Чтобы понять роль автотрофов и гетеротрофов, нужно понять, что они такое, что такое экосистема, как там распределена энергия, и почему важны пищевые цепочки.
Автотрофы и гетеротрофы
Автотрофы – это бактерии (не все) и все зеленые растения: от одноклеточных водорослей и до высших растений. Высшие растения – мхи, трава, цветы и деревья. Чтобы питаться им нужен солнечный свет и бактерии двух видов: фотосинтезирующие и те, что пользуются химической энергией для усвоения углекислого газа. Такой способ питания называется фотосинтезом.
Но не все автотрофы используют фотосинтез. Есть организмы, которые питаются с помощью хемосинтеза: бактерии, которые получают углекислый газ через химическую энергию. Например, нитрифицирующие и железобактерии. Первые окисляют аммиак до азотной кислоты, а вторые окисляют закисные соли железа до окисных. Есть еще и серобактерии – они окисляют сероводород до серной кислоты.
Третий вид автотрофов делает органику из неорганики – такие организмы называются продуцентами.
Гетеротрофы – все животные, кроме одноклеточной эвглены зеленой. Эвглена зеленая – это эукариотический организм, который не относится ни к животным, ни к грибам, ни к растениям. А по типу питания она миксотроф: может питаться как автотроф и как гетеротроф.
Среди растений тоже есть миксотрофы:
- венерина мухоловка;
- раффлезия;
- росянка;
- пузырчатка.
Есть такие гетеротрофы, которые берут углерод из мертвой органики или из живых тел других организмов. Первые называются сапрофитами, вторые – паразитами. Есть грибы сапрофиты, поедающие мертвые органические останки, раскладывая их. К этим грибам относятся плесневые и шляпочные. Плесневые сапрофиты – мукор, пеницилл или аспергилл, а шляпочные – шампиньон, навозник или дождевик.
Пример грибов паразитов:
- трутовик;
- спорынья;
- фитофтора;
- головня.
Устройство экосистем
Экосистема – это взаимодействие живых организмов и условий среды. Примеры таких экосистем: муравейник, лесная поляна, ферма, даже кабина космического корабля или вся планета Земля.
Экологи используют термин «биогеоценоз» - это вариант экосистемы, описывающий взаимосвязь микроорганизмов, растений, почвы и животных на однородном участке суши.
Четких границ между экосистемами или биогеоценозами нет. Одна экосистема может постепенно переходить в другую, а большие экосистемы состоят и маленьких. То же касается и биогеоценозов. И чем меньше экосистема или биогеоценоз, тем теснее взаимодействуют организмы, которые входят в их состав.
Пример – муравейник. Там обязанности распределены ясно: есть охотники, охранники и строители. Муравейник – часть лесного биогеоценоза, который – часть ландшафта.
Другой пример – лес. Тут экосистема сложнее, потому что в лесу живет много видов животных, растений, бактерий и грибов. Между ними нет такой тесной связи, как у муравьев в муравейнике, а многие животные и вовсе со временем покидают лес.
Ландшафты – экосистема еще сложнее: биогеоценозы в них связывает общий климат, строение территории и то, что животные и растения расселяются на ней. Организмы тут связаны только переменами газового состава атмосферы и химического состава воды. А все экосистемы Земли связаны атмосферой и Мировым океаном в биосферу.
Любая экосистема состоит из живых организмов, неживого фактора (вода, воздух) и мертвой органики - детрита. А пищевая связь организмов регулирует энергетику всей экосистемы в целом.
Энергия в экосистемах
Любая экосистема живет за счет распределения энергии. Это сложный баланс, если в нем будут серьезные нарушения, экосистема погибнет. А распределяется энергия так:
- зеленые растения получают ее от солнца, накапливают в органике, а потом часть тратят на дыхание, а часть копят в виде биомассы;
- часть биомассы съедают травоядные животные, энергия переходит к ним;
- хищники съедают травоядных животных, и тоже получают свою долю энергии.
Энергия, которую с едой получили животные, идет на процессы в клетках и выходит с продуктами жизнедеятельности. Та часть биомассы растений, которую не съели животные, отмирает, а накопленная в ней энергия уходит в почву, как детрит.
Детрит едят редуценты – организмы, которые питаются мертвой органикой. С пищей они тоже получают энергию: часть ее копится в их биомассе, а часть – рассеивается при дыхании. Когда редуценты умирают и разлагаются, из них строятся органические вещества почвы. В этих веществах копится энергия, которую они взяли от мертвых редуцентов, а потратят на разрушение минеральных соединений.
Энергия копится на уровне растений, идет через животных и редуценты, попадает в почву и рассеивается, когда разрушает разные почвенные соединения. И такой же поток энергии проходит через любую экосистему.
Пищевые цепочки
Пищевая цепочка – это перенос энергии от ее источника, растений, до почвы через живые организмы.
Пищевые цепочки бывают двух видов: пастбищная и детритная. Пастбищная начинается с растений, идет к травоядным животным, а от них – к хищникам. Детритная берет начало от растительных и животных остатков, переходит к микроорганизмам, а потом к животным, которые питаются детритом, и хищникам, которые этих животных едят.
Пищевые цепочки на суше состоят из 3-5 звеньев:
- овца ест траву, человек ест овцу – 3 звена;
- кузнечик ест траву, ящерица ест кузнечика, ястреб ест ящерицу – 4 звена;
- кузнечик ест траву, лягушка - кузнечика, змея ест лягушку, орел ест змею – 5 звеньев.
На суше через пищевые цепочки большая часть энергии, собранная в биомассе, идет в детритные цепи. В водных экосистемах ситуация немного другая: больше биомассы уходит по первому типу пищевых цепочек, а не по второму.
Пищевые цепочки образуют пищевую сеть: каждый член одной пищевой цепочки в то же время является членом другой. И если разрушить любое звено пищевой сети, то экосистема может серьезно пострадать.
У пищевых сетей есть структура, которая отражает число и размер живых организмов на каждом уровне пищевой цепки. От одного пищевого уровня до другого количество организмов уменьшается, а их размер увеличивается. Это называется экологической пирамидой, в основании которой много маленьких организмов, а на вершине – мало крупных.
Энергия в экологической пирамиде распределяется так, что на следующий уровень доходит только около 10%. Поэтому число организмов с каждым уровнем уменьшается, а количество звеньев пищевой цепочки ограничено.
Таким образом, понятно, что энергия и питательные вещества в любой экосистеме циркулируют, и это поддерживает в ней жизнь. Циркуляция энергии и питательных веществ возможна, потому что:
- Автотрофы копят энергию, которую получили от Солнца, и создают органику из потребленного углекислого газа и элементов минерального питания.
- Эта органика и накопленная энергия – пища для гетеротрофов, которые, разрушая органические вещества, берут для себя энергию и освобождают элементы питания для автотрофов.
И они не только поддерживают друг друга, но и дают возможность жить экосистеме: автотрофы создают энергию, а гетеротрофы доставляют эту энергию туда, где она больше всего необходима. В этом и есть их роль.
