Что такое биотические и абиотические факторы в экосистеме?

В экологии биотические и абиотические факторы охватывают все живые и неживые части экосистемы. Биотические факторы относятся к живым организмам и их взаимоотношениям. Абиотические факторы – это неживые компоненты экосистемы, включая солнечный свет, воду, температуру, ветер и питательные вещества.

Экологи используют биотические и абиотические факторы для прогнозирования изменений в популяции и экологических событий. Изучая взаимодействие этих факторов, экологи могут оценить, что происходит в экосистеме с течением времени. Они также могут предсказать такие экологические события, как вымирание видов, перенаселение, изменение темпов роста и вспышки заболеваний.

Биотические факторы

К биотическим факторам относятся взаимодействия между организмами, такие как болезни, хищничество, паразитизм и конкуренция между видами или внутри одного вида. Кроме того, живые организмы сами являются биотическими факторами. Они делятся на три основные категории: продуценты, консументы и редуценты.

• Продуценты. Эти организмы, к которым относятся растения и водоросли, преобразуют абиотические факторы в пищу. Большинство продуцентов используют солнечную энергию вместе с водой и углекислым газом в процессе, называемом фотосинтезом. В результате образуется энергия, которой могут питаться продуценты. На самом деле продуцентов также называют автотрофами, потому что они питают сами себя: в переводе с греческого «auto» означает «сам», а «troph» – «кормить» или «питаться». Автотрофы используют абиотические факторы для производства собственной пищи.
• Консументы. Большинство консументов – животные, и они не производят свою собственную пищу. Вместо этого они потребляют продуцентов или других консументов, чтобы получить пищевую энергию. Поэтому консументов также называют гетеротрофами: «hetero» означает «другой» или «иной», потому что они получают питание от других видов, кроме себя. Консументы могут быть травоядными, плотоядными или всеядными. Травоядные питаются продуцентами; к ним относятся такие животные, как лошади, слоны и ламантины. Плотоядные питаются другими консументами. К ним относятся львы, волки и косатки. Всеядные, такие как птицы, медведи и омары, питаются и продуцентами, и консументами.
• Редуценты. Это организмы, которые расщепляют органические вещества мертвых растений и животных до неорганических компонентов, таких как углерод и азот, необходимых для жизни. Неорганические вещества затем возвращаются в почву и воду в виде питательных веществ, которые могут быть использованы продуцентами заново, продолжая цикл. Редуцентов также называют сапротрофами: от греческого «saprós» – гнилой, потому что они питаются гниющей органической материей. Примерами редуцентов являются бактерии, грибы, дождевые черви и некоторые насекомые.

Абиотические факторы

Абиотические факторы – это неживые компоненты экосистемы, включая ее химические и физические факторы. Абиотические факторы влияют на другие абиотические факторы. Кроме того, они оказывают глубокое влияние на разнообразие и обилие жизни в экосистеме, будь то на суше или в воде. Без абиотических факторов живые организмы не смогли бы питаться, расти и размножаться. Ниже приведен список наиболее значимых абиотических факторов.

• Солнечный свет. Являясь крупнейшим в мире источником энергии, солнечный свет играет важнейшую роль в большинстве экосистем. Он обеспечивает растения энергией, необходимой для производства пищи, и влияет на температуру. Организмы должны адаптироваться в зависимости от того, насколько им доступен солнечный свет.
• Кислород. Кислород необходим большинству форм жизни на Земле. Причина? Кислород нужен им для дыхания и высвобождения энергии из пищи. Таким образом, кислород приводит в движение метаболизм большинства организмов. (1)
• Температура. Средняя температура, диапазон температур и экстремальные значения температур в воздухе и воде – все это играет важную роль в жизни и выживании организмов в экосистеме. Температура также влияет на метаболизм организма, и виды эволюционировали, чтобы процветать в типичном диапазоне температур в своей экосистеме. (2)
• Ветер. Ветер может оказывать множество воздействий на экосистему. Он перемещает другие абиотические факторы, такие как почва и вода. Он рассеивает семена и распространяет огонь. Ветер влияет на температуру, а также на испарение из почвы, воздуха, поверхностных вод и растений, изменяя уровень влажности.
• Вода. Вода необходима для всего живого. В наземных экосистемах, где воды мало, например в пустынях, организмы развивают черты и поведение, которые помогают им выживать, эффективно собирая и накапливая воду. Иногда это может стать источником воды и для других видов. В таких экосистемах, как тропические леса, где обилие воды приводит к истощению питательных веществ в почве, многие растения обладают особыми свойствами, которые позволяют им накапливать питательные вещества до того, как вода их вымывает. Вода также содержит питательные вещества, газы и источники пищи, от которых зависят водные и морские виды, и облегчает передвижение и другие жизненные функции. (3, 4)
• Океанические течения. Океанические течения вызывают движение воды, что, в свою очередь, способствует перемещению биотических и абиотических факторов, таких как организмы и питательные вещества. Течения также влияют на температуру воды и климат. Они играют важную роль в выживании и поведении организмов, живущих в воде, поскольку течения могут влиять на такие факторы, как наличие пищи, размножение и миграция видов. (5)
• Питательные вещества. Почва и вода содержат неорганические питательные вещества, которые необходимы организмам для питания и роста. Например, минералы, такие как фосфор, калий и азот, содержащиеся в почве, важны для роста растений. Вода содержит много растворенных питательных веществ, а почвенные стоки могут переносить питательные вещества в водную и морскую среду. (6)

А как насчет почвы?

