Біологія. Комплексна підготовка до ЗНО і ДПА

Екосистеми

Екосистеми, їх склад і різноманіття

Екосистеми є основними структурними одиницями, які утворюють біосферу. Поняття «екосистема» ввів у наукову літературу англійський еколог А. Тенслі (1935 р.).

Екосистемою називають сукупність організмів, які взаємодіють між собою і з неживою природою таким чином, що всередині такої системи виникають потоки енергії і колообіг речовин.

Екосистема не має фіксованих меж. Нею може бути пеньок з його мешканцями, ділянка лісу, степ, болото, ставок, озеро, Світовий океан та біосфера в цілому. Найважливішою ознакою екосистеми є її формування із живих організмів різних типів живлення (продуцентів, консументів, редуцентів) та неживої природи. Екосистема — єдиний механізм, що споживає енергію і поживні речовини для виконання роботи. Поживні речовини виникають з абіотичного комплексу системи, у який і повертаються як відходи чи рештки після загибелі та руйнування організмів (колообіг речовин). Таким чином, важливою властивістю екосистем є їх відкритий характер — вони обмінюються з навколишнім середовищем і енергією, і речовинами.

Поняття «екосистема» поширюється і на штучно створені людиною об’єкти: сільськогосподарські угіддя, парки, лісопосадки, очисні споруди тощо.

Більшість природних явищ доволі чітко окреслена територіально, і це спонукало до необхідності введення в екологію ще одного поняття — біогеоценоз, яке запропонував російський еколог В. М. Сукачов (1940 р.).

Біогеоценоз — відносно однорідна ділянка земної поверхні з певним складом живих (біоценоз) і неживих (геоценоз, або біотоп) компонентів, об’єднаних колообігом речовин та потоком енергії.

Біоценоз — історично утворена сукупність популяцій різних видів (рослин, тварин, мікроорганізмів), що населяють певну територію або акваторію і характеризуються певними взаємозв’язками. Термін «біоценоз» запропонував німецький гідробіолог К. Мьобіус (1877 р.).

Характеристика і структура біоценозу

Залежно від систематичної належності організмів, біоценози поділяють на: фітоценози — утворені рослинами; зооценози — сукупність усіх тварин екосистеми; мікробоценози — сформовані мікроорганізмами. Ділянка середовища, яку займає біоценоз, — біотоп.

Характеристика біоценозу

Видове різноманіття — сукупність популяцій різних видів, що входять до складу певного біоценозу: багате видове різноманіття мають біоценози тропічних лісів і коралових рифів, бідне — пустель і тундри. Співіснування видів в одному біоценозі є результатом того, що один вид потрібен іншому так, що без нього він не може існувати: фітофаги не можуть існувати без відповідних кормових рослин; рослини, що запилюються комахами, не можуть розмножуватись в екосистемі, де немає потрібних для їх запилення комах.

Біомаса біоценозу — сумарна маса особин різних видів у перерахунку на одиницю площі чи об’єму.

Продуктивність біоценозу — кількість біомаси, що створюється за одиницю часу. Первинна продуктивність — продуктивність автотрофних організмів, вторинна — гетеротрофних.

Структура біоценозу

Біоценози характеризуються певною структурою: видовою, просторовою, екологічною (трофічною).

Видова структура розкриває видове різноманіття живих організмів (кількість, співвідношення чисельності та густоти популяцій окремих видів). Видовий склад біоценозу може бути доволі різноманітним, але є одне загальне правило — у природному біоценозі обов’язково повинні бути продуценти, консументи і редуценти.

Просторова структура показує територіальність розміщення рослин, тварин та мікроорганізмів. Рослини в біоценозі характеризуються ярусністю (надземною і підземною). Надземна ярусність — вертикальне розшарування рослинних угруповань на структурні частини — яруси (світлолюбні, тіньовитривалі, тіньолюбні). Ярусне розташування рослин впливає також і на просторове розташування популяцій птахів (гніздування птахів на землі, у кущах або кронах дерев). Підземна ярусність — розташування кореневих систем рослин за глибиною.

