Биоценоз и характерные для него взаимосвязи

     Особи живых организмов распределены  в пространстве неравномерно. Обычно  они составляют группировки организмов, что является приспособительным  фактором в их жизни. Такие  группировки организмов определяют  горизонтальную структуру биоценоза  – горизонтальное распределение  особей, образующих различного рода  узорчатость, пятнистость каждого  вида.

     Примеров такого распределения  множество: это многочисленные  стада зебр, антилоп, слонов в  саванне, колони кораллов на морском дне, косяков морских рыб, стаи перелетных птиц; заросли тростников и водных растений, скопления мхов и лишайников на почве в лесном биоценозе, пятна вереска и брусники в лесу.

     К элементарным (структурным) единицам  горизонтального строения растительных  сообществ относятся микроценоз  и микрогруппировка.

     Микроценоз (от греч. micro – малый) – наименьшая по размерам структурная единица горизонтального расчленения сообщества, в которую входят все ярусы. Почти каждое сообщество включает комплекс микросообществ или микроценозов.

     Микрогруппировка – сгущение  особей одного или нескольких видов в пределах яруса, внутриярусные мозаичные пятна. Например, в моховом ярусе можно выделить различные пятна с доминированием одного или нескольких видов. В травяном-кустарничковым ярусе встречаются черничные, чернильно-кисличные, голубично-сфагновые микрогруппировки.

     Наличие мозаичности имеет важное  знание для жизни сообщества. Мозаичность позволяет более  полно использовать различные типы микроместообитаний. Особям, образующим группировки, свойственная высокая выживаемость, они наиболее эффективно используют пищевые ресурсы. Это ведет к увеличению и разнообразию видов и биоценозе, способствует его устойчивости и жизнеспособности. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

IV

Трофическая структура биоценоза

     Взаимодействие организмов, занимающих определенное место в биологическом круговороте, называется трофической структурой биоценоза.

     В биоценозе различаются три группы организмов.

     1.Продуценты (от лат. producens – производящий)-организмы, синтезирующие из неорганических веществ (главным образом воды и двуокиси углерода) все необходимые для жизни органические вещества, используя солнечную энергию (зеленые растения, цианобактерии и некоторые другие бактерии) или энергию окисления неорганических веществ (железобактерии и др.). Обычно под продуцентами понимают зеленые хлорофиллоносные растения, дающие первичную продукцию. Общий вес сухого вещества фитомассы (массы растений) оценивается в 2,42×10¹² т. Это составляет 99% всего живого вещества земной поверхности. И лишь 1% приходится на долю гетеротрофных организмов. Поэтому только растительности планета Земля обязана существованию на ней жизни. Именно зеленые растения создали зеленые растения создали необходимые условия для появления и существования вначале разнообразных доисторических животных, а затем и человека. Погибая, растения аккумулировали энергию в отложениях каменного угля, торфе и даже нефти.

     Растения-продуценты дают человеку пищу, сырье для промышленности, лекарства. Они очищают воздух, задерживают пыль, смягчают температурный режим воздуха, приглушают шумы. Благодаря растительности существует то огромное разнообразие животных организмов, которыми населена Земля. Продуценты составляют первое звено в пищевой цепи и лежат в основе экологических пирамид.

     2.Консументы (от лат. consume – потребляю), или потребители, - гетеротрофные организмы, которые питаются готовым органическим веществом. Консументы сами не могут строить органическое вещество из неорганического и получают его в готовом виде, питаясь другими организмами. В своих организмах они потребляют органику в специфические формы белков и других веществ, а в окружающую среду выделяют образующиеся в процессе их жизнедеятельности отходы.

     К консументам (потребителям) относятся животные и человек, а также растения-паразиты, которые в своих клетках не имеют хлорофилла и не могут самостоятельно образовывать органические вещества.

     Кузнечик, заяц, антилопа, олень, слон, т.е. травоядные животные, - это консументы первого порядка. Жаба, схватившая стрекозу, божья коровка, питающаяся тлей, волк, охотящийся за зайцем, - все это консументы второго порядка. Аист, поедающий  лягушку, коршун, уносящий в небо цыпленка, змея, заглатывающая ласточку, - консументы третье порядка.

