Взаимодействие организмов и среды обитания

В биоценозах живые организмы теснейшим образом связаны не только друг с другом, но и с неживой природой. Связь эта выражается через вещество и энергию.

Поступление пищи, воды, кислорода в живые организмы – это потоки вещества из окружающей среды. Пища содержит энергию, необходимую для работы клеток и органов. Растения напрямую усваивают энергию солнечного света, запасают ее в химических связях органических соединений, а затем она перераспределяется через пищевые отношения в биоценозах.

Потоки вещества и энергии через живые организмы в процессах обмена веществ чрезвычайно велики. Человек, например, за свою жизнь потребляет десятки тонн еды и питья, а через легкие – многие миллионы литров воздуха. Многие организмы взаимодействуют со средой еще более интенсивно.

Растения на создание каждого грамма своей массы тратят от 200 до 800 и более граммов воды, которую они извлекают из почвы и испаряют в атмосферу. Вещества, необходимые для фотосинтеза, растения получают из почвы, воды и воздуха.

При такой интенсивности потоков вещества из неорганической природы в живые тела запасы необходимых для жизни соединений - биогенных элементов – давно были бы исчерпаны на Земле. Однако жизнь не прекращается, потому что биогенные элементы постоянно возвращаются в окружающую организмы среду. Происходит это в биоценозах, где в результате пищевых отношений между видами синтезированные растениями органические вещества разрушаются, в конце концов, вновь до таких соединений, которые могут быть снова использованы растениями. Так возникает биологический круговорот вещества.

Биоценоз является частью еще более сложной системы, в которую, кроме живых организмов, входит и их неживое окружение, содержащее вещество и энергию, необходимую для жизни. Биоценоз не может существовать без вещественно-энергетических связей со средой.

Любую совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может поддерживаться круговорот вещества, называют экологической системой или экосистемой.

Природные экосистемы могут быть разного объема и протяженности: лужа, пруд, океан, луг, роща, тайга, степь - все это примеры разномасштабных экосистем. Любая экосистема включает живую часть - биоценоз - и его физическое окружение. Более мелкие экосистемы входят в состав все более крупных, вплоть до общей экосистемы Земли. Общий биологический круговорот вещества на нашей планете также складывается из взаимодействия множества более частных круговоротов.

Экосистема может обеспечить круговорот вещества только в том случае, если включает необходимые для этого четыре составные части: запасы биогенных элементов, продуценты, консументы и редуценты.

Продуценты – это зеленые растения, создающие из биогенных элементов органическое вещество, т.е. биологическую продукцию, используя потоки солнечной энергии.

Консументы – потребители этого органического вещества, перерабатывающие его в новые формы. В роли консументов выступают обычно животные. Различают консументов первого порядка, растительноядные виды и второго порядка – плотоядных животных.

Редуценты – организмы, окончательно разрушающие органические соединения до минеральных. Роль редуцентов выполняют в биоценозах, в основном, грибы и бактерии, а также другие мелкие виды, перерабатывающие мертвые остатки растений и животных.

Жизнь на Земле продолжается уже около 4 млрд. лет, не прерываясь именно потому, что она протекает в системе биологических круговоротов вещества. Основу этого составляет фотосинтез растений и пищевые связи организмов в биоценозах.

Однако биологический круговорот вещества не совершается только за счет вещества. Он – результат деятельности организмов, а жизнь любого из них требует постоянных затрат энергии.

В отличие от химических элементов, многократно вовлекаемых в живые тела, энергия солнечных лучей, задержанная зелеными растениями, не может использоваться организмами бесконечно.

По второму закону термодинамики, энергия при превращениях из одного состояния в другое, т.е. при совершении работы, частично переходит в тепловую форму и рассеивается в окружающей среде. Сложная работа клеток и органов сопровождается, таким образом, потерями энергии из организма. Каждый цикл круговорота веществ, зависящий от активности живых организмов, требует все новых поступлений энергии.

Таким образом, жизнь на нашей планете осуществляется как постоянный круговорот вещества, поддерживаемый потоком солнечной энергии. Жизнь организуется не только в биоценозы, но и в экосистемы, в которых осуществляется тесная связь между живыми и неживыми компонентами природы.

Разнообразие экосистем на Земле связано как с разнообразием живых организмов, так и условий физической, географической среды. Тундровые, лесные, степные, пустынные или тропические сообщества имеют свои особенности биологических круговоротов и связей с окружающей средой. Водные экосистемы также чрезвычайно различны и по масштабам, и по условиям жизни в них: солености воды, глубинам водоемов, прозрачности вод, поступлению солнечной энергии. Все это накладывает отпечаток и на скорость биологических круговоротов, и на общее количество вовлекаемого в эти циклы вещества.

Основной принцип устойчивости экосистем – круговорот вещества, поддерживаемый потоком энергии, – по сути дела обеспечивает бесконечное существование жизни на Земле.

Элементы и факторы среды, так или иначе воздействующие на организм растений и животных, принято делить на две группы: абиотические и биотические.

Абиотические факторы – это элементы неживой природы, различные физико-химические воздействия: температура, воздух, свет, ветер, влага, соленость воды и т.п.

Биотические факторы - влияние элементов живой природы: растений, животных, бактерий, вирусов. По своему разнообразию и воздействию они еще более сложны, чем абиотические.

И, кроме того, особо выделяются факторы антропогенные - результаты деятельности человека, которые становятся все более и более ощутимыми.