Пищевая сеть

Пищевые цепи и сети

Виды в биоценозе связаны между собой процессами обмена веществом и энергии, т. е. пищевыми взаимоотношениями. Прослеживая пищевые взаимоотношения между членами биоценоза (“кто кого и сколько поедает”), можно построить пищевые цепи и сети.

Трофические цепи (от греч. trophe – пища) – пищевые цепи – это последовательный перенос вещества и энергии. Например, пищевая цепь животных арктического моря: микроводоросли (фитопланктон) → мелкие растительноядные ракообразные (зоопланктон) → плотоядные планктоно-фаги (черви, моллюски, ракообразные) → рыбы (возможны 2-4 звена последовательности хищных рыб) → тюлени → белые медведи. Эта пищевая цепь длинная, пищевые цепи наземных экосистем более короткие, так как на суше больше потери энергии. Различают несколько типов наземных пищевых цепей .

1. Пастбищные пищевые цепи (цепи эксплуататоров) начинаются с продуцентов. При переходе с одного трофического уровня на другой происходит увеличение размеров особей при одновременном уменьшении плотности популяций, скорости размножения и продуктивности по массе.

Трава → полёвки → лисица

Трава → насекомые → лягушка → цапля → коршун

2. Цепи паразитов. Для них характерно уменьшение размеров особей, увеличение численности, увеличение скорости размножения, увеличение плотности популяций.

Яблоня → щитовка → наездник

Корова → слепень → бактерии → фаги

  1. Детритные цепи. Включают только редуцентов.

Опавшие листья → плесневые грибы → бактерии

Любой член какой-либо пищевой цепи одновременно является звеном и другой пищевой цепи: он потребляет и его потребляют несколько видов других организмов. Так образуются пищевые сети. Например, в пище лугового волка-койота насчитывают до 14 тысяч видов животных и растений. В последовательности переноса веществ и энергии от одной группы организмов к другой различают трофические уровни. Обычно цепи не превышают 5–7 уровней. Первый трофический уровень составляют продуценты, т. к. питаться солнечной энергией могут только они. На всех остальных уровнях – травоядные (фитофаги), первичные хищники, вторичные хищники и т. д. – идёт расход первоначально накопленной энергии на поддержание обменных процессов.

Пищевые отношения удобно представлять в виде трофических пирамид (численности, биомасс, энергий). Пирамида численности – отображение числа особей на каждом трофическом уровне в единицах (штуках).

Она имеет очень широкое основание и резкое сужение к конечным консументам. Это обычный вид пирамиды для травяных сообществ – луговых и степных биоценозов. Если рассмотреть лесное сообщество, то картина может быть искажена: на одном дереве могут кормиться тысячи фитофагов или на одном трофическом уровне окажутся тля и слон (разные фитофаги). Тогда численность консументов может быть больше численности продуцентов. Чтобы преодолеть возможные искажения используют пирамиду биомасс. Выражается она в единицах тоннажа сухой или сырой массы: кг, т и т. д.

В наземных экосистемах биомасса растений всегда больше биомассы животных. Иначе пирамида биомассы выглядит для водных, особенно морских экосистем. Биомасса животных намного больше биомассы растений. Эта неправильность связана с тем, что пирамиды биомасс не учитывают продолжительность существования поколений особей на разных трофических уровнях и скорости образования и выедания биомассы. Главный продуцент морских экосистем – фитопланктон. За год в океане может смениться до 50 поколений фитопланктона. За то время, пока хищные рыбы (а тем более киты) накопят свою биомассу, сменится множество поколений фитопланктона и его суммарная биомасса будет намного больше. Поэтому универсальным способом выражения трофической структуры экосистем являются пирамиды продуктивности, обычно их называют пирамидами энергий, имея в виду энергетическое выражение продукции.

Поглощенная солнечная энергия преобразуется в энергию химических связей углеводов и других органических веществ. Часть веществ окисляется в процессе дыхания растений и освобождает энергию. Эта энергия рассеивается в конечном итоге в виде тепла. Оставшаяся энергия обуславливает прирост биомассы. Суммарная биомасса стабильной экосистемы относительно постоянна. Таким образом, при переходе от одного трофического уровня к другому часть доступной энергии не воспринимается, часть отдается в виде тепла, часть расходуется на дыхание. В среднем при переходе с одного трофического уровня на другой общая энергия уменьшается примерно в 10 раз. Эта закономерность называется правилом пирамиды энергий Линдемана (1942 г.) или правилом 10 %. Чем длиннее пищевая цепь, тем меньше к ее концу остается доступной энергии, поэтому число трофических уровней никогда не бывает слишком большим.

Если энергия и основная масса органического вещества при переходе на следующую ступень экологической пирамиды уменьшается, то накопление попадающих в организм веществ, не участвующих в нормальном обмене веществ (синтетических ядов), примерно в той же пропорции увеличивается. Это явление называется правилом биологического усиления.

