Роль живых организмов в биологическом круговороте. Роль продуцентов, консументов и редуцентов в сохранении жизни на земле Смотреть что такое "Редуценты" в других словарях

Экологическая роль редуцентов

Редуценты возвращают минеральные соли в почву и воду, делая их доступными для продуцентов -автотрофов, и таким образом замыкают биотический круговорот. Поэтому экосистемы не могут обходиться без редуцентов (в отличие от консументов, которые, вероятно, отсутствовали в экосистемах в течение первых 2 млрд лет эволюции, когда экосистемы состояли из одних прокариот).

Абиотические и биотические факторы регуляции экосистем

Исследованиями Н. И. Базилевич и др. (1993) установлено, что в наземных экосистемах различают две группы факторов, регулирующих деструкционные процессы, играющие весьма существенную роль в биологическом круговороте.

См. также

Источники

Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. Экология. Особи, популяции и сообщества: в 2-х т. М.: Мир, 1989. - 667 с., илл.
Вронский А. В., Прикладная экология: учебное пособие. Ростов н/Д.: Изд-во «Феникс», 1996, 512 с. ISBN 5-85880-099-8
Гарин В. М., Клёнова И. А., Колесников В. И. Экология для технических вузов. Серия «Высшее образование». Под ред. проф. В. М. Гарина. Ростов н/Д.: Изд-во «Феникс», 2003, 384 с. ISBN 5-222-03768-1

Экосистема
Экосистемы	Экосистемы суши · Морские экосистемы · Пресноводные экосистемы · Типы экосистем · Биогеоценоз · Биом · Биосфера · Природный территориальный комплекс · Искусственные экосистемы
Функциональные компоненты	Продуценты (автотрофы) · Консументы · Редуценты
Структурные компоненты	Зооценоз · Фитоценоз · Биоценоз · Синузия · Ценоячейка · Эдификатор · Консорция
Абиотические компоненты	Биогенные элементы · Микроклимат · Физические факторы · Экотоп · Климатоп · Биотоп
Функционирование	Сукцессия · Сукцессионный ряд · Деградация экосистем · Эволюция экосистем
Загрязнение экосистем	Загрязнение пресных вод · Загрязнение океанов · Загрязнение атмосферы · Загрязнение почв

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Редуценты" в других словарях:

Редуценты - [от лат. reducens (reducentis) возвращающий, восстанавливающий], деструкторы, биоредуценты, организмы, разлагающие мертвое органических вещество и превращающие его в неорганическое вещество, усваиваемое другим организмами. К редуцентам относятся … Экологический словарь

Гетеротрофные организмы, превращающие в ходе жизнедеятельности органические остатки в неорганические вещества. Типичными редуцентами являются бактерии и грибы. Редуценты заключительное звено в пищевой цепи в экологической пирамиде. лат.Редуцере… … Словарь бизнес-терминов

- (от лат. reducens род. п. reducentis возвращающий, восстанавливающий), организмы (сапротрофы), разлагающие мертвое органическое вещество (трупы, отбросы) и превращающие его в неорганические вещества, которые в состоянии усваивать другие организмы … Большой Энциклопедический словарь

- (от лат. reducens, род. падеж reducentis возвращающий, восстанавливающий), деструкторы, организмы, питающиеся мёртвым органич. веществом и подвергающие его минерализации (деструкции), т. е. разрушению до б. или м. простых неорганич. соединений, к … Биологический энциклопедический словарь

Организмы, питающиеся мертвым органическим веществом и подвергающие его минерализации, т. е. разрушению до более или менее простых неорганических соединений, которые затем используются продуцентами. К Р. относят главным образом бактерии и грибы.… … Словарь микробиологии

редуценты - Такие организмы, как бактерии и грибы, которые питаются неживой протоплазмой, вызывая ее разложение и, в конце концов, растворение в жидкой среде. Тематики океанология EN… … Справочник технического переводчика

Ов; мн. (ед. редуцент, а; м.). [лат. reducens (reducentis) возвращающий, восстанавливающий] Биол. Организмы, разлагающие мёртвое органическое вещество и превращающие его в неорганическое, служащее пищей другим организмам. * * * редуценты (от лат … Энциклопедический словарь

редуценты - skaidytojai statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Organizmai (pvz., bakterijos, kai kurie grybai), skaidantys organines medžiagas į paprastesnius neorganinius junginius, kuriuos augalai panaudoja savo mitybai. atitikmenys: angl.… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

- (лат. reduco отводить назад, возвращать, восстанавливать; от ре + duco вести) организмы, минерализующие органические вещества, в т. ч. продукты диссимиляции других организмов; к Р. относятся бактерии и грибы … Большой медицинский словарь

- (от лат. reducens, родительный падеж reducentis возвращающий, восстанавливающий) организмы (Сапрофиты), минерализующие мёртвое органическое вещество, т. е. разлагающие его до более или менее простых неорганических соединений; подавляющее… … Большая советская энциклопедия

Видеоурок 1: Взаимодействие организма и среды. Экосистемы. Биогеоценозы

Видеоурок 2: Абиотические факторы: температура и освещенность

Видеоурок 3: Биотические факторы

Лекция: Экосистема (биогеоценоз), её компоненты: продуценты, консументы, редуценты, их роль

Экосистема

Экосистема – это сообщество живых организмов, пространственной среды их обитания и системы взаимосвязей между всеми участниками.

Особенностями экосистемы являются ее способности к саморегуляции, развитию и самоорганизации. Экосистемой может называться сообщество, в котором стабильно и на протяжении длительного времени происходит круговорот вещества и энергии. Таким образом, например, домашний аквариум экосистемой называться не может, так как неспособен самостоятельно поддерживать собственную жизнедеятельность без участия человека. Равно, не является экосистемой и трухлявый пень в лесу, так как жизнедеятельность в нем является частью большей экосистемы.

