Biologie au Lycée. Lois d'organisation des écosystèmes Les plantes peuvent-elles agir en tant que consommateurs

Tout ensemble d'organismes et de composants inorganiques dans lequel le cycle de la matière peut être maintenu est appelé système écologique ou écosystème.
Les écosystèmes naturels peuvent être de volume et de longueur différents : une petite mare avec ses habitants, un étang, un océan, une prairie, un bosquet, une taïga, une steppe - tous ces exemples d'écosystèmes à différentes échelles. Tout écosystème comprend une partie vivante - une biocénose et son environnement physique. Des écosystèmes plus petits font partie d'écosystèmes toujours plus grands, jusqu'à l'écosystème général de la Terre. Le cycle biologique général de la matière sur notre planète consiste également en l'interaction de nombreux cycles plus particuliers.
Un écosystème ne peut assurer la circulation de la matière que s'il comprend les quatre composantes nécessaires à celle-ci : réserves d'éléments biogéniques, producteurs, consommateurs et décomposeurs.
Les producteurs sont des plantes vertes qui créent de la matière organique à partir d'éléments biogéniques, c'est-à-dire de produits biologiques, en utilisant les flux d'énergie solaire.
Consommateurs - consommateurs de ce matière organique le transformant en de nouvelles formes. Les animaux agissent généralement comme des consommateurs. Distinguer les consommateurs du premier ordre - les espèces herbivores et du second ordre - les carnivores.
Décomposeurs - organismes qui détruisent finalement les composés organiques en minéraux. Le rôle des décomposeurs dans les biocénoses est joué principalement par les champignons et les bactéries, ainsi que par d'autres petits organismes qui traitent les restes morts de plantes et d'animaux.
La vie sur Terre dure depuis environ 4 milliards d'années, sans interruption, précisément parce qu'elle se déroule dans le système des cycles biologiques de la matière. La base en est la photosynthèse des plantes et les relations alimentaires des organismes dans les biocénoses.
Or, le cycle biologique de la matière nécessite une dépense constante d'énergie.

Contrairement à éléments chimiques, impliquée de manière répétée dans les corps vivants, l'énergie des rayons solaires, retardée par les plantes vertes, ne peut être utilisée indéfiniment par les organismes.
Selon la première loi de la thermodynamique, l'énergie ne disparaît pas sans laisser de trace, elle est stockée dans le monde qui nous entoure, mais elle passe d'une forme à une autre. Selon la deuxième loi de la thermodynamique, toute transformation d'énergie s'accompagne du passage d'une partie de celle-ci à un état où elle ne peut plus être utilisée pour le travail. Dans les cellules des êtres vivants, l'énergie qui fournit réactions chimiques, à chaque réaction, il se transforme partiellement en chaleur, et la chaleur est dissipée par le corps dans l'espace environnant. Le travail complexe des cellules et des organes s'accompagne donc de pertes d'énergie de l'organisme. Chaque cycle de circulation des substances, en fonction de l'activité des membres de la biocénose, nécessite de plus en plus d'énergie.
Ainsi, la vie sur notre planète s'effectue comme une circulation constante de substances, soutenue par le flux d'énergie solaire. La vie s'organise non seulement en biocénoses, mais aussi en écosystèmes dans lesquels fermer la connexion entre les éléments vivants et non vivants de la nature.
La diversité des écosystèmes sur Terre est associée à la fois à la diversité des organismes vivants et aux conditions de l'environnement physique et géographique. Les communautés de la toundra, de la forêt, de la steppe, du désert ou des tropiques ont leurs propres caractéristiques de cycles biologiques et leurs liens avec environnement. Les écosystèmes aquatiques sont également extrêmement diversifiés. Les écosystèmes diffèrent par le rythme des cycles biologiques et par la quantité totale de matière impliquée dans ces cycles.
Le principe de base de la stabilité des écosystèmes - la circulation de la matière soutenue par le flux d'énergie - assure essentiellement l'existence sans fin de la vie sur Terre.
Selon ce principe, durable écosystèmes artificiels, et les technologies de production qui conservent l'eau ou d'autres ressources. La violation de l'activité coordonnée des organismes dans les biocénoses entraîne généralement de graves changements dans les cycles de la matière dans les écosystèmes. C'est la principale raison d'un tel catastrophes environnementales, comme une baisse de la fertilité des sols, une diminution des rendements végétaux, de la croissance et de la productivité des animaux, la destruction progressive du milieu naturel.

Fin. Voir n° 16, 17/2002

"Le marais comme écosystème"

myrte des marais(Chamaedaphna calycalata) a généralement une hauteur d'environ 25 cm, parfois jusqu'à 1 m.Comme le romarin sauvage, de nouvelles pousses de myrte n'apparaissent chaque année qu'à partir des bourgeons de renouvellement au sommet des branches de l'année dernière. Il fleurit en mai avec de petites fleurs blanches recueillies dans des brosses unilatérales apicales. Myrtle a un autre nom - Cassandra. Cassandre dans la mythologie La Grèce ancienne Fille du roi Priam de Troie. D'Apollon, qui était amoureux d'elle, elle a reçu le don de divination, mais, ayant rejeté son amour, elle a été punie par le fait que personne ne croyait à ses prédictions, bien qu'elles se soient toujours réalisées.

Podbel-feuille blanche (Andromeda polifolia) - un petit arbuste à feuilles persistantes (jusqu'à 30 cm) aux longues feuilles étroites, pousse dans les zones plus arrosées des marécages. Au fur et à mesure que la mousse de sphaigne se développe, elle développe des racines adventives abondamment ramifiées concentrées dans la couche de mousse la plus élevée. Le nom latin de Podbela - Andromède - est associé à la mythologie grecque. Sous le règne de Céphée, le roi d'Éthiopie, un monstre marin est apparu qui a dévasté le pays, dévorant les gens. Kefey, afin de se débarrasser du châtiment des dieux, a décidé de sacrifier sa belle fille Andromède. Cependant, Persée, amoureux d'elle, a vaincu le monstre, sauvé la fille et l'a épousée. Depuis, Andromède s'est épanouie de bonheur. Podbel fleurit avec de délicates cloches roses d'avril à juin, colorant le marais encore fané de couleur rosée.

Chauffage(Callune vulgaire) - un arbuste à feuillage persistant fortement ramifié de 30 cm à 1 m de haut.Des pinceaux denses de nombreuses petites fleurs violettes situées au sommet des pousses apparaissent généralement tard, en juillet-août, mais restent longtemps sur les buissons. Les fourrés de cet arbuste ornemental sont avidement visités par les abeilles et autres insectes. Le miel de bruyère est acidulé et amer.

Plusieurs espèces se trouvent dans les marécages. linaigrette(Ériophore), appartenant à la famille des carex ( Cypéracées). Ce sont des herbes de 30 à 50 cm de haut, dont le nom vient des bouffées blanches qui apparaissent après la floraison aux extrémités des tiges. La linaigrette fleurit en avril-mai avec des fleurs discrètes. Au lieu de pétales, il y a des poils droits, lisses et discrets, qui s'allongent considérablement vers la fin de la floraison. Ils forment une brosse blanche duveteuse, à la base de laquelle se trouvent des fruits trièdres noirs. Avec les peluches, les graines sont transportées par le vent sur de longues distances.

