2. Учение о популяциях (демэкология). Учение об экосистемах (синэкология)
«Жизнь – постоянное доказательство права на неё»
ХХХ
Перечень необходимых для усвоения знаний:
- Понятие о популяции организмов (демэкология);
- Экосистема: состав, структура, разнообразие;
- Биотические связи организмов в биоценозах. Понятие об экологической нише. Трофические взаимодействия в экосистемах;
- Продукция и энергия в экосистемах. Экологические пирамиды. Пищевые цепи и сети. Бионакопление веществ;
- Динамика экосистем.
Вид (биол.) – совокупность особей, населяющих определённый ареал, способных к скрещиванию и образованию плодовитого потомства, обладающих рядом общих морфофизиологических признаков и типов взаимоотношений с абиотической и биотической средой, отделённых от других таких же групп особей практически полным отсутствием гибридных форм.
В природе каждый существующий вид представляет сложный комплекс или даже систему внутривидовых групп, которые охватывают в своём составе особей со специфическими чертами строения, физиологии и поведения. Таким внутривидовым объединением является популяция.
Популяция - элементарная группировка организмов определённого вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности необозримо длительное время в постоянно изменяющихся условиях среды (Шварц С.С., 1980). Изучением популяционного уровня организации занимается раздел экологии – демэкология.
Многообразные живые организмы встречаются на Земле не в случайном сочетании. В процессе совместного существования они образуют биологические единства – сообщества, или биоценозы. Термин «биоценоз» предложен К. Мёбиусом в 1877 г. Раздел экологии, изучающий сообщества организмов и экологические системы (надорганизменный уровень) – синэкология (понятие ввёл в науку К. Шретер в 1902 году).
Биоценоз (от лат. биос – жизнь, ценоз – общий) – совокупность популяций всех видов организмов, населяющих определённую географическую территорию, отличающуюся от других соседних территорий по химическому составу почв, вод, а также по ряду физических показателей (например, высота над уровнем моря и т.д.) (рисунок 6).
Способность использовать для своей жизнедеятельности различные источники энергии и химические субстраты является необходимым условием жизни (на этой основе осуществляются круговороты биогенных элементов – т.е. тех элементов, из которых состоят живые организмы).
О
бщий
набор взаимодополняющих категорий
организмов составляет систему из трёх
компонентов: консументов, продуцентов,
редуцентов.
П
Рисунок 6. – Структура биогеоценоза
(по Степановских
А.С., 2001)
Консументы (от лат. consomo – потребляю) – организмы, нуждающиеся в органической пище. Растительноядные организмы, например заяц, антилопа и т.д., относятся к консументам первого порядка (фитофаги). Хищники, например волк, рысь и т.д., относятся к консументам второго порядка (зоофаги). Вторичные хищники, питающиеся плотоядными животными, являются консументами третьего порядка.
Редуценты (от лат. reducere – возвращать, разрушать) – организмы, разлагающие органическое вещество до неорганических соединений. Окисление идёт с образованием воды, оксидов углерода, азота и других простых минеральных веществ. Сапрофаги (сапро – отмерший; фагия - пожирание) – организмы, питающиеся мёртвыми органическими остатками, например, почвенные черви, в том числе некрофаги (некро – труп) – питаются трупами животных, детритофаги (детрит – опад) – питаются детритом, например, некоторые донные организмы.
Через экосистему осуществляется непрерывный поток энергии, источником которой является солнце, а продуценты способны усваивать эту энергию и передавать на последующие трофические уровни (рисунок 7).
Круговорот биогенных элементов осуществляется по пищевым цепям и сетям. Пищевая цепь – последовательность передачи энергии от одной группы организмов к другой. Примером пищевой цепи является цепь луговые растения (автотрофы) → заяц (гетеротроф, а именно фитофаг) → волк (гетеротроф – зоофаг). Цепи питания, начинающиеся с растительных организмов, называются автотрофными, или пастбищными, а те, которые начинаются с мёртвого органического вещества, называются гетеротрофным, или детритными, или цепями выедания.
В экосистеме с предыдущего трофического уровня на последующий передаётся около 10 % энергии (правило Линдемана).
Совокупность пищевых цепей в экосистеме называется пищевой (трофической) сетью, пример которой представлен на рисунке 7.
Макробентос 33,6
Рисунок. 7 – Потоки энергии в трофической сети биоценоза моря (по Бутурину Н.В.,
Поддубному А.Г., 2008): цифры – годичная продукция популяций, кДж/м2
Все виды организмов в биоценозе выполняют свою роль, т.е. имеют свою экологическую нишу – положение вида, которое он занимает в общей системе биоценоза, комплекс его биоценотических связей и требований к абиотическим факторам среды. Каждый вид адаптирован к строго определённой, специфичной для него совокупности условий существования. Местообитание является только частью экологической ниши. По выражению Ч. Элтона, (1934), экологическая ниша – «это место вида в живом окружении, его отношение к пище и к врагам».
Система – комплекс взаимосвязанных компонентов (философская категория). Экологическая система, или экосистема – это любая совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может осуществляться круговорот веществ (понятие ввёл А.Д. Тэнсли, 1939). К естественным экосистемам относятся лес, луг, болото и т.д. Примером искусственных экосистем являются агроэкосистемы (сельскохозяйственные угодья), урбосистема (городские агломерации) и т.д. По размеру экосистемы принято разделять на микроэкосистемы - (гнилой пень, лужа); мезоэкосистемы - (парк, пруд, поле); макроэкосистемы - (биомы – тундра, тайга, пустыня, саванна и т.д.). Глобальной экосистемой является биосфера.
Экосистемы довольно устойчивы, однако под воздействием некоторых критических факторов происходит смена одной экосистемы на другую – сукцессия экосистем. Примером антропогенной сукцессии (вызванной деятельностью человека) является заброшенная пашня – залежь, которая постепенно зарастает сначала сорной растительностью (бурьяном), затем кустарниковой, далее последовательно мелколиственными, широколиственными и хвойными породами деревьев. В конце концов, происходит восстановление той экосистемы, которая существовала на этом месте до пашни. Примером естественной сукцессии является чередование экосистем после пожара, зарастание водоёма и т.д. Стабильное состояние экосистемы называется климаксом. Сукцессия, развивающаяся на участках, ещё не заселённых какими-либо живыми организмами, называется первичной, в отличие от вторичной сукцессии, при которой происходит смена одной экосистемы на другую.