Короткие пищевые цепи. Цепь питания: понятие и графическое изображение
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.
Часто причиной низкой продуктивности естественных водоемов бывает недостаток минеральных веществ (в особенности азота и фосфора), необходимых для роста автотрофных растений, или неблагоприятная кислотность воды. Внесение минеральных удобрений, а в случае кислой среды известкование водоемов способствуют размножению растительного планктона, которым питаются животные, служащие кормом для рыб. Таким путем повышают продуктивность рыбохозяйственных прудов.
4. Пищевые связи леса
Богатство и разнообразие растений, производящих громадное количество органического вещества, которое может быть использовано в качестве пищи, становятся причиной развития в дубравах многочисленных потребителей из мира животных, от простейших до высших позвоночных - птиц и млекопитающих.
Пищевые цепи в лесу переплетены в очень сложную пищевую сеть, поэтому выпадение какого-нибудь одного вида животных обычно не нарушает существенно всю систему. Значение разных групп животных в биогеоценозе неодинаково. Исчезновение, например, в большинстве наших дубрав всех крупных растительноядных копытных: зубров, оленей, косуль, лосей - слабо отразилось бы на общей экосистеме, так как их численность, а следовательно, биомасса никогда не была большой и не играла существенной роли в общем круговороте веществ. Но если бы исчезли растительноядные насекомые, то последствия были бы очень серьезными, так как насекомые выполняют важную в биогеоценозе функцию опылителей, участвуют в разрушении опада и служат основой существования многих последующих звеньев пищевых цепей.
Огромное значение в жизни леса имеют процессы разложения и минерализации массы отмирающих листьев, древесины, остатков животных и продуктов их жизнедеятельности. Из общего ежегодного прироста биомассы надземных частей растений около 3-4 т на 1 га естественно отмирает и опадает, образуя так называемую лесную подстилку. Значительную массу составляют также отмершие подземные части растений. С опадом возвращается в почву большая часть потребленных растениями минеральных веществ и азота.
Животные остатки очень быстро уничтожаются жуками-мертвоедами, кожеедами, личинками падальных мух и другими насекомыми, а также гнилостными бактериями. Труднее разлагается клетчатка и другие прочные вещества, составляющие значительную часть растительного опада. Но и они служат пищей для ряда организмов, например грибков и бактерий, имеющих специальные ферменты, которые расщепляют клетчатку и другие вещества до легкоусвояемых сахаров.
Как только растения погибают, их вещество полностью используется разрушителями. Значительную часть биомассы составляют дождевые черви, производящие огромную работу по разложению и перемещению органических веществ в почве. Общее число особей насекомых, панцирных клещей, червей и других беспозвоночных достигает многих десятков и даже сотен миллионов на гектар. В разложении опада особенно велика роль бактерий и низших, сапрофитных грибков.
5. Потери энергии в цепях питания
Все виды, образующие пищевую цепь, существуют за счет органического вещества, созданного зелеными растениями. При этом действует важная закономерность, связанная с эффективностью использования и превращения энергии в процессе питания. Сущность ее заключается в следующем.
Суммарно лишь около 1% лучистой энергии Солнца, падающей на растение, превращается в потенциальную энергию химических связей синтезированных органических веществ и может быть использовано в дальнейшем гетеротрофными организмами при питании. Когда животное поедает растение, большая часть энергии, содержащейся в пище, расходуется на различные процессы жизнедеятельности, превращаясь при этом в тепло и рассеиваясь. Только 5-20% энергии пищи переходит во вновь построенное вещество тела животного. Если хищник поедает травоядное животное, то снова теряется большая часть заключенной в пище энергии. Вследствие таких больших потерь полезной энергии пищевые цепи не могут быть очень длинными: обычно они состоят не более чем из 3-5 звеньев (пищевых уровней).
Всегда количество растительного вещества, служащего основой цепи питания, в несколько раз больше, чем общая масса растительноядных животных, а масса каждого из последующих звеньев пищевой цепи также уменьшается. Эту очень важную закономерность называют правилом экологической пирамиды.
