Биотический круговорот

Биотический круговорот Биотический круговорот

Важнейшей функцией живых организмов является питание. Основным источником создаваемого в океане первичного органического вещества являются фотосинтезирующие растения - автотрофы или продуценты. Они стоят в начале биотического круговорота. Растения используют энергию солнечного излучения, улавливая ее с помощью хлорофилла и других пигментов. Из простых элементов - углерода, водорода, кислорода, а также питательных солей, соединений азота, фосфора, кремния кальция и др. - автотрофы вырабатывают сложные органические соединения.

Консументы (гетеротрофные животные) питаются готовым органическим веществом -растениями, другими животными, органическими остатками, продуктами распада и жизнедеятельности. Первичная продукция растений используется растениеядными животными (консументами первого порядка) в качестве сырья для построения своего тела, а также как источник энергии жизнедеятельности. Хищники (консументы более высоких порядков) пожирают растениеядных животных, чтобы получить материал и энергию для своих нужд.

Структура пищевых связей в конкретных сообществах океана может быть простой, в виде одного ряда трофических звеньев, и сложной, когда трофические связи организмов переплетаются в сложную сеть. Примером простой цепочки может служить известная своей высокой продуктивностью экосистема области апвеллинга в Тихом океане у берегов Перу. Обильно развивающийся в богатых биогенами водах фитопланктон служит пищей рыбам (анчоусу), которыми в свою очередь кормятся многочисленные птицы, образующие на берегу крупнейшие в мире "птичьи базары". Помет этих птиц, благодаря сухому климату, накапливается в огромных количествах, уплотняется и превращается в гуано - ценное, богатое фосфором сельскохозяйственное удобрение. Промысел анчоусов в этом районе дает самую большую долю в мировом улове рыбы.

Правило 10%. В процессе питания в экосистеме осуществляется передача вещества и энергии с одного трофического уровня на другой. Часть вещества и энергии при этом теряются. В среднем каждое последующее звено в цепи питания содержит вещества и энергии в десять раз меньше, чем предыдущее звено {правило 10% Линдемана). Например, для нагула 1 кг веса крупной океанической рыбы требуется около 10 кг мелких рыб, которыми она питается, 100 кг зоопланктона - корма для мелких рыб и 1000 кг фитопланктона - корма для зоопланктона.

Трофическую структуру и функцию можно изобразить в виде экологической пирамиды, основанием которой служит первый уровень (уровень продуцентов), а последующие уровни образуют этажи и вершину пирамиды.

Традиционный способ использования биологических ресурсов океана - рыболовство. Объектом промысла в основном служат крупные хищные рыбы, занимающие верхние звенья пищевой цепи. Теория подсказывает, что такой путь использования биологических ресурсов мало эффективен. Переход на каждую ступень вниз по трофической цепочке сулит увеличение биомассы на порядок. Примером могут служить названный выше анчоус, а также криль - ракообразные планктона приантарктических морей. Расчеты показывают, что добыча криля без ущерба для экосистемы может давать массу, равную мировому улову рыбы в настоящее время.

Кормовые ресурсы океана включают все формы мертвого и живого органического вещества. Мертвого органического вещества в океане неизмеримо больше, чем живого. Основная его часть находится в растворенном виде (РОВ - растворенное органическое вещество). Суммарное количество углерода органических соединений, содержащегося в РОВ, достигает 2 х 1012 т. Важный кормовой компонент - мельчайшие частицы органики, взвешенные в воде (детрит). Его запасы около 7x109 т. Живое органическое вещество в океаносфере представлено организмами планктона, нектона и бентоса.

Заметим, что в открытом океане перераспределение энергии питания в экосистеме принципиально отличается от такового на суше. В наземных экосистемах господствуют крупные многолетние растения - деревья, травы, кустарники. Их биомасса составляет более 90% общей биомассы сообщества; на долю животных приходятся единицы процентов. Только незначительная часть растений потребляется растениеядными животными; большая часть разлагается грибами и бактериями. В море только на мелководьях, где распространены заросли крупных морских водорослей и трав, распределение энергии подобно наземному. Экосистема открытого океана полностью основана на первичной продукции одноклеточных водорослей, входящих в состав фитопланктона. Почти весь фитопланктон быстро выедается мелкими растениеядными животными, входящими в состав зоопланктона.