Le problème du manque de nutrition minérale a été résolu par certaines plantes à fleurs par la transition vers l'insectivore, c'est-à-dire utiliser avec les types de nutrition autotrophes et hétérotrophes. Ces plantes comprennent les droséras, le pemphigus et les papillons. Deux espèces sont communes dans le marais droséras– Anglais(Drosera anglica) Et à feuilles rondes(D. rotundifolia) - différant par la forme des feuilles, qui leur servent de dispositifs de piégeage. Dans le droséra anglais, ils sont à longues feuilles, lancéolés, dans les feuilles rondes, ils sont arrondis. Il existe différents types de droseras et de conditions d'habitat. Le droséra à feuilles rondes préfère les endroits plus secs et le voisinage des pins. Le rossolis anglais est plus humide et pousse sur des creux inondés avec un niveau d'eau d'au moins 2 cm de la surface.

Le droséra est une plante vivace. Au début du printemps, un bourgeon hivernant dans l'épaisseur de la mousse apparaît à la surface et donne naissance à des feuilles, ainsi qu'à une longue tige avec une inflorescence de petites fleurs blanches. Pour retirer le rein, la rosée pousse chaque printemps jusqu'à l'épaisseur de la couverture de mousse accrue. À partir des rosettes de droséra conservées, on peut mesurer avec précision la croissance de la sphaigne sur plusieurs années.

Les feuilles des droséras des deux espèces sont couvertes de nombreux (jusqu'à 200 sur chaque feuille) poils glandulaires rouges avec des gouttelettes d'un liquide léger semblable à la rosée. D'où le nom de la plante (du grec drosos- rosée). Les glandes sur les poils, en contact avec la victime, commencent à sécréter un liquide digestif contenant des substances de composition similaire à la pepsine dans l'estomac humain. Sundew n'assimile que des protéines, il n'a pas besoin de graisses et de glucides. Le processus de digestion est très lent, sur plusieurs jours. Des expériences avec le droséra ont montré que la sensibilité des glandes du droséra est beaucoup plus élevée que celle des terminaisons nerveuses au bout de la langue humaine.

En abordant les abords des tourbières surélevées, où coulent des eaux enrichies en minéraux, on peut voir des plantes adaptées à la nutrition mésotrophe : calla des marais, guette à trois feuilles, potentille des marais et autres.

Tâche 8.Établir l'affiliation des espèces végétales découvertes aux familles. Remplissez le tableau.

Le représentant le plus courant de la strate arborée dans la tourbière surélevée est Pin sylvestre(Pinus sylvestre). Cependant, sa croissance est supprimée par une abondance d'eau, une petite quantité de nutriments minéraux et l'épuisement de la tourbe en oxygène. Les pins qui poussent dans les marais diffèrent de ceux des hautes terres par leur structure, qui a été discutée au début du XXe siècle. écrit V.N. Soukatchev. Ils ont des aiguilles plus courtes, dans lesquelles il y a plus de passages de résine, des cônes et des graines plus petits, une forme différente du tronc. Leur bois est dense, il ne s'effondre donc pas longtemps, les cernes annuels sont minces et la croissance de la tige en hauteur est très lente.

Tâche 9. Déterminez visuellement la hauteur du pin et calculez l'âge par les verticilles sur les tiges. Comparez l'âge et la hauteur des plantes dans les parties les plus sèches et les plus humides du lit.

D'autres plantes dans les marais peuvent être trouvées bouleau moelleux(Bétule pubescente), qui, avec le pin, forme des peuplements forestiers clairsemés. La hauteur d'un bouleau et le diamètre de son tronc dépendent du lieu de croissance.

Tâche 10. Déterminez la superposition des plantes de tourbières surélevées. Écrivez les noms des espèces végétales dans les colonnes appropriées du tableau.

Répondez à la question : comment expliqueriez-vous la composition limitée en espèces de la végétation de l'écosystème marécageux ?

5. Consommateurs

La quatrième étape de l'excursion est consacrée à la diversité des espèces de consommateurs et à leur adaptation à l'environnement. La faune d'invertébrés est diversifiée et dépend de l'habitat : lac (surface d'eau, colonne d'eau, fond et sédiments de fond), végétation ligneuse et espace de plein air.

Avant de commencer le récit sur l'entomofaune des marécages, l'enseignant distribue des tableaux aux élèves. 1 et 2 et leur demande de remplir les colonnes vides pendant l'excursion - entrer les noms des animaux considérés et définis au genre ou indiquer la présence d'un groupe particulier d'animaux avec un signe "+" (tâches 11 et 12) .

Il est conseillé de commencer l'observation de la faune d'invertébrés depuis le lac.

À la surface de l'eau, les élèves peuvent voir des insectes prédateurs qui se nourrissent de petits animaux qui atterrissent accidentellement à la surface de l'eau. Ces insectes comprennent grand marcheur d'eau(Gerris rufoscutellatus) Et marcheur d'eau blindé(G. thoracique), et fileuses(Gourin). Ces insectes possèdent des larves aquatiques dont le développement n'est pas nécessairement lié à ce réservoir particulier. Ceci est confirmé par le fait que dans les lacs marécageux, il n'y a pas de conditions propices au développement des insectes mentionnés. Ainsi, par exemple, la larve du tourbillon a des branchies trachéales et vit dans le substrat inférieur qui, dans des conditions marécageuses, est très appauvri en oxygène; Le marcheur d'eau pond généralement ses œufs sur les feuilles des plantes aquatiques, et il n'y a pas de feuilles de plantes aquatiques supérieures adaptées à la prise dans les lacs.

Un groupe spécial de prédateurs relativement importants et très actifs smoothies(Notonecta glauca) et divers types rameurs(corixa). Gladysh vit dans les couches proches de la surface, parce que. l'alimentation en air qu'il transporte avec lui augmente considérablement la flottabilité. Les rameurs sont moins mobiles. Ils transportent une réserve d'air sous leurs élytres et peuvent rester sous l'eau plus longtemps. Ces espèces ont besoin d'une végétation aquatique submergée ou flottante à laquelle elles peuvent se fixer. Ces insectes peuvent aussi être des migrateurs, car ils voler activement le soir.

Dans la colonne d'eau, les acariens différents types constituent un groupe important de prédateurs aquatiques, se nourrissant principalement de petits crustacés inférieurs (daphnies, cyclopes, etc.), ainsi que de petites larves d'insectes. Ces espèces consommatrices, du fait de leur incomestibilité absolue, ferment des chaînes alimentaires courtes.

L'étude des couches d'eau profondes (plus de 1 m) proches du fond et des sédiments de fond montre la pauvreté de la faune. Cela est dû à la basse température de l'eau et à l'acidité élevée, qui ne contribuent pas à la décomposition bactérienne des sédiments végétaux du fond et à la saturation en oxygène de l'environnement. Des études microscopiques de ces gisements révèlent des amibes avec des coquilles de silicate ( Arcelle). Dans l'écosystème des tourbières, ces espèces sont des détritivores. Il est peu probable que vous puissiez rencontrer des mollusques aquatiques, car leurs coquilles calcaires se décomposent rapidement en environnement acide. Par conséquent, les représentants des annélides - les sangsues, principaux consommateurs de mollusques aquatiques - seront également difficiles à détecter.

Les élèves continuent ensuite le long de la crête, et le professeur parle des invertébrés qui vivent hors de l'eau.

Les acariens microscopiques, représentants de la classe des arachnides, vivent dans la couche superficielle de la sphaigne. Les couches inférieures de mousse sont habitées par des rotifères, des petits crustacés et des tardigrades, qui ne jouent aucun rôle significatif dans la formation du sol. En raison du fait que la végétation de tourbière de la tourbière surélevée est représentée principalement par des bryophytes et des plantes à fleurs pollinisées par le vent, les insectes pollinisateurs se produiront sporadiquement. Sur Potentille des marais(Comarum palustre) vous pouvez trouver certaines espèces de bourdons, ainsi que des mouches d'abeilles et de bourdons. Il y aura un effet frontière à la frontière entre marécage et forêt, et on peut s'attendre à une plus grande diversité d'insectes pollinisateurs associés à certaines plantes fourragères.

Les tourbières surélevées sont des lieux de reproduction pour diverses espèces de moustiques "non paludéens". Il sera intéressant pour les étudiants d'apprendre que la méthode d'observation des individus marqués a établi l'installation de moustiques à partir d'un réservoir à des distances allant jusqu'à 18 km. Conditions marécageuses inadaptées aux espèces Anophèle tandis que les larves de moustiques Culex constituent le maillon principal de la chaîne alimentaire. L'enseignant peut nommer les caractéristiques distinctives des genres de moustiques Culex Et Anophèle. Il est important de rappeler aux élèves que chez les moustiques adultes, il existe une différenciation alimentaire selon le sexe, de sorte que les mâles et les femelles appartiennent à des niveaux trophiques différents. Les mâles sont des consommateurs de 1er ordre, se nourrissant de la sève des plantes ; les femelles, en tant qu'insectes hématophages, sont consommatrices de commandes ultérieures dans d'autres chaînes alimentaires.

L'espace ouvert au-dessus du marais est un excellent terrain de chasse pour les libellules, qui sont des prédateurs actifs qui se nourrissent en vol. Plus souvent que d'autres dans le marais, vous pouvez rencontrer un grand libellule plat(Libellule dépressive), ainsi que similaires libellule à quatre points(L. quadrimaculatum), qui a un abdomen plus allongé et des bases non noircies de la première paire d'ailes.

On sait que toutes les libellules passent par le stade larvaire de transformation incomplète dans l'eau. Les larves respirent avec de l'oxygène dissous dans l'eau à l'aide de branchies internes (rectales) (libellules) ou à l'aide de trois branchies abdominales trachéales externes (libellules). Les larves de toutes les espèces de libellules sont des prédateurs actifs, et parfois des animaux aquatiques assez gros - têtards, alevins - deviennent leur proie. Cependant, en raison de l'épuisement de l'eau en oxygène et de la pauvreté de l'approvisionnement alimentaire, les larves de libellules sont rares dans l'écosystème marécageux.

En se déplaçant le long de la crête vers le bord du marais, l'enseignant parle des ravageurs des arbres et montre les dégâts qu'ils causent. Sur la tourbière surélevée, quelques arbres poussent à l'état déprimé : pin sylvestre, bouleau pubescent, saules. C'est à eux que sont associés certains consommateurs de produits végétaux.

Des traces de pics épeiches et noirs indiquent que les pins sont infestés de larves de barbillons. Vous pouvez trouver leurs passages larvaires et leurs "berceaux" sous l'écorce morte. La farine brunâtre est bien visible sous l'écorce des pins morts. scolyte typographe(Ips typographique), situés parallèlement à l'axe de l'arbre, les passages utérins, ainsi que de nombreux trous de vol. Sous l'écorce des pins morts, on peut aussi voir des mille-pattes prédateurs bipèdes.

L'écorce de certains bouleaux est perforée aubier de bouleau(Scolytus ratzeburgi) est le plus grand représentant de la famille des scolytes ( Ipidae). Les pucerons du bouleau et les chenilles de mites se trouvent toujours sur les feuilles de bouleau.

Sur le bouleau et le pin, on peut également voir d'autres consommateurs actifs de produits végétaux - les chenilles de tenthrède du bouleau et du pin, qui se distinguent facilement des chenilles de lépidoptères par des caractéristiques visuelles : yeux simples bien définis, 11 paires de pattes (8 abdominales + 3 pectorales) .

Et, enfin, si vous regardez les feuilles de bouleau et de saule, vous pouvez trouver des traces de l'activité de petits insectes, de leurs larves, ainsi que des acariens. Ce sont des traces de morsures, rongements, rongements du mésophylle (minage), c'est-à-dire tout ce qui échappe habituellement à l'œil lors d'un examen sommaire.

En se déplaçant le long de la crête jusqu'au bord du marais, l'enseignant peut montrer aux élèves le résultat du travail d'une fourmi noire sur le bois de quelques épicéas. Dans le même temps, la partie centrale du tronc à leur base se transforme souvent en poussière de parchemin.

L'enseignant peut recommander aux élèves de récolter un petit herbier de feuilles abîmées lors de l'excursion, puis de déterminer les espèces de leurs consommateurs en laboratoire. De même, dans des conditions de laboratoire, il est utile de considérer la population de sphaignes - acariens herbivores et prédateurs microscopiques.

Notons encore une fois que la tourbière surélevée est une communauté unique où les plantes peuvent agir comme des consommateurs de 2ème voire 3ème ordres : droséra poussant le long des crêtes, et pemphigus dans les lacs.

L'histoire des consommateurs de l'écosystème des marais serait incomplète sans mentionner les vertébrés. Leur diversité spécifique est relativement faible. Les consommateurs de lacs flottant près de la surface et d'insectes volants sont grenouilles d'étang (Rana esculenta), dont l'abondance en été dépend directement de la biomasse des insectes précités. À une certaine distance du bord de l'eau - sur les crêtes - se trouvent deux espèces étroitement apparentées : grenouille d'herbe(R. temporaire) Et grenouille des landes(R.arvalis). La classe des reptiles est représentée lézard vivipare(Lacerta viviparia) Et vipère commune(Vipère berus), dont les aires d'hivernage sont confinées à des tourbières surélevées.

Parmi les oiseaux de la tourbière surélevée de la région de Moscou, vous pouvez rencontrer colvert(Anas platyrhynchos), qui est un consommateur de 1er ordre. Les consommateurs de 2ème ordre sont représentés coucou commun(Cuculus canore), attraper des insectes dans les airs, certaines espèces de pics, pipit des prés(Anthus pratensis), bergeronnettes(Motacilla sp..), recueillant de petits invertébrés à la surface. A la frontière du marais et de la forêt, il est possible de rencontrer siskin(spinus spinus) Et flocons d'avoine-remez(Emberiza rustica). Il est à noter que la base alimentaire de la plupart des espèces d'oiseaux répertoriées ne se limite pas aux invertébrés et qu'elles consomment également volontiers les bourgeons des plantes, leurs graines et leurs baies, ce qui se justifie dans les conditions de mauvaise nutrition offertes par l'écosystème marécageux. Les rapaces sont rares dans la région de Moscou, et leur niche écologique (consommateurs de 3ème ordre) serait occupée par mouettes(Minutes Larus). Parmi les mammifères, le marais peut être visité élan(Alces alces).