Примерами экосистемы могут быть – пруд, лес, луг. Например, в пруду обитают различные животные, растения, микроорганизмы, являющиеся живыми компонентами экосистемы. Между ними имеются связи в плане переноса вещества и энергии – трофические взаимоотношения. На них оказывают влияние физические и химические параметры воды, геологические характеристики дна и стенок водоема, сезонные климатические изменения.

Одним из важных параметров для определения границ экосистемы, является наличие трофических связей между ее компонентами, фактов передачи ими друг другу веществ и энергии.

Любая экосистема является с точки зрения физики открытой системой, в которой есть входящие и выходящие потоки энергии и вещества.

Синонимом термина экосистема является понятие биогеоценоз.

Биотический и абиотический компоненты

В любом биогеоценозе выделяются биотический и абиотический компоненты. При этом участники биотического компонента по своей роли в ней могут быть:

продуцентами. Это автотрофные и хемотрофные организмы, преобразующие энергию и неорганические вещества в органические;

консументами. Это гетеротрофные потребители энергии, находящейся в веществе в виде химических связей. Они могут подразделяться на несколько порядков: консументы первого поедают растения и хемотрофов, второго – поедают консументов первого, то есть растительноядных животных, третьего – питаются консументами второго, то есть мелкими хищниками;

редуцентами. Это гетеротрофы, разлагающие органику на простые органические и минеральные вещества. К ним относятся грибы, многие простейшие, личинки некоторых насекомых, питающиеся опавшей листвой, погибшими животными.

Между биотическими компонентами экосистемы формируются устойчивые трофические связи. К абиотическим факторам относятся влияния неживой природы.

Еще одним важным понятием биогеоценологии является продуктивность экосистемы. Это понятие определяет количественную биомассу, произведенную экосистемой, то есть совокупность всех живых существ в ней. Расчет биомассы обычно производится в единицах количества массы живых существ на единицу площади.

Границы экосистемы

В большинстве случаев экосистемы не имеют четких границ, для сообществ, образующихся на границах разных экосистем даже создан специальный термин, их принято называть экотонами.

Для удобства изучения, рассматриваются два типа границ экосистем:

Видовые – этот тип границ определяется ареалом расселения отдельных особей, обитающих в конкретной экосистеме;

Пространственные – определяются чаще всего ландшафтными. Луг с одной стороны горы и с другой – будут считаться различными экосистемами.

Трофические цепи и сети

Каждая из экосистем характеризуется наличием трофических цепей и сетей:

Цепью питания называется последовательно связанная пищевыми отношениями группа видов. Каждое из предыдущих звеньев цепи является пищей для следующего.

Так, примером цепи питания может служить последовательность:

растения – насекомые – головастик – форель – донные сапрофиты.

При каждом переходе вещества от одного звена к другому происходит потеря (тратится на жизнь предыдущего звена и выделяется в виде тепла) до 90% потенциальной энергии. Именно поэтому число звеньев в трофических цепях обычно ограничено четырьмя-пятью.

Трофической сетью называется более сложная структура пищевых отношений, учитывающая, что каждое звено пищевой цепи может быть пищей для разных видов. Так, траву едят не только травоядные животные, но и насекомые, и всеядные животные. При отслеживании таких взаимоотношений получается графическая схема, напоминающая разветвленную сеть.

Известно 2 основных типа трофических цепей:

1) пастбищная – в ней первичным звеном являются зеленые растения-продуценты. Характерен для луговых, океанических экосистем;

2) детритная – в ней первым звеном являются сапротрофы (редуценты), разлагающие органику. Сапротрофами питаются другие организмы.

При этом, в пастбищных цепях питания участвует только 10% энергии, остальные 90% – приходятся на долю детритных. Это связано с тем, что огромная часть энергии, создаваемой автотрофами, переходит в органические «отходы», где используется сапротрофами.

Правило экологической пирамиды

Графическое изображение количественных соотношений между участниками цепей питания называется экологической пирамидой.

Такое изображение пищевых отношений основано на правиле Лендемана:

Правило экологической пирамиды: "При передаче вещества от одного трофического уровня к другому количество доступной для усвоения энергии становится в 10 раз меньше".

Оно используется для приближенных вычислений при решении задач по экологии и предлагает считать, что для прокорма растительноядных животных необходима масса растений, в 10 раз превышающая их собственную. Для прокорма хищника – требуется масса мяса растительноядных, превышающая его массу в 10 раз.

Круговорот биологический – явление непрерывного характера, циклического, закономерного, но не равномерного во времени и пространстве перераспределения веществ, энергии и информации в пределах экологических систем различного иерархического уровня организации – от биогеоценоза до биосферы. Круговорот веществ в масштабах всей биосферы называют большим кругом, а в пределах конкретного биогеоценоза – малым кругом биотического обмена.

Академик В.И. Вернадский первым постулировал тезис о важнейшей роли живых организмов в формировании и поддержании основных физико-химических свойств оболочек Земли. В его концепции биосфера рассматривается не просто как пространство, занятое жизнью, а как целостная функциональная система, на уровне которой реализуется неразрывная связь геологических и биологических процессов. Основные свойства жизни, обеспечивающие эту связь, - высокая химическая активность живых организмов, их подвижность и способность к самовоспроизведению и эволюции. В поддержании жизни как планетарного явления важнейшие значение имеет разнообразие ее форм, отличающихся набором потребляемых веществ и выделяемых в окружающую среду продуктов жизнедеятельности. Биологическое разнообразие – основа формирования устойчивых биогеохимических циклов вещества и энергии в биосфере Земле.

Специфическое свойство жизни – обмен веществ со средой. Любой организм должен получать из внешней среды определенные вещества как источники энергии и материал для построения собственного тела. Продукты метаболизма, уже непригодные для дальнейшего использования, выводят наружу. Таким образом, каждый организм или множество одинаковых организмов в процессе своей жизнедеятельности ухудшают условия своего обитания. Возможность обратного процесса – поддержания жизненных условий или даже их улучшения, - определяется тем, что биосферу населяют разные организмы с разным типом обмена веществ.