     3.Редуценты (от лат. reducens, reducentis – возвращающий, восстанавливающий) – организмы, разрушающие мертвое органическое вещество и превращающие его в неорганические вещества, а их, в свою очередь, усваивают другие организмы (продуценты).

     Основными редуцентами являются  бактерии, грибы, простейшие, т.е.  находящиеся в почве гетеротрофные  микроорганизмы. Если снижается  их активировать (например, при использовании  человеком пестицидов), ухудшаются  условия для продукционного процесса  растений и консументов. Мертвые  органические остатки, будь то  древесный пень или труп какого-либо  животного, не исчезают в никуда. Они подвергаются гниению. Но  мертвая органика не может перегнить сама по себе. В качестве «могильщиков» выступают редуценты. Они окисляют мертвые органические остатки до СО₂, Н₂О и простых солей, т.е. до неорганических составляющих, которые снова могут быть вовлечены в круговорот веществ, тем самым замыкая его. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

V

Пищевые  цепи и трофические  уровни

     Энергия, содержащаяся в органическом  веществе одних организмов, потребляется  другими организмами. Перенос  веществ и заключенной в них  энергии от автотрофов к гетеротрофам, что происходит в результате  поедания одними организмами  других, называется пищевой цепью  (цепью питания, трофической цепью) (рис.1).

     Огромную роль в воспроизводстве  жизни играет энергия Солнца. Количество этой энергии очень велико (примерно 55ккал на 1см² в год). Из этого количества продуценты – зеленые растения – в результате фотосинтеза фиксирую не более 1-1% энергии, а пустыни и океан – сотые доли процента.

     Число звеньев в пищевой цепи  может быть различными, но обычно  их 3-4 (реже 5). Дело в том, что  к конечному звену пищевой  цепи поступает так мало энергии,  что ее не хватает в случае  увеличения числа организмов. 

Рис 1. Пищевые  цепи в наземной экосистеме

      Совокупность  организмов, объединенных одним типом питания и занимающих определенное положение в пищевой цепи, носит название трофический уровень. К одному трофическому уровню принадлежат организмы, получающие свою энергию от Солнца через одинаковое число ступеней.

      Первый  трофический уровень занимают автотрофы, зеленые растения (продуценты), первичные  потребители солнечной энергии; второй – растительноядные животные (фитофаги, консументы первого режима); третий – хищники, питающиеся растительноядными  животными (консументы второго порядка), и паразиты первичных консументов; вторичные хищники (консументы третье порядка) и паразиты вторичных консументов  образуют четвертый трофический  уровень. Организмы, состоящие на каждом трофическом уровне, приспособлены природой для потребления определенного вида пищи, в качестве которой выступают организмы предыдущего трофического уровня.

      Простейшая  пищевая цепь (или цепь питания) может  состоять из фитопланктонов, затем  идут более крупные травоядные планктонные  ракообразные (зоопланктон), а заканчивается  цепь китом (или мелкими хищниками), которые фильтруют этих ракообразных из воды.

      Природа сложна. Все ее элементы, живые и  не живые,-одно целое, комплекс приспособленных  друг к другу, взаимодействующих  и взаимосвязанных явлений и  существ. Это звенья одной цепи. И  если удалить из общей цепочки  хотя бы одно такое звено, результаты могут быть непредвиденными.

      Особенно  негативно разрыв цепей питания  может сказаться на биоценозах леса – будь-то лесные биоценозы умеренной зоны либо отличающиеся богатым видом разнообразием биоценозы тропического леса. Многие виды деревьев, кустарников или травянистых растений пользуются услугами определенного опылителя – пчелы, осы, бабочки или колибри, питающих в пределах ареала данного растительного вида. Как только погибнет последнее цветущее дерево или травянистое растение, опылитель вынужден будет покинуть данное местообитание. В результате погибнут питающиеся этими растениями или плодами дерева фитофаги (травоядные). Без пищи останутся охотившиеся на фитофагов хищники, а далее изменения последовательно коснутся остальных звеньев пищевой цепи. В итоге они скажут и на человеке, поскольку у него есть свое определенное место в пищевой цепи.

