Все живые существа нашей планеты связаны между собой одной из самых прочных связей – пищевой. То есть кто-то для кого-то является пищей или говоря научным языком – кормовой базой. Травоядные едят растения, самих травоядных едят хищники, которых также в свою очередь могут поедать другие, более крупные и сильные хищники. Эти своеобразные пищевые связи в биологии принято называть цепями питания. Понимание того, как работает экосистема цепи питания, дает ученым биологам представление о различных нюансах живых организмов, помогает объяснить поведение некоторых животных, понять, откуда растут ноги у тех или иных повадок наших четвероногих друзей.
Виды цепей питания
В целом различают два основных вида цепей питания: цепь выедания (она же пастбищная цепь питания) и детритная цепь питания, которую еще называют цепью разложения.
Пастбищная цепь питания
Пастбищная цепь питания в целом проста и понятна, ее суть кратко описана в начале статьи: растения служат пищей для травоядных животных и в научной терминологии зовутся продуцентами. Травоядные, поедающие растения называются консументами (из латинского это слово переводится как «потребители») первого порядка. Мелкие хищники являются консументами второго порядка, а более крупные уже третьего. В природе встречаются и более длинные цепи питания, насчитывающие пять и больше звеньев, такие встречаются в основном в океанах, где более крупные (и прожорливые) рыбы поедают более мелких, те в свою очередь едят еще более мелких и так вплоть до водорослей. Замыкает звенья цепи питания особенное счастливое звено, которое уже никому не служит пищей. Обычно это человек, разумеется, при условии, что он осторожен и не пытается плавать с акулами или гулять со львами)). А если серьезно, то такое замыкающее звено питание в биологии называется редуцентом.
Детритная цепь питания
А вот тут все происходит немножечко наоборот, а именно поток энергии цепи питания идет в противоположную сторону: крупные животные, будь-то хищники или травоядные умирают и разлагаются, их останками питаются более мелкие животные, различные падальщики (например, гиены), которые в свою очередь также умирают и разлагаются, и их бренные останки аналогично служат пищей, или, для еще более мелких любителей мертвячины (например, некоторых видов муравьев), или же для разных специальных микроорганизмов. Микроорганизмы, перерабатывая останки, выделяют специальную субстанцию, называемую детритом, отсюда и название этой цепи питания.
Более наглядная схема цепи питания представлена на картинке.
О чем говорит длина цепи питания
Исследование длины цепи питание дает ученых ответы на многие вопросы, например, о том, насколько благоприятна среда обитания животных. Чем благоприятнее среда обитания, тем длиннее будет природная цепь питания в силу обилия различных животных, служащих пищей друг другу. Но самая длинная цепь питания у рыб, и других обитателей океанических глубин.
Что лежит в основе цепи питания
В основе любой цепи питания лежат пищевые связи и энергия, которая передается с поеданием одного представителя фауны (или флоры) другим. Благодаря полученной энергии потребители могут продолжать свою жизнедеятельность, но в свою очередь также становятся зависимыми от своей пищи (кормовой базы). Например, когда происходит знаменитая миграция леммингов, служащих пищей для различных арктических хищников: лис, сов, происходит сокращение популяции не только самих леммингов (массово погибающих во время этих самых миграций) но и хищников, питающихся леммингами, а часть из них даже мигрирует вместе с ними.
Цепи питания, видео фильм
И в дополнение предлагаем вам образовательное видео о значении цепей питания в биологии.
ТРОФИЧЕСКИЕ ЦЕПИ
Цель работы : получение навыков составления и анализа пищевых (трофических) цепей.
Общие сведения
Между живыми организмами экосистем существуют разнообразные связи. Одной из центральных связей, которая как бы цементирует самые разные организмы в одну экосистему, является пищевая, или трофическая. Пищевые связи объединяют между собой организмы по принципу пища - потребитель. Это ведет к возникновению пищевых, или трофических цепей. Внутри экосистемы содержащие энергию вещества создаются автотрофными организмами и служат пищей для гетеротрофов. Пищевые связи - это механизмы передачи энергии от одного организма к другому. Типичный пример – животное поедает растения. Это животное, в свою очередь, может быть съедено другим животным. Таким путем может происходить перенос энергии через ряд организмов
Каждый последующий питается предыдущим, поставляющим ему сырье и энергию.
Такая последовательность переноса энергии пищи в процессе питания от ее источника через последовательный ряд живых организмов называется пищевой (трофической) цепью, или цепью питания. Трофические цепи - это путь однонаправленного потока солнечной энергии, поглощенной в процессе фотосинтеза, через живые организмы экосистемы в окружающую среду, где неиспользованная часть ее рассеивается в виде низкотемпературной тепловой энергии.
ные мыши, воробьи, голуби. Иногда в экологической литературе любую пищевую связь называют связью «хищник – жертва», понимая под хищником поедателя. Стабильность системы «хищник-жертва» обеспечивается следующими факторами:
- неэффективность хищника, бегство жертвы;
- экологические ограничения, налагаемые внешней средой на численность популяции;
- наличие у хищников альтернативных пищевых ресурсов;
- уменьшение запаздывания в реакции хищника.
Место каждого звена в цепи питания является трофическим уровнем. Первый трофический уровень занимают автотрофы, или так называемые первичные продуценты. Организмы второго трофического уровня называются пер-
вичными консументами, третьего - вторичными консументами и т. д.