6. Экологические пирамиды
6.1 Пирамиды численности
Для изучения взаимоотношений между организмами в экосистеме и для графического представления этих взаимоотношений удобнее использовать не схемы пищевых сетей, а экологические пирамиды. При этом сначала подсчитывают число различных организмов на данной территории, сгруппировав их по трофическим уровням. После таких подсчетов становится очевидным, что численность животных прогрессивно уменьшается при переходе от второго трофического уровня к последующим. Численность растений первого трофического уровня тоже нередко превосходит численность животных, составляющих второй уровень. Это можно отобразить в виде пирамиды численности.
Для удобства количество организмов на данном трофическом уровне может быть представлено в виде прямоугольника, длина (или площадь) которого пропорциональна числу организмов, обитающих на данной площади (или в данном объеме, если это водная экосистема). На рисунке показана пирамида численности, отображающая реальную ситуацию в природе. Хищники, расположенные на высшем трофическом уровне, называются конечными хищниками.
При отборе образцов - иными словами, в данный момент времени- всегда определяется так называемая биомасса на корню, или урожай на корню. Важно понимать, что эта величина не содержит никакой информации о скорости образования биомассы (продуктивности) или ее потребления; иначе могут возникнуть ошибки по двум причинам:
1. Если скорость потребления биомассы (потеря вследствие поедания) примерно соответствует скорости ее образования, то урожай на корню не обязательно свидетельствует о продуктивности, т.е. о количестве энергии и вещества, переходящих с одного трофического уровня на другой за данный период времени, например за год. Например, на плодородном, интенсивно используемом пастбище урожай трав на корню может быть ниже, а продуктивность выше, чем на менее плодородном, но мало используемом для выпаса.
2. Продуцентом небольших размеров, таким, как водоросли, свойственна высокая скорость возобновления, т.е. высокая скорость роста и размножения, уравновешенная интенсивным потреблением их в пищу другими организмами и естественной гибелью. Таким образом, хотя биомасса на корню может быть малой по сравнению с крупными продуцентами (например, деревьями), продуктивность может быть не меньшей, так как деревья накапливают биомассу в течение длительного времени. Иными словами, фитопланктон с такой же продуктивностью, как у дерева, будет иметь намного меньшую биомассу, хотя он мог бы поддержать жизнь такой же массы животных. Вообще популяции крупных и долговечных растений и животных обладают меньшей скоростью обновления по сравнению с мелкими и короткоживущими и аккумулируют вещество и энергию в течение более длительного времени. Зоопланктон обладает большей биомассой, чем фитопланктон, которым он питается. Это характерно для планктонных сообществ озер и морей в определенное время года; биомасса фитопланктона превышает биомассу зоопланктона во время весеннего «цветения», но в другие периоды возможно обратное соотношение. Подобных кажущихся аномалий можно избежать, применяя пирамиды энергии.
Заключение
Завершая работу над рефератом, можно сделать следующие выводы. Функциональная система, включающая в себя сообщество живых существ и их среду обитания, называется экологической системой (или экосистемой). В такой системе связи между ее компонентами возникают прежде всего на пищевой основе. Пищевая цепь указывает путь движения органических веществ, а также содержащихся в ней энергии и неорганических питательных веществ.
В экологических системах в процессе эволюции сложились цепи взаимосвязанных видов, последовательно извлекающих материалы и энергию из исходного пищевого вещества. Такая последовательность называется пищевой цепью, а каждое ее звено - трофическим уровнем. Первый трофический уровень занимают организмы автотрофы, или так называемые первичные продуценты. Организмы второго трофического уровня называются первичными консументами, третьего - вторичными консументами и т. д. Последний уровень обычно занимают редуценты или детритофаги.
Пищевые связи в экосистеме не являются прямолинейными, так как компоненты экосистемы находятся между собой в сложных взаимодействиях.
Список литературы
1. Амос У.Х. Живой мир рек. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986. - 240 с.
2. Биологический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1986. - 832 с.
3. Риклефс Р. Основы общей экологии. - М.: Мир, 1979. - 424 с.
4. Спурр С.Г., Барнес Б.В. Лесная экология. - М.: Лесная промышленность, 1984. - 480с.
5. Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология. - М.: Высшая школа, 1988. - 272 с.
6. Яблоков А.В. Популяционная биология. - М.: Высшая школа, 1987. -304с.
Каждый организм должен получать энергию для жизни. Например, растения потребляют энергию солнца, животные питаются растениями, а некоторые животные питаются другими животными.
