Основные компоненты экосистем

В число основных компонентов экосистем входят вода, двуокись углерода, различные неорганические вещества, кислород (в большинстве случаев) и разные виды организмов (рис. 5.2). Кроме того, экосистемы должны непрерывно снабжаться энергией.

Энергия. Энергетический кризис, который пришлось пережить многим странам в середине семидесятых годов, ясно показал, что в функционировании си-

Рис. 5.2. Всем экосистемам необходима вода, неорганические вещества (в конечном итоге происходящие из материнских пород), живые организмы и источник энергии, обычно солнечный свет.
стемы во всех ее звеньях, будь то отдельный организм, человеческое общество или экосистема, важнейшую роль играет энергия. Энергия существует в различных формах и способна переходить из одной формы в другую. Например, на электростанции происходит превращение химической энергии, заключенной в каменном угле или нефти, в электрическую энергию, которая в свою очередь может перейти в световую энергию электрической лампочки.
Такие превращения энергии подчиняются физическим законам, известным под названием законов термодинамики. Первый закон термодинамики гласит, что при всех таких превращениях энергия не возникает и не исчезает; общее количество энергии остается неизменным. Однако, согласно второму закону термодинамики, при каждом таком превращении некоторое количество полезной энергии переходит в бесполезную тепловую энергию. Например, электрическая лампочка, вскоре после того как ее включили, нагревается, а электростанция сбрасывает огромные количества ненужного тепла в реку или озеро, вода которых используется для охлаждения турбин. Поэтому всякий раз, когда энергия переходит из одной формы в другую, количество полезной энергии уменьшается. При каждом переходе сохраняется лишь небольшая доля полезной энергии, имевшейся на предыдущей стадии, так что после всего лишь нескольких переходов количество полезной энергии может сильно сократиться (некоторые примеры приводятся в дальнейших разделах этой главы).
На житейском языке законы термодинамики можно выразить следующим образом:
Первый закон: нельзя выиграть больше, чем вложил.
Второй закон: нельзя даже «остаться при своих».
Эти законы приложимы как к живым организмам, так и к неживым системам.
Энергия и вещество в экосистемах. Солнце служит изначальным источником энергии почти для всего живого на Земле. Энергия солнечного света поступает в сообщество живых организмов через посредство зеленых растений,




которые наряду с некоторыми бактериями и протистами обладают способностью к фотосинтезу. В процессе фотосинтеза зеленые растения используют энергию солнечного света для превращения двух простых соединений с низким содержанием энергии (двуокись углерода и вода) в более сложные органические соединения, в которых часть солнечной энергии запасена в форме химической энергии. В процессе фотосинтеза в качестве побочного продукта образуется кислород. Для осуществления фотосинтеза и создания сложных органических веществ зеленым растениям необходимы не только солнечный свет, вода и двуокись углерода, но и небольшие количества некоторых минеральных элементов, растворенных в воде, окружающей водные растения, или в почвенной влаге, окружающей корни наземных растений.
Органические вещества, образующиеся в процессе фотосинтеза, могут затем служить источником энергии для самого растения или же для какого-либо организма, который поедает это растение и тем самым присваивает питательные вещества, содержащиеся в растении, используя их для удовлетворения собственных потребностей.

Высвобождение заключенной в пище энергии происходит в процессе дыхания. Для дыхания необходим кислород, а в результате этого процесса образуется энергия (частично это полезная энергия, которую можно использовать на совершение работы, а частично бесполезная тепловая энергия), двуокись углерода и вода-исходные продукты фотосинтеза! Комплементарный характер фотосинтеза и дыхания можно выразить в виде двух уравнений (стрелка обозначает «продуцирует» или «дает»):
Фотосинтез:
Двуокись углерода + Вода + Энергия -» Органические вещества + Кислород
Дыхание:
Органические вещества 4- Кислород -» Двуокись углерода + Вода + Энергия (Химизм этих процессов подробно описан в гл. 11 и 12.)

