За мутуалістичних (взаємовигідних) взаємозв'язків кожен із взаємодіючих видів має певну користь (взаємозв'язки бульбочкових бактерій і бобових рослин, найпростіших джгутикових і комах, у кишечнику яких вони мешкають тощо).
Отже, між популяціями різних видів, що входять до складу певного біоценозу, виникають складні й різноманітні взаємозв'язки, які можуть бути більш-менш тісними. Загалом вони забезпечують функціонування біоценозу як єдиної цілісної системи і його саморегуляцію.
Яка структура біогеоценозу?
Оскільки біогеоценоз - це сукупність популяцій організмів, які взаємодіють між собою і з фізичним середовищем, у ньому виділяють біотичну (сукупність популяцій організмів - біоценоз) та абіотичну (умови фізичного середовища існування) частини.
До складу абіотичної частини входять такі компоненти:
неорганічні речовини (вуглекислий газ, кисень, вода тощо), які завдяки діяльності живих організмів вводяться у колообіг;
органічні речовини (залишки живих організмів або продукти їхньої життєдіяльності), які зв'язують між собою абіотичну і біотичну частини біогеоценозу;
кліматичний режим, або мікроклімат (середньорічні температура, кількість опадів тощо), який визначає умови існування організмів.
Біотичну частину біогеоценозу складають різні екологічні групи організмів, об'єднані між собою просторовими і трофічними зв'язками:
продуценти - популяції автотрофних організмів, здатних синтезувати органічні речовини з неорганічних (фототрофні або хемотрофні організми);
консументи - популяції гетеротрофних організмів, які живляться іншими організмами чи мертвою органікою (фітофаги, хижаки, паразити, сапротрофи);
редуценти - популяції організмів, які, споживаючи мертву органіку, розкладають її до неорганічних сполук (різноманітні бактерії, гриби).
Які властивості біогеоценозів? Становлення певного біогеоценозу - це тривалий історичний процес, під час якого популяції організмів різних видів пристосовуються до спільного існування, а також до факторів фізичного середовища життя. Внаслідок цього процесу ускладнюється його структура і формуються такі властивості, як цілісність, стійкість, здатність до саморегуляції та самовідтворення.
Цілісність біогеоценозів забезпечують тісні взаємозв'язки популяцій організмів між собою і фізичним середовищем життя: фактори неживої природи впливають на життєдіяльність організмів, а останні - на мікроклімат біогеоценозу. Внаслідок цих взаємодій виникають потоки енергії і колообіг речовин, які зв'язують усі компоненти біогеоценозу в єдину цілісну систему.
Здатність біогеоценозів до самовідтворення насамперед зумовлена здатністю популяцій організмів, які входять до їхнього складу, відтворювати свою чисельність. Крім того, взаємодіючи між собою і з компонентами фізичного середовища, вони беруть участь у регуляції чисельності популяцій інших видів. Завдяки цим взаємодіям живі організми відтворюють і необхідні умови фізичного середовища існування. Наприклад, рослини вбирають з ґрунту сполуки нітрогену, внаслідок чого його вміст зменшується. Ґрунтові бактерії, гриби і тварини, розкладаючи органічні рештки, повертають ці сполуки в ґрунт у формі, доступній для засвоєння рослинами.
Стійкість біогеоценозів склалася внаслідок взаємного пристосування популяцій організмів різних видів, а також їхніх адаптацій до умов фізичного середовища життя. Вона проявляється в здатності протистояти несприятливим зовнішнім впливам без помітних порушень власної структури. При цьому, чим більше видове різноманіття певного біогеоценозу і чим різноманітніші взаємозв'язки між популяціями різних видів, тим вищою буде його стійкість (наприклад, за достатнього видового різноманіття кілька рослиноїдних видів регулюють густоту популяцій певного виду рослин ефективніше, ніж один).
Саморегуляція біогеоценозів полягає в коливаннях кількісних і якісних показників його продуктивності, швидкості біогенної (тобто за участю живих організмів) міграції атомів і потоків енергії навколо певних середніх (оптимальних) значень. При цьому регулюючими чинниками є внутрішньовидові та міжвидові зв'язки, які згладжують коливання чисельності окремих видів.
Як тільки густота певної популяції перевищить деякий середній рівень, у біогеоценозі починають діяти регуляторні механізми (наприклад, вплив популяцій хижаків на популяції їхньої здобичі, популяцій паразитів - на популяції хазяїна тощо), що приводять її у відповідність до умов середовища існування.
Порушення взаємозв'язків між популяціями організмів у біогеоценозах, спричинені діяльністю людини, можуть призводити до різкого скорочення чисельності одних видів (наприклад, промислових) і масового розмноження інших (зокрема, шкідників сільського і лісового господарств).