Пищевая (трофическая) цепь - это последовательность того, кто кого ест в биологическом сообществе () для получения питательных веществ и энергии, поддерживающих жизнедеятельность.
Автотрофы (продуценты)
Автотрофы - живые организмы, которые производят свою пищу, то есть собственные органические соединения, из простых молекул, таких как углекислый газ. Существует два основных типа автотрофов:
- Фотоавтотрофы (фотосинтезирующие организмы) такие, как растения, перерабатывают энергию солнечного света для получения органических соединений - сахаров - из углекислого газа в процессе . Другими примерами фотоавтотрофов являются водоросли и цианобактерии.
- Хемоавтотрофы получают органические вещества благодаря химическим реакциям, в которых задействованы неорганические соединения (водород, сероводород, аммиак и т.д.). Этот процесс называется хемосинтезом.
Автотрофы являются основой каждой экосистемы на планете. Они составляют большинство пищевых цепей и сетей, а энергия, получаемая в процессе фотосинтеза или хемосинтеза, поддерживает все остальные организмы экологических систем. Когда речь идет об их роли в пищевых цепях, автотрофы можно назвать продуцентами или производителями.
Гетеротрофы (консументы)
Гетеротрофы , также известные как потребители, не могут использовать солнечную или химическую энергию, для производства собственной пищи из углекислого газа. Вместо этого, гетеротрофы получают энергию, потребляя другие организмы или их побочные продукты. Люди, животные, грибы и многие бактерии - гетеротрофы. Их роль в пищевых цепях заключается в потреблении других живых организмов. Существует множество видов гетеротрофов с разными экологическими ролями: от насекомых и растений до хищников и грибов.
Деструкторы (редуценты)
Следует упомянуть еще одну группу потребителей, хотя она не всегда фигурирует в схемах пищевых цепей. Эта группа состоит из редуцентов, организмов, которые перерабатываю мертвые органические вещества и отходы, превращаяя их в неорганические соединения.
Редуценты иногда считаются отдельным трофическим уровнем. Как группа, они питаются отмершими организмами, поступающими на различных трофических уровнях. (Например, они способны перерабатывать разлагающееся растительное вещество, тело недоеденной хищниками белки или останки умершего орла.) В определенном смысле, трофический уровень редуцентов проходит параллельно стандартной иерархии первичных, вторичных и третичных потребителей. Грибы и бактерии являются ключевыми редуцентами во многих экосистемах.
Редуценты, как часть пищевой цепи, играют важную роль в поддержании здоровой экосистемы, поскольку благодаря им, в почву возвращаются питательные вещества и влага, которые в дальнейшем используется продуцентами.
Уровни пищевой (трофической) цепи
Схема уровней пищевой (трофической) цепи
Пищевая цепь представляет собой линейную последовательность организмов, которые передают питательные вещества и энергию начиная с продуцентов и к высшим хищникам.
Трофический уровень организма - это положение, которое он занимает в пищевой цепи.
Первый трофический уровень
Пищевая цепь начинается с автотрофного организма или продуцента , производящего собственную пищу из первичного источника энергии, как правило, солнечной или энергии гидротермальных источников срединно-океанических хребтов. Например, фотосинтезирующие растения, хемосинтезирующие и .
Второй трофический уровень
Далее следуют организмы, которые питаются автотрофами. Эти организмы называются растительноядными животными или первичными потребителями и потребляют зеленые растения. Примеры включают насекомых, зайцев, овец, гусениц и даже коров.
Третий трофический уровень
Следующим звеном в пищевой цепи являются животные, которые едят травоядных животных - их называют вторичными потребителями или плотоядными (хищными) животными (например, змея, которая питается зайцами или грызунами).
Четвертый трофический уровень
В свою очередь, этих животных едят более крупные хищники - третичные потребители (к примеру, сова ест змей).
Пятый трофический уровень
Третичных потребителей едят четвертичные потребители (например, ястреб ест сов).
Каждая пищевая цепь заканчивается высшим хищником или суперхищником - животным без естественных врагов (например, крокодил, белый медведь, акула и т.д.). Они являются "хозяевами" своих экосистем.