Трофические цепи делятся на два основных типа: пастбищные (цепи выедания, цепи потребления) и детритные (цепи разложения).
Растение → заяц → волк Продуцент → травоядное животное → плотоядное животное
Широко распространены и такие пищевые цепи:
Растительный материал (например, нектар) → муха → паук → землеройка → сова.
Сок розового куста → тля → божья коровка → паук → насекомоядная птица → хищная птица.
В водных, в частности, морских экосистемах пищевые цепи хищников длиннее, чем в наземных.
Детритная цепь начинается с мертвого органического вещества - детрита, который разрушается детритофагами, поедаемыми мелкими хищниками, и заканчивается работой редуцентов, минерализующих органические остатки. В детритных пищевых цепях наземных экосистем важную роль играют лиственные леса, большая часть листвы которых не употребляется растительноядными животными в пищу и входит в состав лесной подстилки. Листья измельчаются многочисленными детритофагами (грибами, бактериями, насекомыми), далее заглатываются дождевыми червями, которые осуществляют равномерное распределение гумуса в поверхностном слое почвы, образуя мулль. Разлагающие
микроорганизмы, завершающие цепь, производят окончательную минерализацию мертвых органических остатков (рис. 1).
В целом типичные детритные цепи наших лесов можно представить следующим образом:
листовая подстилка → дождевой червь → черный дрозд → ястребперепелятник;
мертвое животное → личинки падальных мух → травяная лягушка → уж.
Рис. 1. Детритная пищевая цепь (по Небелу, 1993)
В качестве исходного органического материала, который подвергается в почве биологической переработке организмами, населяющими почву, можно для примера рассмотреть древесину. Древесина, попадающая на поверхность почвы, прежде всего, подвергается переработке личинками насекомых усачей, златок, сверлил, которые используют ее в пищу. Им на смену приходят грибы, мицелий которых в первую очередь поселяется в ходах, проделанных в древесине насекомыми. Грибы еще сильнее разрыхляют и разрушают древесину. Такая рыхлая древесина и сам мицелий оказываются пищей для личинок огнецветки. На следующем этапе в уже сильно разрушенной древесине поселяются муравьи, которые уничтожают почти всех личинок и создают условия для поселения в древесине новой генерации грибов. Такими грибами начинают кормиться улитки. Завершают же разрушение и гумификацию древесины микробы-редуценты.
Аналогично идет гумификация и минерализация навоза диких и домашних животных, поступающего в почву.
Как правило, пища каждого живого существа более или менее разнообразна. Только все зеленые растения «питаются» одинаково: углекислым газом и ионами минеральных солей. У животных случаи узкой специализации питания довольно редки. В результате возможной смены питания животных все организмы экосистем вовлечены в сложную сеть пищевых взаимоотношений. Пищевые цепи тесно переплетаются друг с другом, образуя пищевые, или трофические сети. В трофической сети каждый вид прямо или косвенно связан со многими. Пример трофической сети с размещением организмов по трофическим уровням представлен на рис. 2.
Пищевые сети в экосистемах весьма сложные, и можно сделать вывод, что поступающая в них энергия долго мигрирует от одного организма к другому.
Рис. 2. Трофическая сеть
В биоценозах пищевые связи играют двоякую роль. Во-первых, они
обеспечивают передачу вещества и энергии от одного организма к другому.
Вместе, таким образом, уживаются виды, которые поддерживают жизнь друг друга. Во-вторых, пищевые связи служат механизмом регуляции численно-
Представление трофических сетей может быть традиционным (рис.2) или с использованием ориентированных графов (орграфов).
Геометрически ориентированный граф можно представить в виде набора вершин, обозначаемых кружками с номерами вершин, и дуг, соединяющих эти вершины. Дуга задаёт направление от одной вершины к другой. Путём в графе называется такая конечная последовательность дуг, в которой начало каждой последующей дуги совпадает с концом предыдущей. Дуги можно обозначать парой вершин, которые она соединяет. Путь записывается в виде последовательности вершин, через которые он проходит. Контуром называется путь, начальная вершина которого совпадает с конечной.
НАПРИМЕР:
Вершины; |
||||||
А – дуги; |
||||||
В – контур, проходящий через вершины 2, 4, |
||||||
В 3;
1, 2 или 1, 3, 2 – пути от вершины
к вершине |
|||
В сети питания вершиной графа отображаются объекты моделирования; дуги, обозначаемые стрелками, проводят от жертвы к хищнику.
Любой живой организм занимает определённую экологическую нишу . Экологическая ниша – это совокупность территориальных и функциональных характеристик среды обитания, соответствующих требованиям данного вида. Никакие два вида не имеют в экологическом фазовом пространстве одинаковых ниш. Согласно принципу конкурентного исключения Гаузе, два вида с близкими экологическими требованиями длительное время не могут занимать одну экологическую нишу. Эти виды конкурируют, и один из них вытесняет другой. На основе сетей питания можно построить граф конкуренции. Живые организмы в графе конкуренции отображаются в виде вершин графа, между вершинами проводится ребро (связь без направления) в том случае, если существует живой организм , который служит пищей для организмов, отображаемых вышеуказанными вершинами.
Разработка графа конкуренции позволяет выделить конкурирующие виды организмов и проанализировать функционирование экосистемы и её уязвимость.
