Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Пищевые цепи и трофические уровни

Теоретическая часть работы

Понятие экосистемы

Экосистема – это любаясовокупность взаимодействующих живых организмов и условий среды. Экосистемами являются, например, муравейник, участок леса, географический ландшафт или даже весь земной шар.

Экосистемы состоят из живого и неживого компонентов, по типу питания подразделяют на автотрофные и гетеротрофные организмы.

Автотрофы синтезируют необходимые им органические вещества из неорганических. По источнику энергии для синтеза они разделяются на два типа: фотоавтотрофы и хемоавтотрофы.

Фотоавтотрофы для синтеза органических веществ используют солнечную энергию. Это зеленые растения, имеющие хлорофилл (и другие пигменты) и усваивающие солнечный свет. Процесс, при котором происходит его усвоение, называется фотосинтезом.

Хемоавтотрофы для синтеза органических веществ используют химическую энергию. Это серобактерии и железобактерии, получающие энергию при окислении соединений железа и серы. Хемоавтотрофы играют значительную роль только в экосистемах подземных вод. Их роль в наземных экосистемах сравнительно невелика.

Гетеротрофы используют органические вещества,которые синтезированы автотрофами, и вместе с этими веществами получают энергию. Гетеротрофы, таким образом, зависят в своем существовании от автотрофов, и понимание этой зависимости необходимо для понимания экосистем.

Гетеротрофами являются травоядные животные, хищники, паразиты. К гетеротрофным организмам относится также группа сапрофитов, которые используют для питания органические соединения мертвых тел или выделения животных. Участвуя в минерализации органических соединений, сапрофиты составляют важное звено в биологическом круговороте. Сапрофитами являются грибы, бактерии, среди животных – некоторые насекомые (жуки-навозники), дождевые черви, некоторые млекопитающие (гиены) и птицы (грифы).

Неживой, или абиотический, компонент экосистемы в основном включает, во-первых, почву, во-вторых, климат.

Пищевые цепи и трофические уровни

Внутри экосистемы содержащие энергию органические вещества создаются автотрофными организмами и служат пищей (источником вещества и энергии) для гетеротрофов. Типичный пример: животное поедает растение. Это животное в свою очередь может быть съедено другим животным, и таким путем может происходить перенос энергии через ряд организмов – каждый последующий питается предыдущим, поставляя ему сырьё и энергию. Такая последовательность называется пищевой цепью, а каждое её звено – трофическим уровнем. При каждом очередном переносе большая часть (80 – 90%) потенциальной энергии теряется, переходя в тепло. Поэтому, чем короче пищевая цепь, тем большее количество энергии доступно для популяции. С потерями энергии при переносе связано ограничение количества звеньев в трофической цепи, которое обычно не превышает 4 - 5, т.к. чем длиннее пищевая цепь, тем меньше продукция её последнего звена по отношению к продукции начального.

Первый трофический уровень занимают продуценты, являющиеся автотрофами, - это 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 в химическую энергию, заключенную в органических молекулах, из которых построены их ткани. Этот процесс - основной процесс в экосистеме и является фундаментальным обратимым химическим процессом.

ΔG_i Фотосинтез

Автотрофы

n · [CO₂ + H₂O СН₂О + О₂ ],

Гетеротрофы

ΔН_е Дыхание

где общий множитель n определяет масштаб преобразований вещества и энергии в экосистеме. ΔG_i - энергия света, потребленная при фотосинтезе; ΔН_е - энергия теплоты, выделенной при дыхании. Здесь синтезируемое и распадающееся органическое вещество представлено углеводом (СН₂О)_n. Это может быть глюкоза (n = 6) или самое распространенное органическое вещество биосферы целлюлоза (n > 1800). Количества поглощенной и выделенной энергии равны: n ·[- ΔG_i = ΔН_е ≈ - 560] кДж/моль.

В экосистемах больших глубин, пещер, под землей, где нет света и не может осуществляться фотосинтез, органическое вещество поставляется либо местными хемоавтотрофами, либо поступает из других систем.

Организмы второго трофического уровня называются первичными консументами, третьего – вторичными консументами. Все консументы относятся к гетеротрофам.

Первичные консументы питаются продуцентами, т.е. это травоядные животные. На суше типичными травоядными являются многие насекомые, рептилии, птицы и млекопитающие. В водных экосистемах травоядные формы представлены обычно моллюсками и мелкими ракообразными. К первичным консументам относятся также паразиты растений (грибы, растения и животные).

Вторичные консументы питаются травоядными, - таким образом, это уже плотоядные животные, так же как и третичные консументы, поедающие консументов второго порядка. Консументы второго и третьего порядка могут быть хищниками, могут питаться падалью или быть паразитами.

Существует два главных типа пищевых цепей – пастбищные и детритные. В пастбищных пищевых цепях (или в цепях эксплуататоров) первый трофический уровень занимают продуценты (зеленые растения), второй и последующие – консументы разных уровней. Для таких цепей при переходе с одного трофического уровня на другой характерно увеличение размеров особей при одновременном уменьшении плотности популяции, скорости размножения и продуктивности по биомассе. (Например, трава → полевки → лисица).

Разновидностью пастбищных цепей являются цепи паразитов (яблоня → щитовка → наездник или корова → слепень → бактерии → фаги). Они характеризуются уменьшением размеров особей при увеличении численности, скорости размножения и плотности популяций.

Однако тела погибших животных и растений еще содержат энергию, так же как и прижизненные выделения, например, моча и фекалии. Эти органические материалы разлагаются организмамиредуцентами. Таким образом, детритная пищевая цепь начинается с отмерших органических остатков и идет далее к организмам ими питающимися. Например, мертвое животное → личинка падальных мух → травяная лягушка.

В схемах пищевых цепей каждый организм бывает представлен как питающийся другими организмами одного типа. Однако реальные пищевые связи в экосистеме намного сложнее, т.к. животные могут питаться организмами разных типов из одной и той же или из разных пищевых цепей. Поэтому пищевые цепи не изолированы друг от друга, они тесно переплетаются и образуют пищевые сети.

12 3 4 Следующая ⇒