Как известно, живая материя на Земле имеет организацию, состоящую из следующих уровней:
молекулярный ® клеточный ® уровень тканей и органов ® организменный ® популяционно-видовый ® уровень экосистем ® биосфера.
Основная область, которую изучает наука экология ‑ уровень экосистем.
Экосистема - единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания (атмосфера, вода, почва и т.п.), в котором живые (биоценоз) и косные (приземный слой атмосферы, почва, солнечная энергия) компоненты связаны между собой обменом веществ и энергии.
Понятие “экосистема” применяется к природным объектам различной сложности и размеров: весь океан и небольшой пруд, тайга и участок березовой рощи.
В существовании экосистемы и ее развитии определяющую роль играет воздействие абиотических факторов среды. Любой абиотический фактор, оказывающий влияние на отдельный вид, входящий в состав изучаемой экосистемы, будет влиять и на саму экосистему, на ее фундаментальные свойства. Это воздействие объясняется следующими причинами. Во-первых, абиотические факторы в совокупности создают климатический режим экосистемы, на фоне которого протекают процессы жизнедеятельности видов и осуществляется взаимодействие между ними. Во-вторых, все особи, входящие в состав экосистемы, являются объектами воздействия абиотических факторов.
Абиотические факторы, влияя на биотическую совокупность экосистемы, будут определять не только свойства этой системы, но и направление ее развития. На уровне особи абиотические факторы оказывают влияние на поведение животных, изменяют трофические (пищевые) отношения со средой, воздействуют на способность к размножению и плодовитость, определяют развитие, скорость роста и продолжительность жизни животных и растений.
Все организмы в экосистеме делятся на продуценты (автотрофы) и консументы (гетеротрофы).
Продуценты синтезируют с помощью световой энергии из простых неорганических веществ сложные органические соединения. Основные продуценты ‑ зеленые растения. Продуценты составляют первый трофический (пищевой) уровень в экосистеме. Все другие организмы (гетеротрофные организмы) живут за счет первичной продукции продуцентов.
Консументы (гетеротрофные организмы ‑ животные, бесхлорофильные растения, некоторые микроорганизмы) используют для своего питания органическое вещество, созданное продуцентами.
Первичные продуценты (зеленые растения) ассимилируют энергию солнечного света, а животные ‑ гетеротрофы используют химическую энергию, заключенную в пище. Следовательно, пища выступает как экологический фактор.
Растения синтезируют органические соединения, используя энергию солнечного света и питательные вещества из почвы и воды. Эти соединения служат растениям строительным материалом, из которого они образуют свои ткани, и источником энергии, необходимой для поддержания своих функций. Для высвобождения запасенной или химической энергии гетеротрофы разлагают органические соединения на исходные неорганические компоненты ‑ двуокись углерода, воду, нитраты, фосфаты и т.п., завершая тем самым круговорот питательных веществ.
Исходя из сказанного выше, можно дать следующее определение экосистемы: экосистема есть основная функциональная единица живой природы, включающая и организмы, и абиотическую среду, причем каждая из частей влияет на другую и обе они необходимы для поддержания жизни в том виде, в каком она существует на Земле.
Биотическая часть обязательно включает два основных компонента : автотрофный компонент, для которого характерны фиксация световой энергии, использование неорганических веществ, построение сложных веществ; гетеротрофный компонент, которому присущи утилизация, перестройка и разложение сложных органических веществ.
Во всякой экосистеме можно выделить следующие компоненты:
· неорганические вещества (углерод, азот, углекислый газ, вода и т.д.), вступающие в круговороты;
· органические соединения ( белки, углеводы, липиды, гуминовые вещества и т.д.), связывающие биотическую и абиотическую части;
· климатический режим ( температура и другие физические части) ;
· продуценты - автотрофные организмы, главным образом зеленые растения, способные создавать пищу из простых неорганических веществ;
· консументы - гетеротрофные организмы, главным образом животные, которые поедают другие организмы или частицы органического вещества;
· редуценты (деструкторы)- гетеротрофные организмы, преимущественно бактерии и грибы, которые разрушают сложные соединения до простых, пригодных для использования продуцентами.
Первые три группы - неживые компоненты, а остальные составляют живой вес (биомассу) экосистемы.
Структуру экосистемы образуют три уровня трансформации энергии (продуценты, консументы, редуценты) и два круговорота веществ: твердых и газообразных.
Продуценты улавливают солнечную энергию и переводят ее в энергию химических связей. Консументы, поедая продуцентов, разрывают эти связи. Высвобожденная энергия используется консументами для построения собственного тела. Редуценты рвут химические связи разлагающегося органического вещества и строят свое тело. В результате вся энергия, запасенная продуцентами, оказывается использованной. Органические вещества разлагаются на неорганические и возвращаются к продуцентам.