Паразиты как компоненты экосистем

Биогеоцено́з (от греч. βίος — жизнь γη — земля + κοινός — общий) — система, включающая сообщество живых организмов и тесно связанную с ним совокупность абиотических факторов среды в пределах одной территории, связанные между собой круговоротом веществ и потоком энергии (природная экосистема). Представляет собой устойчивую саморегулирующуюся экологическую систему, в которой органические компоненты (животные, растения) неразрывно связаны с неорганическими (вода, почва). Примеры: сосновый лес, горная долина. Учение о биогеоценозе разработано Владимиром Сукачёвым в 1942 году. В зарубежной литературе — малоупотребимо. Ранее также широко употреблялось в немецкой научной литературе

Экосистема — система, состоящая из взаимосвязанных между собой сообществ организмов разных видов и среды их обитания. Экосистема — более широкое понятие, относящееся к любой подобной системе. Биогеоценоз, в свою очередь — класс экосистем, экосистема, занимающая определенный участок суши и включающая основные компоненты среды — почву, подпочву, растительный покров, приземный слой атмосферы. Не являются биогеоценозами большинство искусственных экосистем.

Таким образом, каждый биогеоценоз — это экосистема, но не каждая экосистема — биогеоценоз. Для характеристики биогеоценоза используются два близких понятия:биотоп и экотоп(факторы неживой природы: климат, почва). Биотоп — это совокупность абиотических факторов в пределах территории, которую занимает биогеоценоз и организмы из других биогеоценозов.

Пищева́я (трофи́ческая) цепь — ряд взаимоотношений между группами организмов (растений, животных, грибов и микроорганизмов), при котором происходит перенос вещества и энергии путем поедания одних особей другими.

Экологическая пирамида - графические изображения соотношения между продуцентами и консументами всех уровней (травоядных, хищников; видов, питающихся другими хищниками) в экосистеме.

Правило экологической пирамиды

Показатель каждого уровня экологической пирамиды приблизительно в 10 раз меньше предыдущего

Энергия, которую используют организмы живой части экосистем, передается через пищевые цепи. Обычно роль паразитов в передаче энергии не учитывается, однако выяснилось, что они играют важную роль в формировании пищевых сетей и их деятельность необходимо учитывать при оценке устойчивости экосистем. Ученые обнаружили, что паразиты могут доминировать в процессе передачи энергии в пищевых сетях природных экосистем. Именно паразиты могут быть нитью, связывающей биологической сообщество в единое целое.

Известно, что организмы, находящиеся на вершине трофических пирамид, менее уязвимы к влиянию хищников. Устойчивость хозяев к отрицательному влиянию паразитов также повышается с ростом их уровня в трофической пирамиде. Наиболее уязвимыми оказались организмы, находящиеся на среднем уровне. Их атакует наибольшее число и хищников, и паразитов.

К обычным паразитическим организмам относятся черви. Они отличаются сложным жизненным циклом, связанным с разными хозяевами. Улитки служат первым промежуточным хозяином для 19 видов червей. Ученые выяснили, что если бы улитки и черви исчезли из пищевых сетей, это означало бы потерю 977 звеньев пирамиды.

Паразитоценоз — совокупность всех паразитов, живущих в организме человека или животного. Сочленами паразитоценоза являются не только многоклеточные паразиты, такие как гельминты, личинки мух, но также и различные простейшие, бактерии,спирохеты, риккетсии и вирусы. В целом видовой состав паразитоценоза зависит от возраста хозяина, места его обитания, типа питания, времени года и ряда других причин. Между сочленами паразитоценоза устанавливаются индифферентные, симбиотические или антагонистические отношения, что имеет значение при проявлении их действия на хозяина (так, например, наличие некоторых паразитов может менять течение какой-либо инфекции или действие лечебных препаратов)

Дата добавления: 2018-05-12 ; просмотров: 194 ;

Согласно Конвенции о биологическом разнообразии, экосистема — это динамический комплекс, образованный растениями, животными и микроорганизмами (биоценоз), а также окружающей их неживой природой (биотопом), которые взаимодействуют как одно функциональное целое. Другими словами, это участок геопространства и населяющие его живые организмы, не способные существовать отдельно друг от друга.

История термина

Мнение о том, что живые существа и места их обитания нужно рассматривать как единое целое, в XIX веке высказал физиолог из Шотландии Джон Скотт Холдейн. Он считал, что “части организма и его окружение составляют одну систему”. В 1928 году о “целостных экологических системах” говорил лейпцигский биолог и лимнолог Ричард Уолтерек. О целостности живых организмов и неживой природы писал российский почвовед Василий Васильевич Докучаев. Немецкий гидробиолог Август Тинеманн для обозначения единства биотопа и биоценоза использовал термин “голоцен”, предложенное энтомологом Карлом Фридрихом в 1927 году.

