| 1. /Шошина,экз.docx 2. /ответы_на_вопросы_экзамен.doc 3. /экосистемы.doc | Методы оценки первичной продукции Стабильность водных экосистем Автотрофный и гетеротрофный способы извлечения свободной энергии |
скачать doc
Автотрофный и гетеротрофный способы извлечения свободной энергии
Автотрофные организмы (автотрофы) используя внешнюю энергию, сами синтезируют необходимые им органические вещества из неорганических веществ. Фотоавтотрофы (зеленые растения водоросли и некоторые виды бактерий) используют солнечную энергию для получения органических веществ из воды и углекислого газа в процессе фотосинтеза. Хемоавтотрофы (хемосинтезирующие бактерии) используют химическую энергию неорганических веществ, образуя органические вещества в процессах хемосинтеза.
Фотосинтез. Синтез органических соединений из простых, бедных энергией веществ нуждается в притоке энергии извне. Зеленые растения используют для этой цели световую энергию Солнца. Растительные клетки обладают специальным механизмом, позволяющим им преобразовывать световую энергию в энергию химических связей. Этот процесс называется фотосинтезом.
В ходе этого процесса вещества, бедные энергией (СО2 и Н2О), переходят в углевод — сложное богатое энергией органическое вещество. В результате фотосинтеза выделяется также молекулярный кислород.
Хемосинтез
Кроме клеток зеленых растений, автотрофность свойственна также некоторым бактериям, у которых нет хлорофилла. Способ, с помощью которого они мобилизуют энергию для синтетических реакций, принципиально иной, нежели у растительных клеток. Для синтезов бактерии используют энергию химических реакций. Они обладают специальным ферментным аппаратом, позволяющим им преобразовывать энергию химических реакций, в частности энергию реакций окисления неорганических веществ, в химическую энергию синтезируемых органических соединений. Этот процесс называется хемосинтезом.
Гетеротрофные организмы используют для построения своих тел и в качестве источника энергии готовое органическое вещество, созданное автотрофами. Гетеротрофы в основном представлены животными, которые получают органическое вещество с пищей, а также бактериями и грибами, получающими энергию путем усвоения веществ в процессе разложения мертвого органического вещества. Образующиеся в процессе жизнедеятельности гетеротрофов неорганические соединения усваиваются автотрофами.
Согласно роли в переносе энергии через экосистему и в круговороте веществ, выделяют три эколого-функциональные группы организмов.
Продуценты – это автотрофные организмы, синтезирующие органическое вещество из неорганических составляющих с использованием внешних источников энергии. Таким образом, продуценты являются производителями органического вещества в природных сообществах, при этом они превращают энергию солнечного излучения в «запасенную» энергию химических связей органических веществ и вовлекают в круговорот элементы неживой природы, включая их в состав тканей организмов.
Консументы – гетеротрофные организмы, использующие органическое вещество, синтезированное продуцентами, для построения и в качестве источника энергии. В этой группе выделяют несколько порядков. Животных, питающихся непосредственно продуцентами, относят к консументам первого порядка, обычно это растительноядные животные или фитофаги. Консументы второго порядка – плотоядные животные – (зоофаги). Это в основном хищники, питающиеся растительноядными животными. К консументам третьего порядка относят животных, которые питаются консументами второго порядка. В эту группу входят хищники, питающиеся плотоядными животными, а также животные, ведущие паразитический образ жизни.
Редуценты – гетеротрофные организмы, которые используют в качестве пищи мертвое органическое вещество и в процессе метаболизма (совокупности биохимических реакций, обеспечивающих жизнедеятельность организма) разлагают его до неорганических составляющих. Редуцентами в экосистемах являются грибы и бактерии.
Процесс разложения мертвого органического вещества начинается с разрушения его особой группой консументов – сапрофагами. Крупные сапрофаги (например, членистоногие) механически разрушают мертвые ткани, подготавливая вещество к воздействию редуцентов – бактерий и грибов, осуществляющих процесс минерализации.
Органические вещества, синтезированные автотрофными организмами, претерпевают многочисленные химические превращения и в конечном итоге возвращаются в среду в виде неорганических продуктов жизнедеятельности, вновь вовлекаемых в круговорот.
Основные продуценты: вода- микроскопические водоросли, цианобактерии; суша- высшие растения.
Основные консументы:
А)фитофаги: вода- ракообразные, коловратки, реже- рыбы; суша- насекомые, млекопитающие, птицы.
Б)зоофаги: вода- ракообразные, рыбы, реже- птицы; суша- насекомые, паукообразные, млекопитающие, птицы.
В)детритофаги: вода- бентосные ракообразные, моллюски; суша- нематоды, черви, клещи, колемболы.
Основные редуценты: вода- бактерии; суша- бактерии, грибы.
Сравнительная продуктивность наземных и морских экосистем
Свойство популяции или сообщества продуцировать органическое вещество называется биологической продуктивностью, количественным показателем которой служит продукция- суммарное количество биомассы, образованное совокупностью растущих и размножающихся особей за определенное время. Продукцию понимают как характеристику продукционного процесса за конкретный момент времени: сутки, месяц или год. Величину продукции относят обычно к единицам площади или объема. При сравнении продуктивности сообществ часто определяют удельную продукцию- отношение продукции сообщества к его биомассе за определенный отрезок времени.
Чистая первичная продукция представляет собой массу вновь образованного органического вещества, синтезированного из минеральных компонентов среды за конкретный период времени.
Различают общую (или валовую) и чистую (или эффективную) первичную продукцию органического вещества. Общая продукция относится ко всему вновь синтезированному организмами органическому веществу.
