Продуценты, консументы и редуценты — роль в экологии, история появления

Термин редуценты

Редуце́нты, или деструкторы (от лат. reduco — «возвращаю, восстанавливаю»), — организмы (в основном бактерии и грибы), разрушающие отмершие останки живых существ, превращая их в неорганические и простейшие органические соединения.  Являются гетеротрофами.

От животных-детритофагов редуценты отличаются прежде всего тем, что не оставляют твёрдых непереваренных остатков (экскрементов). Животных-детритофагов в экологии традиционно относят к консументам. В то же время все организмы выделяют углекислый газ и воду, а часто и другие неорганические (аммиак) или простые органические (мочевина) молекулы, и таким образом принимают участие в разрушении (деструкции) органического вещества.

Другие названия — деструкторы (лат. destruo — «разрушаю»), сапротрофы (др.-греч. σαπρός — «гниль» и τροφή — «пища»), сапрофи́лы (~ + φιλία — «стремление, жажда»), сапрофи́ты (~ + φυτόν — «растение»).

Функция

Редуценты — это организмы, занимающиеся возвратом минеральных солей в почву и толщу вод. Это делает их доступными для автотрофных продуцентов (растительных организмов) и позволяет замкнуть биотический круговорот.

Наличие редуцентов в экологической системе живой природы является обязательным, в отличие от, например, консументов (которые, вероятно, в течение первых 2 млрд лет эволюции отсутствовали; в тот момент экосистема состояла только из прокариот).

Экологическая роль

Редуценты возвращают минеральные соли в почву и воду, делая их доступными для продуцентов-автотрофов, и таким образом замыкают биотический круговорот. Поэтому экосистемы не могут обходиться без редуцентов (в отличие от консументов, которые, вероятно, отсутствовали в экосистемах в течение первых 2 млрд лет эволюции, когда экосистемы состояли из одних прокариот).

Жизненный круг

Представьте себе круговорот веществ, который происходит, например, в африканской саванне. Трава растет и поедается антилопой. Антилопу ловит и съедает гепард. Гепард умирает, съедается бактериями, и питательные вещества возвращаются в почву. Эти питательные вещества используются травой, так как она продолжает расти в саванне. У каждого организма есть цель. Схема потока энергии через организмы, как в примере выше подходит для любой другой экосистемы.

При рассмотрении круговорота веществ в экосистеме необходимо учитывать три основные группы организмов:

• Продуценты (растения)
• Консументы (животные)
• Редуценты (бактерии и грибы)

Эти группы основаны на том, как организм получает пищу. Продуценты, консументы и редуценты взаимосвязаны в пищевых цепях и пищевых сетях, а также зависят друг от друга для выживания.

Энергия в пищевой цепи

Энергия переносится между трофическими уровнями, когда один организм питается другим и получает от него питательные вещества. Однако это движение энергии неэффективное, и эта неэффективность ограничивает протяженность пищевых цепей.

Когда энергия входит в трофический уровень, часть ее сохраняется как биомасса, как часть тела организмов. Эта энергия доступна для следующего трофического уровня. Как правило, только около 10% энергии, которая хранится в виде биомассы на одном трофическом уровне, сохраняется в виде биомассы на следующем уровне.

Этот принцип частичного переноса энергии ограничивает длину пищевых цепей, которые, как правило, имеют 3-6 уровней.

На каждом уровне, энергия теряется в виде тепла, а также в форме отходов и отмершей материи, которые используют редуценты.

Почему так много энергии выходит из пищевой сети между одним трофическим уровнем и другим? Вот несколько основных причин неэффективной передачи энергии:

• На каждом трофическом уровне значительная часть энергии рассеивается в виде тепла, поскольку организмы выполняют клеточное дыхание и передвигаются в повседневной жизни.
• Некоторые органические молекулы, которыми питаются организмы, не могут перевариваться и выходят в виде фекалий.
• Не все отдельные организмы в трофическом уровне будут съедены организмами со следующего уровня. Вместо этого, они умирают, не будучи съеденными.
• Кал и несъеденные мертвые организмы становятся пищей для редуцентов, которые их метаболизируют и преобразовывают в свою энергию.

Абиотические и биотические факторы регуляции экосистем

Исследованиями Н. И. Базилевич и др. (1993) установлено, что в наземных экосистемах различают две группы факторов, регулирующих деструкционные процессы, играющие весьма существенную роль в биологическом круговороте.