Карл Фридрих думает над новым термином

Современное понятие “экосистема” (англ. ecosystem), ставшее основным в экологии, придуман в 1935 году британским биологом и геоботаником Артуром Джорджем Тенсли. Ученый дал ему такое определение: “Единая система, включающая в себя не только комплекс организмов, но и комплекс факторов, которые образуют то, что мы называем экологией. Внутри системы происходит постоянное разнообразное взаимодействие не только между организмами, но и между органическим и неорганическим мирами“.

Сравнение понятий “экосистема” и “биогеоценоз”

В 1940-х годах в Советском Союзе науку об экологических системах создал советский ученый Владимир Николаевич Сукачев. Он придумал для них собственный термин — “биогеоценозы”, который долгое время использовался в восточноевропейской научной литературе вместо ecosystems Тенсли. Однако не все ученые согласны с тем, что эти термины полностью синонимичны.

Согласно Сукачеву, биогеоценоз — конкретный участок земной поверхности, где обязательно есть растительное сообщество — фитоценоз. Понятие “экосистема” более общее. Оно применимо, например, не только к полю или лесу, но также к кочке посреди болота или ручью.

Классификация экосистем

Классификация экосистем осуществляется по:

расположению в пространстве,
масштабу,
типу возникновения,
источнику энергии.

Бывают наземные и водные системы. Наземные — это системы твердой поверхности нашей планеты. В их распределении наблюдается определенная климатическая зональность. Выделяют виды экосистем:

арктическая тундра;
бореальные хвойные леса, летнезеленые лиственные и смешанные леса, степь, пампасы умеренной зоны;
альпийская (высокогорная) тундра;
субтропические заросли жестколистных кустарников — чапараль;
тропические пустыни, злаковники, саванна, вечнозеленые сухие и дождевые леса.

Водные виды делятся на морские (моря, океаны, соленые озера, ватты) и пресноводные (пресные озера, реки, ручьи).

Часть экологов выделяет 3 вида экосистем в зависимости от размера: микросистемы, мезосистемы, макросистемы. Отдельными системами они считают, например, разлагающийся пень, лес, где он находится, и целый континент. Самая большая это биосфера, которая включает в себя совокупность всех наземных и водных видов.

Различают естественные (природные) и искусственные, или антропогенные (созданные человеком) типы экосистем. Для первых характерны условность границ, большое разнообразие видов, устойчивость, способность саморегулироваться и восстанавливаться. Человек не влияет на обмен вещества и энергии.

Искусственные системы имеют четкие границы. Они не могут существовать без вмешательства человека, который отбирает для них определенные растения и животных. Они создаются, например для получения сельскохозяйственной продукции (пашни, теплицы, сады, рыбные пруды), отдыха (парки, поля для гольфа), снабжения водой (оросительные каналы, городские пруды).

В зависимости от наличия и количества живых организмов, производящих органические вещества (автотрофы, продуценты), бывают такие виды экосистем:

автотрофные, которые делятся на фотоавтотрофные, использующие солнечную энергию, и хемотрофные, потребляющие химическую энергию. Это леса, болота, пашни, сады.
гетеротрофные. В естественных (океанические глубоководные) организмы получают энергию, перерабатывая остатки животных и растений, которые попадают к ним из автотрофных. Антропогенные (грибные фермы, фабрики, города) зависят от электроснабжения.

Признаки и свойства

Важные свойства разных экосистем:

Открытые. Нуждаются в притоке энергии. Между ними происходит обмен живыми организмами.
Динамичные. Меняются под влиянием внешних и внутренних факторов.
Сложные. Биотические и абиотические компоненты и структуры непрерывно взаимодействуют друг с другом. Чем больше взаимодействий между живыми существами и окружающей средой, тем сложнее система.

Значимые признаки природной или антропогенной экосистемы:

Наличие круговорота веществ. (вода, отдельные химические элементы). Это означает, что многие из них используются многократно.
Живые организмы — части пищевой цепи. В зависимости от способа питания они являются продуцентами (производителями), консументами (потребителями) или деструкторами (разрушителями).

Структура и основные компоненты

Наземные системы разделены на слои, водные — на зоны. Структура экосистем складывается из биотических и абиотических элементов. К ним относятся:

биомасса: растения, животные, грибы, микроорганизмы;
органические соединения;
неорганические вещества;
климатические факторы, которые влияют на влажность, освещение, температуру.

Компоненты экосистемы взаимодействуют друг с другом.

Уровни экологической системы

Экологическая система включает в себя разные функциональные группы организмов, среди которых:

Первичные продуценты. Они производят из неорганических веществ органические, используя солнечный свет или химическую энергию. Это в первую очередь способные к фотосинтезу зеленые растения, автотрофные бактерии, археи.
Консументы, поедающие продуцентов, других консументов или деструкторов. К ним относятся люди и животные. Они выделяют диоксид углерода. Их останки, испражнения, шерсть, волосы представляют собой источник химической энергии.
Деструкторы (микроорганизмы), которые разлагают, а затем минерализуют останки продуцентов и консументов, их испражнения или органы (опавшие листья и др.).

