Краткое содержание: Параграф § 22 / Биология 11 класс

Потоки энергии и вещества в экосистемах

В экосистемах непрерывно происходят сложные процессы, связанные с обменом вещества и энергии между живой и неживой природой. Поток энергии в экосистеме — это переход ее от организмов одного трофического уровня к потребителям следующего уровня в форме химических связей органических соединений (пищи).

Поток вещества представляет собой перемещение вещества в форме химических элементов (или их соединений), которое происходит от продуцентов к редуцентам, а затем через химические реакции, происходящие без участия живых организмов, возвращается к продуцентам.

Важно отметить, что потоки энергии и вещества не являются тождественными, хотя и тесно взаимосвязаны. Это объясняется тем, что на всех трофических уровнях, за исключением первого, энергия, необходимая для жизнедеятельности организмов, передается в форме химических связей веществ в потребляемой пище. В отличие от вещества, которое циркулирует между организмами и окружающей средой и может быть использовано многократно, энергия в основном передается через пищевую цепь, и при этом ее перенос с одного трофического уровня на другой никогда не бывает полным. Часть энергии теряется в процессе биотрансформации пищи, а часть не усваивается организмом и выводится с экскрементами. Поэтому существование всех экосистем зависит от постоянного притока энергии, которая необходима организмам для поддержания жизнедеятельности и самовоспроизведения. На нашей планете консументы (например, детритофаги) имеют меньшее значение, чем продуценты, которые способны использовать солнечную энергию для своей жизнедеятельности.

Круговорот веществ

Биологическое вещество, произведенное продуцентами и содержащее энергию, является источником питания для всех видов, составляющих сообщество. Вещество, как и энергия, передается по пищевым цепям и претерпевает ряд превращений. Часть этого вещества может использоваться для строительства тел организмов (строительный материал) или для питания (химические питательные вещества). В результате живые существа становятся в конечном счете доступны редуцентам, которые превращают сложные органические соединения в простые, вновь используемые растениями. Именно так и происходит круговорот вещества в экосистеме.

Элементы, необходимые для жизни, называются биогенными (от греч. bios – жизнь и genos – давать) и подразделяются на макротрофные и микротрофные.

• Макротрофные вещества – это элементы, которые составляют химическую основу тканей живых организмов. К ним относятся, например, углерод, водород, кислород, азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера.
• Микротрофные вещества – это элементы, необходимые для существования живых систем, но в значительно меньших количествах. Примерами являются железо, марганец, медь, цинк, бор, натрий, молибден, хлор, ванадий и кобальт.

Эти элементы также используются в глобальных биогеохимических круговоротах. Если бы редуценты не разлагали мертвую органику, запас биогенных элементов исчерпался бы, что привело бы к прекращению жизни на Земле. Следовательно, деятельность гетеротрофов, и в первую очередь организмов, функционирующих в детритных цепях, является решающим фактором сохранения круговорота биогенных элементов и, как следствие, жизни на нашей планете.

В Океане основными продуцентами биомассы являются одноклеточные фитопланктонные организмы. У них высокая скорость воспроизводства, поэтому их годовая продукция значительно превышает запас их биомассы. Вся первичная продукция быстро включается в цепи питания, из-за чего накопление фитомассы незначительно. В то же время в Океане происходит накопление зоомассы. Это означает, что пирамида биомассы будет перевернутой, в отличие от суши. Общая годовая продукция наземной растительности оценивается приблизительно в 180–200 миллиардов тонн. Основная ее часть приходится на тропический пояс. Годовая продукция фитомассы Океана составляет около 50–100 миллиардов тонн. Таким образом, хотя Океан занимает более \(\frac{2}{3}\) поверхности земного шара, он дает только \(\frac{1}{2}\) всей продукции биосферы.