В простейшем виде набор качественных форм жизни представлен продуцентами, консументами и редуцентами, совместная деятельность которых обеспечивает извлечение определенных веществ из внешней среды, их трансформацию на разных уровнях трофических цепей и минерализацию органического вещества до составляющих, доступных для очередного включения в круговорот (основные элементы, мигрирующие по цепям биологического круговорота, - углерод, водород, кислород, калий, фосфор, сера и т.д.).

Продуценты

Продуценты - это живые организмы, которые способны синтезировать органическое вещество из неорганических составляющих с использованием внешних источников энергии. (Отметим, что получение энергии извне - общее условие жизнедеятельности всех организмов; по энергии все биологические системы - открытые) их называют также автотрофами, поскольку они сами снабжают себя органическим веществом. В природных сообществах продуценты выполняют функцию производителей органического вещества, накапливаемого в тканях этих организмов. Органическое вещество служит и источником энергии для процессов жизнедеятельности; внешняя энергия используется лишь для первичного синтеза.

Все продуценты по характеру источника энергии для синтеза органических веществ подразделяются на фотоавтотрофов и хемоавтотрофов. Первые используют для синтеза энергию солнечного излучения в части спектра с длиной волны 380-710 нм. Эго главным образом зеленые растения, но к фотосинтезу способны и представители некоторых других царств органического мира. Среди них особое значение имеют цианобактерии (сине-зеленые «водоросли»), которые, по-видимому, были первыми фотосинтетиками в эволюции жизни на Земле. Способны к фотосинтезу также многие бактерии, которые, правда, используют особый пигмент - бактериохлорин - и не выделяют при фотосинтезе кислород. Основные исходные вещества, используемые для фотосинтеза, - диоксид углерода и вода (основа для синтеза углеводов), а также азот, фосфор, калий и другие элементы минерального питания.

Создавая органические вещества на основе фотосинтеза, фотоавтотрофы, таким образом, связывают использованную солнечную энергию, как бы запасая ее. Последующее разрушение химических связей ведет к высвобождению такой «запасенной» энергии. Это относятся не только к использованию органического топлива; «запасенная» в тканях растений энергия передается в виде пищи по трофическим цепям и служит основой потоков энергии, сопровождающих биогенный круговорот веществ.

Хемоавтотрофы в процессах синтеза органического вещества используют энергию химических связей. К этой группе относятся только прокариоты: бактерии, архебактерии и отчасти сине-зеленные. Химическая энергия высвобождается в процессах окисления минеральных веществ. Экзотермические окислительные процессы используются нитрифицирующими бактериями (окисляют аммиак до нитритов, а затем до нитратов), железобактериями (окисление закисного железа до окисного), серобактериями (сероводород до сульфатов). Как субстрат для окисления используется также метан, СО и некоторые другие вещества.

При всем многообразия конкретных форм продуцентов-автотрофов их общая биосферная функция едина и заключается в вовлечении элементов неживой природы в состав тканей организмов и таким образом в общий биологический круговорот. Суммарная масса автотрофов-продуцентов составляет более 95 % массы всех живых организмов в биосфере.

Консументы

Живые существа, не способные строить свое тело на базе использования неорганических веществ, требующие поступления органического вещества извне, в составе пищи, относятся к группе гетеротрофных организмов, живущих за счет продуктов, синтезированных фото- или хемоситетиками. Пища, извлекаемая тем или иным способом из внешней среды, используется гетеротрофами на построение собственного тела и как источник энергии для различных форм жизнедеятельности. Таким образом, гетеротрофы используют энергию, запасенную автотрофами в виде химических связей синтезированных ими органических веществ. В потоке веществ по ходу круговорота они занимают уровень потребителей, облигатно связанных с автотрофами организмами (консументы 1 порядка) или с другими гетеротрофами, которыми они питаются (консументы II порядка).

Общее значение консументов в круговороте веществ своеобразно и неоднозначно. Они не обязательны в прямом процессе круговорота: искусственные замкнутые модельные системы, составленные из зеленых растений и почвенных микроорганизмов, при наличии влаги и минеральных солей могут существовать неопределенно долгое время за счет фотосинтеза, деструкции растительных остатков и вовлечения высвобожденных элементов в новый круговорот. Но это возможно лишь в стабильных лабораторных условиях. В природной обстановке возрастает вероятность гибели таких простых систем от многих причин. «Гарантами» устойчивости круговорота и оказываются в первую очередь консументы.

В процессе собственного метаболизма гетеротрофы разлагают полученные в составе пищи органические вещества и на этой основе строят вещества собственного тела. Трансформация первично продуцированных автотрофами веществ в организмах консументов ведет к увеличению разнообразия живого вещества. Разнообразие же необходимое условие устойчивости любой кибернетической системы на фоне внешних и внутренних возмущений. Живые системы - от организма до биосферы в целом - функционируют по кибернетическому принципу обратных связей.

Животные, составляющие основную часть организмов-консументов, отличаются подвижностью, способностью к активному перемещению в пространстве. Этим они эффективно участвуют в миграции живого вещества, дисперсии его по поверхности планеты, что, с одной стороны, стимулирует пространственное расселение жизни, а с другой служит своеобразным «гарантийным Механизмом» на случай уничтожения жизни в каком-либо месте в силу тех или иных причин.

Примером такой «пространственной гарантии может служить широко известная катастрофа на о. Кракатау: в результате извержения вулкана в 1883 г. жизнь на острове была полностью уничтожена, но в течение всего 50 лет восстановилась - было зарегистрировано порядка 1200 видов. Заселение шло главным образом за счет не затронутых извержением Явы, Суматры и соседних островов, откуда разными путями растения и животные вновь заселили покрытый пеплом и застывшими потоками лавы остров. При этом первыми (уже через 3 года) на вулканическом туфе и пепле появились пленки цианобактерий. Процесс становления устойчивых сообществ на острове продолжается; лесные ценозы еще находятся на ранних стадиях сукцессии и сильно упрощены по структуре.