Механизмы функционирования

К таким механизмам относят устойчивость и биоразнообразие видов. Некоторые системы не меняют свою структуру и функции при негативном воздействии или способны их восстанавливать. Эту способность называют резистентным и упругим гомеостазом. Экологическая система, чувствительная к воздействию факторов окружающей среды и/или населенная преимущественно незаменимыми видами, считается неустойчивой, или динамически хрупкой. Устойчивая, напротив, хорошо функционирует в любых условиях и населена в основном взаимозаменяемыми организмами. Чем больше видов, тем выше динамическая прочность системы.

Границы экосистем

Природная экосистема, как упоминалось выше, в отличие от антропогенной не имеет четких пространственных границ. Каждая плавно перетекает в другие. Переходы между ними иногда являются самостоятельными системами — экотонами. Их населяют виды из соседних комплексов и/или специфичные для них организмы. Примеры: дельта реки, опушка леса.

Дельта реки Ирравади

Одни экологические системы остаются более или менее неизменными, другие развиваются, то есть меняются на протяжении долгого времени. С этим процессом связано понятие “сукцессия”. Оно применяется для обозначения последовательного естественного изменения под воздействием внутренних факторов. Сформировавшееся в результате сукцессии сообщество называют климаксным. Оно наиболее устойчивое.

Воздействие человека

Виды негативного антропогенного воздействия на природные экосистемы:

Нарушение естественного биологического равновесия. Например, в результате введения чуждых ей организмов и связанное с этим вытеснение местных видов.
Преобразование ландшафта. Сюда относятся вырубка леса для освобождения площадей для сельского хозяйства. Или получения древесины (ежегодно вырубается 13 млн. га), осушение естественных или создание искусственных озер.
Вымирание видов животных (браконьерство).
Загрязнение окружающей среды. Примеры — выбросы углекислого газа при сжигании ископаемого топлива, разрушение озонового слоя фреоном.
Добыча песка, природных гравия и камня. Происходит изменение химического состава почв или водоёмов, образуются отходы. Все это негативно влияет на биотопы и разрушает места обитания живых организмов.
Долговременные последствия использования атомной/ядерной энергии. Яркий пример — Чернобыльская катастрофа.

Ввиду непрерывного ухудшения экологии негативное воздействие человека на нее изучают многие ученые. Согласно результатам исследования “Экономика экосистем и биоразнообразия”, защита и сохранение экологических систем всегда обходятся дешевле, чем их восстановление или замена искусственными.

Главная ≫ Инфотека ≫ Биология ≫ Теория эволюции ≫ Видео ≫ Роль паразитов в экосистеме // Мария Орлова

Разнообразие и подсчет общего количества видов существующих сегодня на планете Земля — это непростая задача. Тем не менее большинство специалистов сходится в одном: по крайней мере половина существующих сегодня видов являются паразитами, а по некоторым данным, даже больше. Этот факт должен заставить о многом задуматься. Если мы перейдем к вопросу о роли паразитов в экосистеме, то она очень масштабна. Паразиты включены в три четверти существующих экологических связей. Поскольку многие из них имеют очень сложные жизненные циклы, они, эксплуатируя хозяев разных трофических уровней, по сути цементируют экосистему, усиливают экологические связи между различными группами. Таким образом, отрицать важность этого компонента не представляется возможным.

Что касается научной значимости, еще до появления даже молекулярно-генетических методов Иринг на рубеже XIX–XX столетий предлагал использовать паразитов для достройки и прояснения непонятных моментов из эволюционной истории хозяев. Дело в том, что Иринг отталкивался от положения (и был прав в этом), что паразиты передаются от родителей к потомкам, при этом передача строго вертикальная. Получается, что паразит с хозяином должны иметь общую эволюционную историю. Таким образом, филогенетические деревья паразита и хозяина должны быть конгруэнтны, то есть одинаковы. В большинстве имеющихся исследований примерно так оно и получается. Какие-то несовпадения в этом моменте дают повод к трактовке, интерпретации, и такие нестыковки очень часто проясняют моменты из филогении хозяина, которые из самой филогении хозяина мы бы не получили. Зато паразиты нам позволяют прояснить эти перемещения. Прежде всего, нестыковки часто указывают на какие-то особенности колебаний ареала, перемещений хозяев по территории.

