Что такое экологическая система?
Экологическая система. Можно сказать, что особь — это единица жизни. Совокупность особей одного вида образует популяцию этого вида. А совокупность популяций разных видов, проживающих на общей территории, образует уже более сложное сообщество организмов — ценоз. Ведь, как мы знаем, по-гречески «ценоз» — это и есть сообщество. Мы уже знаем фитоценоз, зооценоз и другие ценозы. Но сообщества организмов живут на общей территории не сами по себе. Они тесно взаимодействуют между собой и с окружающей их неживой Природой. Совокупность ценозов, проживающих на общей территории или общем пространстве и тесно взаимодействующих между собой и с неживой Природой, называется биогеоценозом или экологической системой. Часто сокращают и говорят просто: экосистема. Вот видите, какую биологическую цепочку мы построили:
ОСОБЬ + ОСОБЬ + ОСОБЬ + ... = ПОПУЛЯЦИЯ ПОПУЛЯЦИЯ + ПОПУЛЯЦИЯ + ПОПУЛЯЦИЯ + ... = = ЦЕНОЗ = СООБЩЕСТВО ЦЕНОЗ + ЦЕНОЗ + ЦЕНОЗ + ... = = БИОГЕОЦЕНОЗ = ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА.
Конечно, в Природе эти цепочки гораздо более сложные, чем нами нарисованные. Ведь популяция состоит не из трех, а из гораздо большего числа особей. А ценоз состоит не из трех, а из многих популяций. А вот в каждый биогеоценоз обязательно входят фитоценоз, зооценоз, бактериоценоз и микоценоз.
Много ли на Земле экосистем?
Экосистемы на Земле сформировались в результате длительной эволюции. Они заполняют участки суши или водоемов. На Земле множество экосистем. В океане своя, в лесу своя, в поле своя, в озере или реке своя и, даже, в гниющем пеньке своя собственная экосистема. А вся живая и неживая Природа Земли образует глобальную экосистему. Экология как раз и исследует природные экосистемы и влияние, которое оказывает на них человек.
Как «работает» экосистема? Несмотря на многообразие экосистем, все они имеют общие особенности. В экосистеме каждое растение или животное дополняет всех остальных и не может без остальных прожить. Поэтому дикие животные чувствуют себя неуютно в зоопарке — им не хватает привычного окружения, и они чувствуют себя оторванными от своих экосистем. Попробуйте-ка всю жизнь прожить в клетке! Посмотрим, как «работают» экологические системы.
Рисунок 19. Экологическая система в нашем лесу
Экосистема леса. Рассмотрим экосистему леса умеренных широт. В основе любой экосистемы лежат растения — автотрофы. Как мы знаем, растения фотосинтезируют: на свету из минеральных веществ создают органическое. Посмотрите на рисунок 19. Как только органическое вещество создано — тут как тут любители зеленых листочков — травоядные и всеядные животные. Все они — гетеротрофы и с удовольствием едят то, что сделали растения. Кто же листочков зеленых не любит? Но на каждом шагу травоядных животных подстерегают хищники.
В «нашем» лесу это — волки, лисы и рыси. Кстати, летом лиса большую часть времени тратит на строительство норы, изучение окрестности и воспитание лисят. И только 4 часа в день на добывание пищи. Но и этого времени оказывается достаточно. Чуть замешкался заяц — и пиши пропало! Но ведь и хищники не бессмертны. Проживут свое и умрут. А после смерти органические вещества, из которых состоят их тела, бактерии-сапрофиты (вспомните, кто это такие?) разложат и превратят в минеральные вещества. Тоже самое бактерии сделают и с другими умершими организмами, и с опавшими листьями, да и с любым плохо лежащим органическим веществом. Такой процесс мы и называем гниением. 1 куб. см лесной почвы может содержать несколько миллионов бактерий! В любой экосистеме бактерии играют великую роль, противоположную растениям. Они перерабатывают органические вещества в минеральные. Этот протекающий в экосистеме процесс называется минерализацией. Недаром выдающийся французский микробиолог Луи Пастер назвал бактерии «великими могильщиками в природе». При минерализации выделяется большое количество тепла. Это высвобождается энергия связей органических соединений. Кстати, многие животные не теряются и используют это тепло. Например, крокодилы стараются отложить яйца на кучи гниющих разлагающихся растений. То же самое делают многие насекомые, например многие виды мух. А уж потом переработкой создаваемых бактериями минеральных веществ опять займутся растения, превращая их в органические. И опять все пойдет по кругу. Рассмотрите повнимательней рисунок 19.
