Основи екології - Олійник Я.Б. - 2.2. Структура екосистем

Структура є найважливішою властивістю будь-якої екосистеми. Структуру розуміють як внутрішню будову системи і певні зв'язки між її складниками. Загалом в екології розрізняють просторову і функціональну структуру екосистем. Просторова, або морфологічна, структура відображає склад, структурні співвідношення та просторове розташування структурних елементів чи блоків екосистеми, які визначають особливості її функціонування в певних умовах середовища. Функціональна структура відображає особливості функціонування структурних компонентів екосистеми. Вона характеризує темпи, обсяги та наслідки речовинно-енергетичного обміну, стійкість і стабільність, продуктивність та інші важливі функції екосистем (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Переміщення речовини та енергії в екосистемі

Характеризуючи функціональну структуру екосистем, слід звернути увагу на такі їх функціональні ознаки:

- засвоєння і трансформація енергії;

- продукування органічної маси;

- переміщення речовинно-енергетичних ресурсів уздовж трофічних (харчових) ланцюгів;

- деструкція мертвої органіки і біотичний кругообіг (біогеохімічні цикли);

- постійна динаміка, розвиток та еволюція;

- саморегуляція, стійкість і стабільність.

Отже, зважаючи на те, що екосистеми - відкриті, цілісні та стійкі системи живих (автотрофних продуцентів, гетеротрофних консументів і редуцентів) та неживих (абіотичне середовище) компонентів, поняття структури екосистем можна визначити як складники екосистем та шляхи їх взаємодій, що забезпечує збереження єдиного цілого. Однією з найважливіших ознак функціональної структури екосистеми є її трофічна будова.

Кожна екосистема має два основні компоненти: організми з одного боку та фактори навколишнього для них середовища - з іншого. Вся сукупність організмів - це біота екосистеми. Шляхи взаємодії різних категорій організмів - це біотична структура екосистеми. Незважаючи на велику різноманітність екосистем, їм усім властива приблизно однакова біотична структура, оскільки вони містять одні й ті самі категорії організмів: продуценти, консументи, детритофаги та редуценти.

Продуценти (або автотрофи - ті, які живляться самі) - організми, які виробляють органічну речовину з неорганічних сполук. До категорії продуцентів належать здебільшого зелені рослини, що здійснюють фотосинтез, тобто процес перетворення води та вуглекислого газу на великі біомолекули (білки, жири, вуглеводи) з виділенням кисню як побічного продукту.

Також до продуцентів належить частина найпростіших, які вміють уловлювати енергію джерел хімічних сполук на Землі, тобто здійснюють хемосинтез. Хемосинтез спостерігається у деяких хемоавтотрофних бактерій, які використовують процес окиснення водню, сірки, сірководню, аміаку, заліза як джерело енергії. Хемоавтотрофи у природних екосистемах відіграють відносно невелику роль, винятком є дуже важливі нітрифікуючі бактерії.

Автотрофи становлять основну масу всіх живих істот й утворюють усю нову органічну речовину в будь-якій екосистемі, тобто вони є виробниками первинної продукції - продуцентами екосистем.

Консументи (або гетеротрофи - ті, які живляться іншими) - організми, які споживають готову органічну речовину інших організмів та продуктів їхньої життєдіяльності. До цієї категорії належить переважна більшість видів тварин, а також найрізноманітніші організми від мікроскопічних бактерій до величезних синіх китів та людини.

Консументи (від лат. consumo - споживаю) відрізняються за структурою, способами і джерелами живлення, тому їх поділяють на такі підгрупи:

o Первинні консументи, або консументи першого порядку,

- це тварини, які живляться безпосередньо продуцентами. Первинними консументами є рослиноїдні тварини, або фітофаги (тля, коник, гусак, олень, вівця, слон тощо).

o Вторинні консументи, або консументи другого порядку, живляться первинними. Наприклад, кролик є первинним, а лисиця - вторинним консументом. До цієї підгрупи належать також консументи третього та вищих порядків. Консументи другого та вищих порядків є плотоїдними (або зоофагами). Види, які вживають як рослини, так і тварин, є всеїдними.

o Симбіотрофи - це організми, які живляться соками або виділеннями інших організмів і виконують при цьому життєво важливі трофічні функції. До цієї підгрупи належать різноманітні бактерії, гриби, найпростіші. Наприклад, міцелійні гриби

- мікоризи, що беруть участь у кореневому живленні багатьох рослин; мікроби, що населяють складні шлунки жуйних тварин і таким чином підвищують перетравлюваність та засвоєння ними рослинної їжі.

Детритофаги, або сапрофаги, - організми, які спеціалізуються на харчуванні мертвою органічною речовиною - детритом

- і при цьому виконують функцію очищення екосистеми. Детритом називають мертві рослинні або тваринні рештки (опале листя, фекалії тощо). До цієї категорії організмів належать земляні черв'яки, терміти, мурашки тощо.

Детритофагів, що харчуються трупами тварин, називають некрофагами; це грифи, стерв'ятники, ворони. До некрофагів належать деякі великі безхребетні (жук-мертвоїд, наприклад, здатний удвох із самкою закопувати трупи мишей на глибину до 20 см і там годувати ними своїх личинок). Найбільше різноманітних детритофагів мешкає у ґрунті, завдяки чому з мертвої органіки (насамперед, з коріння рослин) і формується ґрунт. При цьому багато детритофагів одночасно є хижаками, оскільки живляться "бутербродами" з мертвої органіки і живих бактерій.

У водних екосистемах серед детритофагів за способом добування і переробки їжі розрізняють подрібнювачів, збирачів, фільтраторів. У спеціальну екологічну групу детритофагів відокремлюють копрофагів, які харчуються екскрементами. Добуваючи їжу, вони ковтають донний осадок і пропускають його через свій кишечник. Копрофаги здатні безупинно їсти, тому їхній кишечник завжди містить їжу, що становить приблизно третину загальної ваги тіла тварини.

Значна частина детриту гниє та розкладається у процесі живлення грибів та бактерій, тому гриби та бактерії об'єднують в особливу підгрупу детритофагів - редуцентів. Саме вони завершують деструктивну роботу консументів і сапрофагів, доводячи розкладання органіки до її повної мінералізації та повертаючи у середовище екосистеми останні "порції" двоокису вуглецю, води і мінеральних елементів.

Редуценти, або деструктори, - це організми, які перетворюють органічні рештки на неорганічні сполуки. Вони є первинними детритофагами, які, у свою чергу, слугують їжею таким організмам, як найпростіші, кліщі, комахи і черв'яки, що живуть у ґрунті та воді.

Таким чином, незважаючи на наявне різноманіття, всі екосистеми мають структурну схожість. Кожна екосистема має власне матеріально-енергетичне забезпечення і певну функціональну структуру. Усі названі вище категорії організмів у будь-якій екосистемі тісно взаємодіють між собою, узгоджуючи потоки речовини та енергії. їх сумісне функціонування не лише підтримує структуру і цілісність біоценозу, а й має значний вплив на абіотичні компоненти біотопу, зумовлюючи при цьому самоочищення екосистеми та її середовища.