Продуценты и консументы

1. Состав, виды биоценозов
2. Продуценты
3. Консументы
4. Продуктивность экосистемы: графические пирамиды
5. Экосистемы: новый взгляд с позиций термодинамики 

Невозможно себе представить общую характеристику экосистем, без функциональных групп организмов, среди которых нас интересуют именно продуценты и консументы. Живые организмы в биоценозе выполняют различные функции, поэтому необходимо разобраться с тем, что собой представляет биоценоз.

Состав, виды биоценозов

Биоценоз является важнейшей частью глобальной земной экосистемы. Сегодня под этим термином подразумевают биотическое сообщество, совокупность живого в условиях однородной среды обитания (участок суши, акватория). Впервые это понятие появилось в трудах Карла Мебия. Опираясь на биоразнообразие, можно объяснить устойчивость всей экосистемы. 

Биологические сообщества могут быть: 

• Для представителей животного мира – зооценоз.
• Растительность подчиняется фитоценозу.
• Микробные организмы формируют микробиоценоз.

Эволюционно сформировались два главных типа питания: автотрофный и гетеротрофный. За круговорот веществ и превращение энергии в экосистеме отвечают живые организмы, которые принято делить на три группы.

• Продуценты.
• Консументы.
• Редуценты.

Продуценты

Представителями автотрофного типа питания являются – продуценты. Они способны производить органические вещества из неорганических, обеспечивая собственную жизнедеятельность и являются участниками пищевой цепи для гетеротрофов. 

Типичными представителями продуцентов являются растения и цианобактерии, которым свойственна фотосинтетическая активность. Кроме того, есть несколько хемоавтотрофов, которые способны к окислению неорганических соединений, превращая их необходимую биомассу. Такие процессы имеют место быть в океане, где есть гидротермальные ванны и соответствующие условия. К первичным окислителям нельзя отнести грибы и другие организмы, которые получают биомассу за счет разложения и окисления органики. 

Отдельного внимания заслуживают лишайники, которые произрастают в тундровых климатических условиях. Они способны за счет взаимного симбиоза сочетать в себе уникальные качества: фотосинтез и защита гриба. Трудно переоценить роль продуцентов, которые являются более древними формами жизни.

Консументы

Среди гетеротрофов можно выделить консументов, которые являются потребителями органического вещества. Их жизнеобеспечение построено на потреблении других организмов. Представители: животный мир, бактерии и грибы. Запасы энергии они восполняют различными способами, это могут быть травоядные, хищники и прочее. 

Невероятно, но факт, плотоядное растение – мухоловка Венеры является консументом, несмотря на ряд оговорок. Ученые выделили три группы консументов:

• Первичные.
• Вторичные.
• Третичные.

Животные, которые восполняют запасы энергии посредством употребления растительной пищи – формируют группу первичных потребителей. Плотоядные животные являются вторичными потребителями и поедают других животных. Куда отнести животных, которые питаются и растениями и ведут хищный образ жизни? Они тоже являются вторичными потребителями. Вершину пищевой цепи возглавляют хищники, которые питаются вторичными потребителями и в своем большинстве всеядны. 

Сбалансированная пищевая цепь формируется за счет участи консументов. Таким образом удается сдерживать популяцию тех или иных растений на должном уровне. Нарушение баланса в экосистеме приводит к глобальному сбою всех процессов, могут быть колоссальные потери всех видов. Если сеть потребителей теряет функциональность, экосистема будет обречена.

Продуктивность экосистемы: графические пирамиды

Основу математических формул и расчетов продуктивности экосистемы заложены фундаментальные знания о биоценозе, пищевой цепи, консументах, продуцентах, их соотношении и т. д. Моделируем ситуацию: есть некоторая группировка, мы знаем продукцию популяций, наполняющих ее, но рассчитать общую продуктивность не представляется возможным. Тогда необходимо задействовать иной подход к расчету отдельных составляющих биопродукции процесса группировки в целом. 

Нужно иметь следующие параметры: валовая и чистая продукция и общая деструкция. Как получить валовую? Путем прибавления к чистой продукции значение дыхания. Таким образом, формула расчета продукционного процесса группировки n трофических уровней выглядит так:

\(Р = A1 – R1 – R2 – … – Rn, \)

Для большего понимания приведем расшифровки некоторых параметров. Чистая продукция группировки обозначена буквой «\(Р\)». \(А1\) – продукция, полученная путем ассимиляции первым трофическим уровнем (уровнем продуцентов). Первый трофический уровень затрачивает на дыхание определенную часть энергии, которая рассеивается и обозначена в схеме как «\(R1\)», а \(R2\) – соответственно вторым и \(Rn \)– n-ным трофическим уровнем.

Экосистемы: новый взгляд с позиций термодинамики 

Энергия не может возникнуть из ниоткуда и бесследно исчезнуть. Консументы ответственны за энтропизацию энергии, количество которой пропорционально величине их дыхания. Как показывает практика, между параметрами первичной и вторичной продукции имеется прямая зависимость. 

Одна из важнейших термодинамических характеристик био- и экосистем и биосферы в целом — способность создавать и поддерживать высокий уровень внутренней упорядоченности, то есть состояния с низким уровнем энтропии. Это достигается постоянным и эффективным рассеянием энергии, которая доступна для использования (энергия света, неорганических и органических веществ) и преобразованием ее в тепловую.

Энтропия является мерой беспорядка, так называемого, хаоса. Так как экосистемы являются неравновесными термодинамическими системами, они способны к снижению энтропии посредством роста внешней энтропии. Здесь на первый план выходит соотношение трофических уровней. 

Энергетические превращения в биосфере основываются на фотосинтетическом восстановлении диоксида углерода.

Результатом этих превращений является:

• Молекулярный кислород.
• Органические вещества. 

В зависимости от особенностей участников процесса, донором водорода может быть вода для цианобактерий, растений или сероводород для серобактерий, способных к фотосинтетической активности. 

Если структуру энергетических связей экосистемы изобразить графически, то можно наблюдать следующий порядок: энергия на входе (энергия Солнца или химических соединений) — продуценты (фотоавтотрофы или хемотрофы) — консументы 1-го, 2-го и n-го порядков.

Имеем дело с графическими моделями (экологическими пирамидами), которые отражают численность особой (пирамиды чисел), количество их биомассы (пирамиды биомассы) и другие. Пирамиды энергии и производства имеют наиболее правильную форму.