Широко распространён принцип соответствия роста сложности экосистемы и увеличения её устойчивости. Если экосистема представлена сетью питания, можно использовать разные способы измерения сложности:
- определить число дуг;
- найти отношение числа дуг к числу вершин;
Для измерения сложности и разнообразия сети питания используется также трофический уровень, т.е. место организма в цепи питания. Трофический уровень можно определять как по наиболее короткой, как и по наиболее длинной цепи питания от рассматриваемой вершины, имеющей трофический уровень, равный «1».
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Задание 1
Составьте сеть для 5 участников: трава, птицы, насекомые, зайцы, лисы.
Задание 2
Установите цепи питания и трофический уровень по наиболее короткому и наиболее длинному пути сети питания из задания «1».
Трофический уровень и пищевая цепь |
|||||
сети питания |
по кратчайшему пути |
по наиболее длинному пути |
|||
4 . Насекомые
Примечание: пастбищная пищевая цепь начинается с продуцентов . Организм, указанный в колонке 1, является верхним трофическим уровнем. Для консументов I порядка длинный и короткий пути трофической цепи совпадают.
Задание 3
Предложите трофическую сеть согласно варианта задания (табл. 1П) и составьте таблицу трофических уровней по наиболее длинному и наиболее короткому пути. Пищевые предпочтения консументов приведены в табл. 2П.
Задание 4
Составьте трофическую сеть по рис. 3 и разместите ее участников по трофическим уровням
ПЛАН ОТЧЕТА
1. Цель работы.
2. Граф трофической сети и граф конкуренции по учебному примеру (задания 1, 2).
3. Таблица трофических уровней по учебному примеру (задание 3).
4. Граф сети питания, граф конкуренции, таблица трофических уровней согласно варианту задания.
5. Схема трофической сети с размещением организмов по трофическим уровням (по рис.3).
Рис. 3. Биоценоз тундры.
Первый ряд: мелкие воробьиные, различные двукрылые насекомые, мохноногий канюк. Второй ряд: песец, лемминги, полярная сова. Третий ряд: белая куропатка, зайцы-беляки. Четвертый ряд: гусь, волк, северный олень.
Литература
1. Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. – М.: Мысль, 1990. 637 с.
2. Жизнь животных в 7-ми томах. М.: Просвещение, 1983-1989.
3. Злобин Ю.А. Общая экология. Киев.: Наукова думка, 1998. – 430 с.
4. Степановских А.С. Экология: Учебник для вузов. – М.: ЮНИТИДАНА,
5. Небел Б. Наука об окружающей среде: как устроен мир. – М.: Мир, 1993.
–т.1 – 424 с.
6. Экология: Учебник для технических вузов/ Л.И. Цветкова, М.И. Алексеев, и др.; Под ред. Л.И. Цветковой. –М.: АСВ; СПб: Химиздат, 2001.-552с.
7. Гирусов Э.В. и др. Экология и экономика природопользования: Учебник для вузов/Под ред. Проф. Э.В. Гирусова. – М.: Закон и право, ЮНИТИ,
Таблица 1П |
|||
Видовая структура биоценоза |
|||
Название био- |
Видовой состав биоценоза |
||
Кедровник |
Кедр корейский, береза желтая, лещина разнолистная, |
||
осока, заяц-беляк, белка летяга, белка обыкновенная, |
|||
волк, бурый медведь, гималайский медведь, соболь, |
|||
мышь, кедровка, дятел, папоротник. |
|||
Заболоченный |
Осоки, ирис, тростник обыкновенный.Заходят волк, лиса, |
||
бурый медведь, косуля, мышь. Амфибии – углозуб сибир- |
|||
вейниковый |
ский, квакша дальневосточная, лягушка сибирская. Улит- |
||
ка, земляной червь. Птицы – дальневосточный белый |
|||
аист, пегий лунь, фазан, японский журавль, даурский жу- |
|||
равль. Бабочки махаоны. |
|||
Белоберезовый |
Осина, береза плосколистная (белая) осина, ольха, дио- |
||
скорея ниппонская (травянистая лиана), злаки, осоки, |
|||
разнотравье (клевер, чина). Кустарники – леспедеца, ря- |
|||
бинник, таволга. Грибы – подберезовики, подосиновики. |
|||
Животные - енотовидная собака, волк, лиса, медведь бу- |
|||
рый, колонок, изюбрь, косуля, углозуб сибирский, лягуш- |
|||
ка сибирская, мышь. Птицы – подорлик большой, синица, |
|||
Ельник травя- |
Растения – пихта, лиственница, кедр корейский, клен, ря- |
||
бинник рябинолистный, жимолость, ель, осоки, злаки. |
|||
кустарниковый |
Животные – заяц-беляк, белка обыкновенная, белка летя- |
||
га, волк, медведь бурый, медведь гималайский, соболь, |
|||
харза, рысь, изюбрь, лось, рябчик, сова, мышь, бабочка |
|||
Растения - дуб монгольский, осина, береза плосколистная, |
|||
липа, ильм, маакия (единственное на Дальнем Востоке |
|||
дерево, относящееся к семейству бобовых), кустарники – |
|||
леспедеца, калина, рябинник рябинолистный, шиповник, |
|||
травы – ландыш, осоки, чемерица, черемша, бубенчики, |
|||
колокольчики. Животные – бурундук, енотовидная соба- |
|||
ка, волк, лиса, медведь бурый, барсук, колонок, рысь, ка- |
|||
бан, изюбрь, косуля, заяц, углозуб сибирский, квакша |