Величины биологической продуктивности морских и наземных сообществ весьма различаются. Первичная продукция биотической компоненты океана в среднем в 5 раз меньше наземной в расчете на единицу поверхности, а по биомассе растений континенты превосходят Мировой океан примерно в 7-10 тыс.раз. поскольку площадь поверхности океана превышает площадь поверхности континентов примерно в 2,5 раза, то в результате общая первичная продукция континентов примерно в 2 раза превышает продукцию океанической экосистемы. В настоящее время полагают, что вклад океана в общую биологическую продукцию значительно больше и равен 50%, а по некоторым оценкам до 70% продукции наземных экосистем.
В морской среде наиболее низкими по уровню первичной продукции являются океанические районы, которые сравнимы по уровню продуктивности с пустынями на континентах. Наиболее высокими по величине продукции являются сообщества морских трав, коралловых рифов и бурых водорослей. Прибрежные сообщества с водорослями и морскими травами по величине продукции не уступают сообществам агроценозов на суше, для которых отмечаются наивысшие показатели биологической продуктивности.
На суше уровни биологической продуктивности сообществ растений также весьма различаются. Среди наземных экосистем тропические леса являются наиболее продуктивными, в меньшей степени- леса умеренной зоны, а тундры и пустыни- наименее продуктивными. Болота, а также сообщества полупогруженных и погруженных растений морских прибрежных экосистем дают наивысшую продукцию на единицу поверхности. Из культивируемых систем наивысшие показатели продукции указываются для посевов кукурузы и сахарного тростника.
Пресные водоемы континентов, в среднем, значительно менее продуктивны, чем суша. Известно, что тропические озера превышают по уровню первичной продукции все другие биотопы континентов. Озера умеренной зоны по уровню биопродуктивности соизмеримы с таковой культивируемых земель. В целом, уровень продукции пресных водоемов в большей степени зависит от их трофического статуса.
Т.о., по уровню биологической продуктивности океан- это пустыня по сравнению с прибрежными экосистемами, однако средний низкий уровень компенсируется огромной площадью Мирового океана.
Классификация морских организмов по типу питания
Автотрофы и гетеротрофы получают из окружающей среды минеральные и органические вещества и используют их в процессе своей жизнедеятельности. Автотрофы синтезируют из неорганических соединений органические вещества. Среди автотрофов различают фотосинтетиков, использующих в процессе синтеза органического вещества энергию солнца и хемосинтетиков, использующих энергию химических связей. Гетеротрофы используют для питания органические вещества, произведенные другими видами. Среди гетеротрофов выделяют фаготрофов с голозойным типом питания, поедающих живые организмы или частицы органического вещества, и сапротрофов, питающихся мертвым органическим веществом. Многие из сапротрофов питаются осмотически, поглощая продукты разложения органических веществ поверхностью своего тела. Поглощение питательных веществ поверхностью тела в той или иной степени свойственно почти всем гидробионтам, как растениям, так и животным, бактериям, грибам.
Многие гидробионты (инфузории, губки, гидроиды, кораллы, черви, моллюски, асцидии) имеют симбиотрофное питание за счет эндосимбионтов- водорослей- автотрофов.
Спектры питания морских гидробионтов весьма разнообразны. В зависимости от потребляемой пищи среди животных различают фитофагов (растительноядные), зоофагов (плотоядные, хищники), детритофагов и грунтоедов.
По способу питания водные животные разделяются на следующие группы:
-сестонофаги, питающиеся взвешенным в воде сестоном, включая организмы планктона, частицы детрита с микроорганизмами; многие из них являются фильтраторами;
-нектонофаги, обычно хищники, поедающие головоногих моллюсков и рыб;
-бентофаги, потребляющие донных животных, среди них есть хищники и фитофаги;
-грунтофаги, поглощающие ил и песок вместе с живыми организмами и детритом.
Гидробионтам- сестонофагам свойственны весьма разнообразные способы добывания пищи. По способу получения пищи сестонофаги делятся на ощупывателей(кишечнополостные), седиментаторов(инфузории, коловратки), активных фильтраторов(ракообразные, двустворчатые моллюски, оболочники) и пассивных фильтраторов(личинки насекомых, строящих ловчие сети). Среди сестонофагов выделяется группа планктонофагов, которые питаются исключительно планктонными организмами.
При фильтрации и седиментации происходит недифференцированное питание, а при пастьбе и охоте характерен дифференцированный захват пищи.
По разнообразию потребляемой пищи среди гидробионтов различают стенофагов(олигофаги и монофаги), питающихся очень избирательно, и эврифагов(полифаги), имеющих широкий ассортимент пищи. Известно, что характер питания меняется с возрастом. Так, личинки многих донных животных питаются фитопланктоном, а взрослые особи- детритом или бентосом. У гидробионтов существуют и сезонные изменения спектра питания.
Для поддержания жизнедеятельности многим гидробионтам необходимо движение воды либо относительно организма, либо движение организма относительно воды.
Одни гидробионты движутся в поисках пищи; другие ведут сидячий образ жизни, используя для получения пищи других животных- своих жертв. Некоторые сидячие животные используют движение пассивно текущей мимо них воды, захватывая жертву или органические остатки. Другие животные создают движение воды сами, прокачивая ее через полость своего тела. Обычно водные организмы используют одновременно несколько способов питания.
Другой важной причиной предпочтения растениями и животными хорошо промываемых участков водоемов является необходимость удаления собственных отходов и выделенных метаболитов, регулирующих как рост своей популяции, так и численность партнеров по сообществу.