Грибница хищных грибов выделяет вещество, привлекающее червей, она образует ловчие петли, быстро набухающие при вползании червя и зажимающие его, или клейкие сети, способные уловить даже круглых червей (длиной до 1 см), значительно превосходящих грибы по размеру. Всего за сутки грибница прорастает внутрь червя и заполняет его тело. Когда черви отсутствуют, грибы не плетут сетей. Включение соответствующих генов происходит у них при наличии в среде продуктов жизнедеятельности червей.
Рассмотренные типы позитивных и негативных отношений характерны в наше время для всех царств живой природы.
Экосистемы
Виды животных и растений образуют взаимосвязанные комплексы — природные сообщества. Большие сообщества включают в себя меньшие. Так, в сообщество степей входят сообщества микроорганизмов, растений, беспозвоночных и позвоночных животных.
Каждый биоценоз определяется прежде всего растительностью. Тропические леса, тайга, степи и пустыни имеют свойственные им растительные сообщества. Тропические леса отличаются от тайги не только древостоем, но и подлеском, и травяным покровом. В каждом растительном сообществе обитают свойственные ему сообщества животных, грибов и микроорганизмов, получающие вещество и энергию от растительности, а также из окружающей среды (солнца, воздуха, воды и почвы). Потоки вещества и энергии связывают сообщества между собой и с окружающей средой в неразрывное единство — экосистему. Теория экосистем разработана в начале 1940-х годов академиком В. Н. Сукачевым (в его трудах использован термин биогеоценоз).
По характеру питания и получения энергии все экосистемы подразделяются на три функциональные группы (состоящие из множества популяций): продуценты, консументы и редуценты.
В первую группу продуцентов (лат. producens производящий) входят производители органических веществ из неорганики. Это автотрофы: фотосинтезирующие растения и бактерии, использующие солнечную энергию, а также хемосинтезирующие бактерии, использующие химическую энергию.
Продуценты являются источником органики и энергии для консументов (лат. consumо потребитель). Растительноядных животных называют первичными консументами, паразитов и хищников, потребляющих растительноядных и друг друга — вторичными и третичными консументами.
Замыкающей группой пищевых цепей являются редуценты (лат. reducere возвращать), перерабатывающие остатки органического вещества всех групп (растительный опад, трупы, экскременты). К редуцентам относятся самые разнообразные организмы от птиц и млекопитающих, поедающих падаль, до трупоядных насекомых и гнилостных бактерий. В почвах степных экосистем минерализация органики происходит достаточно интенсивно, и органические остатки не накапливаются на поверхности. В болотных биоценозах вследствие затрудненной деятельности редуцентов преобладает накопление органической массы.
Окончательная переработка органики осуществляется редуцентами-деструкторами, разлагающими органику на неорганические молекулы (воду, углекислый газ, аммиак и другие минеральные вещества), которые вновь используются растениями. Одни из самых важных деструкторов — грибы — разлагают даже такие компоненты древесины, которые не поддаются бактериям. Без них лес был бы завален отмирающими стволами.
Только совместная жизнедеятельность продуцентов, консументов и редуцентов обеспечивает существование экосистемы. Без зеленых растений не могут обойтись животные, отсутствие растительноядных делает невозможным существование хищников. Без редуцентов экосистемы заполнились бы мертвой органикой, а запасы минеральных веществ быстро бы иссякли. В тропических лесах все доступные минеральные вещества почв потребляются растениями, но их недостатка не ощущается — редуценты быстро разлагают опад. Минеральная часть образующихся веществ вновь поглощается растениями.
Простейший пример экосистемы — лишайник. Роль продуцентов выполняют водоросли, осуществляющие фотосинтез. Грибница выступает консументом, питающимся продуктами фотосинтеза, а бактерии и простейшие — редуцентами.
Большинство видов питаются несколькими другими, и сами служат пищей многим членам экосистемы. Хищные птицы ловят мышей, зайцев, змей, лягушек и ящериц. Змеи охотятся на мышей, лягушек и мелких птиц. Медведи — хищники, но употребляют мед, растительную пищу и падаль. Питаются плодами и лисы. Цепи питания переплетены в сложные сети, выпадение одного из звеньев, как правило, не нарушает равновесия. Чем большее количество видов составляет биоценоз, тем он устойчивее. Если, например, из цепи питания растения--зайцы--лисы выпадут по каким-либо причинам зайцы, то в богатом биоценозе лисы могут охотиться на мышей и птиц.
В особую группу выделяют детритные пищевые цепи, они начинаются не с живых растений, а с мертвого детрита. Например, опад листьев служит пищей дождевым червям, а их экскрементами питаются грибы и бактерии.