Які перетворення енергії відбуваються в біогеоценозах? Функціонування будь-якого біогеоценозу, як і окремого організму, пов'язане з перетворенням енергії. Енергія потрібна всім організмам для забезпечення процесів життєдіяльності: росту, розмноження, рухової активності тощо. Так само, як і окремі організми, біогеоценози - відкриті системи, тому вони потребують постійного надходження енергії ззовні. Простежимо, які саме перетворення енергії відбуваються в біогеоценозах.
Основним джерелом енергії, що надходить до біогеоценозу ззовні, є сонячне світло. Як вам відомо, її вловлюють фотосинтезуючі організми. Гетеротрофні організми дістають необхідну їм енергію внаслідок розщеплення органічних речовин, які надійшли до них з їжею.
Лише незначну частину сонячної енергії, що досягає поверхні Землі (приблизно 1%), вловлюють зелені рослини, інша ж її частина відбивається в космос або розсіюється у вигляді тепла. Частину засвоєної енергії вони використовують на забезпечення власних процесів життєдіяльності, а частину - запасають у вигляді синтезованих ними органічних сполук.
Організми, які споживають зелені рослини, також запасають лише частину енергії, одержану з їжею (близько 10-20%), іншу - розсіюють у вигляді тепла, витрачають на забезпечення процесів життєдіяльності. Те саме відбувається і при поїданні рослиноїдних видів хижаками тощо. Отже, на кожному з етапів передачі енергії від одних організмів до інших, більша її частина розсіюється у вигляді тепла і лише незначна частка (10-20%) запасається у вигляді енергії хімічних зв'язків синтезованих органічних сполук.
Що таке ланцюги живлення? Ми можемо створити уявний ряд організмів, у якому особини одного виду, їхні рештки або продукти життєдіяльності слугують об'єктом живлення для представників іншого виду. Такі ряди організмів називають ланцюгами живлення. Кожен ланцюг живлення складається з певної кількості видів, тобто окремих ланок. При цьому кожен з цих видів займатиме в ланцюзі живлення певне положення, або трофічний рівень. На початку ланцюгів живлення, як правило, перебувають продуценти, тобто автотрофні організми. А трофічний рівень консументів (гетеротрофних організмів) визначають тією кількістю ланок, через яку вони дістають енергію від продуцентів.
Так, рослиноїдні тварини займають трофічний рівень, наступний за продуцентами. Тому їх називають консументами І порядку. Далі йде рівень хижаків, які живляться рослиноїдними видами (консументи II порядку) тощо.
Якщо консументи споживають різні види їжі, то в різних ланцюгах живлення вони можуть займати різні трофічні рівні. Наприклад, сіра ворона може поїдати зерно (консумент І порядку), пташенят зерноїдних (консумент II порядку) чи комахоїдних (консумент III порядку) птахів.
Частина біомаси відмерлих продуцентів (наприклад, листяний опад), яка до цього не була спожита консументами, а також рештки чи продукти життєдіяльності самих консументів (наприклад, трупи, екскременти тварин), складають кормову базу редуцентів. Редуценти дістають необхідну їм енергію, розкладаючи органічні сполуки до неорганічних.
Отже, в біогеоценозі енергія накопичується у вигляді хімічних зв'язків органічних сполук, синтезованих продуцентами з неорганічних речовин.
Далі вона проходить через організми консументів і редуцентів, але при цьому на кожному з трофічних рівнів частково розсіюється у вигляді тепла.
Наприкінці ланцюга живлення, енергія, яка зберігається в мертвій органіці, остаточно розсіюється у вигляді тепла при руйнуванні її редуцентами.
Оскільки під час передачі енергії з одного трофічного рівня на наступний, вищий, більша її частина втрачається для організмів, то кількість можливих ланок ланцюга живлення обмежена. Як правило, вона не перевищує чотирьох-п'яти. Можна також зробити висновок, що оскільки при передачі енергії від нижчого трофічного рівня на вищий більша її частина розсіюється у вигляді тепла, колообіг енергії в біогеоценозі, на відміну від колообігу речовин, неможливий. Для нормального функціонування біогеоценозу необхідне постійне надходження певної кількості енергії ззовні, яка компенсує її втрати живими організмами.
Отже, основу будь-якого біогеоценозу складають зелені рослини, здатні вловлювати енергію сонячного світла і переводити її в енергію хімічних зв'язків синтезованих ними органічних сполук.
Тому мешканці дна морів і печер, тобто місцеіснувань, куди не доходить сонячне світло, не формують окремих біогеоценозів. Вони - лише компоненти більших біогеоценозів і функціонують за рахунок надходження органічної речовини з тих їхніх частин, де є продуценти.