6. Réducteurs

Le rôle des décomposeurs dans l'écosystème des tourbières n'est pas aussi important que dans d'autres écosystèmes, ce qui est dû aux particularités des facteurs abiotiques. Toujours à la base de certains angiospermes vous pouvez voir des mycorhizes. En été et en automne, des fructifications de divers champignons poussent dans le marais (en automne - cèpes et cèpes). L'activité des bactéries dans les marais est réduite, car. les phénols sécrétés par les mousses inhibent les processus microbiologiques. Le faible taux de décomposition de la matière organique contribue à son tour à l'accumulation de tourbe dans l'écosystème des tourbières.

En raison du fait que la visite est assez longue et informative, base théorique l'organisation de l'écosystème marécageux peut être donnée devant elle dans une leçon de classe.
Pour test de connaissances obtenus lors de l'excursion, l'enseignant donne des devoirs aux élèves. Les devoirs peuvent être réalisés en groupe puis discutés en classe. Avec une approche créative pour accomplir la tâche, les élèves peuvent faire des dessins, des collages, des diagrammes.

Tâches pour tester les connaissances acquises lors de l'excursion

1. Prouver que le marais est un écosystème.
2. Prouver que le marais est un écosystème stable dans le temps.
3. Faire une description du marais en tant qu'écosystème selon le plan : caractéristiques du sol, régime hydrique, caractéristiques de la flore et de la faune.
4. Imaginez qu'en vous promenant dans la forêt, vous rencontriez un marais sur votre chemin. Que ferez-vous pour déterminer son type ? Sur quelles bases peut-on distinguer une tourbière d'altitude d'une tourbière de plaine ?
5. À l'aide de deux ou trois exemples, montrez l'adaptabilité des plantes aux facteurs abiotiques du marais.
6. Dessinez un schéma du réseau trophique des habitants de la tourbière surélevée.
7. Séminaire sur le thème "Valeur, utilisation et protection de l'écosystème des zones humides"

La préparation du séminaire commence deux semaines avant qu'il n'ait lieu. Au kiosque Rechercheétudiants », le titre du sujet du séminaire, une liste de questions et une liste de littérature recommandée sont affichés. Les étudiants se voient proposer les sujets suivants pour la préparation des messages.

1. Le rôle des marécages dans la régulation du régime hydrologique du paysage.
2. Le rôle des marécages dans la régulation des processus géochimiques dans la biosphère.
3. Le rôle des marécages dans la conservation de la diversité biologique et paysagère de la biosphère.
4. L'utilisation du marais par l'homme.

Pour contrôler l'avancement de la préparation du séminaire, l'enseignant procède à des consultations, au cours desquelles il analyse et corrige le travail effectué, donne des recommandations et revoit les devoirs réalisés.

Le séminaire commence par un discours introductif de l'enseignant, qui formule les principaux objectifs de la leçon, donne brève description sujet, souligne sa signification pratique. À l'aide de matériel d'herbier, de tableaux, de diapositives, l'enseignant active les connaissances acquises par les élèves lors de l'excursion sur le marais en tant qu'écosystème. Les élèves rappellent les relations fondamentales entre les plantes et les animaux dans un écosystème. Avec l'aide d'un enseignant, les élèves formulent la conclusion que dans les chaînes alimentaires de la biogéocénose, la matière organique est synthétisée et transformée à plusieurs reprises, ce qui entraîne une circulation continue de substances dans la biosphère.

Ensuite, l'enseignant initie les élèves à la productivité biologique des marécages, révèle les principales différences entre la croissance réelle des forêts et des marécages. Si dans la forêt, la véritable croissance est concentrée dans les arbres (ils poussent), alors dans le marais, elle se transforme en tourbe d'environ 10 à 20%. En raison de cela, les marais grandissent. Le reste de la croissance (80 à 90 %) se décompose, se divise en éléments chimiques et entre dans le cycle suivant. Les substances qui sont passées dans la tourbe sont exclues de la circulation des substances dans la nature.

Dans les rapports des élèves sur les fonctions biosphériques de l'écosystème marécageux, les significations suivantes des marécages sont prises en compte.

1. Formation des eaux souterraines et des ressources en eaux souterraines.
2. Régulation du ruissellement des crues.
3. Protection contre la pénétration d'eau salée dans les eaux douces souterraines et de surface.
4. Retenue des particules en suspension.
5. Accumulation d'éléments nutritifs d'origine animale.
6. Élimination des substances toxiques.
7. Stockage mondial du carbone.
8. Maintien du microclimat.
9. Conservation des habitats végétaux et animaux, y compris les espèces rares.

Dans les récits d'étudiants sur l'importance pratique des marécages, des questions d'utilisation humaine devraient être soulevées :

- plantes médicinales;
– pool génétique de certaines espèces végétales et animales pour la sélection;
- baies et champignons.

Les élèves peuvent également parler des diverses utilisations de la tourbe (construction, fabrication de papier, agriculture, médecine, carburant).

L'enseignant complète les messages des élèves par une histoire sur les méthodes d'extraction de la tourbe (broyage, excavation, hydraulique), attire l'attention des enfants sur les conséquences négatives de la bonification des terres. Terminant l'examen des propriétés de la tourbe, l'enseignant parle de la capacité de la tourbe à conserver des objets de la vie humaine, des traces de la culture matérielle.

Pour consolider la matière étudiée, l'enseignant avant le début de la leçon propose aux élèves les questions suivantes, auxquelles ils doivent répondre à la fin de la leçon (ou à la maison).

1. Pourquoi le niveau des eaux souterraines diminue-t-il lorsque les marécages sont drainés ?
2. Comment les marécages régulent-ils le ruissellement des eaux de crue ?
3. Il existe une opinion selon laquelle les forêts sont les poumons de la planète, les ruisseaux et les rivières sont son système circulatoire et les marécages agissent comme le foie et les poumons sur Terre. Êtes-vous d'accord avec ce constat? Justifiez votre réponse.
4. Comment l'accumulation de nutriments et l'élimination des substances toxiques dans sédiments de fond les marais?
5. Parmi les espèces végétales et animales vivant dans le marais, lesquelles sont répertoriées dans le Livre rouge ?
6. Comment comprenez-vous l'affirmation selon laquelle le marais est un réservoir mondial de carbone ?
7. Comment la disparition des marécages peut-elle contribuer à l'effet de serre ?

Phytophages et carnivores

La structure de la matière vivante de l'écosystème. Structure biotique. Autotrophes et hétérotrophes

Écosystème. Signes écosystémiques

L'homéostasie de l'écosystème. successions écologiques. Types de successions naturelles et anthropiques. Les notions de climax, de stabilité et de variabilité des écosystèmes.

populations dans un écosystème.

Producteurs. Consommateurs I, II commande. Détritophages. Réducteurs.

Phytophages et carnivores.

La structure de la matière vivante de l'écosystème. Structure biotique. Autotrophes et hétérotrophes.

Écosystème. Caractéristiques de l'écosystème.

Thème 3. Écosystème. Structure des écosystèmes

Bioconsommation. Taille de la population et durabilité de la biosphère

Les concepts de noosphère et de technosphère

Le terme "écosystème" a été proposé par l'écologiste anglais A. Tensley en 1935.

Écosystème désigne tout ensemble d'organismes vivants et de conditions environnementales en interaction.