Экосистема водоема. Также устроена любая экосистема. Например, в экосистеме водоема фитопланктон и водоросли из минеральных веществ на свету производят органические вещества. Зоопланктон и некоторые рыбы питаются фитопланктоном и водорослями. В свою очередь, хищные рыбы питаются зоопланктоном и тоже рыбами. А хищными рыбами с удовольствием питаются более крупные хищные рыбы и водоплавающие птицы. И завершают круговорот веществ опять бактерии, минерализующие органическое вещество, то есть преобразуют органическое вещество умерших рыб и растений в минеральное. Большинство бактерий обитает на дне водоема. Ведь именно сюда погружаются из верхних слоев умершие организмы. Поэтому в донных отложениях часто обнаруживаются сильные источники тепла. Это бактерии занимаются своим привычным делом — минерализацией органического вещества.
Почему львы не живут в Европе, а березы не растут в Африке?
Биогеографические зоны. Теперь мы знаем, что в основе любой экосистемы лежат сообщества растений. Каждому фитоценозу необходимо определенное количество тепла, света и влаги. Но тепло, свет и влага на Земле меняются с изменением климатических зон или поясов. Вернитесь назад, посмотрите рисунок 10 и вспомните, как меняются на Земле климат и климатические зоны. Поэтому-то в результате длительной эволюции в разных климатических зонах планеты образовались разные фитоценозы. Каждый фитоценоз Земли населен своими травоядными, всеядными и хищными животными. И именно поэтому в каждом климатическом поясе образовалась своя экологическая система. Такие крупные экологические системы, занимающие территории с более или менее одинаковым климатом, называют биогеографическими зонами или биогеографическими поясами. Посмотрим, как они меняются.
Влажные экваториальные и тропические леса. На экваторе и в тропических широтах Африки, Азии, Австралии и Америки растут влажные вечнозеленые экваториальные тропические леса — джунгли. Их нет только в Европе и Антарктиде. Джунгли занимают половину площади всех лесов на Земле. Тепла, света и влаги здесь круглый год достаточно. Поэтому в джунглях настоящее царство растений и животных. Посмотрите в таблицу 12. В джунглях встречаются 8000 видов растений: пальмы и баобабы, лианы и пробковые, железные и финиковые деревья. По сравнению с другими биогеографическими зонами в джунглях самые большие биомассы растений и животных. На 1 кв. км здесь приходится 45 тысяч тонн растений и почти 20 т животных! Кого здесь только нет! У растущей здесь нашей знакомой раффлезии самый большой в мире цветок. Его поперечный размер — 1.5 м, а вес несколько килограммов! Попробуй такой цветочек подарить! Кстати, в цветках многих тропических растений возникает очень высокая температура, достигающая 50 С! Растет раффлезия только там, где бродят огромные слоны, помогающие раффлезии размножаться. Как? Созревший плод этого растения наполнен полужидкой массой, содержащей семена.
