Лекция 2. Основные понятия экологии. План
Основные понятия экологии.
Пищевые цепи и трофические уровни экосистем.
Общее представление о биосфере.
Понятие – это форма мышления, отражающая существенные свойства, связи и отношения предметов и явлений материального мира. Понятия складываются в процессе исторического развития познания на основе общественной практики людей.
Каждая наука обладает своим набором понятий. Так, понятия в экологии отражают структурные и функциональные характеристики живых организмов, среды их обитания, а также взаимоотношения между ними.
1. Основные понятия экологии.
К числу основных экологических понятий относятся:
организм, или особь;
популяция;
биоценоз, или сообщество;
биогеоценоз, или экосистема;
ареал;
стация;
биотоп, или экотоп;
экологическая ниша;
жизненная форма;
биосфера;
трофическая цепь (сеть);
экологическая пирамида;
биологическая продуктивность;
поток энергии и вещества;
экологический фактор; конкуренция; хищничество и многие другие.
Организм – это одна из форм существования жизни на Земле, наряду с клеткой, органом, популяцией, сообществом. В экологии организм (синоним особь, индивидуум) рассматривается как целостная система, взаимодействующая с внешней средой путем приспособления, или адаптации к ней. Этому способствуют такие свойства организма, как его способность к движению, раздражимость, рост, развитие, размножение и наследственность. Постоянство внутренней среды организмов и их самовозобновляемость поддерживается с помощью обмена веществ, или метаболизма, осуществляемого путем множества химических реакций.
В настоящее время на Земле насчитывается, по разным оценкам, от 2,5 до 5 млн. растительных и животных организмов. Преобладают среди них животные организмы. Предположительно, кроме них существует не менее 10 млн. микроорганизмов.
Популяция – это исторически сложившаяся естественная совокупность особей одного вида, на протяжении длительного времени населяющая определенное пространство, и образующая самостоятельную генетическую и экологическую систему.
Сообщество – более высокий уровень организации жизни, чем популяция. Популяция является составной частью сообщества. Под сообществом понимают совокупность разных видов организмов совместно населяющих некоторое естественное пространство и представляющих функциональное единство. Нередко в качестве синонима сообщества используется название биоценоз.
Понятие сообщества в определенной мере условно, так как вне среды их обитания организмы жить не могут. Фактически в природе существуют экосистемы.
Экосистема (экологическая система). Существуют разные определения экосистемы. Например, одно из них: «Экосистема – это любое сообщество живых существ и его среда обитания, объединенные в единое функциональное целое, возникающее на основе взаимозависимости и причинно-следственных связей между отдельными экологическими компонентами». Другими словами, экосистема – «это функциональное единство организмов и окружающей среды, которое может сохраняться неопределенно долгое время».
Экосистема является универсальной формой существования жизни, она не ограничивается какими-то признаками ранга, размера, сложности или происхождения. Экосистемы могут быть естественными (природными) или искусственными, в силу своей универсальности экосистема является основным понятием и объектом изучения экологии.
Иногда, наряду с понятием экосистемы используют понятие биогеоценоз, которое было введено для определения ландшафтных природных комплексов.
Экосистемой самого высокого порядка является Биосфера. По современным представлениям, биосфера – это особая оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов, в том числе человека и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами, т.е. образует среду их обитания. Экосистема – основная структурная единица биосферы.
Экосистема – исторически сложившаяся система совместного использования совокупностью живых организмов определенного пространства обитания в целях питания, роста и размножения.
В ряде случаев по отношению к абиотическому компоненту экосистемы употребляют название экотоп (или биотоп), по отношению к биотическому - биоценоз. Структуру экосистемы можно представить следующими образом (рис.)
Связи в экосистеме можно определить следующим образом:
фотосинтез
энтропия
Биота
абиота
Потребители света
дыхание
экосистема
Структуру экосистемы образуют 3 уровня: продуценты, редуценты, консументы (трансформаторы энергии) и круговороты веществ.
Из всех видов взаимодействия в биоценозе являются трофические, или пищевые. По способу питания все живое население экосистемы делится на две части (группы):
автотрофов, или самопитающих;
гетеротрофов, или питаемых другими.
Автотрофы – это организмы, образующие органическое вещество своего тела (белки, липиды, углеводы) из неорганических веществ – двуокиси углерода (углекислого газа) и воды – посредством процессов фотосинтеза и хемосинтеза, т.е. все автотрофы делятся на:
фотоавтотрофов, или фотосинтетиков;
хемоавтотрофов, или хемосинтетиков.
К фотоавтотрофам относятся все хлорофиллоносные (зеленые) растения и некоторые микроорганизмы (например, цианобактерии, или сине-зеленые водоросли).
Автотрофы составляют основную массу всех живых существ на планете и полностью отвечают за образование всего нового органического вещества, т.е. являются производителями продукции – продуцентами.
К хемотрофам относятся бактерии, которые используют в качестве источника энергии окисление водорода, серы, сероводорода, аммиака, железа ( это серобактерии, нитробактерии, железобактерии).
Синтез органического вещества бактериями – хемосинтетиками может осуществляться как с использованием света, так и без него. Одну из таких реакций (хемосинтеза) можно записать следующим образом:
6 CO2 + 12 H2S + hv ------- C6 H12 O6 + 12S + 6H2O
Хемоавтотрофы в природных экосистемах играют относительно небольшую роль по сравнению с фотосинтетиками.
Представители второй группы – гетеротрофы, - это организмы, потребляющие готовое органическое вещество других организмов и продуктов их жизнедеятельности. К ним относятся все животные, грибы и большая часть бактерий. В отличие от автотрофов-продуцентов гетеротрофы выступают как потребители и разрушители (деструкторы) органических веществ.
В зависимости от источника питания и участия в деструкции они подразделяются на несколько категорий:
- консументов;
- детритофагов;
- редуцентов.
Консументы – это потребители органического вещества живых организмов. К их числу относятся:
растительноядные животные, или фитофаги, питающиеся растениями (тля, кузнечик, овца, гусь, корова, лошадь и др.);
плотоядные животные, или зоофаги. Это различные хищные насекомые, птицы, рыбы, рептилии и звери, нападающие не только на фитофагов, но и на других хищников. Последних относят к хищникам т.н. второго и третьего порядков.
паразиты, живущие за счет веществ организма-хозяина. Это уже не только животные (черви, насекомые, клещи), но и различные микроорганизмы (вирусы, бактерии, простейшие), а также некоторые грибы и растения;
симбиотрофы – бактерии, грибы, простейшие, которые, питаясь соками или выделениями организма-хозяина, выполняют вместе с этим и жизненно важные для него трофические функции.
Детритофаги, или сапрофаги – это организмы, питающиеся мертвым органическим веществом, т.е. остатками растений и животных.
Это различные гнилостные бактерии, грибы, черви, моллюски, личинки насекомых, жуки-копрофаги и др. Все они выполняют функцию очищения экосистемы. Детритофаги участвуют в образовании почвы, торфа, донных отложений в водоемах.
Редуценты – бактерии и низшие грибы – завершают разрушительную работу консументов и детритофагов, доводя разложение органики до ее полной минерализации и возвращая в среду двуокись углерода, воду и другие минеральные элементы.
Все названные группы организмов тесно взаимодействуют между собой, согласуя потоки вещества и энергии. Только благодаря этому поддерживается структура и целостность экосистемы.
Передача пищи и энергии между группами организмов экосистемы осуществляется по пищевым сетям биогеоценоза. Типы цепей – цепь хищников, паразитов, сапрофитов.