|||
дальневосточная, лягушка сибирская, мышь, ящерица жи- |
|||
вородящая, сойка, дятел, поползень, жук-дровосек, кузне- |
|||
Растения - осина, береза плосколистная, боярышник, ши- |
|||
повник, спирея, пион, злаки. Животные – енотовидная |
|||
собака, волк, лиса, медведь бурый, колонок, изюбрь, ко- |
|||
суля, углозуб сибирский, лягушка сибирская, мышь, яще- |
|||
рица живородящая, сойка, дятел, поползень, подорлик, |
|||
жук-дровосек, кузнечик, |
|||
Таблица 2П |
|||||
Спектр питания некоторых видов |
|||||
Живые организмы |
Пищевые пристрастия - «меню» |
||||
Трава (злаки, осоки); кора осины, липы, лещины; ягоды (земляни- |
|||||
Семена злаков, насекомые, черви. |
|||||
Белка летяга |
|||||
и их личинки. |
|||||
Растения |
Потребляют солнечную энергию и минеральные вещества, воду, |
||||
кислород, углекислый газ. |
|||||
Грызуны, зайцы, лягушки, ящерицы, мелкие птицы. |
|||||
Белка обыкновен- |
Кедровые орехи, орехи лещины, желуди, семена злаков. |
||||
Семена кустарников (элеутерококк), ягоды (брусника), насекомые |
|||||
и их личинки. |
|||||
Личинки насеко- |
Личинки комаров – водоросли, бактерии. |
||||
мых комаров, |
Личинки стрекоз – насекомые, мальки рыб. |
||||
Сок трав. |
|||||
Грызуны, зайцы, лягушки, ящерицы. |
|||||
Орлан белоплечий |
Рыба, мелкие птицы. |
||||
Медведь бурый |
Эврифаг, предпочтение отдает животной пище: кабаны (подсвин- |
||||
ки), рыба (лосось). Ягоды (малина, черемуха, жимолость, голуби- |
|||||
ка), коренья. |
|||||
Медведь гималай- |
Дудник (медвежья дудка), лесные ягоды (брусника, малина, чере- |
||||
муха, голубика), мед (осы, пчелы), лилейные (луковицы), грибы, |
|||||
орехи, желуди, личинки муравьев. |
|||||
Насекомые |
Травянистые растения, листья деревьев. |
||||
Мышь, белка, зайчата, рябчик. |
|||||
Хищник. Зайцы, белка, подсвинки. |
|||||
трава (хвощ зимующий), бобовые (вика, чина), |
|||||
кора лещины, ив, подрост берез, корни кустарников (ле- |
|||||
щина, малина). |
|||||
Почки берез, ольхи, липы; злаки; ягоды рябины, калины; хвоя пих- |
|||||
ты, ели, лиственницы. |
|||||
Мышь, бурундук, зайчата, лисята, змеи (уж, полоз), ящерица, бел- |
|||||
ка, летучая мышь. |
|||||
Мыши, зайцы, косуля, стаей могут убить оленя, лося, кабана. |
|||||
Уховертка |
Хищник. Блохи, жуки (мелкие), слизни, дождевые черви. |
||||
Жук -дровосек |
Кора березы, кедра, липы, кленов, лиственницы. |
||||
Пыльца растений. |
|||||
павлиноглазка |
|||||
Мышь, зайчата, бурундук, углозуб сибирский, птенцы журавлей, |
|||||
аиста, уток; квакша дальневосточная, фазанята, черви, |
|||||
крупные насекомые. |
|||||
Кора лещины, березы, ив, дуба, осока, вейник, тростник; листья бе- |
|||||
резы, ивы, дуба, лещины. |
|||||
Хищник. Рачки, личинки комара. |
|||||
Квакша дальнево- |
Водные беспозвоночные. |
|
Травы (вейник), осока, грибы, растительные остатки и почва. |
||
Растения, рыба и ее икра во время нереста, насекомые и их личин- |
||
Земляной червяк |
Отмершие растительные остатки. |
|
Дальневосточный |
Улитка, квакша, сибирская лягушка, рыба (вьюн, ротан), змеи, |
|
белый аист |
мыши, саранча, птенцы воробьиных птиц. |
|
Журавль японский |
Корневища осок, рыба, лягушки, мелкие грызуны, птенцы. |
|
Лунь пегий |
Мышь, мелкие птицы (овсянки, камышевки, воробья), лягушки, |
|
ящерицы, крупные насекомые. |
||
Почки березы, ольхи, вейник. |
||
Бабочки махаоны |
Пыльца растений (фиалки, хохлатки). |
|
Плотояден предпочтение отдает животной пище – зайцы, молодые |
||
лосята, косули, олени, кабаны. |
||
Енотовидная со- |
Рыба тухлая, птицы (жаворонки, овсяницы, камышевки). |
|
Веточный корм (береза, осина, ива, лещина; листья дуба, липы), |
||
желуди, кора дуба, водоросли на мелководьях, вахта трехлистная. |
||
Комар, пауки, муравьи, кузнечики. |
||
Ящерица живоро- |
Насекомые и их личинки, черви дождевые. |
|
Подорлик |
Хищник. Мелкие млекопитающие, фазан, мыши, зайцы, лисята, |
|
птицы, рыба, грызуны. |
||
Белки, бурундуки, птицы. |
||
Бурундук |
Семена яблони, шиповника, калины, рябинника, рябины; грибы; |
|
орехи; желуди. |
||
Корни, черви дождевые, мыши, насекомые (муравьи и их личинки). |
||
Хищник. Мыши. |
||
Семена злаков, орехи. |
||
Орехи кедровые, желуди, ягода (рябина), яблоня. |
||
Жуки дровосеки, насекомые древоточцы. |
||
Кабан, заяц, косуля, лосята, оленята, лось, олень (подранки). |
||
Поползень |
Насекомые; семена древесных, ягоды, орехи. |
|
Лемминги |
Зерноядные. Осоки, шикша, злаки. |
|
Зерноядные. |
||
Хищник. Лемминги, птенцы куропаток, чаек. |
||
Полярная сова |
Лемминги, мыши полевки, зайцы, утки, фазаны, тетерева. |
|
Белая куропатка |
Растительноядные. Семена злаков; почки берез, ив, ольхи. |
|
Травоядные, листья и кора деревьев, мох – ягель. |
