Лекции для студентов

Курс лекций по “Общей экологии”. Часть 1

Экологический смысл фотосинтеза

Процессы фотосинтеза органического вещества из минеральных компонентов продолжаются на Земле уже сотни миллионов лет. Поскольку Земля есть некоторое конечное физическое тело, то любые химические элементы, в том числе и биогены (минеральные питательные вещества), также физически конечны. За миллионы лет их ассимиляции фотосинтетиками- продуцентами они должны бы оказаться исчерпанными, полностью связанными сначала в телах живых организмов, а затем в мертвой органике и жизнь должна была бы прекратиться. Однако в действительности этого не происходит. Все вещества на нашей планете находятся в процессе бесконечного биотического круговорота. Биотическпй круговорот происходит на уровне бесчисленных экосистем -биогеоценозов различного масштаба, составляющих мир Земли.

Он заключается в том, что минеральные биогенные вещества поглощаются растениями-продуцентами, передаются по трофической цепочке организмов консументов, а продукты жизнедеятельности и отходы экосистемы разлагаются организмами- редуцентами до исходных минеральных компонентов, которые вновь вовлекаются в биотический круговорот.

Таким образом, благодаря функциональной специализации организмов возникает непрерывный круговорот органических и минеральных биогенных веществ — это одно из главнейших и универсальных свойств экосистем-биогеоценозов.

Перенос энергии и вещества по пищевым цепям

Движение энергии в экосистемах происходит посредством двух связанных типов пищевых сетей- пастбищной и детритной. В пределах экосистемы синтезированные и накопленные питательные вещества многократно циркулируют- расходуются организмами и вновь синтезируются. Такая рециркуляция обеспечивает независимость системы от поступления субстрата извне. В отличие от рециркулируемых питательных веществ поток энергии переносится через экосистему один раз: у него есть вход и выход. Всякая экосистема зависит от внешнего источника энергии. Основа функционирования большинства наземных и океанических экосистем — солнечная энергия. Из общего количества поступающей на Землю солнечной энергии растения и микроорганизмы утилизируют лишь не большую часть ее. Эффективность преобразования солнечной энергии в энергию химических веществ непосредственно в молекулярных системах природного фотосинтеза сравнительно высока (5—10%). Однако часть фотосинтетически фиксированной энергии расходуется на дыхание, поддержание клеточной структуры, транспирацию воды и т.д. В результате в процессах фотосинтеза в растениях и микроорганизмах в химическую энергию преобразуется лишь около 0,03% солнечной энергии.

В детритной пищевой сети отходы жизнедеятельности и мертвые организмы разлагаются детритофагами и деструкторами до простых неорганических соединений, которые вновь используются растениями.

Вместе с полезными веществами с одного трофического уровня на другой поступают вредные вещества. Однако, если полезное вещество в его излишке легко выводится из организма, то вредное накапливается в пищевой цепи. Таков закон природы, называемый правилом токсических веществ (биотического усиления) в пищевой цепи для всех биогеоценозов.