Это прежде всего абиотические факторы — выщелачивание растворимых соединений, фотохимическое окисление органического вещества и реакции его механического разрушения вследствие замерзания—оттаивания.

Эти факторы наиболее проявляются в надземных ярусах экосистем, а биотические факторы — в почвенном. Абиотические факторы деструкции характерны для аридных и семиаридных ландшафтов (пустыни, степи, саванны), а также для континентальных высокогорий и полярных ландшафтов.

Биотические факторы деструкции — это в первую очередь сапротрофные организмы (беспозвоночные и позвоночные животные, микроорганизмы), населяющие почву и подстилку, причём ведущим фактором в наземных ландшафтах служит главным образом почвенная микрофлора.

Классификация

Существует множество классификаций сукцессий, по показателям, могущим меняться в ходе сукцессии или по причинам смен:

• по масштабу времени (быстрые, средние, медленные, очень медленные),
• по обратимости (обратимые и необратимые),
• по степени постоянства процесса (постоянные и непостоянные),
• по происхождению (первичные и вторичные),
• по тенденциям изменения продуктивности (прогрессивные и регрессивные),
• по тенденции изменения видового богатства (прогрессивные и регрессивные),
• по антропогенности (антропогенные и природные),
• по характеру происходящих во время сукцессии изменений (автотрофные и гетеротрофные).

В зависимости от целей исследователя, подобные классификации можно строить на любом логическом основании, а число их можно увеличивать до бесконечности. Так, например, П. Д. Ярошенко (1950) указывал на необходимость разделения антропогенных смен на смены в социалистических странах и смены в капиталистических странах.

Если классифицировать сукцессии на основе протекающих процессов, то можно выделить две основные группы: эндогенные, происходящие в результате функционирования сообществ, и экзогенные, происходящие в результате внешнего воздействия. Движущей силой эндогенных сукцессий является несбалансированный обмен сообществ.

Примеры редуцентов

Простая водная экосистема – пруд. Здесь растут кувшинки, камыши, водоросли, живут рыбы, земноводные, другие водные обитатели. Отмирая, останки рыб и растений оседают на дно, становятся пищей для местных редуцентов. Перерабатывая останки, они насыщают воду необходимыми веществами, которые используют водоросли и другие обитатели пруда для своей жизнедеятельности.

Редуценты в экосистеме

Другой пример экосистемы – лес. На поверхности грунта лежит слой из опавших листьев, травы, веточек. Некоторые виды насекомых питаются листьями, но главные санитарные функции выполняют бактерии, грибы, а также некоторые виды животных – личинки, клещи, дождевые черви. Перерабатывая отмершие остатки, редуценты удобряют почву и создают все условия для произрастания новых растений и мхов в лесу.

Чем редуценты отличаются от консументов и продуцентов

Редуценты по типу питания – гетеротрофы. То есть они могут есть только готовые органические вещества. Они не могут из неорганических веществ сами для себя произвести органические, как это делают продуценты (все продуценты по способу питания – автотрофы).

В этом плане редуценты похожи на консументов, которые тоже живут на готовой органике. Разница между ними вот в чем. Когда редуценты едят, они ничего никому не оставляют. Они разлагают органическое вещество полностью.

Вот упал на землю листок – это органический материал. Бактерии и грибы набрасываются на него и начинают пожирать. Это «пожирание» редуцентами органики мы воспринимаем как «гниение».

Бактерии и грибы превратят органику в неорганические вещества – воду и минеральные соли. Они впитаются в землю и от листка «следа не останется» – даже черенок будет съеден.

Когда это происходит, человек говорит: «Листок перегнил». Правильнее говорить, что он не перегнил, а его съели.

Консументы вот так есть не умеют. Они либо что-нибудь оставляют, либо не могут переварить органику как надо. Непереваренные остатки выделяются в виде экскрементов, а несъеденные остатки просто остаются на земле – ждать, пока бактерии и грибы их не съедят.

Соотношение биомассы на разных уровнях

Учитывая сказанное выше, можно сделать вывод, что для сохранения экологического равновесия количество живых организмов на предыдущем уровне должно значительно превышать таковое на следующем. Иными словами, производителей должно быть больше, чем потребителей. При этом количество хищников на последующих уровнях уменьшается, но они становятся крупнее. Этот закон получил название правила экологической пирамиды.

