Экосистемная организация природы. Компоненты и структура экосистем

Начнем урок словами академика Владимира Ивановича Вернадского:

«Ни один живой организм в свободном состоянии на Земле не находится. Все организмы неразрывно и непрерывно связаны, прежде всего, питанием и дыханием с окружающей их материально-энергетической средой. Вне ее в природных условиях они существовать не могут».

Представители животного и растительного мира распространились по всему земному шару. И, пожалуй, нет на Земле места, где не встречалась бы жизнь. В самых высоких слоях атмосферы встречаются бактерии и споры растений. В самой глубокой Марианской впадине приспособились жить глубоководные плоские рыбы. И на самых высоких горах, и в жарких знойных пустынях, и в вечных снегах, и в горячих водных источниках найдутся представители живой природы. Каждый живой организм обитает среди большого количества других. Все эти организмы связаны между собой и с условиями неживой природы.

Живые организмы получают вещества из окружающей природы, а затем возвращают их в окружающую среду. То есть, жизнь всех организмов поддерживается благодаря биологическому круговороту веществ.

Природной единицей биологического круговорота является экосистема. Природа имеет экосистемную организацию. Это хорошо видно на схеме, которая условно называется «Матрешка экосистем».

Самые маленькие экосистемы называются микроэкосистемами. Примером может быть небольшой водоем или пенек дерева, муравейник, домашний аквариум и даже лужица или капля воды, пока в них присутствуют живые организмы.

Чем меньше размер экосистемы, тем теснее взаимодействуют входящие в ее состав организмы.

Река, болото, луг, лес, по сравнению с муравейником, более крупные экосистемы. Они состоят из разных микроэкосистем. Такие экосистемы промежуточного ранга называются мезоэкосистемами.

Следующая, более сложная экологическая система включает в себя и лес, и луг, и поле и болото. Она образует географический ландшафт. Тропические леса, тундра, тайга, пустыня являются крупными экологическими системами, которые образуют природные зоны. Это макроэкосистемы, и они занимают большие территории.

Самая крупная экологическая система — биосфера. Она объединяет все экосистемы земного шара.

Термин "экосистема" предложил в 1935 г. английский ботаник Артур Джордж Тенсли. По его словам, экосистема — основа природной единицы на поверхности. Для экосистем характерен обмен веществ между живой и неживой природой.

В настоящее время ученые считают, что экосистема — это единый природный комплекс, который образован живыми организмами и средой их обитания, тесно связанными между собой обменом веществ и энергии.

Каждая природная экологическая система состоит из абиотической и биотической среды. Абиотическая среда включает все факторы неживой природы: свет и тепло, влажность, состав почвы и воды. Эта часть среды обеспечивает условия жизни живым организмам.

Биотическая среда состоит из разнообразных живых организмов и образует трофическую структуру экологической системы.

Все живые организмы экосистемы делятся на группы: продуценты, консументы и редуценты.

Продуценты способны создавать органические соединения из неорганических веществ в процессе фотосинтеза. Продуцентами являются все зеленые растения. Образованные органические вещества продуценты используют как источник энергии и строительный материал для клеток и тканей организма. Только продуценты способны сами производить для себя пищу и обеспечивать питанием другие организмы. По типу питания все продуценты являются автотрофами.

К консументам относятся все животные, грибы паразитические и насекомоядные растения. Все организмы этой группы делятся на первичные консументы и вторичные консументы.

Растительноядные животные являются консументами первого порядка. К ним относятся млекопитающие, такие как  козы, коровы, лошади, жирафы, олени, слоны и другие травоядные млекопитающие. Среди рыб консументом первого порядка является толстолобик, а у насекомых — гусеницы. Вторичные консументы представлены потребителями биомассы первичных консументов. Примером может быть волк, лиса, насекомоядные птицы, среди рыб — щука.

Третий компонент экосистемы представлен редуцентами, которые питаются мертвой органикой растительного и животного происхождения. В экологической системе редуценты участвуют в минерализации останков, которые постоянно накапливаются в ходе жизнедеятельности организмов. К редуцентам относятся бактерии, грибы, дождевые черви.