Когда какой-либо организм умирает, его в конце концов съедают детритофаги (такие, как гиены, стервятники, черви, крабы и т.д.), а остальная часть разлагается с помощью редуцентов (в основном, бактерий и грибов), и обмен энергией продолжается.
Стрелки в пищевой цепи показывают поток энергии, от солнца или гидротермальных источников до высших хищников. По мере того, как энергия перетекает из организма в организм, она теряется на каждом звене цепи. Совокупность многих пищевых цепей называется пищевой сетью .
Положение некоторых организмов в пищевой цепи может варьироваться, поскольку их рацион отличается. Например, когда медведь ест ягоды, он выступает как растительноядное животное. Когда он съедает грызуна, питающегося растениями, то становиться первичным хищником. Когда медведь ест лосося, то выступает суперхищником (это связано с тем, что лосось является первичным хищником, поскольку он питается селедкой, а она ест зоопланктон, который питается фитопланктоном, вырабатывающим собственную энергию благодаря солнечному свету). Подумайте о том, как меняется место людей в пищевой цепи, даже часто в течение одного приема пищи.
Типы пищевых цепей
В природе, как правило, выделяют два типа пищевых цепей: пастбищную и детритную.
Пастбищная пищевая цепь
Схема пастбищной пищевой цепи
Этот тип пищевой цепи начинается с живых зеленых растений, предназначенных для питания растительноядных животных, которыми питаются хищники. Экосистемы с таким типом цепи напрямую зависят от солнечной энергии.
Таким образом, пастбищный тип пищевой цепи зависит от автотрофного захвата энергии и перемещения ее по звеньям цепи. Большинство экосистем в природе следуют этому типу пищевой цепи.
Примеры пастбищной пищевой цепи:
- Трава → Кузнечик → Птица → Ястреб;
- Растения → Заяц → Лиса → Лев.
Детритная пищевая цепь
Схема детритной пищевой цепи
Этот тип пищевой цепи начинается с разлагающегося органического материала - детрита - который употребляют детритофаги. Затем, детритофагами питаются хищники. Таким образом, подобные пищевые цепи меньше зависят от прямой солнечной энергии, чем пастбищные. Главное для них - приток органических веществ, производимых в другой системе.
К примеру, такой тип пищевой цепи встречается в разлагающейся подстилке .
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.
Итак, ни одна из энергий на самом деле не исчезает - все это в конечном итоге приводит к выделению тепла.
Значение пищевой цепи
1. Исследования пищевой цепи помогают понять кормовые отношения и взаимодействие между организмами в любой экосистеме.
2. Благодаря им, есть возможность оценить механизм потока энергии и циркуляцию веществ в экосистеме, а также понять движение токсичных веществ в экосистеме.
3. Изучение пищевой цепи позволяет понять проблемы биоусиления.
В любой пищевой цепи, энергия теряется каждый раз, когда один организм потребляется другим. В связи с этим, должно быть намного больше растений, чем растительноядных животных. Автотрофов существует больше, чем гетеротрофов, и поэтому большинство из них являются растительноядными, нежели хищниками. Хотя между животными существует острая конкуренция, все они взаимосвязаны. Когда один вид вымирает, это может воздействовать на множество других видов и иметь непредсказуемые последствия.
Любому живому существу на нашей планете для нормального развития необходимо питание. Питание — это процесс поступления энергии и необходимых химических элементов в живой организм. Источником питания для одних животных служат другие растения и животные. Процесс перехода энергии и питательных веществ от одного живого организма к другому происходит путем поедания одних другими. Одни животные и растения служат пищей для других. Таким образом, энергия может передаваться через несколько звеньев.
Совокупность всех звеньев в этом процессе называется цепью питания . Пример пищевой цепочки можно увидеть в лесу, когда птица съест червяка, а потом сама станет пищей для рыси.
Все виды живых организмов, в зависимости от того, какое место они занимают, делятся на три вида:
- продуценты;
- консументы;
- редуценты.
Продуцентами являются живые организмы , которые самостоятельно вырабатывают питательные вещества. Например, растения или водоросли. Для выработки органических веществ продуценты могут использовать солнечный свет или простые неорганические соединения, такие как углекислый газ или сероводород. Такие организмы ещё называются автотрофными. Автотрофы являются первым звеном любой пищевой цепочки и составляют её основу, а энергия, полученная этими организмами, поддерживает каждое следующее звено.
