Екология на Екосистемата : Връзки във веригата

Има много идеи, които смятаме, че разбираме, просто защото ги чуваме постоянно. Така, аз знам какво е поп музика, но ако ме попиташ директно: "Ханк, какво е поп музиката?" Аз ще кажа: "Ами то е това, ам, което пускат по радиото." Само защото сме чували нещо, не означава, че наистина го разбираме. Това се отнася и до добре познатите термини екология и и екосистема, които чуваме често в ежедневието си, но бихме се затруднили да обясним какво всъщност означават или защо са важни. Като чуя екосистема, съвкупност от живи и неживи организми, взаимодействащи си по определен начин, си представям един от тези 3D-стерео плакати, за тези, които помним 1994 г. Екосистемата е съвкупност от организми, метеорологични условия, геология и други неща, което на пръв поглед няма много смисъл, докато не се вгледаме достатъчно дълго и от разстояние, за да видим цялата картина. И както при 3D-плакатите, ако слушаш [неразбираеми] звуци, това ще ти помогне. И така, екологията на екосистемата, подобно на други екологични направления, с които се запознахме наскоро, изучава определено биологично взаимодействие на земята, но за разлика от популационната екология, която разглежда връзките между индивиди от един и същ вид, или екология на общността, която анализира връзките на група от живи организми, екология на екосистемата изучава как енергията и живата материя се събират в екосистемата, движат се в нея, след което биват изплюти обратно. В крайна сметка, екологията на екосистемата се свежда до храненето, кой кого изяжда и как енергията и хранителните вещества се смесват в границите на системата. Днес ще хвърлим картите на масата, за да разясним как работи екосистемата. Започваме сега! (Бърза музика звучи) Екосистемите приличат отчасти на стерео-плакатите от миналото, но разликата е, че екосистемата не може да бъде поставена в рамка. Екосистемите, ще си призная честно, нямат ръбове, имат само зле дефинирани градиенти, които преливат в съседните екосистеми. Следователно е трудно да се определят границите на екосистемата и това зависи най-вече от предмета на изучаване. Да речем, че изследваме планински поток, който поради размерите си и дърветата растящи наоколо, получава много малко пряка слънчева светлина. Като резултат много малко растения и водорасли се приспособят, а нещото което знаем със сигурност за нашата планета, е че растенията са царете и без тях животни не може да има. Но въпреки липсата на растения, група животни все пак живеят в и около този поток. Въпросът е какво правят тези животни там и как изобщо оцеляват? Отговорът е: от земята наоколо и екосистемите формирани там, защото няма поток, който да съществува сам за себе си. Всякакви видове хранителни и други вещества попадат в потока от дърветата или благодарение на дъжда, който отмива листа, насекоми и каквото още се сетиш, които течението носи към съседни екосистеми. Тези вещества са храна за по-големи насекоми, които пък са храна за рибите, които на свой ред са деликатес за миещи мечки, птици и мечки. И въпреки, че потокът действа на своя глава без останалата част от водосбора животните не могат да оцелеят, а без потока растенията ще бъдат жадни, и няма да има риба, която да храни сухоземните животни. Но къде започва и къде свършва една екосистема? Това е вечният въпрос на еколозите заради начина, по който тя работи, тъй като енергията и веществата, които са привнесени отнякъде, се абсорбират от една екосистема и след това биват подмятани нагоре-надолу, докато накрая не бъдат прехвърлени в друга. Това е най-очевидно за водните системи където малки потоци се вливат в по-големи води, които накрая достигат океана. Това преливане е фундаментално свойство на екосистемите. Така определението за екосистема зависи изцяло от това, което искаш да научиш. Ако се интересуваш как енергията и материята се събират, движат и биват изхвърлени от едно дърво, което е убежище на специален вид насекоми и едноклетъчни организми, то може да наречеш това екосистема. Ако се интересуваш как енергията и материята са въведени, използвани и изключени от циркулацията в Тихия океан, това е екосистема. Ако се интересуваш как енергията и материята се движат в картонена кутия, в която има заек и маруля, това е екосистема. Мога да ти кажа, че това е глупава екосистема, но не ме слушай. Картината, която виждаш, когато погледнеш една екосистема, е образувана от организмите, живеещи там и как те използват това, което идва в нея. Екосистемата може да се измерва чрез нейната биомаса например, което е общото тегло на живите организми в нея и продуктивността ѝ, колко неща се произвеждат и колко бързо те растат; колко добре екосистемата умее да задържа тези неща. Тези критерии, разбира се, се отнасят и до съседните екосистеми, защото ако една екосистема е много продуктивна, то това е от полза за следващата. Но, да започнем от началото, като изясним от къде идват елементите, като под елементи, имам предвид вода или хранителни вещества като фосфор и азот или дори токсини като живак или ДДТ (дихлоро-дифенил-трихлороетан). Да започнем с енергията, защото нищо не може да оцелее без енергия, а екосистемата разказва за това как организмите се снабдяват с енергия. Помниш физиката, нали? Законите за съхранение сочат, че енергията и материята не могат да бъдат нито унищожени, нито създадени, те могат единствено да се прехвърлят от едно място на друго, това важи и за екосистемата. Организмите в една екосистема се нареждат в трофична структура, като всеки организъм заема определено място в хранителната верига. Цялата енергия на екосистемата се движи вътре в самата нея, и