Консументы и редуценты по типу питания являются гетеротрофами, так как они  питаются органическим веществом, которое произведено другими живыми организмами.

Благодаря взаимодействию живых организмов экосистемы с факторами неживой природы осуществляется круговорот веществ и превращение энергии. Из факторов неживой природы главным в экологической системе является свет.

Солнце является первоисточником энергии в экосистемах. Образовавшееся органическое вещество и энергия идут в определенном порядке от продуцентов к консументам и редуцентам.

 В результате биологического круговорота экосистема работает как единое целое, несмотря на то, что экосистемы в природе могут быть разными. Их классифицируют на наземные и водные. К наземным экосистемам относят леса, степи, пустыни, тропики, тундру. Водные экосистемы - болота, озера, пруды, реки, моря.

Для экологических систем характерна видовая структура, которая определяется разным видовым составом. Экосистемы пустыни и тропиков  различаются факторами среды обитания и представителями органического мира. В тропиках жарко и влажно, и это способствует развитию большого количества деревьев, лиан, кустарников, густых трав, бурно разрастаются мхи. В пустыне мало воды, и это приводит к уменьшению численности растений и животных.

В зависимости от разнообразия видов различают богатые и бедные экологические системы. Кроме тропических лесов к богатым экологическим системам относят долины рек, коралловые рифы.

Но самые интересные и красочные дикие леса Амазонки. Здесь огромное разнообразие флоры и фауны. Экосистема амазонских лесов включает 40000 видов растений, 500 разновидностей млекопитающих, 300 видов пресмыкающихся и огромное количество насекомых, одних только бабочек насчитывается более 1800 видов.

В тропических лесах Амазонки выпадает около 243 см осадков каждый год, и 50% этой влаги они возвращают обратно в атмосферу через испарения.

Самая крупная рыба в мире — гигантская арапайма, которая может достигать 2,5 м в длину и весить 250 кг, — была обнаружена в водоемах тропических лесов Амазонки.

Общее количество видов рыб в тропических лесах Амазонки превышает общее количество видов рыб, обитающих на территории всей Европы.

В тропических лесах Амазонки обитают и такие опасные хищники, как ягуар, анаконда и пума. В этих лесах можно найти множество исчезающих видов, таких как гиацинтовый попугай ара, золотой лев Тамарин.

Рассмотрим морфологическую и пространственную структуру экологической системы.

В любой экологической системе  существуют виды с характерными признаками  внешнего строения.

Особенности внешнего строения у организмов являются результатом  приспособления к условиям среды обитания и называются жизненными формами. Жизненные формы у растений и животных разнообразны. Основные жизненные формы растений — деревья, кустарники, кустарнички, лианы, травы.

Набор жизненных форм определяет морфологическую структуру сообщества. При изучении преобладающих жизненных форм можно определить принадлежность сообщества к тому или иному типу. Например, если большинство растений имеет жизненную форму дерева, то тип экологической системы называется лес.

Разные жизненные формы, которые сосуществуют в сообществе, обособлены пространственно. Это выражается в горизонтальном и вертикальном разделении организмов. Примером такого расчленения может быть ярусное расселение организмов. Особенно хорошо ярусы наблюдаются в дубраве.

Очень хорошо приспособлены к ярусам насекомые, птицы. Разные виды птиц строят гнезда и кормятся на разных ярусах. На поверхности земли находят корм лесные птицы рябчики, тетерева, глухари. В низких кустарниках обитают пеночки, корольки и соловьи. Густые кроны деревьев занимают дятлы, дрозды, сороки, вороны.

Живые организмы расселяются по горизонтали в любой экологической системе. Кислица будет расти под пологом леса, медуница — на открытом пространстве. Лишайник поселится на камнях, мхи найдут влажную почву.

Морфологическая и пространственная структура сообщества является показателем разнообразия условий жизни организмов, богатства и полноты использования ими ресурсов среды.

Экологическая система состоит из следующих структур: видовая структура, морфологическая структура, пространственная структура, трофическая структура.