другим видом непищевых взаимоотношений между организмами являются конкурентные взаимоотношения. Конкуренция между растениями различного типа может существенным образом отражаться на характере экосистемы. Однако животные в природной экосистеме, если и конкурируют друг с другом непосредственно, то редко. Конкуренция сводится к минимуму за счет того, что разные виды животных адаптированы к питанию неодинаковой пищей, в разных местах и/или в разное время.

Итак, теперь должно быть ясно, что ни один организм не существует вне связи с другими. Каждый может жить, только взаимодействуя с окружающими в рамках экосистемы.

Абиотические факторы

Как уже говорилось, организмы - лишь одна составляющая экосистемы; вторая - окружающая их среда. Химические и физические факторы среды называют абиотическими. К ним относятся свет, температура, вода, ветер, химические биогены, pH (кислотность), уровень радиоактивного излучения, соленость и огонь. Все эти факторы действуют одновременно. Степень присутствия или отсутствия каждого из них существенно отражается на жизнеспособности организмов, но неодинаково в случае разных видов (рис. 3).

Такие закономерности проявляются для всех организмов. Таким образом, для каждого вида существуют оптимум, стрессовые зоны и пределы устойчивости в отношении каждого фактора.

Даже единственный фактор за пределами зоны своего оптимума приводит к стрессовому состоянию организма и в пределе - к его гибели. Такой фактор называется лимитирующим.

Важно отметить, что этот закон распространяется как на биотические, так и на абиотические факторы, как на растения, так и на животных.

Закон лимитирующих факторов объясняет разнообразие экосистем на Земле. Основная причина этому - своеобразие абиотических условий каждого региона.

Например, размещение по земной поверхности основных биомов связано с режимом температуры и осадков, т.е. с климатом. Разнообразие экосистем внутри биомов связано с микроклиматом, особенностями почв, биотическими факторами, физическими барьерами.

Следует всегда помнить, что ни один из факторов не действует в одиночку. Кроме того, практически любой из факторов, влияющих на один вид, будет опосредованно воздействовать и на другие виды за счет различных существующих в экосистеме взаимосвязей.

Итак, главный вывод ясен: существование экосистем поддерживается очень тонким взаимодействием лимитирующих факторов, влияющих на все виды организмов. Следовательно, изменение любого биотического или абиотического фактора неизбежно приведет в действие цепную реакцию с далеко идущими последствиями.

Не следует уповать на то, что закон лимитирующих факторов неприменим к человеческой экосистеме. Действительно, способность человека мыслить и создавать орудия труда позволила ему, по крайней мере, временно, преодолеть действие обычных лимитирующих факторов. Однако деятельность выросшего в десятки тысяч раз человечества изменяет многие факторы среды в глобальном масштабе, что может привести к трагическим последствиям для всего живого на планете. Кроме того, человечество существует за счет эксплуатации природных ресурсов, которые, увы, не бесконечны. Когда их запасы истощатся, неизбежно возникнут социальные конфликты, голод, войны, чреватые разрушением цивилизации.

Чтобы этого не произошло, необходимо знать и использовать принципы устойчивого функционирования экосистем.