Консументы
Консументы это следующее звено . Роль консументов выполняют гетеротрофные организмы, то есть те, которые не вырабатывают самостоятельно органические вещества, а используют в пищу другие организмы. Консументов можно разделить на несколько уровней. Например, к первому уровню относятся все травоядные животные, некоторые виды микроорганизмов, а также планктон. Грызуны, зайцы, лоси, кабаны, антилопы и даже бегемоты — все относятся к первому уровню.
Ко второму уровню относят мелких хищников, таких как: дикие кошки, норки, хорьки, рыбы, питающиеся планктоном, совы, змеи. Эти животные служат пищей для консументов третьего уровня — более крупных хищников. Это такие животные, как: лиса, рысь, лев, ястреб, щука и др. Таких хищников называют ещё высшими. Высшие хищники необязательно поедают только тех, кто находится на предыдущем уровне. Например, мелкая лиса может стать добычей ястреба, а рысь может охотиться и на грызунов, и на сов.
Редуценты
Это такие организмы, которые перерабатывают продукты жизнедеятельности животных и их мертвую плоть в неорганические соединения. К ним относятся некоторые виды грибов, бактерии гниения . Роль редуцентов в том, чтобы замкнуть круговорот веществ в природе. Они возвращают в почву и воздух воду и простейшие неорганические соединения, которые используют продуценты для своей жизнедеятельности. Редуценты перерабатывают не только умерших животных, но и например, опавшие листья, которые начинают гнить в лесу или сухую траву в степи.
Трофические сети
Все пищевые цепочки существуют в постоянной взаимосвязи друг с другом. Совокупность нескольких пищевых цепей составляет трофическую сеть . Это своеобразная пирамида, состоящая из нескольких уровней.Каждый уровень образуют определенные звенья цепи питания. Например, в цепочках:
- муха — лягушка — цапля;
- кузнечик — змея — сокол;
Муха и кузнечик будут относиться к первому трофическому уровню, змея и лягушка ко второму, а цапля и сокол к третьему.
Виды пищевых цепей: примеры в природе
Они разделяются на пастбищные и детритные. Пастбищные цепи питания распространены в степях и в мировом океане. Началом этих цепей служат продуценты. Например,трава или водоросли. Дальше идут консументы первого порядка, например, травоядные животные или малюски и мелкие ракообразные, питающиеся водорослями. Далее в цепи идут мелкие хищники, такие как, лисы, норки, хорьки, окуни, совы. Замыкают цепь суперхищники, такие как, львы, медведи, крокодилы. Суперхищники не являются добычей для других животных, но после своей гибели служат пищевым материалом для редуцентов. Редуценты участвуют в процессе разложения останков этих животных.
Детритные цепи питания берут свое начало от гниющих органических веществ. Например, от разлагающейся листвы и оставшейся травы или от опавших ягод. Такие цепи распространены в лиственных и смешанных лесах. Опавшие гниющие листья — мокрица — ворон. Вот пример такой пищевой цепи. Большинство животных и микроорганизмов могут одновременно являться звеньями обоих видов пищевых цепочек. Примером этого может служит дятел, питающийся жучками, которые разлагают мертвое дерево. Это представители детритной цепи питания А сам дятел может стать добычей уже для мелкого хищника, например, для рыси. Рысь может охотиться ещё и на грызунов — представителей пастбищной цепи питания.
Любая пищевая цепь не может быть очень длинной. Это связано с тем, что на каждый последующий уровень передается только 10% энергии предыдущего уровня. Большинство из них состоит от 3 до 6 звеньев.
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 являетсятрофическим уровнем. Первый трофический уровень занимают автотрофы, или так называемыепервичные продуценты. Организмы второго трофического уровня называютсяпер-
вичными консументами, третьего - вторичными консументамии т. д.
Трофические цепи делятся на два основных типа: пастбищные (цепи выедания, цепи потребления) идетритные (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 связислужат 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 кхищнику.
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 построитьграф конкуренции. Живые организмы в графе конкуренции отображаются в виде вершин графа, между вершинами проводится ребро (связь без направления) в том случае, если существуетживой 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. |
|