като казвам енергия, имам предвид храна. За повечето екосистеми главният източник на енергия е слънцето и повечето организми превръщат слънчевата енергия в химическа, а ти вече знаеш, че растенията са царете на нашата планета. Автотрофът, подобно на растенията, може да събира слънчевата енергия и чрез фотосинтеза да направи нещо страхотно от нея, малки пакети от химическа енергия, които да съхрани. Без значение дали фотоситезата се използва от растения, бактерии или протисти, автотрофът е винаги свързващо звено на всяка екосистема. Основата, която всички организми използват, за да се снабдят с енергия и хранителни вещества. Поради тази причина еколозите определят растенията като първични производители. Очевидно е, че животните получават енергия, като изяждат растенията, където тази енергия се съхранява и поради това тревопасните животни са наричани първични потребители и те са тези, които първи се наслаждават на тази сладка, сладка енергия. На този етап от трофичната структура, едиснтвения начин енергията, която се е прехвърлила от растенията към тревопасните, да се прехвърли отново, е тревопасните да бъдат изядени. А месоядните животни, или вторичните потребители, го правят с най-голямо удоволствие. Да речем, че екосистемата е достатъчно голяма и продуктивна, тогава съществува по-високо ниво, където месоядните са изяждани от други месоядни, като бухалът, който яде ястреби, и който е наречен третичен потребител. Тогава следват и организмите, които разлагат животинското месо, както и растителната маса и животинските екскременти – това са сапрофитите. Това са земен червей, морска звезда, рак Фидлър, торен бръмбар, някои видове гъби и всичко останало, което яде неща, които никой от нас не би докоснал дори и с пръчка. Има определена йерархическа структура, на прехвърлянето на енергия в екосистемата, но разбира се, организмите в природата не винаги се придържат към тези правила и затова говорим по-често за хранителни мрежи, отколкото вериги. Хранителната мрежа е наясно, че понякога гъбите ядат хранителните вещества от останките на катерици, но друг пъти катериците изяждат гъбите. Понякога мечките похапват първични продукти като къпини, но друг път хапват вторични продукти като сьомга. Дори и на върха на хранителната верига, хищниците са изяждани от бактерии, които могат да са, или не са същите бактерии, които ядат екскрементите на тези хищници. Кръговратът на живота! Важно е да отбележим, че размерът и обхватът на хранителната мрежа в екосистемата е строго обвързан с водата и температурата, тъй като водата и температурата са изключително важни за растенията, нали? А без растения няма как трофичните дейности да се случват. Вземи за пример пустинята Сонора, която сме споменавали преди, за разлика от Амазонските тропични гори, там няма много растения, и първичните производители са ограничени от липсата на вода, а първичните консуматори са ограничени от липсата на първичните производители. Там се намират малко вторични консуматори, като някои видове змии, койоти и ястреби. Всичко това води до заключението, че Сонора не е много плодородно място, в сравнение с Амазонка поне, за това там се стига само до ниво третични потребители. А като си говорим за плодородие, това ме навежда на друга мисъл, а именно ефективността на екосистемата. Когато споменавам пътя на енергията от едно място на друго вътре в екосистемата, искам да кажа, че организмите се поддържат едни други, но не по особено ефективен начин. Всъщност, когато енергията преминава от едно място в друго от растението в зайчето, от зайчето в змията, голяма част от тази енергия се усвоява по пътя. Да погледнем щуреца, например, който съдържа в себе си една калория и за да се снабди с тази една калория, той трябва да изяде маруля равна на десет калории. Къде отиват другите девет? Те не се превръщат в плът, щурецът ги използва, за да живее, да задвижи мускулите или калиево- натриевата помпа в своите неврони. Енергията просто се използва. И така, само една от десетте калории остава като органично вещество в щуреца, като след последното си хапване щурецът скача в паяжината на паяка и става храна, но само 10% от щуреца всъщност се превръща в органично вещество, а да не говорим и за птицата, която изяжда паяка. Това не може да бъде ефективен начин на живот. Но ако искаш да знаеш кое е наистина ефективно, то това са токсините, натрупани в екосистемата. Елементи като живака, които биват изхвърляни от комините на въглищните електроцентрали, се усвояват от водораслите и други растения в океана, и докато животинките, които ядат тези водорасли взимат 10% от тяхната енергия, то те съхраняват 100% от живака, и когато проследим хранителната верига, всяко следващо трофично ниво съдържа десет пъти повече живак, отколкото предишното и това ние наричаме биоакумулиране. Концентрацията на токсини се повишава с всяко трофично ниво, и когато човекът хване гигантската риба тон, която е на върха на веригата, нито частица от живака не се е загубил. Всичко е там, в месото на рибата. Понеже организмите усвояват само 10% от енергията, която поемат, те трябва да изядат 10 пъти повече енергия, отколкото собствената си биомаса, за да оцелеят. И понеже 100% от живака се премества нагоре по веригата, той става десет пъти по-концентриран с всяко изминало трофично ниво. Информацията относно морската храна трябва да се приема сериозно, тъй като ние като хора можем да ядем всичко, което поискаме, и затова е разумно да консумираме храна в долната част на веригата. Колкото по-нагоре в хранителната верига, толкова повече токсини са натрупани. Това не е лично мнение, това е екология на екосистемата.