Наконец, чрезвычайно важна роль консументов, в первую очередь животных, как регуляторов интенсивности потоков вещества и энергии по трофическим цепям. Способность к активной авторегуляции био- массы и темпов ее изменения на уровне экосистем и популяций отдельных видов в конечном итоге реализуется в виде поддержания соответствия темпов создания и разрушения органического вещества в глобальных системах круговорота. Участвуют в такой регуляторной системе не только консументы, но последние (особенно животные) отличаются наиболее активной и быстрой реакцией на любые возмущении баланса биомассы смежных трофических уровней.

В принципе система регулирования потоков вещества в биогенном круговороте, основанная на комплементарности составляющих эту систему экологических категорий живых организмов, работает по принципу безотходного производства. Однако в идеале этот принцип соблюден быть не может в силу большой сложности взаимодействующих процессов и влияющих на них факторов. Результатом нарушения полноты круговорота явились отложения нефти, каменного угля, торфа, сапропелей. Все эти вещества несут в себе энергию, первоначально запасенную в процессе фотосинтеза. Использование их человеком - как бы «отставленное во времени» завершение циклов биологического круговорота.

Редуценты

К этой экологической категории относятся организмы-гетеротрофы, которые, используя в качестве пищи мертвое органическое вещество (трупы, фекалия, растительный опад и пр.), в процессе метаболизма разлагают его до неорганических составляющих.

Частично минерализация органических веществ идет у всех живых организмов. Так, в процессе дыхания выделяется СО2, из организма выводятся вода, минеральные соли, аммиак и т.д. Истинными редуцентами, завершающий цикл разрушения органических веществ, следует поэтому считать лишь такие организмы, которые выделяют во внешнюю среду только неорганические вещества, готовые к вовлечению в новый цикл.

В категорию редуцентов входят многие виды бактерий и грибов. По характеру метаболизма это организмы-восстановители. Так, девитрифицирующие бактерии восстанавливают азот до элементарного состояния, сулъфатредуцирующие бактерия - серу до сероводорода. Конечные продукты разложения органических веществ - диоксид углерода, вода, аммиак, минеральные соли. В анаэробных условиях разложение идет дальше - до водорода; образуются также углеводороды.

Полный цикл редукции органического вещества более сложен и вовлекает большее число участников. Он состоит из ряда последовательных звеньев, в череде которых разные организмы-разрушители поэтапно превращают органические вещества сначала в более простые формы и только после этого в неорганические составляющие действием бактерий и грибов.

Уровни организации живой материи

Совместная деятельность продуцентов, консументов и редуцентов определяет непрерывное поддержание глобального биологического круговорота веществ в биосфере Земли. Этот процесс поддерживается закономерными взаимоотношениями составляющих биосферу пространственно-функциональных частей и обеспечивается особой системой связей, выступающих как механизм гомеостазирования биосферы - поддержания ее устойчивого функционирования на фоне изменчивых внешних и внутренних факторов. Поэтому биосферу можно рассматривать как глобальную экологическую систему, обеспечивающую устойчивое поддержание жизни в ее планетарном проявлении.

Любая биологическая (в том числе и экологическая) система характеризуется специфической функцией, упорядоченными взаимоотношениями составляющих систему частей (субсистем) и основывающимися на этих взаимодействиях регуляторными механизмами, определяющими целостность и устойчивость системы на фоне колеблющихся внешних условий. Из сказанного выше ясно, что биосфера в ее структуре и функции соответствует понятию биологической (экологической) системы.

На уровне биосферы как целого осуществляется всеобщая функциональная связь живого вещества с неживой природой. Ее структурно-функциональными составляющими (подсистемами), на уровне которых осуществляются конкретные циклы биологического круговорота, являются биогеоценозы (экосистемы).

Продуце́нты (также автотрофные организмы, автотрофы)- организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических. В основном, зелёные растения (синтезируют органические вещества из неорганических в процессе фотосинтеза), однако некоторые виды бактерий-хемотрофов способны на чисто химический синтез органики и без солнечного света. Являются первым звеном пищевой цепи.

Редуценты (также деструкуторы, сапротрофы, сапрофиты) - организмы, разрушающие остатки мёртвых растений и животных (черви, мокрицы, раки, сомы, грифы) и превращающие их в неорганические соединения (бактерии, грибы).

Консументы (лат. consumo - потребляю, также гетеротрофные организмы, гетеротрофы) - организмы, неспособные синтезировать органические вещества из неорганических. Потребляют органические вещества в готовом виде (1-го порядка - растительноядные, 2-го и больших порядков - плотоядные и хищники; всеядные животные). Являются вторым, третьим и далее звеньями пищевой цепи.

6. Среда обитания, пути приспособления к ней организмов.

Многие организмы в течение жизни периодически испытывают влияние факторов. Им приходится переносить и сильную журу, и сильные морозы, и летние засухи, и пересыхание водоемов, и нехватку пищи.

При ухудшении условий среды многие виды способны приостанавливать свою жизнедеятельность и переходитьв состояние скрытой жизни.

Глубокий анабиоз - это практически полная остановка обмена веществ. В отличии от смерти при этом организмы могут возвращаться к жизни. Переход в состоянии анабиоза расширяет возможности выживания организмов в самых суровых условиях.

Скрытая жизнь – очень важное экологическое приспособление. Это возможность переживать неблагоприятые изменения среды обитания. При востановлении необходимых условий организмы вновь переходят к активной жизни.

Переходя в состояние оцепенения или покоя, растения и животные как бы подчиняются воздействиям среды, экономя при этом затраты на свое существование.

Другой, прямо противоположный путь выживания организмов связан с поддержанием постоянства внутренней среды, несмотря на колебания воздействий внешних факторов. Обитая в условиях ихменчивой темпиратуры, теплокровные животные – птицы и млекопитающие – поддерживают внутри себя постоянную темпиратуру, оптимальную для биохимических процессов в клетках тела.

Возможен и третий способ выживания – избегание неблагоприятных условий и активный поиск других, более благоприятных местообитаний. Этот путь доступен только подвижным животным.

Так, например, зимующие тетерева и рябчики на большую часть суток зарываются в снег, где гораздо теплее.

1) какова роль продуцентов консументов редуцентов в круговороте углерода?2) Почему перед челове чеством стоит проблема овладения новыми источниками энергии? 3) Как связаны организмы со средой в процессах круговорота азота? 4) Что произойдет, если в круговоротах углерода, азота, серы и фосфора редуценты перестанут функцианировать

Продуценты – организмы, создающие органическое вещество из неорганических соединений (автотрофы – растения, создающие органическое вещество путем фотосинтеза, хемотрофы – некоторые организмы, создающие органику за счет химических реакций).

Редуценты – организмы, в ходе жизнедеятельности превращающие органическое вещество в неорганическое (большинство микроорганизмов, грибы).

Редуценты живут за счет мертвого органического вещества, переводя его вновь в неорганические соединения. Классификация эта относительна, так как и консументы, и сами продуценты выступают частично в роли редуцентов, в течение жизни выделяя в окружающую среду минеральные продукты обмена веществ.
В принципе круговорот атомов может поддерживаться в системе и без промежуточного звена — консументов, за счет деятельности двух других групп. Однако такие экосистемы встречаются скорее как исключения, например в тех участках, где функционируют сообщества, сформированные только из микроорганизмов. Роль консументов выполняют в природе в основном животные, и их деятельность по поддержанию и ускорению циклической миграции атомов в экосистемах сложна и многообразна.

Пищевые цепи и трофические уровни

Органические молекулы , синтезированные автотрофами, служат источником питания (вещества и энергии) для гетеротрофных животных. Этих животных в свою очередь поедают другие животные и таким путем происходит перенос энергии через ряд организмов, где каждый последующий питается предыдущим. Такая последовательность называется пищевой цепью, а каждое звено цепи соответствует определенному трофическому уровню (от греч. troph - еда). Первый трофический уровень всегда составляют автотрофы, называемые продуцентами (от лат. producere - производить). Второй уровень - это растительноядные (фитофаги), которых называют консументами (от лат. consumo - «пожираю») первого порядка; третий уровень (допустим, хищники) - консументы второго порядка и т. д.

В экосистеме обычно бывает 4-5 трофических уровней и редко больше 6. Частично это обусловлено тем, что на каждом из уровней часть вещества и энергии теряется (неполное поедание пищи, дыхание консументов, «естественная» гибель организмов и т.

Роль продуцентов, консументов и редуцентов в сохранении жизни на Земле

п.); такие потери отражены на рисунке и подробнее обсуждаются в соответствующей статье. Однако, судя по результатам недавних исследований, длина пищевых цепей ограничивается и другими факторами. Возможно, существенную роль играют доступность предпочитаемой пищи и территориальное поведение, снижающее плотность расселения организмов, а, значит, и численность консументов высших порядков в конкретном местообитании. По существующим оценкам, в некоторых экосистемах до 80% первичной продукции не потребляется фитофагами. Мертвый же растительный материал становится добычей организмов, питающихся детритом (детритофа-гов) или редуцентов (деструкторов). В таком случае говорят о детритных пищевых цепях. Детрит-ные пищевые цепи преобладают, например, в дождевых тропических лесах.

Продуценты

Практически все продуценты - фотоавтотрофы, т. е. зеленые растения, водоросли и некоторые прокариоты, например цианобактерии (раньше их называли сине-зелеными водорослями). Роль хемоавтотрофов в масштабах биосферы пренебрежимо мала. Микроскопические водоросли и цианобактерии, составляющие фитопланктон, являются главными продуцентами водных экосистем. Напротив, на первом трофическом уровне наземных экосистем преобладают крупные растения, например деревья в лесах, травы в саваннах, степях, на полях и т. д.

Поток энергии и круговорот веществ в типичной пищевой цепи. Обратите внимание, что между хищниками и детритофагами, а также редуцентами, возможен двусторонний обмен: детритофаги питаются мертвыми хищниками, а хищники в ряде случаев поедают живых детритофагов и редуцентов. Фитофаги - консументы первого порядка; плотоядные - консументы второго, третьего и т. д. порядков.

Консументы первого порядка

На суше основные фитофаги - насекомые, рептилии, птицы и млекопитающие. В пресной и морской воде это обычно мелкие ракообразные (дафнии, морские желуди, личинки крабов и т. д.) и двустворчатые моллюски; большинство их - фильтраторы, отцеживающие продуцентов, как описано в соответствующей статье. Вместе с простейшими многие из них входят в состав зоопланктона - совокупности микроскопических дрейфующих гетеротрофов, которые питаются фитопланктоном. Жизнь океанов и озер почти полностью зависит от планктонных организмов, составляющих фактически начало всех пищевых цепей в этих экосистемах.

Продуценты - это организмы, способные производить (продуцировать) органическое вещество из неорганических веществ.

В природных сообществах роль продуцентов чаще всего выполняют растения, очень редко — некоторые прокариотические организмы, способные к фотосинтезу или хемосинтезу. Таким образом, характеристика А относится к группе 2.

Цепи питания обычно начинаются с продуцентов, т. е. с растений. Поскольку указано, что цепь питания пастбищная, то однозначно в качестве первого звена она включает растительные организмы. Значит, характеристика Б принадлежит продуцентам. Бывают сообщества, в которых растений нет (например, в океанических глубинах, в почве). Сюда органические вещества поступает извне, а цепи питания включают только консументов и редуцентов.

