апример, в озерах и морях зимой производителя энергии (продуцента), то есть фитопланктона, меньше по массе, чем зоопланктона. Значит, вышележащий кирпич будет больше нижележащего. Только летом, в период весеннего «цветения», фитопланктона по массе больше, чем зоопланктона.
Исходя из сказанного, специалисты-экологи рекомендуют не очень обольщаться пирамидами численности и биомассы, тогда как пирамиды энергии считают очень показательными в смысле описания пищевой (трофической) структуры данного сообщества организмов. В сущности, это так и есть, поскольку энергия характеризуется скоростью прохождения массы пищи через пищевую цепь. Поэтому на ее форму не оказывают влияния ни изменение размеров различных особей в сообществе, ни интенсивность потребления ими пищи. Последние моменты сказываются на форме пирамид численности и биомассы. Таким образом, каждое сообщество особей, участвующих в единых пищевых цепочках, может успешно характеризоваться энергетической пирамидой. Она отражает трофическую (пищевую) структуру сообщества.
Трофическая структура сообщества является его фундаментальным свойством, которое весьма устойчиво. Так, если, например, в результате пожара или по другим причинам нарушилось соотношение между хищником и его жертвой — травоядным животным, то оно восстанавливается еще до того, как все виды, которые имелись здесь до бедствия, успеют восстановиться. Таким бедствием, конечно, может быть и обработка инсектицидом.
Что же касается размеров особей сообщества, о которых говорилось выше, то небезынтересно будет узнать, что чем меньше размеры особи, тем больше необходимо пищи (энергии), чтобы его прокормить (конечно, на единицу массы). Взрослому человеку требуется меньше пищи (в пересчете на один килограмм его массы), чем грудному ребенку. Чем меньше животное, тем больше его метаболизм. Но чем меньше организмы, тем они проворнее. Было установлено, что при внесении органики количество рассеиваемой энергии увеличилось в 15 раз, хотя численность бактерий и грибов, ответственных за это, увеличилось менее чем в 2 раза.
Чтобы справиться с этой задачей, им пришлось быстрее «проворачивать» энергию. Более крупные организмы — простейшие — уже на это неспособны, не позволяют размеры. Поэтому их численность возросла существенно. Из сказанного выше ясно, почему размер урожая биомассы на корню (который выражают в общей сухой массе или общей калорийности всех организмов, которые присутствуют в данный момент времени) существенно зависит от размеров особей, составляющих сообщество. Кстати, поток энергии через пищевую цепь при этом сохраняется постоянным. Таким образом, чем крупнее организм, тем выше биомасса («урожай») на корню. Например, урожай бактерий, имеющихся в любой данный момент, будет гораздо ниже урожая рыбы или же млекопитающих, несмотря на то, что эти группы, возможно, используют одинаковое количество энергии.
В самом начале мы говорили о двух пищевых цепочках, одна из которых начиналась с растений, а точнее, от солнечной энергии, а вторая — от уже имеющегося органического вещества в виде трупа. Естественно, это может быть труп как животного, так и растения. Эти две пищевые цепи специалисты называют по-разному, первую пастбищной (если даже речь идет о фитопланктоне), а вторую детритной. Детритом называют органическое вещество, которое вовлечено в процесс разложения. Само слово «детрит» означает продукт распада (от лат. детерере — изнашиваться). Геологи этим термином называют продукты разрушения горных пород. Таким образом, вторая пищевая цепь имеет своим первым трофическим (пищевым) уровнем любые продукты распада органических веществ. Дальше мы эту пищевую цепь рассмотрим подробно, только вначале сделаем еще несколько добавлений к уже приведенным названиям организмов по признаку их питания.
Так, уже известные нам производители-продуценты органических веществ в процессах фотосинтеза специалисты называют автотрофами, то есть самопитающимися. Тех же, кто их поедает, называют гетеротрофами, то есть теми, которых кормят другие (те же автотрофы или другие гетеротрофы).
Надо особо подчеркнуть, что все приводимые определения, ярлыки, присваиваемые организму, связаны только с его функцией, а не с его видом. Например, человек может быть травоядным, а точнее, растениеядным (вегетарианцем). Другими словами, это значит, что он в этом случае является первичным консументом, и в то же время макрофагом. И в то же время гетеротрофом. Но если человек питается мясом, то есть другими консументами, другими гетеротрофами, другими макрофагами, то его следует причислить к консументам второго порядка — он становится консументом, который питается консументами. Правда, в другой терминологии все без изменений: он был и остается гетеротрофом, то есть тем, кого кормят другие, тем, кто питается другими. Видите, насколько все сложно с терминологией. Но усвоить ее надо для того, чтобы понимать текст в других учебниках экологии, где в большинстве случаев все эти термины применяются вперемешку, а главное, без объяснения их смысла. Органическое вещество, которое перестало быть живым животным или растением, должно быть разложено, и все составляющие элементы должны вернуться на круги своя и совершать бесконечные циклы в природе для того, чтобы не останавливалась жизнь.