Как же обстоит дело с редуцентами? Смена экосистем не имеет здесь значения: редуценты в ней все равно будут присутствовать. Именно их взаимная зависимость с консументами и продуцентами обеспечивает гарантию того, что при любых катастрофических обстоятельствах биогеоценоз не будет разрушен, и утраченные связи восстановятся.

Что же касается соотношения редуцентов и остальных групп в природе, то это вопрос довольно сложный, ведь мы имеем дело с чрезвычайно маленькими организмами. Как свидетельствуют исследования, ни общая их биомасса, ни численность не могут говорить о степени их продуктивности. Измерение такой биомассы затруднено и к тому же мало информативно. Так, количество микроорганизмов в почве может оставаться одним и тем же, но в различных условиях они будут демонстрировать разную активность.

Можно говорить о том, что в продуктивных экосистемах биомасса этих микроорганизмов составляет примерно 10-100 г на квадратный метр. Если посмотреть на показатели в тундре или пустыне, то они будут намного меньше, как и активность редуцентов. Смена экосистемы в данном примере дает возможность учитывать разные условия обитания.

Может ли быть биогеоценоз без редуцентов

Нет.

Без них повсюду будут лежать мертвые растения и животные. Мертвое органическое вещество – это яд. Если его не превратить в неорганическое, оно будет отравлять воздух, воду и почву.

Если вдруг бактерии и грибы перестанут существовать, мир «отравится» за несколько дней.

Опасны ли редуценты для живых организмов

Да.

Бактерии и грибы, на самом деле, не различают живое и мертвое. Они набрасываются на все подряд. Но живой организм умеет от них защищаться. Например, верхний слой нашей кожи – это плотный слой мертвых клеток, через которые бактерии и микроскопические грибы не могут прорваться внутрь. Они могли бы прорваться через глаза, но мы постоянно моргаем и по чуть-чуть «смачиваем» глаза слезами. А в слезах есть вещества, которые убивают микробов.

Так что живые организмы выработали способы защиты от редуцентов. Когда организм умирает, эти механизмы ломаются и растение/животное/человек становится лакомым кусочком для бактерий и грибов.

Продукты, которые мы едим, редуцентам тоже нравятся. Поэтому мы всячески их защищаем: храним в холодильниках, пастеризуем, помещаем в вакуумные упаковки.

Как появились редуценты

Никто не знает. Очевидно, они появились в то же время, что и продуценты. Иначе Земля пропиталась бы трупными ядами задолго до появления человека.

Но как возник переход от продуцирования к редуцированию и как вообще автотрофы могли стать гетеротрофами – загадка.

Как разлагаются грибы?

Грибы разлагаются органическое вещество, высвобождая ферменты для разрушения разлагающегося материала, после чего они поглощают питательные вещества из разлагающегося материала.

Когда гифы двух совместимых грибов растут близко друг к другу, они затем сливаются для размножения и образуют другой гриб.

Как грибы и бактерии могут разлагаться или вызывать гниение?

Мертвые организмы распадаются на более мелкие части в процессе распада.

Разлагающиеся бактерии и грибы описываются как сапрофиты из-за того, как они разрушают мертвое органическое вещество. Сапрофитное питание включает: Бактерии/грибы, выделяющие ферменты из своих клеток в почву или мертвый организм.

Разлагают ли грибы почву?

Грибы участвуют в разложении органических веществ. и доставлять питательные вещества для роста растений. Их роль очень важна в защите растений от патогенных микроорганизмов как биологических агентов, влияющих на здоровье почвы .

Могут ли грибы разлагать неорганические вещества?

Грибы и бактерии не ограничиваются разложением листьев и других растительных материалов. Они разложит любое мертвое органическое вещество, будь то картонная коробка, краска, клей, джинсы, кожаная куртка или авиакеросин.

Отличие редуцентов от падальщиков

Некоторые ошибочно считают, что к редуцентам относятся животные и птицы, питающиеся падалью. Но это не так. Главное отличие их от детритофагов (падальщиков) заключается в том, что организмы, питающиеся падалью, производят твердые отходы в виде экскрементов. Подобные продукты жизнедеятельности отсутствуют у редуцентов. Роль их заключается в разрушении — деструкции сложных органических веществ и превращении их в более простые по структуре (мочевина) либо неорганические. Детритофагов же, производящих твердые отходы, традиционно относят к консументам.

Как вам статья?