"Toute unité (biosystème) qui comprend tous les organismes co-fonctionnants (communauté biotique) dans une zone donnée et interagit avec l'environnement physique de telle manière que le flux d'énergie crée des structures biotiques bien définies et la circulation de substances entre vivants et non -pièces vivantes, est système écologique, ou écosystème"(Yu. Odum, 1986).

Les écosystèmes sont, par exemple, les fourmilières, les zones forestières, les zones agricoles, les cabanes vaisseau spatial, un paysage géographique ou même le globe entier.

Les écologistes utilisent également le terme "biogéocénose", proposé par le scientifique russe V.N. Soukatchev. Ce terme désigne l'ensemble des plantes, des animaux, des micro-organismes, du sol et de l'atmosphère sur un territoire homogène. La biogéocénose fait partie des options écosystémiques.

Entre les écosystèmes, ainsi qu'entre les biogéocénoses, il n'y a généralement pas de frontières claires et un écosystème passe progressivement à un autre. Les grands écosystèmes sont constitués d'écosystèmes plus petits.

Riz. "Matriochka" des écosystèmes

Sur la fig. la "matryoshka" des écosystèmes est montrée. Plus la taille d'un écosystème est petite, plus les organismes qui le composent interagissent étroitement. Une équipe organisée de fourmis vit dans une fourmilière, dans laquelle toutes les responsabilités sont réparties. Il y a des fourmis chasseuses, des gardes, des constructeurs.

L'écosystème de la fourmilière fait partie de la biogéocénose forestière, et la biogéocénose forestière fait partie du paysage géographique. La composition de l'écosystème forestier est plus complexe; des représentants de nombreuses espèces d'animaux, de plantes, de champignons et de bactéries vivent ensemble dans la forêt. Les liens entre eux ne sont pas aussi étroits que ceux des fourmis dans une fourmilière. De nombreux animaux ne passent qu'une partie de leur temps dans l'écosystème forestier.

Au sein du paysage, différentes biogéocénoses sont reliées par des mouvements d'eau aériens et souterrains, dans lesquels les minéraux sont dissous. L'eau contenant des substances minérales se déplace le plus intensément dans le bassin versant - un réservoir (lac, rivière) et les pentes qui lui sont adjacentes, à partir desquelles les eaux de surface et souterraines s'écoulent dans ce réservoir. L'écosystème du bassin versant comprend plusieurs écosystèmes différents - forêt, prairie, terres arables. Les organismes de tous ces écosystèmes peuvent ne pas avoir de relations directes et sont reliés par des flux d'eau souterrains et aériens qui se dirigent vers le réservoir.

Dans le paysage, les graines des plantes sont transférées, les animaux se déplacent. Un trou de renard ou un repaire de loup est situé dans une biogéocénose, et ces prédateurs chassent dans une vaste zone composée de plusieurs biogéocénoses.

Les paysages sont combinés en régions physiques et géographiques (par exemple, la plaine russe, la plaine de Sibérie occidentale), où différentes biogéocénoses sont reliées par un climat commun, structure géologique territoire et la possibilité de réinstallation des animaux et des plantes. Les relations entre les organismes, y compris les humains, dans les écosystèmes d'une région physico-géographique et la biosphère s'effectuent par des changements dans la composition en gaz de l'atmosphère et composition chimique réservoirs.

Enfin, tous les écosystèmes du globe sont reliés par l'atmosphère et l'océan mondial, dans lesquels pénètrent les produits de l'activité vitale des organismes, et forment un tout unique - biosphère.

L'écosystème comprend :

1) les organismes vivants (leur totalité peut être appelée biocénose ou biote d'un écosystème) ;

2) facteurs non vivants (abiotiques) - atmosphère, eau, nutriments, lumière;

3) matière organique morte - détritus.

D'une importance particulière pour l'allocation des écosystèmes sont trophique , c'est à dire. relations nutritionnelles des organismes qui régulent l'ensemble de l'énergie des communautés biotiques et l'ensemble de l'écosystème dans son ensemble.

Tout d'abord, tous les organismes sont divisés en deux grands groupes - les autotrophes et les hétérotrophes.

autotrophe les organismes utilisent des sources inorganiques pour leur existence, créant ainsi de la matière organique à partir de matière inorganique. Ces organismes comprennent les plantes vertes photosynthétiques du milieu terrestre et aquatique, les algues bleu-vert, certaines bactéries dues à la chimiosynthèse, etc.

Étant donné que les organismes sont assez divers dans les types et les formes de nutrition, ils entrent dans des interactions trophiques complexes les uns avec les autres, remplissant ainsi les fonctions écologiques les plus importantes dans les communautés biotiques. Certains d'entre eux fabriquent des produits, d'autres consomment et d'autres le transforment en une forme inorganique. On les appelle respectivement : producteurs, consommateurs et décomposeurs.

Producteurs- producteurs de produits dont se nourrissent ensuite tous les autres organismes - ce sont les plantes vertes terrestres, les algues marines et d'eau douce microscopiques qui produisent des substances organiques à partir de composés inorganiques.

Consommateurs sont des consommateurs de matière organique. Parmi eux, il y a des animaux qui ne consomment que des aliments végétaux - herbivores(vache) ou ne mangeant que la viande d'autres animaux - carnivores(prédateurs), ainsi que ceux qui utilisent les deux - " omnivores"(homme, ours).

Réducteurs (destructeurs)- les restaurateurs. Ils renvoient les substances des organismes morts vers la nature inanimée, décomposant la matière organique en composés et éléments inorganiques simples (par exemple, en CO 2 , NO 2 et H 2 O). Retour au sol ou Environnement aquatiqueéléments biogéniques, ils complètent ainsi le cycle biochimique. Cela se fait principalement par des bactéries, la plupart des autres micro-organismes et des champignons. Fonctionnellement, les décomposeurs sont les mêmes consommateurs, ils sont donc souvent appelés microconsommateurs.

A. G. Bannikov (1977) pense que les insectes jouent également un rôle important dans la décomposition de la matière organique morte et dans les processus de formation du sol.

Les micro-organismes, bactéries et autres formes plus complexes, selon l'habitat, sont divisés en aérobique, c'est à dire. vivant en présence d'oxygène, et anaérobie vivre dans un environnement sans oxygène.

Tous les organismes vivants sont divisés en deux groupes selon la méthode de nutrition:

autotrophes(du grec. automobiles- lui-même et tropho- nutrition);

hétérotrophes(du grec. hétéros- un autre).

Autotrophes utiliser du carbone inorganique ( sources d'énergie inorganiques) et synthétisent des substances organiques à partir de substances inorganiques, ce sont les producteurs de l'écosystème. Selon la source d'énergie (utilisée), ils sont à leur tour également divisés en deux groupes :

Photoautotrophes- l'énergie solaire est utilisée pour la synthèse de substances organiques. Ce sont des plantes vertes qui contiennent de la chlorophylle (et d'autres pigments) et qui absorbent la lumière du soleil. Le processus par lequel il est absorbé s'appelle la photosynthèse.

(La chlorophylle est un pigment vert qui donne la couleur verte aux chloroplastes des plantes. Avec sa participation, le processus de photosynthèse est réalisé.

Les choroplastes sont des plastes verts présents dans les cellules végétales et certaines bactéries. Ils sont utilisés pour la photosynthèse.)

