Фотоавтотрофні організми - це зелені рослини, які характеризуються тим, що в якості джерела енергії для побудови органічних речовин (для формування біомаси) використовують сонячну радіацію, як джерело вуглецю - вуглекислий газ атмосфери і грунту, а як джерело азоту - мінеральні сполуки.
Хемоавтотрофні організми як джерело енергії використовують енергію
хімічних зв'язків (мінеральні речовини), переводячи їх в більш прості сполуки. Ці ж сполуки використовуються і для поповнення значної частини речового бюджету, який цілком грунтується на неорганічних джерелах. Група представлена хемосінтезірующімі бактеріями.
Прототрофи як джерело енергії і вуглецю використовують органічні речовини. Основна маса їх - сапрофагі. Як джерела азоту вони можуть задовольнятися мінеральними речовинами. Ця група складається з грибів, актиноміцетів і деяких бактерій.
Хемогетеротрофи - найбільш складна в функціональному відношенні група. Вона ж об'єднує значно більше число видів організмів, ніж всі інші групи разом узяті. Як джерело енергії, вуглецю і азоту хемогетеротрофи використовують органічні речовини інших живих істот, включаючи їх залишки і після відмирання, і метаболіти, виділені в зовнішнє середовище. Хемогетеротрофи включають всіх тварин, велику частину бактерій і рослини (в тому числі вищі), провідні паразитичне існування.
У цю схему не включені фотогетеротрофи, що займають проміжні положення між хемогетеротрофамі і фотоавтотрофамі, так як їх питома вага в природі зазвичай малий. Крім того, вони частіше поперемінно входять то в один, то в інший блок, в залежності від умов середовища. До фотогетеротрофам відносяться і деякі найпростіші. З часткою умовності, мабуть, можна зарахувати до них і лишайники, які по суті представляють собою симбиотическое співжиття водоростей і грибів.
Хемогетеротрофов можна на певному етапі розглядати як один блок, але ми показали їх у вигляді декількох: біофагов першого і вищих порядків і сапрофагов. Зазначені три групи займають досить різні позиції в системі трофічних рівнів і мають різні регуляторними можливостями. Так, діяльність сапрофагов, яка веде до звільнення речовин мінерального живлення, позитивно впливає на блок фотоавтотрофов. Вплив же на останніх біофагов першого порядку, що стоять на тому ж трофическом (енергетичному) рівні, набагато складніше і в загальному негативно. Це визначає далекосяжні наслідки, приводячи до парному філогенезу (коеволюції) і сильно ускладненим взаємним реакцій.
Якщо спробувати уявити графічно потоки енергії, речовини та інформації між виділеними дев'ятьма блоками, то вийде досить складна і важко читається картина. Тому доцільно навести дві схеми, які показують характер матеріально-енергетичних взаємозв'язків в екосистемі (див. Рис. 1,2). Потоки речовини, в принципі, можуть мати характер кругообігу в замкнутому циклі. Значна частина хімічних елементів дійсно з тією чи іншою швидкістю тривалий час циркулює в екосистемі. Однак для деяких завдань потрібно мати на увазі, що повною замкнутості навіть по речовині не досягається ні в окремій екосистемі, ні в біосфері в цілому. Частина речовини з блоку З переходить в геологічні цикли із зовсім іншою шкалою часу, частина з блоку В диссипирует за межі біосфери. Елемент А, природно, не пов'язаний речовими взаємодіями з іншими блоками.
Мал. 1. Потоки непревратімой і сильні потоки превратімой енергії між основними блоками екосистеми: 1 - превратімая енергія фотосинтетичний активній радіації (ФАР); 2 - превратімая енергія хімічних зв'язків; 3 - потоки тепла (непревратімой енергії); х - потік внутрішнього тепла Землі, у - теплове випромінювання в космос. Блоки: А - радіація Сонця, В - атмосфера; З - почвогрунт, D - фотоавтотрофні організми; Е - хемоавтотрофні організми; F - хемогетеротрофи-біофагі першого порядку; G - хемогетеротрофи-сапрофагі; Н - прототрофи-сапрофагі; К - хемогетеротрофи-біофагі вищих порядків.
Мал. 2. Основні потоки превратімой енергії і потоки речовини між блоками екосистеми (блоки ті ж, що і на рис.1):
1 - енергія ФАР; 2 - енергія хімічних зв'язків (органічних, а для блоку Е - неорганічних речовин); 3 - потоки неорганічних речовин
Потоки превратімой енергії однонаправлені. Фотосинтетичний активна радіація (ФАР) йде від А до D і потім відбувається подальша трансформація енергії хімічних зв'язків органічних речовин. Дещо осібно стоїть взаємозв'язок С-Е. Елемент В не бере участі в трансформації превратімой енергії. Непревратімая енергія (тепло) не може служити джерелом для безпосереднього використання організмами, проте є умовою протікання численних взаємодій.
Блоки А, В, С служать джерелом сигналів, проте самі не здатні до сприйняття і переробки інформації. Ця здатність властива живим організмам, які можуть реагувати на істотні для них сигнали, оскільки володіють пам'яттю (зберігання і накопичення спадкової інформації - в нуклеїнових кислотах, а для індивідуума - також в нервовій системі і інших утвореннях, перетворення інформації екосистемою - в процесі відбору та реалізації фенотипів), а також мають "програму" поведінки.
3. Характер зв'язків в екосистемі
Вище згадувалося про зв'язки трьох типів (речових, енергетичних та інформаційних) між компонентами екосистеми. Їх вивченість на різних рівнях підрозділу за елементами ще дуже недостатня. Історично насамперед почали вивчати матеріально-енергетичні взаємозв'язку в рамках класичної трофодінамікі і моделей типу "хижак-жертва". Крім того, розвивалися уявлення про сукупностях окремих груп організмів, пов'язаних спільністю місцеперебування. Останній напрям особливо інтенсивно розвивається в рамках геоботаніки - науки про рослинний покрив Землі, поширенні і закономірності розміщення рослинних угруповань, а особливо в фітоценології - розділі геоботаніки, що вивчає рослинні співтовариства: їх класифікацію, склад, зміну, зміни; взаємини між собою та між компонентами співтовариств в них і в навколишньому середовищі.
Деякі риси подібності з Геоботанічної концепціями можна угледіти також в гідробіологічних роботах, присвячених бентосних спільнот. І в тому і в іншому випадку дослідники мають справу з комплексами переважно одного трофічного рівня. Тому говорити про безпосередніх енергетичних зв'язках між ними годі й говорити. Що стосується непрямих (конкурентних) взаємодій, то в ряді випадків було показано, що така система прагне до їх мінімізації. Такі ж висновки, що стосуються наземної рослинності, з'явилися пізніше.