Даже небольшие с виду нарушения в пищевых цепях могут приводить к тяжелым последствиям. Жители одного из островов Индонезии решили избавиться от москитов и протравили помещения ДДТ, умершими москитами отравились ящерицы. Ядовитыми ящерицами отравились кошки. Расплодившиеся крысы вызвали вспышку чумы. Большая партия привезенных кошек улучшила положение, но к тому времени стали рушиться дома — после исчезновения ящериц размножились термиты и подточили балки строений.
Первичным источником энергии для круговорота веществ в экосистемах служит солнечный свет. При этом атомы и молекулы могут использоваться многократно, а энергия света должна постоянно поступать от Солнца. Энергия солнечных фотонов в процессе жизнедеятельности экосистемы рассеивается в виде тепла и, согласно второму началу термодинамики, не может быть использована в системе заново (как не может вновь нагреться остывший стакан чая).
Интенсивность фотосинтеза варьирует в широких пределах. Она особенно высока (15-25%) у водорослей, растений, обитающих близ пределов существования растительности — на Крайнем Севере и в горах, а также при малой освещенности мест обитания. Значителен КПД использования света у культурных сортов: у картофеля 5%, свеклы 8%, ячменя 13,5%. В естественных условиях растения усваивают в среднем около 1% солнечной энергии, 90% которой тратят на поддержание жизнедеятельности (в основном на процессы дыхания — биологического окисления) и лишь 10% — на увеличение биомассы. Растительноядные животные на собственный рост и размножение тратят всего около 10% потребляемой энергии. Поедающие их хищники расходуют на увеличение биомассы также около 10% полученной энергии. На каждый следующий уровень переходит около 10% биомассы и энергии, поэтому зеленая биомасса растений способна обеспечить питанием пищевую цепь не более 3-5 уровней, например: растения--кузнечики--лягушки--змеи--совы, водоросли--рачки--салака--треска--тюлень.
Вместе с веществом через экосистему проходит поток энергии, заключенной в его химических связях. Относительное количество передаваемых на каждый следующий трофический уровень веществ и энергии изображают в виде экологической пищевой пирамиды. Согласно правилу пирамиды, 1 т растений кормит 100 кг травоядных животных, 10 кг вторичных консументов и только 1 кг третичных. Для построения 1 кг тела человека требуется 10 кг трески, потребившей 100 кг мелких рыб, съевших 1 т зоопланктона (рачков, инфузорий и пр.), усвоившего 10 т фитопланктона (мелкие водоросли, бактерии). В таких количествах планктон потребляют только усатые киты.
Количество особей на каждом трофическом уровне также составляет пирамиду. На 1 гектар лугов приходится до 10 млн. растений (продуценты), около 1 млн. растительноядных насекомых (первичные консументы), 300 тыс. хищных насекомых (вторичные консументы) и всего 3 птицы.
Правило экологической пирамиды успешно применяется в рыбном хозяйстве. Поскольку до высоких трофических уровней доходит всего 0,1-0,01% энергии биомассы продуцентов, то в искусственных водоемах обычно выращивают рыб, наиболее близких в пищевой цепи к продуцентам. Так, карпов выгоднее выращивать, чем щук, являющихся консументами более высокого порядка: водоросли--зоопланктон--мелкая рыбешка--хищник (окунь)--щука.
Нарушение правила экологической пирамиды в промысловой деятельности чревато серьезными последствиями. В северной Атлантике, Баренцевом и Белом морях прибрежные популяции трески были оставлены без пищи и резко сократились из-за хищнической добычи мойвы, салаки и кильки.
Промышленные и бытовые сточные воды в Ладожском озере и Финском заливе, не опасные для выживания рыбы, привели к гибели значительной части первичных консументов — водных беспозвоночных (ракообразных и микроскопических кольчатых червей). Это значительно увеличило численность продуцентов — одноклеточных водорослей, вызвавших "цветение" воды, особенно сильное в нижнем течении Невы и Невской губе Финского залива. Причиной скопления там сточных вод стали сооружения, защищающие Санкт-Петербург от наводнений. Чрезмерное количество отмирающих продуцентов вызвало накопление илистых отложений, уменьшение содержания кислорода, сокращение количества рыбы и, в конечном счете, деградацию экосистемы.
Продукция экосистем. Важные параметры любой экосистемы — биомасса и ее прирост, т.е. урожай. Самой высокой биомассой обладают тропические дождевые леса, самой низкой — тундры и пустыни. Биомасса тропических лесов составляет 500 т/га, широколиственных лесов умеренной зоны — 300 т/га, пустынь — не более 10 т/га. Среди животных наибольшей биомассой обладают почвенные беспозвоночные — дождевые черви — 300-900 кг/га, биомасса лесных позвоночных в сто раз меньше, чем червей (менее 10 кг/га).