ЕКОСИСТЕМИ

 

Екосистема є ключовою ланкою екології, основним предметом екологічних досліджень. Підсумовуючи всі запропоновані визначення в науковій літературі, з’ясуємо, що екосистема являє собою сукупність організмів із навколишнім середовищем, що взаємодіють одне з одним та утворюють екологічну одиницю. В якості екосистеми можна розглядати будь-яке утворення, де є організми різних видів, що взаємодіють між собою, і певне середовище, де вони мешкають і з яким пов'язані (ліс, озеро, луг, галявина, стовбур дерева, мурашник тощо). Окремий живий організм (людина, корова, дерево тощо) також можна розглядати як екосистему, в якій існують різні мікроорганізми, що взаємодіють між собою. Біосфера Землі також є глобальною екосистемою.

З першого погляду в будь-якій екосистемі можна виділити два компоненти:

1. організми;

2. середовище.

У 1935 році англійський біолог А.Тенслі запропонував таке поняття екосистеми: ЕКОСИСТЕМА = БІОТОП + БІОЦЕНОЗ

Біоценоз – це сукупність популяцій рослин, тварин і мікро­організмів, що мають певний склад, взаємовідносини, а також зв'язок із середовищем мешкання.

Біотоп – це природний, відносно однорідний життєвий простір певного біоценозу; включає мінеральні, неорганічні речовини, рельєф, клімат та інші абіотичні фактори.

Для таких екосистем як ліс, болото, галявина у пострадянській літературі існує ще й таке визначення, як біогеоценоз, яке було введене радянським ученим В.М. Сукачовим.

Біогеоценоз – це сукупність однорідних явищ на певному просторі земної поверхні. Можна сказати, що він є одним із рангів екосистеми.

Основні ознаки й характеристики екосистеми:

1. Екосистеми – це складові одиниці біосфери різних рангів.

2. Екосистеми складаються з органічних і неорганічних речовин.

3. Екосистеми є термодинамічними системами, що постійно обмінюються з навколишнім середовищем речовиною і енергією.

4. Екосистеми мають певну стабільність, здатність до саморегуляції і чітко виражений внутрішній кругообіг речовин.

5. Екосистеми утворилися в ході тривалої еволюції і являють собою результат адаптації видів до навколишнього середовища.

Між технічними системами і екосистемами існує ряд принципових відмінностей, зокрема:

-  неадекватність поведінки;

-  багатомірність формуючих інтеграційних процесів, що в них відбуваються;

-  принципова непридатність традиційних методів оптимізації за екологічним критерієм.

Трофічні ланцюги. До складу кожної екосистеми входить велика кількість організмів різних видів. Між ними існує безліч взаємозв'язків, особливе значення серед яких мають зв'язки харчові або трофічні. Одні організми споживають інші, а їх споживають наступні організми. Так утворюються цілі харчові ланцюги типу:

трава → корова → вовк.

Існують різні типи трофічних ланцюгів. Наведений вище є прикладом пасовищних ланцюгів, що складаються за принципом: рослини – травоїдні – хижаки, і в яких відбувається накопичення органіки. Існують також детритні ланцюги, в яких відбувається розклад органіки, паразитарні ланцюги, також відмінні від ланцюгів поїдання. Саме через трофічні ланцюги в екосистемі мають місце потоки речовини й енергії та відбувається їх регуляція.

За характером живлення організми діляться на наступні групи: автотрофи та гетеротрофи.

Автотрофи використовують неорганічні джерела для свого існування, синтезуючи з них органічні речовини. До автотрофів відносять зелені рослини, водорості та деякі бактерії (пурпурні, сіркобактерії, залізобактерії). Синтез органічних речовин здійснюється за рахунок енергії сонця (фотоавтотрофи) або енергії, що вивільнюється у процесі окислювально-відновлювальних реакцій (хемоавтотрофи).

Гетеротрофи живляться тільки готовими органічними речовинами. До них відносяться усі тварини, гриби та більшість мікроорганізмів. Ті гетеротрофи, що розкладають мертву органіку (наприклад, гриби), називаються сапротрофами.

Щодо ролі в екосистемі, організми поділяються на такі групи:

1.   продуценти – це виробники органіки, якою потім харчуються всі інші організми (автотрофні організми). Саме з продуцентів починаються харчові ланцюги.

2.   консументи – це споживачі готових органічних речовин, синтезованих продуцентами. Консументи можуть бути різних порядків (наприклад, заєць – консумент 1-го порядку, як і всі рослиноїдні, вовк – консумент 2-го порядку, акула – 5-6-го порядків).

3.   редуценти – це організми, що харчуються мертвою органікою, розкладаючи її на мінеральні складові (гриби, бактерії, дощові черви).

Трофічні зв’язки між цими групами організмів мають такий вигляд (рис. 4):

 

Екологічні піраміди. Згідно з другим законом термодинаміки, в процесі переходу на кожний наступний трофічний рівень у харчовому ланцюзі мають місце суттєві втрати енергії. Це явище описує Закон піраміди енергії – з одного трофічного рівня екологічної піраміди на інший переходить у середньому не більше 10 % енергії. Екологічні піраміди є графічним відображенням закону піраміди енергії. Виділяють піраміди чисельності, біомаси та енергії.

 Суть пірамід чисельності полягає в тому, що з переходом на кожний наступний трофічний рівень чисельність особин у популяціях зменшується:

 

Але якщо замість кількості осіб порівнювати накопичену на кожному трофічному рівні біомасу або енергію, то кількість її з переходом на наступний рівень буде зменшуватися, і піраміда буде мати звичайний вигляд.

Взаємозв'язки між організмами в екосистемі. Між двома різними видами організмів, що співіснують в одній екосистемі, можливі такі типи взаємовідносин:

1) нейтралізм, коли обидва види є незалежними й не впливають один на одного (наприклад білка та олень). Звичайно абсолютної незалежності бути не може, оскільки в екосистемі все взаємопов’язане, хоча іноді опосередковано;

2) міжвидова конкуренція (наприклад, кішка та собака);

3) хижацтво (наприклад, заєць та лисиця);

4) паразитизм (наприклад, собака та кліщ)*;

5) мутуалізм є симбіозом, за якого види не можуть існувати один без одного (наприклад, квіткові рослини та метелики);

6) протокооперація, за якої види можуть утворювати симбіотичні відносини, а можуть існувати й окремо (наприклад, мурахи та тля);

7) коменсалізм, коли один із видів отримує користь від співіснування з іншими, нічого не даючи взамін (наприклад, тварини та реп’яхи);

8) аменсалізм, коли один із видів через свою життєдіяльність може нашкодити іншому виду, з яким ніяк не пов'язаний (отруйні змії та великі ссавці).

  

*Примітка. Відмінності між хижацтвом та паразитизмом полягають у наступному:

-  паразит, на відміну від хижака, не обов'язково вбиває жертву;

-  хижаку за життя потрібна велика кількість жертв, а паразиту іноді достатньо однієї;

-  хижак має розміри, пропорційні до розмірів жертви, а паразит – набагато менші.