Структурно-функциональная организация живой природы

Экосистема представляет собой необходимую форму существования жизни. Любой организм способен развиваться только в экосистеме, а не изолированно. Особи одного вида образуют популяции. Популяции разных видов, занимающие определенный участок, образуют сообщество. Сообще­ство в совокупности с неживыми компонентами среды, с которыми оно взаимодействует, составляет экосистему.

Под понятием экосистема подразумевают любое сообщество живых организмов и их среду обитания, объединенных в единое функциональное целое, возникающее на основе взаимозависимости и причинно-следственных связей, существующих между отдельными компонентами.

Любая экосистема взаимосвязана с другими. Относительно простые входят в состав более сложных и крупных, которые в свою очередь объе­диняются в глобальную систему жизни — биосферу.

Понятие экосистема иногда трактуется как синоним биогеоценоза, анг­лийский ботаник А. Тенсли, в 1935, развивая представление об элементарных единицах, в пределах которых осуществляется на Земле круговорот веществ и поток энергии, ввел понятие экосистемы. Под экосистемами А. Тенсли понимал исторически сложившиеся открытые, но целостные и устойчивые системы живых и неживых компонентов, имеющие односторонний поток энергии, внутренние и внешние круговороты веществ и обладающие способностью регулировать все эти процессы. В 1942 советский ученый В. Сукачев ввел понятие биогеоценоза. Часто в литературе понятия экосисте­ма и биогеоценоз рассматриваются как синонимы. Биогеоценоз действи­тельно можно рассматривать как частный случай экосистемы, абсолютно однородной на всем ее протяжении.

Экосистема слагается из всех организмов, обитающих в данной мест­ности, зависящих друг от друга в различных отношениях, и окружающей эти организмы физической и химической среды.

Границы и многообразие экосистем связаны с действием лимитирую­щих факторов, прежде всего климатических, определяющих, какие именно виды лучше Всего приспособлены к существованию в тех или иных услови­ях. Кроме того, для нормального функционирования любой экосистемы, в ней должно находиться столько и таких видов, сколько необходимо для максимального использования приходящей энергии и обеспечения кругово­рота веществ.

Каждой экосистеме необходимы определенные вещества, источник энергии и живые организмы. Энергия и элементы питания поступают в экосистему вместе в процессе создания пищи - органических веществ. Почти вся энергия, первоначально поступающая в экосистему, первона­чально исходит от Солнца; земные растения связывают энергию солнечного света при фотосинтезе. Связанная энергия освобождается и используется организмами в процессе их жизнедеятельности. Каждое превращение энергии сопровождается ее потерей, поэтому экосистеме необходим посто­янный приток энергии. Поток энергии через систему однонаправлен, но элементы питания совершают в ней непрерывный круговорот.

По типу питания и источнику энергии живые организмы в экосистеме делятся на 3 класса:

1) продуценты, или производители; главным образом это растения,
автотрофы (авто - сам; троф - питание);

2) консументы, или потребители; к ним относятся в основном жи­вотные, являющиеся гетеротрофами (гетеро - разный; троф — питание).
Консументы подразделяются на первичные (растительноядные), вторичные
(плотоядные) и т.д. - до пятого порядка;

3) редуценты, или восстановители; это живые организмы, которые
разрушают сложные соединения мертвого организма, поглощают некоторые
продукты разложения, освобождают неорганические вещества, пригодные
для продуцентов.

Благодаря пищевым цепям осуществляются связи между организмами и экосистеме, обмен веществом и энергией. Пищевой цепью называют последовательный ряд организмов, по которому осуществляется перенос энергии пищи от ее источника (растения) путем поедания одних организ­мов другими. При каждом переходе большая часть потенциальной энергии теряется с отходами (80 - 90%). Это ограничивает возможное число звеньев цепи обычно до 4 - 5. Поэтому общая масса живого вещества представите­лей каждого последующего пищевого звена, как правило, резко уменьшает­ся, образуя так называемую пищевую пирамиду. Пищевые цепи не изоли­рованы друг от друга, а переплетаются в так называемую пищевую сеть.

Организмы, получающие пищу от растений через определенное коли­чество этапов, в экологической системе принадлежат к одному трофическо­му уровню. Изучая особенности питания живых организмов, составляющих ту или иную экосистему, можно построить пищевую цепь, показывающую потоки энергии и элементов питания от одного организма к другому.

Популяции различных видов живых организмов, занимающие общие места обитания, неизбежно вступают в определенные взаимоотношения в области питания, использования пространства. Длительное совместное существование лежит в основе формирования многовидовых сообществ - биоценозов, в которых подбор видов не случаен, а определяется возможно­стью непрерывного поддержания круговорота веществ; только на этой основе в принципе оказывается возможным устойчивое существование любой формы жизни (Шилов И. А. 1998).

