Редуценти й детритофаги. Детритні харчові ланцюги

Зміст

      Вступ

     Будь-який біоценоз являє собою сукупність величезної кількості організмів, різних за морфологічною природою, типом  харчування, біологічними особливостями. Однак все різноманіття організмів можна звести до трьох груп за їхнім функціональним значенням: продуценти; консументи; редуценти.

     Щільність редуцентів та інтенсивність їхньої діяльності залежать від зовнішніх  умов. За Полярним колом, де короткий вегетаційний період і низькі літні температури, діяльність редуцентів обмежена, тому в листяних лісах накопичується потужний (до 1,5 м) шар підстилки, що не розклався. У середніх і південних широтах підстилки в лісових біоценозах практично немає, оскільки умови для діяльності редуцентів сприятливі, і вони повністю її переробляють.

     Ось чому недоцільно забирати листя в  міських посадках, якщо вона не засмічує територію. Адже це органічне добриво, яке ніколи не вноситься під рослини  в міських умовах, а навпаки, видаляється.

     Всі три групи організмів однаково важливі  для повноцінної життєдіяльності  біоценозів, і в природі між  ними здійснюється постійна взаємодія. Проте слід зазначити, що без продуцентів  не було б ні консументів, ні редуцентів. Тільки продуценти зв'язують сонячну енергію, що і є основою існування всього живого.

     Саме  з урахуванням важливості всіх організмів екосистеми  вчені зараз пропонують охороняти не окремі види тварин або  рослин, а цілі біоценози й ландшафти, тому що збереження всього комплексу організмів забезпечить збереження кожного з них. Вирощування рідких видів поза їхньою природною обстановкою, у розплідниках і ботанічних садах не є вирішенням проблеми охорони рослин і тварин.

      1. Біотичні  компоненти екосистеми

     Основні типи організмів, які формують живі, або біотичні, компоненти екосистеми, прийнято поділяти за переважним способом харчування на продуцентів, консументів і редуцентів.

     У ході еволюції на Землі виникло два  основних типи харчування - автотрофне й гетеротрофне.

     Автотрофи - це продуценти (виробники) органічної речовини з неорганічної. Рослини  й деякі бактерії здатні перетворювати  сонячну енергію в процесі  фотосинтезу й створювати (синтезувати) органічні речовини, які гетеротрофи  використовують як їжу. При цьому продуценти споживають із атмосфери вуглекислий газ, утворений у процесі життєдіяльності гетеротрофів, і виділяють кисень.

     Гетеротрофи, у свою чергу, виконують в екосистемі роль консументів і редуцентів.

     Консументи - споживачі органічної речовини. Травоїдні тварини вживають рослинну їжу, а м'ясоїдні - тваринну. У результаті процесу травлення, що протікає в організмах консументів, відбувається первинне здрібнювання й розкладання органічної речовини. Це полегшує подальшу діяльність редуцентів.

     Редуценти - це організми, що остаточно розкладають органічні речовини, які містяться у відходах і трупах консументів і продуцентів. До редуцентів відносять бактерії й гриби. У процесі життєдіяльності цих організмів відновлюються мінеральні речовини, які знову використовують продуценти.

     Таким чином, в екосистемі виділяють три  функціональні групи організмів: продуценти, консументи, редуценти. Кожна  функціональна група в екосистемі представлена не одним, а декількома видами. Це гарантує екосистемі тривале, стабільне існування.

     Спеціалізація живих форм як виробників і споживачів їжі створює в біологічних  співтовариствах певну енергетичну  структуру, яка називається трофічною  структурою (від грец. trophe - харчування), у межах якої відбуваються перенесення  енергії й кругообіг поживних речовин. Перенесення енергії і їжі від її джерела - автотрофів (рослин) - через ряд організмів відбувається по харчовому ланцюгу: шляхом поїдання одних організмів іншими. Харчовий ланцюг - це ряд видів або їхніх груп, кожна попередня ланка в якому служить їжею для наступних. При кожному черговому перенесенні більша частина (80-90 %) потенційної енергії втрачається, переходячи в тепло. Тому чим коротше харчовий ланцюг (чим ближче організм до її початку), тим більша кількість енергії, доступної для популяції. Харчові ланцюги можна розділити на два основних типи: пасовищний ланцюг, що починається із зеленої рослини і йде далі до травоїдних тварин (тобто до організмів, що поїдають живі рослинні клітини або тканини) і до хижаків (організмів, що поїдають тварин), і детритний ланцюг, який від мертвої органічної речовини йде до мікроорганізмів, а потім до детритофагів і до хижаків. Харчові ланцюги не ізольовані один від одного, а тісно переплітаються один з одним, утворюючи так звані харчові сітки.