Органические вещества-это не только источник энергии, но также и материал, используемый организмом для построения своих тканей. Итак, мы видим, что вещество и энергия в процессе фотосинтеза образуют единое целое; продукты фотосинтеза могут переходить от зеленых растений к другим организмам, составляющим данную экосистему. В конечном счете, однако, продукты фотосинтеза расщепляются в процессе дыхания, а высвобождающаяся при этом энергия используется, вероятно, для одного из процессов, перечисленных в табл. 5.1. Химические компоненты пищи-двуокись углерода, вода
Таблица 5.1. Некоторые вилы активности организмов, требующие затраты энергии
Получение питательных веществ и энергии
Поддержание целостности организма и его функций
Перенос материалов в пределах организма
Реакции на внешние раздражители
Движение
Развитие
Рост
Размножение и неорганические вещества - могут вновь использоваться зелеными растениями, так что вещество в данной экосистеме может совершать бесконечный круговорот. Однако содержащаяся в пище энергия не совершает круговорота, а шаг за шагом превращается в бесполезную тепловую энергию (рис. 5.4). Поэтому экосистеме необходим постоянный приток энергии извне.
Экосистемы, знакомые практически каждому,-это пастбищные экосистемы, в которых основным источником пищи служат живые зеленые растения. Однако некоторые экосистемы почти совсем или совсем лишены света, а поэтому живых растений в них очень мало или нет вообще. Примерами служат морское дно на больших глубинах или сильно затененный лес, а также лесные озера или ручьи. В этих детритных экосистемах источником пищи служат зеленые растения, растущие на более освещенных участках. Организмы, обитающие в лесных ручьях, питаются за счет листьев и веток, падающих с растущих над ними деревьев. Что касается обитателей глубин океана, то они также питаются за счет мертвых организмов, опускающихся вниз из верхних слоев воды. Однако и для них первичным источником энергии служит
Рис. 5.4. Суммарный поток энергии (цветные стрелки) и веществ (черные стрелки) в экосистеме. При каждом превращении энергии некоторое количество полезной энергии (в данном случае световой и химической) переходит в бесполезную тепловую энергию.


Рис. 5.5. Важнейшими живыми компонентами дуценты (Б) как, например, это белое кораллолюбой экосистемы служат продуценты травя- видное плодовое тело рогатика, растущего на нистые растения, кустарники и деревья (Л) и ре- лесной подстилке. (William Camp)


Солнце. Некоторые бактерии для создания необходимой им пищи используют не энергию солнечного света, а энергию, высвобождающуюся при химических реакциях (см. разд. 3.1). На долю этих продуцентов приходится, однако, очень незначительная часть общего количества энергии, связываемой живыми организмами всего земного шара; если бы Солнце завтра погасло, то жизнь в ее нынешнем виде прекратилась бы довольно быстро. 

Еще по теме Основные компоненты экосистем:

1. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ В РАЗЛИЧНЫХ КОМПОНЕНТАХ ЭКОСИСТЕМ СУШИ
2. Технология производства и объем выпуска продукции. Отходы производства и их влияние на основные компоненты биогеоценоза
3. Эволюция островных экосистем. Динамика видового состава экосистем
4. Свойства компонентов навоза
5. Соотношение врожденных и приобретенных компонентов поведения
6. Глава II БИОСФЕРА, ЕЕ КОМПОНЕНТЫ И ФУНКЦИИ
7. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ, ВЫНОС МИНЕРАЛЬНЫХ И ОРГАНИЧЕСКИХ КОМПОНЕНТОВ ВОДАМИ ОЛИГОТРОФНЫХ БОЛОТНЫХ МАССИВОВ
8. 8.8.2. Вклад социальной и биологической компонент в общую смертность в историческом времени и в разных популяциях
9. Раздел IV ЭВОЛЮЦИЯ ЭКОСИСТЕМ
10. Методы изучения эволюции экосистем
11. Структура и устойчивость экосистем
12. Отбор экосистем
13. 13* Эволюция экосистем