Биоценоз представляет собой эволюционно сложившуюся форму орга­низации живого населения биосферы, многовидовую биологическую (экологическую) систему.

Наиболее важные типы взаимоотношений видов в биоценозах – это пищевые (питание одних видов другими, конкуренция за пищу), конкурен­ция за место поселения. Все эти формы взаимоотношений формируются только между популяциями видов, входящих в состав биоценоза. Стабильный характер таких отношений представляет собой результат обоюдных адаптаций, выработанных в процессе длительного совместного существования вида в составе сообщества. При всем многообразии видов, входящих в состав различных сообществ, каждый биоценоз с необходимостью включает представителей всех трех групп организмов - продуцентов, консументов и редуцентов. Между разными организмами возникают связи, которые называют биотическими. Прямые связи осуществляются при непосредственном влиянии одного вида на другой, например, хищника на жертву. Косвенное влияние проявляется через окружающую среду, в том числе и через другие виды. Пищевые или трофические связи - основные в природе.

Конкуренция как тип отношений связана с тем, что представителя совместно живущих видов сообща, используют одни и те же ресурсы, которые обычно ограничены. Ресурсы могут быть как пищевые, так и другого рода: наличие мест для выведения потомства, укрытий и т.д. В случае конкуренции, присутствие другого организма или вида, с одной стороны, неблаго­приятно для каждого из них т.к. часть необходимых ресурсов используется соседом, с другой это и есть одно из проявлений сопротивления среды. Конкуренцию подразделяют на внутривидовую и межвидовую. Конкуренция внутривидовая - соперничество за одни и те же ресурсы, происходящее между особями одного и того вида. Это важный фактор саморегулирования популяции. Межвидовая конкуренция выражается во взаимоотрицательных отношениях, как правило, совместно проживающих близкородственных видов. Межвидовая конкуренция поддерживает структуру экосистемы в равновесии, а ее закономерности определены принципом конкурентного исключения Гаузе: «Два вида, имеющие одинаковые экологические потребности, не могут существовать на одной территории, не конкурируя, т.е. если они занимают одну и ту же экологическую нишу».

Третий тип взаимоотношений - взаимовыгодные отношения, которые называют мутуалистическими, или мутуализмом. Для ряда видов эти отношения насколько важны, что они не могут выжить друг без друга. Возникает симбиоз, тесное взаимовыгодное сожительство разных видов, например лишайник, представляющий собой целостный организм водорос­ли и гриба. Симбиоз клубеньковых бактерий и бобовых растений, одноклеточные симбионты пищеварительного тракта - это примеры взаимовыгодного сожительства.

Пищевые отношения, конкуренция и мутуализм - это двусторонние типы связей. Кроме них существуют отношения, имеющие последствия только для одного из взаимодействующих видов. Комменсализм рассматривают как форму симбиоза, при которой один из сожительствующих видов получает какую - либо пользу, не принося другому виду ни вреда, ни пользы. Такая связь представлена следующими типами: «нахлебничество», «квартирантство», «сотрапезничество».

Нахлебничество, как форма комменсализма, проявляется в том, что один вид потребляет остатки пищи другого, например львы и гиены. Биотические взаимоотношения, при которых один вид использует другой (его тело или его жилище) в качестве убежища или своего жилья называют «квартирантством». Например, рак-отшельник, или некоторые виды членистоногих, обитающих в норах грызунов, в гнездах птиц. «Сотрапезничество» как форма комменсализма проявляется тогда, когда, например, несколько видов потребляют разные вещества или части одного и того же ресурса. Например, различные виды почвенных бактерий, перерабатывающих различные органические остатки.

Нейтрализм - тип биотической связи, при которой совместно обитающие организмы (или виды) не влияют друг на друга. В природе истинный нейтрализм очень редок, поскольку между всеми видами возможны косвенные взаимодействия. В случае если обе взаимодействующие (или одна из них) популяции испытывают отрицательное влияние друг на друга, такой тип взаимоотношений называют антибиозом.

Аменсализм рассматривают как форму антибиоза, при которой один из совместно обитающих видов угнетает другой, не получая при этом ни пользы, ни вреда. Например, травы, растущие под кроной деревьев, страдают от затенения, а на само дерево никак не влияют. Паразитизм также является одной из форм антибиоза, при которой представители одного вида используют питательные вещества или ткани особей другого вида, а также его самого в качестве временного или постоянного местообитания. Хищничество также является формой антибиоза, при котором представители одного вида питаются представителями другого вида.