||
Заяц-беляк |
Зимой – кора; летом – ягоды, грибы. |
|
Травоядные. Осоки, злаки, водоросли, побеги водных растений. |
||
Северный олень |
Ягель, злаки, ягоды (морошка, клюква), мыши. |
|
Косуля, изюбр, пятнистый олень, кабан. |
||
Дафнии, циклопы |
Одноклеточные водоросли. |
|
В экосистемах продуценты, консументы и редуценты объединены сложными процессами переноса веществ и энергии, которая заключена в пище, созданной преимущественно растениями.
Перенос потенциальной энергии пищи, созданной растениями, через ряд организмов путем поедания одних видов другими называется трофической (пищевой) цепью, а каждое ее звено называется трофическим уровнем.
Все организмы, пользующиеся одним типом пищи, принадлежат к одному трофическому уровню.
На рис.4. представлена схема трофической цепи.
Рис.4. Схема пищевой цепи.
Рис.4. Схема пищевой цепи.
Первый трофический уровень образуют продуценты (зеленые растения), которые аккумулируют солнечную энергию и создают органические вещества в процессе фотосинтеза.
При этом более половины энергии, запасенной в органических веществах, расходуется в процессах жизнедеятельности растений, превращаясь при этом в тепло и рассеиваясь в пространстве, а остальная часть поступает в пищевые цепи и может быть использована гетеротрофными организмами последующих трофических уровней при питании.
Второй трофический уровень образуют консументы 1-го порядка - это растительноядные организмы (фитофаги), которые питаются продуцентами.
Консументы первого порядка большую часть энергии, которая содержится в пище, расходуют на обеспечение своих жизненных процессов, а остальную часть энергии используют на построение собственного тела, преобразуя тем самым растительные ткани в животные.
Таким образом, консументы 1-го порядка осуществляют первый, принципиальный этап трансформации органического вещества, синтезированного продуцентами.
Первичные консументы могут служить источником питания для консументов 2-го порядка.
Третий трофический уровень образуют консументы 2-го порядка - это плотоядные организмы (зоофаги), которые питаются исключительно растительноядными организмами (фитофагами).
Консументы 2-го порядка осуществляют второй этап трансформации органического вещества в цепях питания.
Однако, химические вещества, из которых строятся ткани животных организмов, довольно однородны и поэтому трансформация органического вещества при переходе со второго трофического уровня консументов на третий не имеет столь принципиального характера, как при переходе с первого трофического уровня на второй, где происходит преобразование растительных тканей в животные.
Вторичные консументы могут служить источником питания для консументов 3-го порядка.
Четвертый трофический уровень образуют консументы 3-го порядка - это плотоядные животные, питающиеся только плотоядными организмами.
Последний уровень трофической цепи занимают редуценты (деструкторы и детритофаги).
Редуценты-деструкторы (бактерии, грибы, простейшие) в процессе своей жизнедеятельности разлагают органические остатки всех трофических уровней продуцентов и консументов до минеральных веществ, которые вновь возвращаются к продуцентам.
Все звенья трофической цепи взаимосвязаны и взаимозависимы.
Между ними от первого к последнему звену осуществляется передача веществ и энергии. Однако, необходимо отметить, что при передаче энергии с одного трофического уровня на другой происходит ее потеря. В результате цепь питания не может быть длинной и чаще всего состоит из 4-6 звеньев.
Однако, такие пищевые цепи в чистом виде в природе обычно не встречаются, поскольку каждый организм имеет несколько источников питания, т.е. пользуется несколькими типами пищи, и сам используется как продукт питания другими многочисленными организмами из одной и той же трофической цепи или даже из разных цепей питания.
Например:
всеядные организмы потребляют в пищу как продуцентов, так и консументов, т.е. являются одновременно консументами первого, второго, а иногда и третьего порядка;
комар, питающийся кровью человека и хищных животных, находится на очень высоком трофическом уровне. Но комарами питается болотное растение росянка, которая, таким образом, является и продуцентом и консументом высокого порядка.
Поэтому, практически любой организм, входящий в состав одной трофической цепи, одновременно может входить и в состав других трофических цепей.
Таким образом, трофические цепи могут многократно разветвляться и переплетаться, образуя сложные сети питания или трофические (пищевые) сети , в которых многочисленность и разнообразие пищевых связей выступает как важный механизм поддержания целостности и функциональной устойчивости экосистем.