Еще один пункт, по которому паразиты могут быть очень полезны, — это разделение криптических видов хозяев. Криптические виды морфологически почти неразличимы, они различаются только генетически. Между тем паразиты в этом случае обычно не ошибаются. То есть смена, например, паразитофауны на протяжении ареала, как нам кажется, одного вида, возможно, указывает как раз на то, что мы имеем дело с комплексом криптических видов. Работы в данном направлении тоже известны. Паразит может указывать на вектор инвазии — например, в случае вселения каких-то видов на новую территорию. Он может указывать на то, откуда это вселение произошло.

Прикладная значимость для человека довольно забавный аспект. Казалось бы, какая польза может быть от паразитов? Тем не менее достаточно вспомнить гирудотерапию — это паразитотерапия, лечение паразитами, которое имеет гораздо более исторические корни, чем может показаться. Известен опыт лечения сифилиса в доантибиотиковый период с помощью маляриотерапии — это лечение заражением малярией, которая вызывает настолько высокотемпературную лихорадку, что возбудитель сифилиса в таких условиях погибал. Конечно, иногда и человек погибал, тем не менее данный метод существовал. Сегодня продолжение его таково, что в ряде стран, например, предложена паразитотерапия — заражение гельминтами в случае аутоиммунных патологий. Дело в том, что современная медицина все больше приходит к пониманию, что тот факт, что человек растет и развивается в условиях отсутствия гельминтов и очень низкого количества патогенов, приводит к резкому росту различных аутоиммунных заболеваний. Ряд паразитов может быть источником достаточно полезного сырья. Некоторые антикоагулянтные вещества на сегодняшний день успешно изолированы из слюнных желез клещей, и предполагается, что они могут использоваться, в частности, в терапии тромбозов и подобных заболеваний.

Вернемся к экологической роли. Тот факт, что экосистема сегодня трансформируется под влиянием в том числе потепления климата, признается. Но влияние этих процессов на паразитов не учитывается на сегодняшний день вообще никак. А между тем сейчас происходит сокращение численности видов вообще, и ряд специалистов говорят о так называемом шестом глобальном вымирании. Паразиты в нем не учтены никак. Хотя работы последних лет дают основания думать, что как раз паразиты будут играть основную роль в этом вымирании. Дело в том, что вымирание одного вида хозяина влечет за собой исчезновение нескольких видов паразитов. Напомню, что у нас нет хозяев, свободных от паразитов. То есть каждый свободноживущий вид обязательно является чьим-нибудь хозяином, кого-нибудь он на себе или в себе носит и, скорее всего, в разных местах. Таким образом, возникает необходимость оценки скрытых потерь биоразнообразия.

После первых работ Виндзора появился термин coextinction — совымирание, то есть вымирание паразита вслед за хозяином. Такое вымирание более драматично не только в силу массовости, а еще в силу того, что паразиту для поддержания собственной численности необходима некая минимальная численность хозяев. То есть хозяин, может быть, еще не вымер, какая-то его популяция существует, а паразита уже нет. Это нередкая картина на сегодняшний день. Как пример можно привести калифорнийского кондора, который существует в пределах сотни особей на сегодняшний день. Специалисты надеются, что вид удастся сохранить. А между тем его специфичный пухоед, судя по всему, уже погиб.

Возникает вопрос: какие паразиты наиболее уязвимы? Во-первых, под наибольшей угрозой находятся паразиты более крупных животных в силу того, что у них меньше численность, — это слоны, китообразные. Во-вторых, видимо, уязвимыми оказываются паразиты, ассоциированные с пойкилотермными хозяевами, то есть хозяевами с непостоянной температурой тела, поскольку они хуже изолированы от воздействия внешней среды, в отличие от паразитов теплокровных. Это прежде всего черепахи, поскольку их численность резко сокращается. Возникает резонный вопрос: что нам делать с охранным статусом и имеются ли вообще прецеденты? В Красной книге, насколько мне известно, есть единственный вид паразитов — это вошь кистеухой свиньи. Более того, в каких-то широких, развернутых программах по сохранению биоразнообразия на сегодняшний день паразиты никак не задействованы, несмотря на то что программы по сохранению отдельных паразитов уже существуют.

Есть несколько ключевых проблем, которые надо преодолеть. Первая заключается в том, что паразиты как группа очень слабо изучены. Это огромная исследовательская лакуна, в которой надо что-то делать. Паразиты не изучены до такой степени, что для ряда организмов просто не установлен статус: не совсем понятно, паразиты они или нет, поскольку есть некие промежуточные формы. Вторая проблема — слабо задействованы музейные коллекции, которые могли бы пролить свет на очень многие вопросы. На территории Российской Федерации есть по крайней мере два примера внесения в региональные Красные книги паразитов. В одном случае это рогохвост, в другом — пиявка. Будем надеяться, что в перспективе этот вопрос будет подробно обсуждаться, а список — расширен.

Мария Орлова — кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Международной лаборатории по изучению климата, землепользования и биоразнообразия Тюменского государственного университета.

Читайте также: