Экологические категории организмов.

Для всех экосистем характерна примерно одинаковая биотическая структура. Иными словами, в любых системах сходным образом взаимодействуют одни и те же категории организмов. Основными экологическими категориями организмов являются следующие: продуценты, консументы, детритофаги и редуценты. В экологии подчеркивается, что приведенная классификация отражает не биологические особенности видов, а их пищевую функцию в системе. Некоторые виды одновременно относятся к нескольким категориям, поскольку способны менять тип питания в зависимости от условий среды.

Продуценты, или автотрофы – это организмы, самостоятельно синтезирующие из минеральных веществ органические за счет энергии внешнего источника. В основном под продуцентами понимают зеленые растения с хлорофиллом, способные к фотосинтезу. Иногда зеленый цвет хлорофилла не различим из-за преобладания в листьях красных пигментов¹, однако, фотосинтез идет и в этих растениях. Пигментная система продуцентов подстраивает их обменные процессы к меняющимся световыми условиями среды.

Важную группу автотрофов составляют преимущественно водные низшие растения – водоросли. Как и большинство растений, водоросли содержат хлорофилл и другие фотосинтетические пигменты, но имеют более простое строение вплоть до отсутствия функциональной дифференциации клеток. У синезеленых водорослей клетки лишены даже оформленных ядер.

Водоросли – основные производители органического вещества в водной среде: на их долю приходится около 80 % ежегодной биологической продукции. Водоросли прямо или косвенно служат источником пищи для всех водных животных. Наука о водорослях называется альгологией.

Известно около 30 тысяч видов водорослей, объединенных в 10 типов: синезеленые, золотистые, пиррофитовые, диатомовые, желтозеленые, эвгленовые, зеленые, харовые, бурые, красные. Предположительно зеленые водоросли дали начало наземным растениям. Размеры водорослей варьируют от долей микрона (диатомовые) до 50 м. Водоросли, имеющие жгутики, во многом подобны простейшим жгутиковым животным: при недостатке света они утрачивают хлорофилл и начинают поглощать органические вещества, растворенные в воде. Пиррофитовые водоросли также способны захватывать взвешенные в воде органические частицы.

Мелкие свободноплавающие водоросли входят в состав планктона. Бентосные водоросли прикрепляются ко дну водоема или к другим водорослям. Сверлящие водоросли внедряются в раковины моллюсков и глыбы известняка. Среди красных водорослей встречаются паразитические разновидности. Крупные бурые водоросли образуют подводные леса.

Большинство водорослей обитает в водном горизонте 0-40 м. Единичные виды красных и бурых водорослей при хорошей прозрачности воды опускаются до глубины 100 м. Водная толща, куда проникает солнечный свет и где интенсивность фотосинтеза превосходит интенсивность дыхания растений, именуется эвфотической зоной. Нижняя граница зоны, где фотосинтез точно уравновешивает дыхание, называется компенсационной точкой. В случае, если направленные течения уносят водоросли глубже компенсационной точки, растения погибают. В тропических морях глубина погружения компенсационной точки максимальна и составляет 100 м, в водоемах с высокой плотностью фитопланктона и/или неорганической мути – первые метры, в реках – первые сантиметры. На суше водоросли встречаются в верхних почвенных горизонтах, на коре деревьев и поверхности скал. Некоторые разновидности вступают в симбиотические отношеия с грибами (лишайники) и даже животными.

Подчиненная группа продуцентов представлена микроорганизмами, размеры которых не превышают 500 мкм. Часть микроорганизмов способна к фотосинтезу. Другая часть синтезирует органические вещества из неорганических за счет энергии, выделяющейся в ходе окисления метана, аммиака, сероводорода и других газов и минералов. Этот процесс именуется хемосинтез, а сами микроорганизмы – хемотрофами.

Не являются продуцентами плесневые и шляпочные грибы, а также насекомоядные растения, например, рода росянковых¹.

Все виды организмов, не относящиеся к категории продуцентов, называются консументами (от англ. consume – тратить, потреблять ). В группу входят животные, часть микроорганизмов, насекомоядные и паразитические растения. Особенности их питания позволяют выделять подгруппы консументов. Консументами первого порядка называют организмы, питающийся растительной пищей. Консументы, питающиеся только растениями, именуются фитофагами. Консументы второго и более высоких порядков питаются животной пищей. Виды, употребляющие в пищу и растения, и животных, считаются всеядными.

Важную группу консументов образуют паразиты (от греч. parasitos – на-хлебник). Паразит – это организм, живущий за счет ресурсов (живых тканей, переваренной пищи) особи другого вида и тесно с ней связанный в своем жизненном цикле. Паразит облигатный абсолютно не способен жить и размножаться вне организма-хозяина, а паразит факультативный способен. Виды-паразиты известны в любой систематической группе организмов, включая млекопитающих. К высокоспециализированным паразитам относят грибы и бактерии. Биологическая дисциплина, изучающая паразитов, называется паразитологией и делится на фито- и зоопаразитологию.

Мертвые растительные и животные остатки (листовой опад, однолетние травы, продукты метаболизма животных), вовлеченные в процесс разложения, называются детритом (от лат. deterere – изнашиваться). В состав детрита входит взвешенное, или измельченное, органическое вещество (ВОВ) и растворенное органическое вещество (РОВ). Виды организмов-консументов, специализирующиеся на питании детритом, именуются детритофагами. К этой группе принадлежат черви, насекомые, моллюски, ракообразные. Различают первичных детритофагов, питающихся непосредственно мертвой органикой, вторичных и более высоких порядков.

Значительная часть детрита в исходном состоянии не используется ор-ганизмами, а сначала разлагается в процессе питания редуцентов – грибов и бактерий. Гриб представляет собой репродуктивную структуру, соединенную с подземной системой корневых волокон, или мицелием. Мицелий выделяет фер-менты, разлагающие сложную органику детрита до более простых компонен-тов, которые затем адсорбирует в качестве питания (рис. 2.5). Бактерии питают-ся сходным образом.

Итак, редуценты – это организмы, питающиеся мертвой органикой и превращающие органические вещества в минеральные, в том числе в СО2 и Н2О. Минеральными веществами заканчивается и геологический, более длительный процесс минерализации детрита. Продукты минерализации и разложения органики поглощаются в процессе питания продуцентов. В результате выделенные экологические категории организмов поддерживают в системе достаточно зам-кнутый круговорот веществ.

Таким образом, несмотря на видимое многообразие экосистем, все они обладают структурным сходством и пространственно делятся на два яруса. Верхний – автотрофный – обеспечивает накопление первичной продукции системы. В нижнем – гетеротрофном – преобладают процессы трансформации и разложения органики с возвращением минеральных компонентов в круговорот веществ. Организмы, участвующие в различных этапах круговорота, разделены и пространственно, и по времени. То есть, возможен значительный временной разрыв между синтезом органического вещества автотрофами и его переработкой гетеротрофами.

Специализация организмов в качестве производителей и потребителей пищи формирует одну из структур экосистемы, называемую трофической (от греч. trophe – питание). Ее материальной основой является детрит, определяющий почвенное плодородие. Именно трофическая структура обеспечивает движение внутри системы вещества и энергии.