      Пищевые цепи можно разделить на два основных типа: пастбищную и детритную. Пищевые цепи, которые начинаются с автотрофных фотосинтезирующих организмов, называются пастбищными, или цепями выедания. На вершине пастбищной цепи стоят зеленые растения. На втором уровне пастбищной цепи обычно находятся фитофаги, т.е. животные, питающиеся растениями. Примером пастбищной пищевой цепи могут служить взаимоотношения между организмами на пойменном лугу. Начинается такая цепь с лугового цветкового растения. Следующее звено – бабочка, питающая нектаром цветка. Затем идет обитатель влажных местообитаний – лягушка. Ее покровительственная окраска позволяет ей подстеречь жертву, но не спасает от другого хищника – обыкновенного ужа. Цапля, поймав ужа, замыкает пищевую цепь на пойменном лугу.

      Если  пищевая цепь начинается с отмерших остатков растений, трупов и экскрементов животных – детрита, она называется детритной, или цепью разложения. Термин «детрит» означает продукт распада. Он позаимствован из геологии, где детритом называют продукты разрушения горных пород. В экологии детрит – это органическое вещество, вовлеченное в процесс разложения. Такие цепи характерны для сообществ дна глубоких озер, океанов, где многие организмы питаются за счет оседания детрита, образованного отмершими организмами верхних освещенных слоев водоема.

      В лесных биоценозах детритная цепь начинается с разложения мертвого органического  вещества животными-сапрофагами. Наиболее активное участие в разложении органики здесь принимают почвенные беспозвоночные животными (членистоногие, черви) и микроорганизмы. Присутствуют и крупные сапрофаги – насекомые, которые готовят субстрат для организмов, осуществляющие процесс минерализации (для бактерий и грибов).

      В отличии от пастбищной цепи размеры  при движении вдоль детритной  цепи не возрастают, а, наоборот, уменьшаются. Так, на втором уровне могут стоять насекомые-могильщики. Но наиболее типичными  представителями детритной цепи являются грибы и микроорганизмы, питающиеся мертвым веществом и  довершающие процесс разложения биоорганики до состояния простейших минеральных и органических веществ, которые затем в растворенном виде потребляются корнями зеленых растений на вершине пастбищной цепи, начиная тем самым новый круг движения вещества.

      В одних экосистемах преобладают  пастбищные, в других  - детритные  цепи. Например, лес считается экосистемой  с преобладанием детритных цепей. В экосистеме гниющего пня пастбищная цепь вообще отсутствует. В то же время, например, в экосистемах поверхности  моря практически все продуценты,  представленные фитопланктоном, потребляются животными, а их трупы опускаются на дно, т.е. уходят из данной экосистемы. В таких экосистемах преобладают пастбищные цепи, или цепи выедания.

        Общее правило, касающееся любой  пищевой цепи, гласит: на каждом трофическом уровне сообщества большая часть поглощаемой с пищей энергии тратится на поддержание жизнедеятельности, рассеивается и больше не может быть использована другими организмами. Таким образом, потребленная пища на каждом трофическом уровне ассимилируются не полностью. Значительная ее часть расходуется на обмен веществ. При переходе к каждому последующему звену пищевой цепи общее количество пригородной для использования энергии, передаваемой на следующий, более высокий трофический уровень, уменьшается. 

      VI

      Экологические пирамиды

      Трофическую структуру биоценоза и экосистемы обычно отображают графическими моделями в виде экологических пирамид. Такие модели разработал в 1927г. английский зоолог Ч. Элтон.

      Экологические пирамиды – это графические модели (как правило, в виде треугольников), отражающие число особей (пирамида чисел), количество их биомассы (пирамида биомасс)  или заключенной в  них энергии (пирамида энергии) на каждом трофическом уровне и указывающие  на понижение всех показателей с  повышением трофического уровня.

      Различают три типа экологических пирамид.

      1.Пирамида чисел (численностей) отражает численность отдельных организмов на каждом уровне. В экологии пирамида численностей используется редко, так как из-за большого количества особей на каждом трофическом уровне очень трудно отобразить структуру биоценоза в одном масштабе.