Екологічна структура визначається певним співвідношенням популяцій різних екологічних груп організмів, демонструє характер харчових взаємин між організмами біоценозу. Автотрофи — організми, які синтезують усі потрібні для побудови свого тіла органічні речовини з неорганічних речовин повітря, води і ґрунту, використовуючи енергію світла (фототрофи — абсолютна більшість рослин, ціанобактерії і лише деякі бактерії) або хімічних реакцій (хемотрофи — невелика кількість бактерій).

Гетеротрофи — організми, які для живлення використовують готові органічні речовини. Фітофаги — тварини, які живляться рослинами (гусінь метеликів, деякі кліщі, гризуни, різні копитні). Сапротрофи — організми, які живляться залишками інших організмів або продуктами їх життєдіяльності (некрофаги, копрофаги, детритофаги). Сапрофіти — бактерії, гриби, невелика група рослин. Гетеротрофні організми, які споживають і рослинну, і тваринну їжу, належать до поліфагів (рудий тарган, пацюк, бурий ведмідь).

Міксотрофи — організми, які мають змішаний тип живлення — живляться і як автотрофи, і як гетеротрофи (евглена зелена, комахоїдні рослини, рослини-напівпаразити).

Структура і властивості біогеоценозу

Біотична частина біогеоценозу охоплює різні екологічні групи популяцій організмів, що поєднані між собою просторовими і трофічними зв’язками:

• а) продуценти — організми, здатні синтезувати органічні сполуки з неорганічних (автотрофні прокаріоти, водорості, вищі рослини);
• б) консументи — популяції гетеротрофних організмів, які споживають інші організми або мертву речовину (фітофаги, сапротрофи, хижаки, паразити);
• в) редуценти — популяції організмів, які живляться органічною речовиною залишків чи продуктів життєдіяльності організмів, мінералізуючи їх (бактерії, гриби, копрофаги, некрофаги, детритофаги).

Основу зв’язків між популяціями біогеоценозу зумовлюють характер живлення особин і способи добування ними енергії.

Абіотична частина біогеоценозу:

• а) неорганічні сполуки, які входять у біогенну міграцію речовин (СО₂, О₂, Н₂О, N₂ тощо);
• б) органічні сполуки, які зв’язують між собою абіотичну та біотичну частини біогеоценозу (залишки організмів та продуктів їхньої життєдіяльності);
• в) мікроклімат, який визначає умови існування організмів (світло, середньорічна температура, вологість тощо).

Властивості біогеоценозів

Цілісність — здатність забезпечувати тісні зв’язки організмів між собою та фізичним середовищем існування. Потоки енергії та колообіг речовин, які виникають унаслідок взаємодії живих організмів між собою та середовищем, зв’язують складові частини біогеоценозу в єдину систему.

Стійкість зумовлена тим, що сучасні біогеоценози — результат тривалої та глибокої адаптації живих компонентів один до одного і до компонентів неживої природи.

Самовідтворення — здатність біогеоценозів до взаємодії саморегульованих популяцій, що входять до їх складу та забезпечуються наявними умовами довкілля (температура, вода, їжа тощо).

Саморегуляція — коливання кількісних та якісних показників біопродуктивності, способів і швидкості біогенного колообігу речовин та потоків енергії навколо певних оптимальних значень. Між компонентами встановлюється певна динамічна рівновага і збільшення чисельності виду організмів веде до масового розмноження «споживача». Так, масове розмноження гризунів призводить до збільшення чисельності хижаків і паразитів, які зменшують чисельність популяції. А це веде до зменшення популяції хижаків, і динамічна рівновага в біоценозі відновлюється. Крім міжвидових зв’язків, регулюючими чинниками можуть бути і внутрішньовидові.