На рис.5. показана упрощенная схема сети питания для наземной экосистемы.
Вмешательство человека в природные сообщества организмов путем намеренного или ненамеренного устранения какого-либо вида часто имеет непредсказуемые негативные последствия и приводит к нарушению устойчивости экосистем.
Рис.5. Схема трофической сети.
Существует два основных типа трофических цепей:
пастбищные цепи (цепи выедания или или цепи потребления);
детритные цепи (цепи разложения).
Пастбищные цепи (цепи выедания или цепи потребления) - это процессы синтеза и трансформации органических веществ в трофических цепях.
Пастбищные цепи начинаются с продуцентов. Живые растения поедаются фитофагами (консументами первого порядка), а сами фитофаги являются пищей для плотоядных животных (консументов второго порядка), которыми могут питаться консументы третьего порядка и т.д.
Примеры пастбищных цепей для наземных экосистем:
3 звена: осина → заяц → лиса; растение → овца → человек.
4 звена: растения → кузнечики → ящерицы → ястреб ;
нектар цветка растения → муха → насекомоядная птица →
хищная птица .
5 звеньев: растения → кузнечики → лягушки → змеи → орел.
Примеры пастбищных цепей для водных экосистем:→
3 звена: фитопланктон → зоопланктон → рыбы;
5 звеньев: фитопланктон → зоопланктон → рыбы → хищные рыбы →
хищные птицы.
Детритные цепи (цепи разложения) - это процессы поэтапной деструкции и минерализации органических веществ в трофических цепях.
Детритные цепи начинаются с поэтапного разрушения мертвого органического вещества детритофагами, которые последовательно сменяют друг друга в соответствии со специфичным типом питания.
На последних стадиях деструкционных процессов функционируют редуценты-деструкторы, минерализующие остатки органических соединений до простых неорганических веществ, которые вновь используются продуцентами.
Например, при разложении мертвой древесины последовательно сменяют друг друга: жуки → дятлы → муравьи и термиты → грибы-деструкторы.
Детритные цепи наиболее распространены в лесах, где большая часть (около 90%) ежегодного прироста биомассы растений не потребляется непосредственно растительноядными животными, а отмирает и попадает в эти цепи в виде листового опада, подвергаясь затем разложению и минерализации.
В водных экосистемах большая часть вещества и энергии включается в пастбищные цепи, а в наземных экосистемах наибольшее значение имеют детритные цепи.
Таким образом, на уровне консументов происходит разделение потока органического вещества по разным группам потребителей:
живое органическое вещество следует по пастбищным цепям;
мертвое органическое вещество идет по детритным цепям.
Цепью питания называется перенос энергии от ее источника через ряд организмов. Все живые существа связаны, так как служат объектами питания для других организмов. Все цепи питания состоят из трех-пяти звеньев. Первым обычно являются продуценты - организмы, которые способны сами вырабатывать органические вещества из неорганических. Это растения, которые получают питательные вещества путем фотосинтеза. Далее идут консументы - это гетеротрофные организмы, которые получают уже готовые органические вещества. Такими будут являться животные: как травоядные, так и хищные. Замыкающим звеном пищевой цепи обычно являются редуценты - микроорганизмы, которые разлагают органические вещества.
Цепь питания не может состоять из шести и более звеньев, так как каждое новое звено получает только 10% энергии предыдущего звена, еще 90% теряется в виде теплоты.
Какими бывают пищевые цепи?
Существует два вида: пастбищные и детритные. Первые - более распространенные в природе. В таких цепях первым звеном всегда служат продуценты (растения). За ними идут консументы первого порядка - растительноядные животные. Далее - потребители второго порядка - мелкие хищники. За ними - консументы третьего порядка - крупные хищники. Далее также могут быть потребители четвертого порядка, такие длинные пищевые цепи обычно встречаются в океанах. Последним звеном являются редуценты.
Второй тип цепей питания - детритные
- более распространены в лесах и саваннах. Они возникают вследствие того, что большая часть растительной энергии не потребляется травоядными организмами, а отмирает, подвергаясь затем разложению редуцентами и минерализации.
Цепи питания этого типа начинаются от детрита - органических остатков растительного и животного происхождения. Потребителями первого порядка в таких пищевых цепях являются, насекомые, к примеру, навозные жуки, или же животные-падальщики, например, гиены, волки, грифы. Кроме того, консументами первого порядка в таких цепях могут быть бактерии, питающиеся растительными остатками.
В биогеоценозах все связано таким образом, что большинство видов живых организмов могут стать участниками обоих типов цепей питания .
Цепи питания в лиственных и смешанных лесах
Лиственные леса в большинстве своем распространены в Северном полушарии планеты. Они встречаются Западной и Центральной Европе, в Южной Скандинавии, на Урале, в Западной Сибири, Восточной Азии, Северной Флориде.
Лиственные леса делятся на широколиственные и мелколиственные. Для первых характерны такие деревья, как дуб, липа, ясень, клен, вяз. Для вторых - береза, ольха, осина .
Смешанными называются леса, в которых растут и хвойные, и лиственные деревья. Смешанные леса характерны для умеренного климатического пояса. Они встречаются на юге Скандинавии, на Кавказе, В Карпатах, на Дальнем Востоке, в Сибири, в Калифорнии, в Аппалачах, у Великих озер.