Биогеографическая зона | Число видов растений | Биомасса на 1 кв. км (растений) | Биомасса на 1 кв. км (животных) |
Влажные экваториальные и тропические леса | 8000 | 45000 т | 19400 кг |
Саванны | 3000 | 4000 т | 14700 кг |
Тропические пустыни | 600 | 20 т | 8 кг |
Лиственные и смешанные леса | 2000 | 30000 т | 15700 кг |
Тайга | 1500 | 20000 т | 5800 кг |
Тундра | 500 | 625 т | 4400 кг |
Слон наступает на плод и давит его. Клейкая масса прилипает к его ногам, и семена вместе со слоном отправляются в путь. Когда слон споткнется, семена от толчка разлетаются, постепенно прорастают, и новая раффлезия начинает жизнь на новом месте. Иногда кажется, что пышная растительность джунглей порождает и великолепные цветущие растения. На самом деле это не так, и цветок раффлезии скорее исключение, чем правило. По мере того, как растительность становится все более и более обильной, цветы становятся все невзрачнее и незаметнее. Экваториальный и тропический лес слишком темен для развития ярких цветов. Огромные листья высоких, близко растущих друг к другу деревьев не дают солнечному лучу добраться до поверхности. И днем в джунглях бывает темно, как в сумерках. Не случайно в джунглях почти нет кустарников — низкорослому кустарнику не хватает света. Кстати, это правило справедливо также по отношению к растительности умеренной и холодной климатических зон: чем гуще лес — тем меньше кустарников. Чем гуще кустарник — тем меньше травы. В джунглях свои травоядные и всеядные животные. Это и полчища птиц, начиная от крошечной колибри и кончая огромными попугаями, слоны, обезьяны, бегемоты. Здесь же обитают знакомые нам пауки-птицееды. А из хищников еще — пантеры, ягуары, крокодилы, змеи и многие другие. В Азии к ним добавляются еще и тигры.
Саванны и прерии.
При тропическом засушливом климате тоже тепло, но влаги уже не так много, как в джунглях. В Африке эти биогеографические зоны называют саваннами, а в Америке — прериями. Недостаток влаги обедняет фитоценоз. Здесь можно встретить только около 3000 видов растений, а их биомасса уменьшается по сравнению с джунглями в 11 раз! Посмотрите в таблицу 12. В саваннах и прериях настоящее Царство трав и кустарников. Конечно, и зооценоз здесь другой. Кто питается травами и кустарниками? Травоядные парнокопытные животные: зебры, антилопы. Ведь чтобы прокормиться здесь травоядным животным надо оббегать большие территории. Здесь же слоны, носороги, жирафы, страусы, павлины, множество грызунов и насекомых. А в Австралии еще кенгуру и собака динго. И хищников хватает. Это царь зверей — лев, а также гепарды, ягуары и многие другие.
Тропические полупустыни и пустыни.
Здесь влаги уже совсем мало. Поэтому число произрастающих здесь видов растений резко уменьшается. Беднеет фитоценоз — беднеет и зооценоз. Посмотрите опять в таблицу 12. Но тропические полупустыни и пустыни — родина диковинных кактусов, ящериц, черепах, мелких грызунов, множества змей. Среди растущих здесь удивительных кактусов есть великаны высотой 18 — 20 м, а есть и карлики высотой не более 1.5 см. Многие растения имеют разветвленные корни, которые тянутся под поверхностью земли на 15 — 20 м. Такие корни нужны, чтобы добывать из глубин влагу. Но еще корни удерживают растение на занятом месте во время песчаных бурь. Никакие бури им не страшны! Растения и животные, приспособившиеся жить в этих местах, научились обходиться малым количеством воды. Вспомните верблюда! Большинство животных, спасаясь от дневной жары, ведет здесь ночной образ жизни. А некоторые, когда бывает особенно жарко, впадают в летнюю спячку. Почти также как, спасаясь от холода, впадают в зимнюю спячку многие обитатели холодных климатических зон.
Лиственные и смешанные леса.