Надо сказать, что процесс разложения органического вещества очень сложен и является многоэтапным. В биосфере имеется целый комплекс разрушителей, который состоит из большого числа видов. Они действуют последовательно и производят полное разложение. Конечно, различные органические вещества разлагаются с разной эффективностью, а точнее, скоростью. Так, жиры, сахара, белки разлагаются быстро. Растительная клетчатка, лигнин древесины, хитин, волосы и кости животных разрушаются очень медленно.
В процесс разложения вовлечены как живые организмы (живое вещество), так и неживое (косное) вещество. Другими словами, разложение является результатом как биотических (био — значит жизнь), так и абиотических, то есть небиотических процессов. По определению, разложение — это «любое биологическое окисление, дающее энергию». Поскольку речь идет об окислении, то выделяют следующие типы разложения (им соответствуют аналогичные типы фотосинтеза). Во-первых, это аэробное дыхание с использованием молекулярного кислорода. Он является окислителем, акцептором электронов. Этот процесс является обратным процессу фотосинтеза, «нормального» фотосинтеза. В процессе аэробного дыхания образуются СО2 и Н2О из синтезированного органического вещества (СН2О). Кроме СО2 и Н2О образуется вещество клетки. Если процесс идет не до конца (то есть дыхание является незавершенным), то образуются органические соединения, которые содержат энергию. Эта энергия в дальнейшем может перейти к другим организмам.
Кислородное (аэробное) дыхание характерно для всех высших растений и животных, а также для большинства представителей Monera и Protista. Построение клеток в их организмах, а также снабжение энергией для поддержания их жизнедеятельности происходит именно за счет их аэробного дыхания.
Во-вторых, это бескислородное дыхание (анаэробное). Окислителем в этом случае служит не кислород. Им может быть другое органическое или неорганическое вещество. Такой тип дыхания используют бактерии, дрожжи, плесневые грибы, простейшие. Этот процесс бескислородного дыхания может идти также в некоторых тканях высших животных, для которых характерно аэробное дыхание. Метановые бактерии являются хорошим примером анаэробов. Они, разлагая органическое соединение, образуют метан (СН4). Это происходит путем восстановления либо органического углерода, либо углерода карбонатов. В последнем случае их дыхание является брожением. Кстати, метан известен как болотный газ. Когда он поднимается к поверхности, он окисляется или же самовоспламеняется. Метановые бактерии, о которых идет речь, принимают участие в разложении содержимого рубца у домашнего скота (и вообще у жвачных животных).
Можно привести и другой пример анаэробов. Это бактерии Desulfovibrio. Эти бактерии в бескислородных водах и глубоких отложениях восстанавливают SО4 до газообразного Н2S. Такой процесс происходит в Черном море. Газ Н2S поднимается в верхние слои отложений или даже до уровня поверхностных вод. Здесь он может быть использован фотосинтезирующими бактериями или другими организмами.
В-третьих, имеется анаэробное дыхание, а точнее, окисление, при котором окислителем служит само окисляемое органическое соединение. Такое дыхание называется брожением. Естественным примером таких организмов являются дрожжи. В почве дрожжи делают очень важное дело — разлагают растительные остатки.
Многие бактерии универсальны — могут пользоваться аэробным и анаэробным дыханием. Но результаты при этом будут разные. Образуются разные конечные продукты, и энергии высвобождается разное количество. При бескислородном (анаэробном) дыхании энергии высвобождается значительно меньше.
Надо сказать, что аэробные и анаэробные организмы функционально дополняют друг друга и очень тесно взаимосвязаны.
Нелишне сообщить, что специалисты называют микроорганизмы сапротрофами (от греч. сапрос — гнилой), то есть питающимися гнилью. С таким же успехом можно сказать «пожирающие гниль», а значит, назвать их сапрофагами. В литературе оба термина в ходу.
Каким образом происходит разложение? В клетках бактерий, а также в грибном мицелии вырабатываются специальные вещества — наборы ферментов. Эти вещества способствуют протеканию специфических химических реакций, когда они выделяются бактериями в мертвое вещество. В процессе разложения образуются вещества, которые оказывают очень важное влияние на рост других организмов, находящихся в их окружении. Если вещества, выделяемые одним видом организмов, влияют на организмы других видов, то специалисты их называют «вторичными метаболитами». Эти выделяющиеся бактериями вещества — «вторичные метаболиты» — могут быть: 1) ингибиторами, от лат. ингибере — сдерживать, останавливать (примером служит антибиотик пенициллин, который производится плесневым грибом), 2) стимуляторами (различные витамины и другие вещества, способствующие росту, такие, как витамин В