Консументы - это организмы, питающиеся либо продуцентами, либо другими консументами. К консументам относится большинство животных (немногие являются редуцентами, питающиеся мертвым органическим веществом). Следовательно, характеристика В относится к консументам.

Характеристика Г фактически дублирует А и видимо призвана запутать. Хотя можно усмотреть некоторую тонкость. Только автотрофные организмы создают органическое вещество из неорганических. Однако все организмы создают органику, расщепляя органические вещества, поступающие с пищей. После этого заново синтезируют «свои» сложные органические вещества. Однако в биологии (особенно в экологии при рассмотрении природных сообществ) принято считать, что создают органическое вещество только автотрофы (растения, фотосинтезирующие и хемосинтезирующие прокариоты).

Понятия «автотрофы» и «продуценты» объединяют одни и те же группы организмов. Однако термин «автотроф» преимущественно употребляется при изучении строения и физиологии организмов. «Продуцент» — это экологический термин.

Автотрофы делятся на фототрофов и хемотрофов. Первые для синтеза органических веществ используют энергию солнечного света (от слова «фотоны»). Вторые - энергию, выделяющуюся в результате химических (поэтому и «хемо-») окислительных реакций. Растения являются фототрофами, они же продуценты, таким образом, Д соотносится с 2.

Роль живых организмов в биологическом круговороте

Академик В.И. Вернадский первым постулировал тезис о важнейшей роли живых организмов в формировании и поддержании основных физико-химических свойств оболочек Земли. В его концепции биосфера рассматривается не просто как пространство, занятое жизнью, а как целостная функциональная система, на уровне которой реализуется неразрывная связь геологических и биологических процессов. Основные свойства жизни, обеспечивающие эту связь, — высокая химическая активность живых организмов, их подвижность и способность к самовоспроизведению и эволюции. В поддержании жизни как планетарного явления важнейшие значение имеет разнообразие ее форм, отличающихся набором потребляемых веществ и выделяемых в окружающую среду продуктов жизнедеятельности. Биологическое разнообразие – основа формирования устойчивых биогеохимических циклов вещества и энергии в биосфере Земле.

Специфическое свойство жизни – обмен веществ со средой. Любой организм должен получать из внешней среды определенные вещества как источники энергии и материал для построения собственного тела. Продукты метаболизма, уже непригодные для дальнейшего использования, выводят наружу. Таким образом, каждый организм или множество одинаковых организмов в процессе своей жизнедеятельности ухудшают условия своего обитания. Возможность обратного процесса – поддержания жизненных условий или даже их улучшения, — определяется тем, что биосферу населяют разные организмы с разным типом обмена веществ.

В простейшем виде набор качественных форм жизни представлен продуцентами, консументами и редуцентами, совместная деятельность которых обеспечивает извлечение определенных веществ из внешней среды, их трансформацию на разных уровнях трофических цепей и минерализацию органического вещества до составляющих, доступных для очередного включения в круговорот (основные элементы, мигрирующие по цепям биологического круговорота, — углерод, водород, кислород, калий, фосфор, сера и т.д.).

Продуценты

Продуценты — это живые организмы, которые способны синтезировать органическое вещество из неорганических составляющих с использованием внешних источников энергии. (Отметим, что получение энергии извне — общее условие жизнедеятельности всех организмов; по энергии все биологические системы — открытые) их называют также автотрофами, поскольку они сами снабжают себя органическим веществом. В природных сообществах продуценты выполняют функцию производителей органического вещества, накапливаемого в тканях этих организмов. Органическое вещество служит и источником энергии для процессов жизнедеятельности; внешняя энергия используется лишь для первичного синтеза.

Все продуценты по характеру источника энергии для синтеза органических веществ подразделяются на фотоавтотрофов и хемоавтотрофов. Первые используют для синтеза энергию солнечного излучения в части спектра с длиной волны 380-710 нм. Эго главным образом зеленые растения, но к фотосинтезу способны и представители некоторых других царств органического мира. Среди них особое значение имеют цианобактерии (сине-зеленые «водоросли»), которые, по-видимому, были первыми фотосинтетиками в эволюции жизни на Земле. Способны к фотосинтезу также многие бактерии, которые, правда, используют особый пигмент — бактериохлорин — и не выделяют при фотосинтезе кислород. Основные исходные вещества, используемые для фотосинтеза, - диоксид углерода и вода (основа для синтеза углеводов), а также азот, фосфор, калий и другие элементы минерального питания.

Консументы

Пища, извлекаемая тем или иным способом из внешней среды, используется гетеротрофами на построение собственного тела и как источник энергии для различных форм жизнедеятельности. Таким образом, гетеротрофы используют энергию, запасенную автотрофами в виде химических связей синтезированных ими органических веществ. В потоке веществ по ходу круговорота они занимают уровень потребителей, облигатно связанных с автотрофами организмами (консументы 1 порядка) или с другими гетеротрофами, которыми они питаются (консументы II порядка).

7.2 Экосистема (биогеоценоз), её компоненты: продуценты, консументы, редуценты, их роль

«Гарантами» устойчивости круговорота и оказываются в первую очередь консументы.

В процессе собственного метаболизма гетеротрофы разлагают полученные в составе пищи органические вещества и на этой основе строят вещества собственного тела. Трансформация первично продуцированных автотрофами веществ в организмах консументов ведет к увеличению разнообразия живого вещества. Разнообразие же необходимое условие устойчивости любой кибернетической системы на фоне внешних и внутренних возмущений. Живые системы — от организма до биосферы в целом — функционируют по кибернетическому принципу обратных связей.

