БИОЛОГИЯ Том 1 - руководство по общей биологии - 2004

10. ОРГАНИЗМЫ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА

10.2. Экосистемы

10.2.3. Поток энергии и биогеохимические циклы

Энергию можно определить, как способность совершать работу, а организмы представить в виде машин, требующих энергии для своей работы, т. е. жизнедеятельности. Источником энергии для функционирования практически всех экосистем является — Солнце¹. Энергия солнечного излучения улавливается фотоавтотрофами в процессе фотосинтеза и преобразуется в химическую энергию, которая запасается в органических молекулах. Запас этих молекул служит источником энергии для всех других организмов экосистемы.

Химические элементы, входящие в состав биоты, прямо или косвенно извлекаются ею из абиотической части экосистемы (почвы, воды, воздуха) и возвращаются в нее же при разложении конечных продуктов метаболизма и мертвых остатков. Разложение осуществляют в основном грибы и бактерии, которые в ходе этого процесса получают необходимые им вещества и энергию. Таким образом, в экосистеме происходит непрерывный круговорот биогенных элементов с участием живых организмов. Поскольку в этот круговорот вовлечена и абиотическая среда, говорят о биогеохимических циклах.

Солнечная энергия запускает эти циклы не только посредством фотосинтеза. Она определяет климат, а следовательно, и погоду: температуру воздуха и поверхности земли, скорость и направление ветра, испарение, атмосферные осадки. Эти факторы в свою очередь определяют скорость эрозии и выветривания, т. е. разрушения горных пород до водорастворимых веществ, доступных растениям. Итак, в конечном счете от Солнца зависит и минеральное питание растений.

Химические элементы в экосистеме совершают круговорот, т. е. неоднократно используются организмами, а получаемая экосистемой энергия непрерывно утрачивается, превращаясь в непригодную для использования биотой форму, главным образом в тепло. Следовательно, для сохранения равновесия необходимо регулярное поступление энергии извне. В этом заключается принципиальная разница между энергией и биогенными элементами: энергия протекает через экосистему «насквозь», а биогенные элементы совершают внутренние циклы. Это иллюстрирует рис. 10.3.

Рис. 10.3. Схема потока энергии и круговорота биогенных элементов (биогеохимических циклов) в экосистеме.

¹ Результаты исследования океанических глубин неожиданно показали, что жизнь около фумарол (выходов горячих газов) подводных вулканов довольно богата и разнообразна. Там обнаружены неизвестные прежде виды. Поскольку солнечный свет в глубины океанов не проникает, биота там обычно бедна и основой ее питания служит детрит (органические остатки), опускающийся сюда из верхних освещенных слоев воды, где идет фотосинтез. Однако не исключено, что вблизи фумарол главным источником органики являются хемоавтотрофные бактерии, которые вместо солнечной энергии используют сероводород, выделяемый вулканами. Эти микроорганизмы служат пищей для своеобразных червей (погонофор) и моллюсков.