Трофическая структура экологических систем.
Каждая экологическая система имеет собственное материально-энергетическое обеспечение и определенную структуру, основанную на пищевых (трофических) взаимоотношениях (рис.2). В экологическую систему входит несколько групп организмов, каждая из которых выполняет определенную работу в круговороте веществ. Живые организмы в экосистемах в зависимости от способа питания делятся на автотрофов и гетеротрофов.
Автотрофы экосистемы (самопитающиеся) - это организмы, производящие органические соединения из неорганических посредством процессов фотосинтеза и хемосинтеза. Фотосинтез осуществляют фотоавтотрофы – все растения и водоросли, содержащие хлорофилл и ряд микроорганизмов. Хемосинтез осуществляют некоторые почвенные и водные бактерии, которые используют в качестве источника энергии не солнечный свет, а ферментативное окисление ряда веществ – водорода, серы, сероводорода, аммиака, железа. Например, в некоторых районах дна океана гидротермальные выходы служат источником огромных количеств горячей соленой морской воды и сероводорода. В абсолютной темноте, в условиях высоких температур серобактерии путем хемосинтеза преобразуют неорганический сероводород в необходимые им органические вещества.
Зеленые растения и водоросли создают необходимые органические вещества в процессе фотосинтеза. Этот процесс начинается с поглощения солнечной энергии пигментом растений хлорофиллом, который придет им зеленый цвет. Растения используют солнечную энергию для получения углеводородов (глюкозы, крахмала, целлюлозы) из углекислого газа, который они получают из атмосферы и воды, полученной из почвы или окружающих их источников воды. В процессе фотосинтеза выделяется кислород, являющийся побочным продуктом фотохимической реакции. Таким, образом, процесс фотосинтеза заключается в преобразовании лучистой энергии Солнца в химическую энергию, хранящуюся в сложных молекулярных структурах глюкозы и других углеводородов.
Только автотрофы способны сами производить для себя пищу. Более того, в экосистемах они выполняют функцию производства органических соединений, которые служат пищей для всех других организмов экосистемы, т.е. автотрофы являются продуцентами экологических систем.
Гетеротрофы (питающиеся другими) - организмы, потребляющие готовое органическое вещество других организмов и продуктов их жизнедеятельности. К гетеротрофам относятся все животные, грибы и большая часть бактерий. В зависимости от выполняемых в экосистеме функций гетеротрофы делятся на консументов и редуцентов.
Гетеротрофы, выполняющие в экосистеме функцию потребления органических веществ, называются консументами (потребителями) экосистемы. В зависимости от источников питания консументы подразделяются на следующие группы:
Фитофаги(растительноядные) – это организмы, питающиеся исключительно растительной пищей (примеры: заяц, кузнечики и т.д.). Они являются консументами 1-го порядка.
Зоофаги (плотоядные, хищники) – это организмы, питающиеся растительноядными животными (их называют консументами 2-го порядка) и организмы, питающиеся плотоядными животными (их называют консументами 3-его порядка).
Эврифаги (всеядные) – это организмы, которые могут поедать как растительную, так и животную пищу. Примерами являются свиньи, крысы, тараканы, человек и др. Эврифаги могут быть консументами 1-го, 2-го и 3-го порядка.
Особенную группу консументов составляют паразиты, симбиотрофы, детритофаги.Паразиты живут за счет веществ организма-хозяина. Они могут вызвать заболевания и даже гибель организма-хозяина. К паразитам относятся не только животные (черви, насекомые и др.), но и растения, (например, повилика).
Симбиотрофы живут за счет веществ организма-хозяина, но в отличие от паразитов, они выполняют жизненно важные для хозяина функции. К симбиотрофам относятся мицелиальные грибы, участвующие в корневом питании многих растений, клубеньковые бактерии бобовых, связывающие молекулярный азот.
Детритофаги или сапрофаги – животные, питающиеся мертвым органическим веществом – остатками растений и животных, продуктами жизнедеятельности животных. Организмы, питающиеся детритом, используют заключенную в нем энергию органических веществ. Детритофаги являются санитарами экологических систем. Примерами детритофагов являются крабы, шакалы, дождевые черви, грифы.
Большая часть мертвой материи в экосистеме, особенно мертвые древесные породы и листья не потребляется детритофагами, а проходят стадии разложения и гниения, в результате чего сложные органические молекулы распадаются на более простые неорганические соединения. Этот процесс осуществляется редуцентами экосистемы. К редуцентам относятся грибы и микроскопические одноклеточные бактерии, которые в свою очередь являются источником пищи для других организмов. Редуценты – это организмы, очищающие природную среду от органических отходов путем разрушения органических соединений до неорганических веществ, которые вновь используются продуцентами для синтеза органических соединений в процессе фотосинтеза.
Все названные группы организмов в любой экосистеме тесно взаимодействуют между собой, согласуя потоки энергии и вещества. Их совместное функционирование не только поддерживает структуру и целостность биоценоза, но и оказывает существенное влияние на абиотические компоненты биотопа. Никакая часть экосистемы не может существовать без другой. Если по какой-то причине происходит нарушение структуры экосистемы, исчезает группа организмов, вид, то по закону цепных реакций может сильно измениться или даже разрушиться все сообщество.