В океане, если взять отношение биомассы фитопланктона (1,5x109 т) к биомассе зоопланктона (22,5x109 т) в любой момент времени, оно окажется более чем на порядок ниже. Если все организмы фитопланктона, даже продуктивной части океана, поднять к поверхности и отфильтровать, то они образуют слой толщиной менее 1 мм. Налицо противоречие сформулированному выше правилу 10%.

Парадокс перевернутой пирамиды объясняется очень высокой продуктивностью фитопланктона, который способен удваивать биомассу путем деления клеток в течение одного-двух дней. Свидетельством того, что одноклеточные водоросли очень эффективно используют жизненное пространство, является обнаружение их огромных скоплений, способных придавать морской воде зеленый, бурый или даже красный цвет (синий цвет воды всегда свидетельствует о ее высокой прозрачности и бедностью жизнью). Благодаря высокой продуктивности автотрофов в Мировом океане производится примерно столько же первичной продукции, сколько ее дают все наземные растения, включая сельскохозяйственные угодья.

Отмечая ведущую роль автотрофов в снабжении пищей последующих звеньев трофической цепочки, следует помнить, что глубина верхнего слоя океана, доступного для проникновения солнечных лучей, составляет лишь первую сотню метров. Только здесь может осуществляться фотосинтез и продуцироваться первичное органическое вещество. Обитатели многокилометровых океанских глубин представлены потребителями готового органического вещества - консументами.

Среди консументов существует еще одна обширная группа организмов, - это детритофаги. Детрит образно можно назвать органической пылью, которая парит в толще воды и медленно оседает на дно. Большое количество детрита, преимущественно растительного происхождения, выносится в океан с суши речным стоком. Поэтому особенно богатые сообщества детритофагов формируются на дне материковых окраин. В открытом океане детрит представляет собой "дождь" трупов и продуктов жизнедеятельности пелагических организмов. Он составляет основу питания гидробионтов абиссальных глубин.

Следует сказать еще об одном источнике первичной продукции в океане -жизнедеятельности хемотрофных бактерий. Подлинной сенсацией явилось открытие сгущений жизни в глубинах океана вокруг так называемых "черных курильщиков".

Дно океана рассекают глубокие разломы, через которые изливаются вязкие потоки лавы. Холодная придонная вода, опускаясь сквозь пористые вулканические породы в недра, нагревается, растворяет а - край скалы в зоне гидротермальной активности (стрелками показано истечение флюидов). Видны сообщества вестиментифер (погонофор), двустворчатых моллюсков и др. Грунт покрыт слоем бактериальных обрастаний; б -гидротермальные постройки (их высота достигает 100 м), склоны которых обросли разнообразными животными. Стрелками показано просачивание флюида содержащиеся в горных породах металлы, обогащается вулканическими газами. Горячая вода под большим давление устремляется вверх и выбрасывается в виде подводных гейзеров (гидротерм), температура которых достигает 300 - 400 °С . Благодаря высокому содержанию сульфидов металлов, вода гейзеров окрашена в черный цвет. Она похожа на черный дым. Поэтому глубоководные рифтовые гейзеры окрестили верными курильщиками".

В глубинах океана именно гидротермы в условиях полного мрака и низких температур придонной воды служат животворными источниками, создающими оазисы жизни. Вблизи горячих источников кишат бесчисленные черви и червеобразные существа -вестиментиферы; лежат "морские огурцы" (кукумарии), ползают крабы, кружат рои креветок. Скалы облеплены крупными, величиной с большую тарелку, двустворчатыми моллюсками.

Ключ к разгадке тайны богатой органической жизни находится в высоких концентрациях в водах гидротерм сероводорода и метана. Миллиарды хемосинтезирующих бактерий питаются этими ядовитыми соединениями. Высокая биологическая продуктивность жизни обусловлена прежде всего симбиозом животных с хемосинтезирующими бактериями Такой способ питания дает ряд преимуществ: бактерии, наполняющие ткани животных и синтезирующие органические соединения, вводят питательные вещества непосредственно в клетки.Когда горячий источник иссякает (он существует несколько десятков лет), ледяные, погруженные в вечный мрак глубины вновь становился безжизненными.

Читайте в рубрике «Обитатели абиссали»:

/ Биотический круговорот

Рубрики раздела
Лучшие по просмотрам