Смешанные леса состоят из таких деревьев, как ель, сосна, дуб, липа, клен, вяз, яблоня, пихта, бук, граб.
В лиственных и смешанных лесах очень распространены пастбищные цепи питания
. Первым звеном цепи питания в лесах обычно служат многочисленные виды трав, ягоды, такие как малина, черника, земляника. бузина, кора деревьев, орехи, шишки.
Консументами первого порядка чаще всего будут такие травоядные животные, как косули, лоси, олени, грызуны, к примеру, белки, мыши, землеройки, а также зайцы.
Потребители второго порядка - хищники. Обычно это лиса, волк, ласка, горностай, рысь, сова и другие. Ярким примером того, что один и тот же вид участвует и в пастбищных, и в детритных цепях питания будет волк: он может как охотиться на мелких млекопитающих, так и поедать падаль.
Консументы второго порядка могут сами стать добычей более крупных хищников, особенно это касается птиц: например, мелкие совы могут быть съедены ястребами.
Замыкающим звеном будут редуценты (бактерии гниения).
Примеры цепей питания в лиственно-хвойном лесу:
- кора березы - заяц - волк - редуценты;
- древесина - личинка майского жука - дятел - ястреб - редуценты;
- листовой опад (детрит) - черви - землеройки - сова - редуценты.
Особенности цепей питания в хвойных лесах
Такие леса расположены на севере Евразии и Северной Америки. Они состоят из таких деревьев, как сосна, ель, пихта, кедр, лиственница и другие.
Здесь все значительно отличается от смешанных и лиственных лесов .
Первым звеном в этом случае будет не трава, а мох, кустарники или лишайники. Это связано с тем, что в хвойных лесах недостаточно света для того, чтобы мог существовать густой травяной покров.
Соответственно животные, которые станут консументами первого порядка, будут другими - они должны питаться не травой, а мхом, лишайниками или кустарниками. Это могут быть некоторые виды оленей .
Несмотря на то что более распространены кустарники и мхи, в хвойных лесах все же встречаются травянистые растения и кусты. Это крапива, чистотел, земляника, бузина. Такой пищей обычно и питаются зайцы, лоси, белки, которые тоже могут стать консументами первого порядка.
Потребителями второго порядка будут, как и смешанных лесах, хищники. Это норка, медведь, росомаха, рысь и другие.
Мелкие хищники, такие как норка, могут стать добычей для консументов третьего порядка .
Замыкающим звеном будут микроорганизмы гниения.
Кроме того, в хвойных лесах очень распространены детритные пищевые цепи . Здесь первым звеном будет чаще всего растительный перегной, которым питаются почвенные бактерии, становясь, в свою очередь, пищей для одноклеточных животных, которых едят грибы. Такие цепочки обычно длинные и могут состоять более, чем из пяти звеньев.
Примеры пищевых цепочек в хвойном лесу:
- кедровые орехи - белка - норка - редуценты;
- перегной растений (детрит) - бактерии - простейшие - грибы - медведь - редуценты.
Введение
1. Пищевые цепи и трофические уровни
2. Пищевые сети
3. Пищевые связи пресного водоема
4. Пищевые связи леса
5. Потери энергии в цепях питания
6. Экологические пирамиды
6.1 Пирамиды численности
6.2 Пирамиды биомассы
Заключение
Список литературы
Введение
Организмы в природе связаны общностью энергии и питательных веществ. Всю экосистему можно уподобить единому механизму, потребляющему энергию и питательные вещества для совершения работы. Питательные вещества первоначально происходят из абиотического компонента системы, в который, в конце концов, и возвращаются либо в качестве отходов жизнедеятельности, либо после гибели и разрушения организмов.
Внутри экосистемы содержащие энергию органические вещества создаются автотрофными организмами и служат пищей (источником вещества и энергии) для гетеротрофов. Типичный пример: животное поедает растения. Это животное в свою очередь может быть съедено другим животным, и таким путем может происходить перенос энергии через ряд организмов – каждый последующий питается предыдущим, поставляющим, поставляющим ему сырье и энергию. Такая последовательность называется пищевой цепью, а каждое ее звено – трофическим уровнем.
Цель реферата – дать характеристику пищевым связям в природе.
1. Пищевые цепи и трофические уровни
Биогеоценозы очень сложны. В них всегда имеется много параллельных и сложно переплетенных цепей питания, а общее число видов часто измеряется сотнями и даже тысячами. Почти всегда разные виды питаются несколькими разными объектами и сами служат пищей нескольким членам экосистемы. В результате получается сложная сеть пищевых связей.
Каждое звено пищевой цепи называется трофическим уровнем. Первый трофический уровень занимают автотрофы, или так называемые первичные продуценты. Организмы второго трофического уровня называются первичными консументами, третьего – вторичными консументами и т. д. Обычно бывает четыре или пять трофических уровней и редко больше шести.
Первичными продуцентами являются автотрофные организмы, в основном зеленые растения. Некоторые прокариоты, а именно сине-зеленые водоросли и немногочисленные виды бактерий, тоже фотосинтезируют, но их вклад относительно невелик. Фотосинтетики превращают солнечную энергию (энергию света) в химическую энергию, заключенную в органических молекулах, из которых построены ткани. Небольшой вклад в продукцию органического вещества вносят и хемосинтезирующие бактерии, извлекающие энергию из неорганических соединений.