Примером такой «пространственной гарантии может служить широко известная катастрофа на о. Кракатау: в результате извержения вулкана в 1883 г. жизнь на острове была полностью уничтожена, но в течение всего 50 лет восстановилась — было зарегистрировано порядка 1200 видов. Заселение шло главным образом за счет не затронутых извержением Явы, Суматры и соседних островов, откуда разными путями растения и животные вновь заселили покрытый пеплом и застывшими потоками лавы остров. При этом первыми (уже через 3 года) на вулканическом туфе и пепле появились пленки цианобактерий. Процесс становления устойчивых сообществ на острове продолжается; лесные ценозы еще находятся на ранних стадиях сукцессии и сильно упрощены по структуре.

В принципе система регулирования потоков вещества в биогенном круговороте, основанная на комплементарности составляющих эту систему экологических категорий живых организмов, работает по принципу безотходного производства. Однако в идеале этот принцип соблюден быть не может в силу большой сложности взаимодействующих процессов и влияющих на них факторов. Результатом нарушения полноты круговорота явились отложения нефти, каменного угля, торфа, сапропелей. Все эти вещества несут в себе энергию, первоначально запасенную в процессе фотосинтеза. Использование их человеком — как бы «отставленное во времени» завершение циклов биологического круговорота.

Редуценты

В категорию редуцентов входят многие виды бактерий и грибов. По характеру метаболизма это организмы-восстановители. Так, девитрифицирующие бактерии восстанавливают азот до элементарного состояния, сулъфатредуцирующие бактерия — серу до сероводорода. Конечные продукты разложения органических веществ — диоксид углерода, вода, аммиак, минеральные соли. В анаэробных условиях разложение идет дальше — до водорода; образуются также углеводороды.

Уровни организации живой материи

Совместная деятельность продуцентов, консументов и редуцентов определяет непрерывное поддержание глобального биологического круговорота веществ в биосфере Земли. Этот процесс поддерживается закономерными взаимоотношениями составляющих биосферу пространственно-функциональных частей и обеспечивается особой системой связей, выступающих как механизм гомеостазирования биосферы — поддержания ее устойчивого функционирования на фоне изменчивых внешних и внутренних факторов. Поэтому биосферу можно рассматривать как глобальную экологическую систему, обеспечивающую устойчивое поддержание жизни в ее планетарном проявлении.

Биотические факторы окружающей среды (Биотические факторы; Биотические экологические факторы; Biotic factors; Biological factors; от греч. Biotikos - жизненный) - факторы живой среды, влияющие на жизнедеятельность организмов.

Действие биотических факторов выражается в форме взаимовлияний одних организмов на жизнедеятельность других организмов и всех вместе на среду обитания. Различают прямые и косвенные взаимоотношения между организмами.

Внутривидовые взаимодействия между особями одного и того же вида складываются из группового и массового эффектов и внутривидовой конкуренции.

Межвидовые взаимоотношения значительно более разнообразны. Возможные типы комбинации отражают различные виды взаимоотношений:

Совокупность физических и химических факторов неживой природы, воздействующих на организм в среде его обитания — фактор абиотический

Продуценты, Консументы, Редуценты

Продуценты — это организмы, производящие органические соединения из неорганических. Продуценты (в большинстве своем зеленые растения) создают органические вещества в процессе фотосинтеза или хемосинтеза. Эти органические вещества используются продуцентами как источник энергии и как строительный материал для клеток и тканей организма.

Фотосинтез может быть представлен следующим образом:

Хемосинтез – преобразование неорганических соединений в питательные органические вещества в отсутствие солнечного света, за счет энергии химических реакций.

Только продуценты способны сами производить для себя пищу. Более того, они непосредственно или косвенно обеспечивают питательными элементами консументов и редуцентов.

По типу питания все продуценты являются автотрофами — сами производят органические вещества из неорганических. Консументы и редуценты по типу питания являются гетеротрофами — питаются органическим веществом, произведенным другими живыми организмами.

Консументы – организмы, получающие питательные вещества и необходимую энергию, питаясь живыми организмами — продуцентами или другими консументами.

В зависимости от источников питания консументы подразделяются на три основных класса:

— фитофаги (растительноядные) – это консументы 1-го порядка , питающиеся исключительно живыми растениями. Например, птицы едят семена, почки и листву.

— хищники (плотоядные) – консументы 2-го порядка , которые питаются исключительно растительноядными животными (фитофагами), а также консументы 3-го порядка , питающиеся только плотоядными животными.

— эврифаги (всеядные), которые могут поедать как растительную, так и животную пищу. Примерами являются свиньи, крысы, лисы, тараканы, а также человек.

Редуценты – организмы, получающие питательные вещества и необходимую энергию питаясь останками мертвых организмов (животных, растений). (Гетеротрофные организмы в экосистеме называют также редуцентами.)

Существует два основных класса редуцентов:

1. Детритофаги – напрямую потребляют мертвые организмы или органические остатки. (пример: шакалы, грифы, дождевые черви).

2. Деструкторы – разлагают мертвую органическую материю на простые неорганические соединения (процесс гниения и разложения). Примером могут служить грибы и микроскопические одноклеточные бактерии.

Количество особей данного вида на единице площади или в единице объема (например, для планктона) – этоплотность популяции

ПИЩЕВАЯ СЕТЬ, система взаимосвязей между ПИЩЕВЫМИ ЦЕПЯМИ, зачастую довольно сложная. Схематически ее можно представить в виде скрещивающихся линий, соединяющих различные звенья пищевых цепей, напоминающих сеть. Пищевая сеть объединяет растения и животных. Разнообразие пищевых взаимоотношений между организмами в экосистемах, включающее потребителей и весь спектр их источников питания осуществляетпищевая сеть.

Между автотрофами и гетеротрофами в экосистемах существуют сложные пищевые взаимодействия. Одни организмы поедают другие, и таким образом осуществляют перенос веществ и энергии — основу функционирования экосистемы.

Внутри экосистемы органические вещества создаются автотрофными организмами, например, растениями. Растения поедают животные, которых, в свою очередь, поедают другие животные. Такая последовательность называется пищевой цепью (рис.1), а каждое звено пищевой цепи называется трофическим уровнем .