При умеренном климате становится холоднее, но влаги становится больше. Поэтому на смену пустыням и полупустыням приходят леса умеренных широт. Сначала появляются лиственные, а затем на смену им и смешанные леса. Посмотрите в таблицу 12. В этих лесах встречается около 2000 видов растений. Из широколиственных деревьев это дуб, ясень, клен, ольха, береза. Много здесь разных трав и кустарников. Все эти растения не очень теплолюбивые: у экватора и в тропиках им было бы слишком жарко. Увеличилась биомасса фитоценоза, возросла биомасса зооценоза. Обитающие здесь травоядные животные это лоси, олени, зайцы и другие. Всеядные животные — медведи, ежи, многие виды птиц. И, конечно, без хищников не обойтись. Это лисы, барсуки, еноты, волки и другие. Зимой, когда холодно и корма маловато, многие животные впадают в зимнюю спячку. Медведь, например, заранее ищет и подготавливает берлогу, и спит там без задних ног всю зиму! И, конечно, львов, обезьян и жирафов здесь уже не встретишь. Ведь им здесь слишком холодно.
Тайга. Если путешествовать из зоны смешанных лесов в сторону полюса, то скоро нам встретится другая биогеографическая зона — сплошной хвойный лес — тайга. Это царство елей, сосен, кедров, пихт и лиственниц. Тайга занимает огромные пространства на севере России и Америки. Разнообразие растений здесь почти такое же, как в лиственных и смешанных лесах. Посмотрите в таблицу 12. Да и биомассы растений и животных здесь немаленькие. Разве что шубы у таежных обитателей потеплее. Теплолюбивые олени и косули в тайге уже не живут. Зато на смену им появляются новые обитатели — белки, рыси, норки, песцы, бобры, тетерева.
Тундра. Еще ближе к полярному кругу начинается полярная полупустыня — тундра. Света, влаги и, особенно, тепла здесь становится опять мало. Поэтому деревьев в тундре мы уже не встретим. Однако биомассы растений и животных здесь в десятки раз больше, чем в тропических полупустынях и пустынях! Посмотрите опять в таблицу 12. На 1 кв. км тундры приходится 625 т растений и почти 5 т животных. Тундра — это царство мхов, лишайников, ягодных кустарников и грибов. Вот где осенью грибы да ягоды собирать! Но вот что интересно. Недавно японские ученые в антарктической тундре обнаружили ранее неизвестный дикорастущий рис! Во время короткой северной весны и лета тундра оживает. Огромные стаи перелетных птиц летят сюда с юга и устраивают птичьи базары, как их иногда называют. Но есть и постоянные тундровые жители — полярная сова, песец, полярные волки и северные олени. Да и белый полярный медведь наведывается сюда в гости.
Полярные пустыни. Еще севернее тундра переходит в полярную пустыню. Здесь вечные льды. Но и здесь есть постоянные обитатели. В Арктике это — тюлени, моржи и белые медведи. А в южном полушарии, в Антарктиде, — пингвины. Тюлени и моржи питаются рыбой. Они прекрасно плавают и большую часть времени проводят в воде. А белый медведь — хищник. Его излюбленная еда — тюлени. Крупные белые медведи весят 800 кг! Шуба у них густая и теплая — даже подошвы лап покрыты мехом. Белые медведи — прекрасные пловцы. Иногда их можно встретить плавающими в океане за многие километры от берега.
Кто такие эндемики? Вот так с изменением климатических зон меняются на Земле биогеографические зоны. Но вот обратите внимание на то, что некоторые виды растений и животных обитают на всех континентах. Например, воробьи, вороны, мухи, змеи и многие другие живут повсюду. Разве что их нет в Антарктиде. А есть организмы, которые можно встретить на Земле только в одном месте. Например, секвойи растут только в Северной Америке. Уссурийские тигры и гремучие змеи встречаются только в Азии, на Дальнем Востоке, а львы — только в саваннах Африки. Бизоны и койоты обитают только в прериях Северной Америки, пингвины только в полупустынях Антарктиды и на некоторых прилегающих к ней островах, а диких собак динго, страусов эму, утконосов, кенгуру можно повстречать только в Австралии. Такие растения и животные называют эндемиками. Особенно много эндемиков встречается в Австралии и на некоторых островах Тихого океана.