Chimioautotrophes utilisé pour la synthèse de substances organiques énergie chimique. Ce sont des bactéries soufrées et des bactéries ferreuses qui tirent leur énergie de l'oxydation des composés soufrés et ferreux (chimiosynthèse). Les chimioautotrophes ne jouent un rôle significatif que dans les écosystèmes des eaux souterraines. Leur rôle dans les écosystèmes terrestres est relativement faible.

Hétérotrophes ils utilisent le carbone des substances organiques synthétisées par les producteurs et, avec ces substances, ils reçoivent de l'énergie. Les hétérotrophes sont consommateurs(de lat. consommer- je consomme), consommant de la matière organique, et décomposeurs, en le décomposant en composés simples.

Phytophages(herbivores). Ceux-ci incluent les animaux qui se nourrissent de plantes vivantes. Les phytophages comprennent à la fois les petits animaux tels que les pucerons ou les sauterelles et les géants tels que les éléphants. Les phytophages comprennent presque tous les animaux agricoles : vaches, chevaux, moutons, lapins. Il existe des phytophages parmi les organismes aquatiques, par exemple la carpe herbivore, mangeant des plantes qui envahissent les canaux d'irrigation. Phytophage important - castor. Il se nourrit de branches d'arbres et à partir des troncs, il construit des barrages qui régulent le régime hydrique du territoire.

Zoophages(prédateurs, carnivores). Les zoophages sont variés. Ce sont de petits animaux qui se nourrissent d'amibes, de vers ou de crustacés. Et des gros, comme un loup. Les prédateurs qui se nourrissent de prédateurs plus petits sont appelés prédateurs de second ordre. Il existe des plantes prédatrices (rosée, pemphigus) qui utilisent les insectes comme nourriture.

Symbiotrophes. Ce sont des bactéries et des champignons qui se nourrissent des sécrétions racinaires des plantes. Les symbiotrophes sont très importants pour la vie de l'écosystème. Les filaments de champignons qui s'emmêlent dans les racines des plantes aident à l'absorption de l'eau et des minéraux. Les bactéries symbiotrophes absorbent l'azote gazeux de l'atmosphère et le lient en composés disponibles pour les plantes (ammoniac, nitrates). Cet azote est dit biologique (contrairement à l'azote des engrais minéraux).

Les symbiotrophes regroupent également les micro-organismes (bactéries, animaux unicellulaires) qui vivent dans le tube digestif des animaux phytophages et les aident à digérer les aliments. Les animaux tels que les vaches, sans l'aide de symbiotrophes, ne sont pas capables de digérer l'herbe qu'ils mangent.

Les détritophages sont des organismes qui se nourrissent de matière organique morte. Ce sont les mille-pattes, les vers de terre, les bousiers, les écrevisses, les crabes, les chacals et bien d'autres.

Certains organismes utilisent à la fois des plantes et des animaux comme nourriture, et même des détritus, et sont des euryphages (omnivores) - ours, renard, cochon, rat, poulet, corbeau, cafards. Euryphage est aussi un homme.

décomposeurs- des organismes qui, par leur position dans l'écosystème, sont proches des détritophages, puisqu'ils se nourrissent également de matière organique morte. Cependant, les décomposeurs - bactéries et champignons - décomposent la matière organique en composés minéraux, qui retournent dans la solution du sol et sont à nouveau utilisés par les plantes.

Les réducteurs ont besoin de temps pour traiter les cadavres. Par conséquent, dans l'écosystème, il y a toujours des détritus - un approvisionnement en matière organique morte. Les détritus sont la litière de feuilles à la surface du sol forestier (reste 2 à 3 ans), le tronc d'un arbre tombé (reste 5 à 10 ans), l'humus du sol (reste des centaines d'années), les dépôts de matière organique au fond de la lac - sapropel - et tourbe dans le marais (conservé depuis des milliers d'années). Les détritus les plus durables sont le charbon et le pétrole.

Sur la fig. la structure de l'écosystème, qui est basée sur les plantes - photoautotrophes, est montrée, et le tableau montre des exemples de représentants de différents groupes trophiques pour certains écosystèmes.

Riz. Structure de l'écosystème

Les substances organiques créées par les autotrophes servent de nourriture et de source d'énergie aux hétérotrophes : les consommateurs de phytophages mangent des plantes, les prédateurs de premier ordre mangent des phytophages, les prédateurs de second ordre mangent des prédateurs de premier ordre, etc. Cette séquence d'organismes est appelée chaîne alimentaire, ses liens sont situés à différents niveaux trophiques (représentent différents groupes trophiques).

Le niveau trophique est la localisation de chaque maillon de la chaîne alimentaire. Le premier niveau trophique est celui des producteurs, tous les autres sont des consommateurs. Le deuxième niveau trophique est celui des consommateurs herbivores ; le troisième est constitué de consommateurs carnivores se nourrissant de formes herbivores ; quatrième - consommateurs consommant d'autres carnivores, etc. par conséquent, il est possible de diviser les consommateurs par niveaux : consommateurs du premier, deuxième, troisième, etc. commandes (fig.).

Riz. Relations nutritionnelles des organismes dans la biogéocénose

Seuls les consommateurs spécialisés dans un certain type d'aliments sont clairement répartis par niveaux. Cependant, il existe des espèces qui mangent de la viande et des aliments végétaux (humains, ours, etc.), qui peuvent être incluses dans les chaînes alimentaires à n'importe quel niveau.

Sur la fig. cinq exemples de chaînes alimentaires sont donnés.

Riz. Quelques chaînes alimentaires dans les écosystèmes

Les deux premières chaînes alimentaires représentent les écosystèmes naturels - terrestre et aquatique. Dans l'écosystème terrestre, des prédateurs comme le renard, le loup, l'aigle, se nourrissant de souris ou d'écureuils terrestres, ferment la chaîne. Dans l'écosystème aquatique, l'énergie solaire, assimilée principalement par les algues, passe aux petits consommateurs - daphnies, puis aux petits poissons (gardons) et, enfin, aux grands prédateurs - brochets, silures, sandres. Dans les écosystèmes agricoles, la chaîne alimentaire peut être complète, lorsque les animaux de ferme sont élevés (troisième exemple), ou raccourcie, lorsque sont cultivées des plantes directement utilisées par l'homme comme nourriture (quatrième exemple).

Les exemples ci-dessus simplifient l'image réelle, car la même plante peut être mangée par différents herbivores, et ils deviennent à leur tour victimes de différents prédateurs. Une feuille d'une plante peut être mangée par une chenille ou une limace, une chenille peut être victime d'un coléoptère ou d'un oiseau insectivore, qui peut en même temps picorer le coléoptère lui-même. Le coléoptère peut également être victime d'une araignée. Par conséquent, dans la vraie nature, il ne se forme pas de chaînes alimentaires, mais réseaux trophiques.

Lorsque l'énergie passe d'un niveau trophique à un autre (des plantes aux phytophages, des phytophages aux prédateurs de premier ordre, des prédateurs de premier ordre aux prédateurs de second ordre), environ 90 % de l'énergie est perdue avec les excréments et les coûts respiratoires. De plus, les phytophages ne mangent qu'environ 10% de la biomasse végétale, le reste reconstitue l'approvisionnement en détritus puis il est détruit par les décomposeurs. Par conséquent, la production biologique secondaire est 20 à 50 fois inférieure à la production primaire.