Пищевая цепь — система передачи вещества и энергии от организма к организму, в которой каждый предыдущий организм истребляется последующим.

Графическое изображение соотношения между продуцентами, консументами и редуцентами, выраженное в единицах массы — это пирамида численности.

Самая низкая биомасса растений и продуктивностьв тундре

Способность к восстановлению и поддержанию определенной численности в популяции называется саморегуляцией популяции

На зиму у растений откладываются запасные вещества — углеводы

Эндемический вид — группа организмов, ограниченная в своем распространении и встречается в каком-либо одном месте (географической области)

Изменение видового состава биоценоза, сопровождающегося повышением устойчивости сообщества, называется сукцессией

Факторы среды, взаимодействующие в биогеоценозе — абиотические и биотические

Национальный парк – это территории, исключенные из хозяйственной деятельности с целью сохранения природных комплексов, имеющих особую экологическую, историческую, эстетическую ценность, а также используемые для отдыха и в культурных целях.

Памятники природы — это уникальные или типичные, ценные в научном, культурно-познавательном или эстетическом отношении природные объекты (рощи, озера, старинные парки, живописные скалы и т.д.)

Трофические цепи и уровни

Экосистема А. Тенсли

Экологическая система – совокупность сообщества (биоценоза) и среды обитания, находящиеся в закономерной взаимосвязи друг с другом. Примером, экосистемы должна быть, озеро, капля воды, космический аппарат и т.д.

Термин ʼʼэкосистемаʼʼ и ʼʼбиогеоценозʼʼ близки друг к другу, но не являются синонимами. Экологическая система есть любая совокупность организмов и окружающая их среда. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, экосистема — ϶ᴛᴏ и капля воды с ее микробным населением, и лес, и горшок с цветком, и космический пилотируемый корабль, и сооружение для биологической очистки сточных вод (аэротенк, биофильтр). Под определение биогеоценоза они не попадают, так как им не свойственны многие признаки этого определения, и в первую очередь такой элемент как ʼʼгеоʼʼ – Земля. Биогеоценозы — ϶ᴛᴏ природные образования.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, понятие ʼʼэкосистемаʼʼ шире, чем ʼʼбиогеоценозʼʼ. Любой биогеоценоз является экосистемой, но не всякая экосистема есть биогеоценоз.

Основная функция биогеоценозов (экосистем) – поддержание круговорота веществ в биосфере, она базируется на пищевых взаимоотношениях видов. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, в биогеоценозе образуется цепь последовательной передачи вещества и эквивалентной ему энергии от одних организмов к другим (см. рис. 4.1). Такую цепь называют трофической (греч. трофи – питаюсь).

При всем многообразии видов, входящих в состав различных сообществ, каждый биоценоз включает представителей всех трех принципиальных экологических групп организмов – продуцентов, редуцентов и консументов.

В конкретных биоценозах продуценты, консументы и редуценты представлены популяциями многих видов, состав которых специфичен для каждого отдельного сообщества.

Функционально же все виды распределяются на несколько групп исходя из их места в общей системе круговорота веществ и потока энергии.

Равнозначные в данном смысле виды образуют определенный трофическийуровень , а взаимоотношения между видами различных уровней – систему цепей питания.

1. Продуценты (лат. producentis — производящий) — ϶ᴛᴏ живые организмы, которые способны синтезировать органические вещества из неорганических составляющих с использованием внешних источников энергии.

Продуценты делятся на:

Фотоавтотрофов;
Хемоавтотрофов.

Рис. 4.1 Упрощенная схема переноса вещества и энергии в процессе биологического круговорота.

Фотоавтотрофы – используют для синтеза солнечную энергию в части спектра, с длинной волны (380-710 нм).

Это зеленые растения (хлорофиллоностные), а также цианобактерии (сине-зеленые – ʼʼводорослиʼʼ).

Хемоавтотрофы – используют энергию химических связей.

К ним относятся: прокариоты (бактерии, архебактерии и некоторые сине-зеленые). Химическая энергия высвобождается в процессе окисления минеральных веществ.

2. Консументы (от лат. consumo – потреблять, съедать) – живые существа, неспособные строить свое тело на базе использования неорганических веществ, требуются поступление органического вещества извне, за счёт продуцентов, синтезированных продуцентами.

Подразделяются на:

– консументы 1-го порядка – питаются непосредственно продуцентами.

– консументы 2-го порядка – питаются консументами 1-го порядка.

На этом трофическая цепь не всегда заканчивается, и вторичный консумент может служить источником питания для консументов 3-го порядка и т.д.

Цепи бывают относительно простыми (ʼʼосинаʼʼ — ʼʼзаяцʼʼ — ʼʼлисаʼʼ) и более сложными (ʼʼтраваʼʼ — ʼʼнасекомоеʼʼ — ʼʼлягушкаʼʼ — ʼʼзмеяʼʼ — ʼʼястребʼʼ).

Основная функция консументов: поддерживать устойчивость биологического круговорота. Для устойчивого функционирования экосистем важен принцип разнообразия.

3. Редуценты (от лат. reducents – восстанавливающий, возвращающий) – живые организмы, которые разлагают органические остатки всех трофических уровней продуцентов и консументов до минерального вещества.

В процессе питания на всех трофических уровнях образуются ʼʼотходыʼʼ. Зеленые растения ежегодно частично или полностью сбрасывают листья.

Какова роль продуцентов в естественных и искусственных экосистемах?

Значительная часть организмов по тем или иным причинам постоянно отмирает.

В итого все созданное органическое вещество должно заменится в результате минерализации. По этой причине, основная функция редуцентов (а это бактерии, грибы, простейшие, мелкие беспозвоночные) являются разложение ʼʼотходовʼʼ до минеральных веществ. Интенсивность минерализации во многом зависит от температуры, влажности и других факторов.