использованием энергии организмами и экосистемами.
Из всей энергии, заключенной в солнечном свете, который достигает поверхности земли, растения преобразуют в первичную чистую продукцию менее 1 %. Это происходит по нескольким причинам: например, большая часть света просто отражается от растений, энергия световых волн определенной длины не может быть использована растениями. Та энергия, которую растения «уловили», не полностью идет на накопление биомассы: некоторая ее часть тратится на поддержание обмена веществ, на поддержание жизни и на размножение.
В среднем растительноядные животные поедают только 10–20 % наземной чистой первичной продукции, хотя в водных экосистемах это количество достигает 80 %. Частично это объясняется тем, что большинство наземных растений содержат много бесполезных веществ — от несъедобных компонентов, используемых в качестве строительного материала, до токсичных веществ, используемых в качестве защиты от травоядных.
В отличие от растительноядных хищники поглощают почти все, что содержится в позвоночных животных. Из-за небольшого размера в насекомых больше несъедобных частей, таких, как внешний скелет. Для того чтобы поддерживать постоянную температуру тела, птицы и млекопитающие тратят очень много энергии, и потому только 1–2 % потребленной ими энергии идет на образование новой биомассы.
Принимая во внимание все потери и неэффективные затраты, с одного трофического уровня на другой поступает от 2 до 24 % энергии (в среднем 10 %).
ЭКОЛОГИЯ
В каком-то смысле наука экология такая же древняя, как человек. Люди всегда зависели от окружающего мира, от потребляемых ими животных и растений. Им нужно было знать, на каких животных охотиться, какие растения собирать и выращивать. Но самостоятельной научной дисциплиной экология стала только в конце XIX века, когда некоторые ученые осознали, что то, чем они занимаются, на самом деле экология (а не сомнительная ветвь физиологии), и начали называть себя экологами.
Первое и, возможно, самое краткое определение экологии дал Чарлз Элтон. Он назвал ее научным естествознанием. Если под словом «научное» подразумевать научный подход, то он прав, ведь экологи действительно подходят к окружающему миру с научной точки зрения. Однако, хотя естествознание и является важной частью экологии, эти два термина вовсе не синонимы. Можно сказать, что овладение основами естествознания является необходимым, но не достаточным условием для того, чтобы стать экологом. Экология как наука ставит целью нахождение общих правил в разнообразии природы и поиск объяснений этих правил. Экологи восхищаются деталями, но стараются за частным не упустить общего.
Основной принцип экологии — плюрализм. По мере развития экологии как науки стало ясно, что не существует четких и универсальных ответов на многие задаваемые ею вопросы. На экологические процессы действуют различные факторы, которые переплетаются друг с другом да еще и варьируются в пространстве и во времени. Экология, в отличие от других естественных наук, имеет и исторический аспект. Например, многие сообщества умеренного пояса до сих пор переживают последствия ледникового периода. Для того чтобы понять мир природы, нам следует принять во внимание различные способы его объяснения и рассмотреть его с разных точек зрения.
Люди оказывают на окружающую среду все большее и большее влияние, и, для того чтобы не только обрести достойное будущее, но и просто выжить, нам придется серьезно задуматься над вопросами экологии.
ЭКОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ
Людей впечатляют большие размеры. Наверное поэтому, вспоминая о юрском периоде, мы в первую очередь представляем себе гигантских динозавров, когда-то «правивших» нашей планетой. Однако, если какие-то организмы и «управляют» Землей, то это микроскопические прокариоты (одноклеточные, лишенные ядра, организмы, такие, как бактерии). Они первыми появились и, пожалуй, переживут все остальные организмы; они играют очень важную роль почти во всех экологических процессах (от круговорота питательных веществ до образования облаков); они вездесущи (их встречают даже в толще горных пород, залегающих в нескольких километрах от земной поверхности). В генетическом плане прокариоты — самые большие организмы. Новый штамм болезнетворных бактерий, появившийся от одной клетки (поэтому в генетическом смысле его можно назвать одним организмом), может распространиться по всем континентам.
Экология микроорганизмов занимается исследованием взаимодействия микроорганизмов (прокариотов, простейших, некоторых грибов) с окружающей средой. Она несколько оторвана от основной ветви экологии и сделала небольшой вклад в развитие экологической теории, однако в последнее время ее значение увеличивается.
Заниматься исследованиями в области экологии микроорганизмов нелегко в основном из-за ограничений, накладываемых технологией. Один грамм почвы может содержать несколько миллиардов бактерий самых разнообразных видов, из числа которых в лаборатории можно вырастить только 1 %, так что трудности начинаются уже при отборе. (Даже термин «вид» не совсем подходит при исследовании бактерий, так как. генетическая информация может передаваться между относительно далекими родственными группами). Однако в последнее время наблюдаются значительные достижения в экспериментальной экологии микроорганизмов, и мы начинаем понимать принципы функционирования этих бесчисленных полчищ, особенно принципы их участия в круговороте питательных веществ. Во всяком случае похоже, что микроорганизмы играют гораздо более важную роль в природе, чем мы представляли до сих пор.
ЭКОСИСТЕМА
Экосистема — это единый природный комплекс, образованный сообществом живых организмов и средой их обитания. Это не более высокий по сравнению с сообществом уровень организации, а скорее более широкий. Экосистему можно представить как систему по переработке энергии, в которой входящий поток — энергия, питательные вещества, вода, кислород — поглощается и перерабатывается организмами. Именно взаимодействие между живыми и неживыми компонентами образует целостную экосистему, поскольку не только окружающая среда оказывает влияние на организмы, но и организмы оказышают влияние на среду обитания.
Экологи часто рассуждают о функционировании экосистемы, о первичной и вторичной продукции, скорости разложения, круговороте питательных веществ и т. п. По мере того как исчезают многие виды, возникает более насущный вопрос: какое влияние окажет на функционирование экосистемы сокращение биологического разнообразия? (См. «Экологическая избыточность»).
С одной стороны, экосистемы оказывают человеку ряд «услуг»: они предоставляют нам пищу, регулируют климат, поддерживают круговорот питательных веществ, перерабатывают отходы и т. д.