Riz. Principaux types d'écosystèmes

Tout ensemble d'organismes et de composants inorganiques dans lequel la circulation de substances peut avoir lieu est appelé écosystème. Pour maintenir la circulation des substances dans le système, il est nécessaire de disposer d'un stock de molécules inorganiques sous une forme assimilée et de trois groupes écologiques d'organismes fonctionnellement différents : les producteurs, les consommateurs et les décomposeurs.

Les consommateurs (Du lat. Consommer - utiliser) sont des organismes hétérotrophes (toutes les créatures vivantes qui ont besoin d'aliments d'origine organique) qui consomment la matière organique des producteurs ou d'autres consommateurs et la transforment en de nouvelles formes.

Selon les sources d'énergie, les consommateurs sont divisés en trois grandes classes :

- phytophages(herbivores) sont consommateurs de 1er ordre se nourrissant exclusivement de plantes vivantes. Par exemple, les oiseaux mangent des graines, des bourgeons et des feuilles.

• - prédateurs(carnivores) - Consommateurs de 2ème ordre qui se nourrissent exclusivement d'animaux herbivores (phytophages), ainsi que Consommateurs de 3ème ordre qui se nourrissent uniquement de carnivores.
• - euryphages(omnivore) qui peut manger à la fois des aliments végétaux et animaux. Les exemples sont les porcs, les rats, les renards, les cafards et les humains.

Le terme "consommateur (du premier, deuxième, etc.) ordre" vous permet d'indiquer plus précisément la place de l'organisme dans la chaîne alimentaire. Les réducteurs (par exemple, les champignons, les bactéries de décomposition) sont également des hétérotrophes, ils se distinguent des consommateurs par leur capacité à décomposer complètement les substances organiques (protéines, glucides, lipides et autres) en inorganiques (dioxyde de carbone, ammoniac, urée, sulfure d'hydrogène) , complétant le cycle des substances dans la nature, créant un substrat pour les activités des producteurs.

Un même organisme peut être un consommateur d'ordres différents dans différentes chaînes trophiques, par exemple, un hibou mangeant une souris est à la fois un consommateur du deuxième et du troisième ordre, et une souris est du premier et du second, puisque la souris mange les deux plantes et les insectes herbivores.

La présence de quatre blocs interconnectés : producteur - consommateur de premier ordre - consommateur de second ordre - décomposeur est toujours tracée. C'est cette chaîne fonctionnelle que l'on entend lorsqu'on parle de chaînes trophiques ou alimentaires dans un écosystème.

Rôle écologique des consommateurs consiste en la transformation de la biomasse accumulée par les producteurs et la création d'une nouvelle biomasse complémentaire. Aux dépens des producteurs, ils augmentent leur biomasse, en dépensant bien sûr une partie de l'énergie pour assurer leur activité vitale, notamment en la rejetant sous une forme ou une autre dans l'environnement (Fig. 36 - 3). En fait, ils redistribuent la matière et l'énergie dans le temps et dans l'espace.

Les consommateurs utilisent non seulement la biomasse des prédécesseurs pour augmenter la leur, mais la détruisent souvent simplement, ce qui facilite la vie des décomposeurs.

L'importance générale des consommateurs dans le cycle des substances idiosyncratique et ambiguë. Ils ne sont pas nécessaires dans le processus à cycle direct : des systèmes modèles fermés artificiels composés de plantes vertes et de microorganismes du sol, en présence d'humidité et de sels minéraux, peuvent exister indéfiniment en raison de la photosynthèse, de la destruction des résidus végétaux et de l'implication des éléments libérés dans une nouvelle cycle. Mais cela n'est possible que dans des conditions de laboratoire stables. Dans un environnement naturel, la probabilité de la mort de systèmes aussi simples pour de nombreuses causes augmente. Les « garants » de la stabilité du cycle sont d'abord les consommateurs.

Au cours de leur propre métabolisme, les hétérotrophes décomposent les substances organiques obtenues dans la composition des aliments et, sur cette base, construisent les substances de leur propre corps. La transformation des substances principalement produites par les autotrophes dans les organismes consommateurs conduit à une augmentation diversité de la matière vivante. La diversité est une condition nécessaire à la stabilité de tout système cybernétique sur fond de perturbations externes et internes (principe d'Ashby) Les systèmes vivants - de l'organisme à la biosphère dans son ensemble - fonctionnent selon le principe cybernétique de rétroaction. Dans le texte qui suit, nous reviendrons à plusieurs reprises sur l'importance des diverses formes de diversité biologique (hétérogénéité biologique) pour le fonctionnement durable des écosystèmes.

Les animaux, qui constituent l'essentiel des organismes consommateurs, se caractérisent par la mobilité, la capacité de se déplacer activement dans l'espace. C'est ainsi qu'ils sont efficaces participer à la migration de la matière vivante, sa dispersion à la surface de la planète, qui, d'une part, stimule l'implantation spatiale de la vie, et d'autre part, sert de «mécanisme de garantie» en cas de destruction de la vie en tout lieu due à diverses raisons.

Un exemple d'une telle "garantie spatiale" est la catastrophe bien connue sur environ. Krakatau : à la suite de l'éruption volcanique de 1883, la vie sur l'île a été complètement détruite, mais en seulement 50 ans, elle s'est rétablie - environ 1200 espèces ont été enregistrées. La colonisation s'est faite principalement aux dépens de Java, Sumatra et des îles voisines, qui n'ont pas été touchées par l'éruption, d'où, de différentes manières, des plantes et des animaux ont repeuplé l'île recouverte de cendres et de coulées de lave gelée. Dans le même temps, des pellicules de cyanobactéries sont apparues en premier (au bout de 3 ans) sur le tuf et les cendres volcaniques. Le processus d'établissement de communautés durables sur l'île se poursuit ; les cénoses forestières en sont encore aux premiers stades de la succession et sont considérablement simplifiées dans leur structure.

Notons que la division des organismes vivants en producteurs, consommateurs et décomposeurs est le premier niveau d'hétérogénéité biologique.

Enfin, le rôle des consommateurs, principalement des animaux, est extrêmement important, car régulateurs de l'intensité des flux de matière et d'énergie le long des chaînes trophiques. La capacité d'autorégulation active de la biomasse et du taux de son changement au niveau des écosystèmes et des populations d'espèces individuelles est finalement réalisée sous la forme du maintien de la correspondance entre les taux de création et de destruction de la matière organique dans les systèmes du cycle global. Non seulement les consommateurs participent à un tel système de régulation, mais ces derniers (en particulier les animaux) se distinguent par la réaction la plus active et la plus rapide à toute perturbation de l'équilibre de la biomasse des niveaux trophiques adjacents.

DANS biocénoses les organismes vivants sont étroitement liés non seulement les uns aux autres, mais aussi avec nature inanimée. Cette connexion s'exprime à travers la matière et l'énergie.