Почва состоит как из биотических, так и из абиотических компонентов. Почва фильтрует и накапливает воду, а также закрепляет корни растений. Она содержит питательные минералы и газы, а также миллионы микроорганизмов, таких как бактерии, грибы и одноклеточные организмы, называемые археями. Это важные разлагатели, незаменимые переработчики отходов планеты.

Взаимосвязь между биотическими и абиотическими факторами

Как биотические, так и абиотические факторы могут влиять на популяцию вида и сдерживать ее. Факторы в экосистеме, которые препятствуют биотическим операциям, таким как рост популяции, называются ограничивающими факторами.

Биотические и абиотические факторы океана

Подумайте о разнице между жизнью в поверхностных водах океана и экосистемой глубокого океана на глубине 4000 метров. У поверхности океана крошечные растения, называемые фитопланктоном, преобразуют обильный солнечный свет в энергию. Фитопланктон составляет основу огромной пищевой сети, от которой зависит множество других видов – от дельфинов и рыб до разнообразных организмов, составляющих коралловые рифы. У поверхности вода теплее, и в ней больше кислорода. Эти абиотические факторы – солнечный свет, кислород, температура и другие – влияют на характеристики и поведение организмов во всей экосистеме.

В отличие от этого, солнечный свет практически не проникает в глубокие океанские воды; единственный свет вырабатывается живущими там существами. На таких глубинах организмы должны быть приспособлены к экстремальному давлению, которое более чем в 110 раз превышает давление в поверхностных водах. Жизнь здесь должна выдерживать температуры, близкие к замерзанию. Здесь меньше пищи и кислорода, что требует более медленного метаболизма. В этой экосистеме низкий уровень света, кислорода и пищи, а также низкая температура воды являются факторами, ограничивающими жизнедеятельность организмов. (7)

Абиотические факторы оказывают огромное влияние на разнообразие и обилие жизни в экосистеме, будь то в воде или на суше. Но это работает в обе стороны: биотические факторы также могут изменять абиотические. Фитопланктон в океане производит большое количество кислорода. Более крупные растения, такие как ламинарии, фильтруют солнечный свет, охлаждают воду и влияют на океанские течения.

Биотические и абиотические факторы Йеллоустоуна

На суше биотические факторы также вызывают изменения, которые могут распространяться по всей экосистеме. Например, исследование, проведенное в Йеллоустонском национальном парке, показало, что в те десятилетия, когда в парке не было волков, лоси не так активно перемещались по территории, потому что у них было меньше хищников. Вместо этого лоси объедали деревья и кустарники вблизи ручьев, сокращая количество и размеры ив по берегам ручьев. Меньшее количество ив означало меньшее количество пищи для бобров, чья популяция затем сократилась. Меньшее количество бобров означало меньшее количество бобровых плотин, что, в свою очередь, привело к сокращению болотистой среды обитания для ив и других видов, которых они поддерживали. (8)

Реинтродукция волков в 1995 году стала поворотным моментом. Это запустило возможный трофический каскад – событие, при котором изменения в пищевой сети меняют структуру экосистемы. В данном случае волки ограничили популяцию и поведение лосей, что повысило шансы других организмов на выживание. Лоси перестали проводить так много времени у ручьев. Популяции ивы и бобра начали восстанавливаться, а бобры построили больше плотин. Это изменило русло ручьев, восстановив водно-болотные угодья. Реинтродукция волка стала ограничивающим фактором для лося. В результате другие биотические сообщества восстановились, отчасти потому, что волки косвенно повлияли на важный абиотический фактор – воду. (8)

Экологи также изучают взаимосвязи между биотическими и абиотическими факторами, чтобы делать прогнозы относительно биотических популяций. Понимая, как реинтродукция волков в Йеллоустоне повлияла на другие факторы, исследователи могут предугадать, как будущие изменения популяции волков могут повлиять на экосистему.

Инвазивные виды

Изучение этих взаимосвязей может быть полезно и для борьбы с инвазивными видами. В другом недавнем исследовании изучалось, какие биотические и абиотические факторы в наибольшей степени влияют на диких свиней – инвазивное млекопитающее, обитающее на пяти континентах. (9)

Используя модели, генерирующие данные о взаимодействии диких свиней с такими факторами, как доступность воды, температура, продуктивность растений, хищничество и изменения в землепользовании, вызванные деятельностью человека, исследователи составили глобальную карту, предсказывающую плотность популяции диких свиней. Выявление факторов, наиболее тесно связанных с плотностью популяции, помогает в борьбе с этим инвазивным видом. Используя такие подходы, экологи могут разработать способы защиты биоразнообразия экосистем.

Подведем итог

• Биотические и абиотические факторы – это все живые и неживые компоненты экосистемы.
• Биотические факторы включают в себя не только живые существа, но и взаимодействия между организмами, такие как хищничество, паразитизм и конкуренция.
• Абиотические факторы включают неживые компоненты, а также химические и физические факторы, которые необходимы живым организмам для процветания.
• Когда абиотическое или биотическое условие в экосистеме ограничивает рост или размер популяции, его называют ограничивающим фактором.
• Экологи изучают взаимосвязи между биотическими и абиотическими факторами, чтобы предсказать изменения в популяции и экологические события.

Treehugger