В водных экосистемах главными продуцентами являются водоросли – часто мелкие одноклеточные организмы, составляющие фитопланктон поверхностных слоев океанов и озер. На суше большую часть первичной продукции поставляют более высокоорганизованные формы, относящиеся к голосеменным и покрытосеменным. Они формируют леса и луга.
Первичные консументы питаются первичными продуцентами, т. е. это травоядные животные. На суше типичными травоядными являются многие насекомые, рептилии, птицы и млекопитающие. Наиболее важные группы травоядных млекопитающих – это грызуны и копытные. К последним относятся пастбищные животные, такие, как лошади, овцы, крупный рогатый скот, приспособленные к бегу на кончиках пальцев.
В водных экосистемах (пресноводных и морских) травоядные формы представлены обычно моллюсками и мелкими ракообразными. Большинство этих организмов – ветвистоусые и веслоногие раки, личинки крабов, усоногие раки и двустворчатые моллюски (например, мидии и устрицы) – питаются, отфильтровывая мельчайших первичных продуцентов из воды. Вместе с простейшими многие из них составляют основную часть зоопланктона, питающегося фитопланктоном. Жизнь в океанах и озерах практически полностью зависит от планктона, так как с него начинаются почти все пищевые цепи.
Растительный материал (например, нектар) → муха → паук →
→ землеройка → сова
Сок розового куста → тля → божья коровка → паук → насекомоядная птица → хищная птица
Существуют два главных типа пищевых цепей – пастбищные и детритные. Выше были приведены примеры пастбищных цепей, в которых первый трофический уровень занимают зеленые растения, второй – пастбищные животные и третий – хищники. Тела погибших растений и животных еще содержат энергию и «строительный материал», так же как и прижизненные выделения, например, моча и фекалии. Эти органические материалы разлагаются микроорганизмами, а именно грибами и бактериями, живущими как сапрофиты на органических остатках. Такие организмы называются редуцентами. Они выделяют пищеварительные ферменты на мертвые тела или отходы жизнедеятельности и поглощают продукты их переваривания. Скорость разложения может быть различной. Органические вещества мочи, фекалий и трупов животных потребляются за несколько недель, тогда как упавшие деревья и ветви могут разлагаться многие годы. Очень существенную роль в разложении древесины (и других растительных остатков) играют грибы, которые выделяют фермент целлюлозу, размягчающий древесину, и это дает возможность мелким животным проникать внутрь и поглощать размягченный материал.
Кусочки частично разложившегося материала называют детритом, и многие мелкие животные (детритофаги) питаются им, ускоряя процесс разложения. Поскольку в этом процессе участвуют как истинные редуценты (грибы и бактерии), так и детритофаги (животные), и тех и других иногда называют редуцентами, хотя в действительности этот термин относится только к сапрофитным организмам.
Детритофагами могут в свою очередь питаться более крупные организмы, и тогда создается пищевая цепь другого типа – цепь, цепь, начинающаяся с детрита:
Детрит → детритофаг → хищник
К детритофагам лесных и прибрежных сообществ относятся дождевой червь, мокрица, личинка падальной мухи (лес), полихета, багрянка, голотурия (прибрежная зона).
Приведем две типичные детритные пищевые цепи наших лесов:
Листовая подстилка → Дождевой червь → Черный дрозд → Ястреб-перепелятник
Мертвое животное → Личинки падальных мух → Травяная лягушка → Обыкновенный уж
Некоторые типичные детритофаги - это дождевые черви, мокрицы, двупарноногие и более мелкие (<0,5 мм) животные, такие, как клещи, ногохвостки, нематоды и черви-энхитреиды.
2. Пищевые сети
В схемах пищевых цепей каждый организм бывает представлен как питающийся другими организмами какого-то одного типа. Однако реальные пищевые связи в экосистеме намного сложнее, т. к. животное может питаться организмами разных типов из одной и той же пищевой цепи или даже из разных пищевых цепей. Это в особенности относится к хищникам верхних трофических уровней. Некоторые животные питаются как другими животными, так и растениями; их называют всеядными (таков, в частности, и человек). В действительности пищевые цепи переплетаются таким образом, что образуется пищевая (трофическая) сеть. В схеме пищевой сети могут быть показаны только некоторые из многих возможных связей, и она обычно включает лишь одного или двух хищников каждого из верхних трофических уровней. Такие схемы иллюстрируют пищевые связи между организмами в экосистеме и служат основой для количественного изучения экологических пирамид и продуктивности экосистем.
3. Пищевые связи пресного водоема
Цепи питания пресного водоема состоят из нескольких последовательных звеньев. Например, растительными остатками и развивающимися на них бактериями питаются простейшие, которых поедают мелкие рачки. Рачки, в свою очередь, служат пищей рыбам, а последних могут поедать хищные рыбы. Почти все виды питаются не одним типом пищи, а используют разные пищевые объекты. Пищевые цепи сложно переплетены. Отсюда следует важный общий вывод: если какой-нибудь член биогеоценоза выпадает, то система не нарушается, так как используются другие источники пищи. Чем больше видовое разнообразие, тем система устойчивее.
Первичным источником энергии в водном биогеоценозе, как и в большинстве экологических систем, служит солнечный свет, благодаря которому растения синтезируют органическое вещество. Очевидно, биомасса всех существующих в водоеме животных полностью зависит от биологической продуктивности растений.