     Харчова сітка - умовне образне позначення трофічних взаємин консументів, продуцентів і редуцентів у співтоваристві (рис. 1). У складних природних співтовариствах організми, що одержують свою енергію від Сонця через однакову кількість щаблів, уважаються приналежними до одного трофічного рівня.

     Кожен компонент трофічного ланцюга називається  трофічним рівнем. Трофічний рівень - сукупність організмів, що одержують перетворену в їжу енергію Сонця й хімічних реакцій (від автотрофів) через однакове число посередників трофічного ланцюга, тобто що займають певне положення в загальному ланцюзі харчування. Так, зелені рослини займають перший трофічний рівень (рівень продуцентів), травоїдні - другий (рівень первинних консументів), первинні хижаки, ті, що поїдають травоїдних, - третій (рівень вторинних консументів), а вторинні хижаки - четвертий (рівень третинних консументів). Ця трофічна класифікація відноситься до функцій, а не до видів як таких. Популяція даного виду може займати один або кілька трофічних рівнів, дивлячись по тому, які джерела енергії вона використовує. Замикають цей біологічний кругообіг, як правило, редуценти або деструктори (мікроорганізми, бактерії), що розкладають органічні залишки.

     Рис. 1. Харчова сітка 

     На  рис. 2 показані основні трофічні рівні  в наземних й морських екосистемах, причому в останніх харчові ланцюги завжди довші. Консументи - це не просто пасивні "їдоки", що входять у харчовий ланцюг. Вони, задовольняючи свої потреби в енергії, часто через систему позитивного зворотного зв'язку діють на трофічні рівні, що перебувають вище. Наприклад, в Африці виїдання рослинності саван величезними чередами антилоп, поряд з пожежами під час посушливого сезону, збільшує швидкість повернення елементів харчування в ґрунт. У наступний дощовий сезон підсилюється відновлення трави й збільшується її продукція. Відомий цікавий приклад впливу консументів на продуценти морської екосистеми. Цікаві краби, що харчуються на морських маршах водоростями й детритом, декількома способами "доглядають" за своїми кормовими травами. Риючи ґрунт, краби підсилюють циркуляцію води навколо коріння трави й вносять глибоко в анаеробну зону узбережжя кисень і поживні речовини. Постійно переробляючи багаті на органіку донні іли, на яких вони харчуються, краби поліпшують умови для росту й розвитку бентосних водоростей.

     Рис. 2. Основні трофічні рівні в наземних й морських екосистемах

     Трофічну  структуру можна зобразити графічно у вигляді екологічних пірамід, основою яких служить перший рівень (рівень продуцентів), а наступні рівні  утворюють поверхи й вершину піраміди.

     Екологічна  піраміда - це співвідношення між продуцентами, консументами й редуцентами в  природних екосистемах, виражене в  їхній масі у вигляді графічних  моделей. Ефект піраміди у вигляді  таких моделей розробив Чарльз Ельтон (1927). Екологічні піраміди можна віднести до трьох основних типів: 1) піраміда чисел - відображає кількість окремих організмів по трофічних ланцюгах, причому чисельність особин при русі продуцентів до консументів різного порядку значно зменшується; 2) піраміда біомас - показує співвідношення різних організмів по харчових ланцюгах у даній екосистемі; 3) піраміда енергії - дані величини потоку енергії через послідовні трофічні (харчові) рівні, тобто ця піраміда відображає картину швидкостей проходження маси їжі через трофічний ланцюг і т.д. Всі ці основні типи екологічної піраміди показують закономірне зниження всіх показників з підвищенням трофічного рівня живих організмів. На кожному трофічному рівні спожита їжа асимілюється не повністю, тому що значна її частина втрачається, витрачається на обмін речовин, тому продукція організмів кожного попереднього рівня завжди менше, ніж наступного. У зв'язку із цим у наземних екосистемах вага продуцентів (на одиницю площі й абсолютно) більша, ніж консументів, консументів першого порядку більше, ніж консументів другого порядку й т.д. Тому графічна модель має вигляд піраміди. У деяких водних екосистемах, що відрізняються винятково високою біологічною продуктивністю продуцентів, піраміда біомас може бути оберненою, тобто біомаса продуцентів у них менша, ніж консументів, а іноді й редуцентів.