Le métabolisme, comme vous le savez, est l'une des principales manifestations de la vie. en parlant langue moderne, les organismes sont ouverts systèmes biologiques, car ils sont reliés à l'environnement par un flux constant de matière et d'énergie traversant leur corps. La dépendance matérielle des êtres vivants vis-à-vis de l'environnement a été réalisée dans la Grèce antique. Le philosophe Héraclite a exprimé ce phénomène au sens figuré dans les mots suivants : "Nos corps coulent comme des ruisseaux, et la matière se renouvelle constamment en eux, comme l'eau dans un ruisseau." La connexion matière-énergie de l'organisme avec l'environnement peut être mesurée.

L'approvisionnement en nourriture, en eau et en oxygène des organismes vivants est le flux de matière environnement. Les aliments contiennent l'énergie nécessaire au fonctionnement des cellules et des organes. Les plantes absorbent directement l'énergie lumière du soleil, rangez-le dans liaisons chimiques composés organiques, puis il est redistribué par les relations alimentaires dans les biocénoses.

V. N. Soukatchev
(1880 – 1967)

Grand botaniste russe, académicien
Le fondateur de la biogéocénologie - la science des écosystèmes naturels

Les flux de matière et d'énergie à travers les organismes vivants dans les processus du métabolisme sont extrêmement élevés. Une personne, par exemple, au cours de sa vie consomme des dizaines de tonnes de nourriture et de boisson, et à travers les poumons - plusieurs millions de litres d'air. De nombreux organismes interagissent encore plus intensément avec l'environnement. Les plantes dépensent de 200 à 800 grammes d'eau ou plus pour créer chaque gramme de leur masse, qu'elles extraient du sol et s'évaporent dans l'atmosphère. Substances nécessaires pour photosynthèse, les plantes sont obtenues à partir du sol, de l'eau et de l'air.

Avec une telle intensité de flux de matière de la nature inorganique vers les corps vivants, les réserves de composés nécessaires à la vie sont nutriments– aurait été épuisé depuis longtemps sur Terre. Cependant, la vie ne s'arrête pas, car les éléments biogéniques sont constamment renvoyés dans l'environnement entourant les organismes. Cela se produit dans les biocénoses, où, du fait des relations nutritionnelles entre les espèces, synthétisées par les plantes matière organique sont finalement décomposés à nouveau en de tels composés qui peuvent être réutilisés par les plantes. C'est ainsi cycle biologique des substances.

Ainsi, la biocénose fait partie d'un ensemble encore plus système complexe, qui, en plus des organismes vivants, comprend également leur environnement inanimé, qui contient la matière et l'énergie nécessaires à la vie. La biocénose ne peut exister sans liens matière-énergie avec l'environnement. De ce fait, la biocénose représente une certaine unité avec elle.

A. Tansley
(1871 – 1955)

Botaniste anglais, a introduit le concept d '«écosystème» dans la science

Toute combinaison d'organismes et de composants inorganiques dans laquelle la circulation de la matière peut être maintenue est appelée système écologique, ou écosystème.

Les écosystèmes naturels peuvent être de volume et de longueur différents : une petite mare avec ses habitants, un étang, un océan, une prairie, un bosquet, une taïga, une steppe - tous ces exemples d'écosystèmes à différentes échelles. Tout écosystème comprend une partie vivante - une biocénose et son environnement physique. Des écosystèmes plus petits font partie d'écosystèmes toujours plus grands, jusqu'à l'écosystème général de la Terre. Le cycle biologique général de la matière sur notre planète consiste également en l'interaction de nombreux cycles plus particuliers. Un écosystème ne peut assurer le cycle de la matière que s'il comprend les quatre composants nécessaires à celui-ci : réserves d'éléments biogéniques, producteurs, consommateurs Et décomposeurs(Fig. 1).

Riz. 1. Composants nécessaires de l'écosystème

Producteurs- ce sont des plantes vertes qui créent de la matière organique à partir d'éléments biogéniques, c'est-à-dire de produits biologiques, en utilisant les flux d'énergie solaire.

Consommateurs- consommateurs de cette matière organique, la transformant en de nouvelles formes. Les animaux agissent généralement comme des consommateurs. Distinguer les consommateurs du premier ordre - les espèces herbivores et du second ordre - les animaux carnivores.

décomposeurs- organismes qui détruisent finalement les composés organiques en minéraux. Le rôle des décomposeurs dans les biocénoses est principalement joué par les champignons et les bactéries, ainsi que par d'autres petits organismes qui traitent les restes morts de plantes et d'animaux (Fig. 2).

Riz. 2. Destructeurs de bois mort (scarabée bronzovka et sa larve ; lucane et sa larve ; gros barbeau du chêne et sa larve ; papillon ver à bois odorant et sa chenille ; scarabée plat rouge ; mille-pattes kisyak ; fourmi noire ; cloportes ; ver de terre)

La vie sur Terre dure depuis environ 4 milliards d'années, sans interruption, précisément parce qu'elle se déroule dans le système des cycles biologiques de la matière. La base en est la photosynthèse des plantes et les relations alimentaires des organismes dans les biocénoses. Or, le cycle biologique de la matière nécessite une dépense constante d'énergie. Contrairement aux éléments chimiques, qui interviennent de manière répétée dans les corps vivants, l'énergie des rayons solaires, retenue par les plantes vertes, ne peut être utilisée indéfiniment par les organismes.

Selon la première loi de la thermodynamique, l'énergie ne disparaît pas sans laisser de trace, elle est stockée dans le monde qui nous entoure, mais elle passe d'une forme à une autre. Selon la deuxième loi de la thermodynamique, toute transformation d'énergie s'accompagne du passage d'une partie de celle-ci à un état où elle ne peut plus être utilisée pour le travail. Dans les cellules des êtres vivants, l'énergie qui fournit les réactions chimiques est partiellement convertie en chaleur lors de chaque réaction, et la chaleur est dissipée par le corps dans l'espace environnant. Le travail complexe des cellules et des organes s'accompagne donc de pertes d'énergie de l'organisme. Chaque cycle de circulation des substances, en fonction de l'activité des membres de la biocénose, nécessite de plus en plus d'énergie.

Ainsi, la vie sur notre planète s'effectue comme un permanent cycle de la matière prise en charge flux d'énergie solaire. La vie est organisée non seulement en biocénoses, mais aussi en écosystèmes, dans lesquels il existe une relation étroite entre les composants vivants et non vivants de la nature.

La diversité des écosystèmes sur Terre est associée à la fois à la diversité des organismes vivants et aux conditions de l'environnement physique et géographique. Toundra, forêt, steppe, désertique ou tropicale communautés ont leurs propres caractéristiques de cycles biologiques et de relations avec l'environnement. Les écosystèmes aquatiques sont également extrêmement diversifiés. Les écosystèmes diffèrent par le rythme des cycles biologiques et par la quantité totale de matière impliquée dans ces cycles.

Le principe de base de la stabilité des écosystèmes - la circulation de la matière soutenue par le flux d'énergie - assure essentiellement l'existence sans fin de la vie sur Terre.

Selon ce principe, des écosystèmes artificiels durables et des technologies de production peuvent être organisés dans lesquels l'eau ou d'autres ressources sont économisées. La violation de l'activité coordonnée des organismes dans les biocénoses entraîne généralement de graves changements dans les cycles de la matière dans les écosystèmes. C'est la principale raison d'un tel catastrophes environnementales, comme une baisse de la fertilité des sols, une diminution des rendements végétaux, de la croissance et de la productivité des animaux, la destruction progressive du milieu naturel.