      2. Харчові  ланцюги й трофічні  рівні в екосистемі: продуценти й консументи

     Вище  ми розглянули, що органічні молекули, синтезовані автотрофами, служать  джерелом харчування (речовини й енергії) для гетеротрофних тварин. Цих тварин у свою чергу поїдають інші тварини й таким шляхом відбувається перенесення енергії через ряд організмів, де кожен наступний харчується попереднім. Така послідовність називається харчовим ланцюгом, а кожна ланка ланцюга відповідає певному трофічному рівню (від грец. troph - їжа). Перший трофічний рівень завжди складають автотрофи, які називаються продуцентами (від лат. producere - виробляти). Другий рівень - це травоїдні (фітофаги), яких називають консументами (від лат. consumo - «пожираю») першого порядку; третій рівень (припустимо, хижаки) - консументи другого порядку й т.д.

     В екосистемі зазвичай буває 4-5 трофічних  рівнів і рідко більше 6. Частково це обумовлено тим, що на кожному з  рівнів частина речовини й енергії втрачається (неповне поїдання їжі, дихання консументів, «природна» загибель організмів і т.п.). Однак, судячи з результатів недавніх досліджень, довжина харчових ланцюгів обмежується й іншими факторами. Можливо, істотну роль відіграють доступність їжі й територіальна поведінка, що знижує щільність розселення організмів, а, отже, і чисельність консументів вищих порядків у конкретному місцеперебуванні. За існуючими оцінками, у деяких екосистемах до 80% первинної продукції не споживається фітофагами. Мертвий рослинний матеріал стає здобиччю організмів, що харчуються детритом (детритофагів) або редуцентів (деструкторів). У такому випадку говорять про детритных харчові ланцюги. Детритні харчові ланцюги переважають, наприклад, у дощових тропічних лісах.

     Продуценти (від лат. ptoducentis - виробляючий) - це живі організми, які здатні синтезувати органічну речовину з неорганічних складових з використанням зовнішніх джерел енергії. (Відзначимо, що одержання енергії ззовні - загальна умова життєдіяльності всіх організмів; по енергії всі біологічні системи - відкриті) Їх називають також автотрофами, оскільки вони самі постачають себе органічною речовиною. У природних співтовариствах продуценти виконують функцію виробників органічної речовини, що накопичується в тканинах цих організмів. Органічна речовина служить і джерелом енергії для процесів життєдіяльності; зовнішня енергія використовується лише для первинного синтезу.

     Всі продуценти за характером джерела енергії  для синтезу органічних речовин  підрозділяються на фотоавтотрофів і хемоавтотрофів. Перші використовують для синтезу енергію сонячного випромінювання в частині спектра з довжиною хвилі 380-710 нм. Це головним чином зелені (хлорофіллоносні) рослини, але до фотосинтезу здатні й представники деяких інших царств органічного світу. Серед них особливе значення мають ціанобактерії (синьозелені «водорості»), які, очевидно, були першими фотосинтетиками в еволюції життя на Землі. Здатні до фотосинтезу також багато бактерій, які, щоправда, використовують особливий пігмент - бактеріохлорин - і не виділяють при фотосинтезі кисень. Основні вихідні речовини, які використовуються для фотосинтезу, - діоксид вуглецю й вода (основа для синтезу вуглеводів), а також азот, фосфор, калій й інші елементи мінерального харчування.

     Створюючи органічні речовини на основі фотосинтезу, фотоавтотрофи, таким чином, зв'язують використану сонячну енергію, як би запасаючи її. Наступне руйнування хімічних зв'язків веде до вивільнення такої «запасеної» енергії. Це стосується не тільки використання органічного палива; «запасена» у тканинах рослин енергія передається у вигляді їжі по трофічних ланцюгах і є основою потоків енергії, що супроводжують біогенний кругообіг речовин.

     Хемоавтотрофи в процесах синтезу органічної речовини використовують енергію хімічних зв'язків. До цієї групи належать тільки прокаріоти: бактерії, архебактерії й частково синьозелені. Хімічна енергія вивільняється в процесах окислювання мінеральних речовин. Екзотермічні окисні процеси використовуються нітритобактеріями (окисляють аміак до нітритів, а потім до нітратів), залізобактеріями (окислювання закисного заліза до окісного), сіробактеріями (сірководень до сульфатів). Як субстрат для окислювання використовується також метан, СО і деякі інші речовини.