Основные принципы функционирования экологических систем

  1. Постоянный приток солнечной энергии – необходимое условие существования экосистемы.

  2. Круговорот биогенов. Движущими силами круговорота веществ служат потоки энергии солнца и деятельность живого вещества. Благодаря круговороту биогенных элементов создается устойчивая организованность всех экосистем и биосферы в целом, осуществляется их нормальное функционирование.

  3. Снижение биомассы на высших трофических уровнях: уменьшение количества доступной энергии обычно сопровождается уменьшением биомассы и численности особей на каждом трофическом уровне (вспомним пирамиды энергии, численности и биомассы).

Подробно эти принципы мы уже осветили в ходе лекции.

Пищевые цепи и пищевые сети

Представители разных трофических уровней связаны между собой односторонне направленной передачей биомассы в пищевые цепи. При каждом переходе на следующий трофический уровень часть доступной энергии не воспринимается, часть отдается в виде тепла и часть расходуется на дыхание. При этом общая энергия каждый раз уменьшается в несколько раз. Следствие этого — ограниченная длина пищевых цепей. Чем короче пищевая цепь или чем ближе организм к ее началу, тем больше количество доступной энергии в ней.

Пищевые цепи можно разделить на два основных типа: пастбищные, которые начинаются с зеленого растения и идут дальше к пасущимся фитофагам, а затем к хищникам, и детритные, которые от мертвого органического вещества идут к детритофагам, а затем к хищникам. Пастбищные цепи в свою очередь объединяют пищевые цепи хищников и пищевые цепи паразитов.

Пищевые цепи хищников идут от продуцентов к растительноядным, поедаемым мелкими плотоядными, а они служат пищей более крупным хищникам и т.д. По мере продвижения по цепи хищников животные увеличиваются в размерах и уменьшаются в числе. Удлинение цепи происходит благодаря участию в ней хищников. Относительно простая и короткая пищевая цепь хищников включает консументов второго порядка:

Трава (продуцент) —» Кролики (консумент I порядка) —>

—» Лисица (консумент II порядка).

Более длинная и сложная цепь включает консументов пятого порядка:

Сосна —> Тли —> Божьи коровки —> Пауки —>

—» Насекомоядные птицы —> Хищные птицы.

Пищевые цепи паразитов, наоборот, ведут к организмам, которые все более уменьшаются в размерах и увеличиваются численно. Примером может служить такая цепь:

Трава —» Травоядные млекопитающие —> Блохи —> Жгутиконосцы.

В детритных цепях консументами являются детритофаги, относящиеся к различным систематическим группам: мелкие животные, преимущественно беспозвоночные, которые живут в почве и питаются опавшей листвой, или бактерии и грибы, разлагающие органические вещества. В большинстве случаев деятельность обеих групп детрито- фагов характеризуется строгой согласованностью: животные создают условия для работы микроорганизмов, разделяя трупы животных и мертвые растения на мелкие части.

Детритные цепи отличает от пастбищных цепей также то обстоятельство, что большое число животных-детритофагов образует своего рода сообщество, члены которого связаны друг с другом разнообразными трофическими связями (рис. 10.4).

Рис. 10.4. Детритная пищевая цепь, базирующаяся на листьях мангровых деревьев на юге Флориды

В данном случае можно говорить о существовании пищевых сетей детритофагов, отделенных от линейных цепей хищников. Кроме того, многие детритофаги характеризуются широким спектром питания и могут использовать, в зависимости от обстоятельств, наряду с детритом водоросли, мелких животных и т.п.

Рис. 10.5. Важнейшие связи в пищевых сетях: а — американской прерии ; б — экосистемы северных морей для сельди

Пищевые цепи, начинающиеся с зеленых растений и от мертвого органического вещества, чаще всего представлены в экосистемах совместно, но почти всегда одна из них доминирует над другой. Тем не менее в некоторых специфических средах (например, абиссальной и подземной), где существование организмов с хлорофиллом невозможно из-за отсутствия света, сохраняются пищевые цепи только детритного типа.

Пищевые цепи не изолированы одна от другой, а тесно переплетены. Они составляют так называемые пищевые сети. Принцип их образования состоит в следующем. Каждый продуцент имеет не одного, а несколько консументов. В свою очередь консументы, среди которых преобладают полифаги, пользуются не одним, а несколькими источниками питания. Для иллюстрации приведем примеры сравнительно простой (рис. 10.5а) и сложной (рис. 10.55) пищевых сетей.

В сложном природном сообществе те организмы, которые получают пищу от растений, занимающих первый трофический уровень, через одинаковое число этапов, считаются принадлежащими к одному трофическому уровню. Так, растительноядные занимают второй трофический уровень (уровень первичных консументов), хищники, поедающие растительноядных, — третий (уровень вторичных консументов), а вторичные хищники — четвертый (уровень третичных консументов). Необходимо подчеркнуть, что трофическая классификация делит на группы не сами виды, а типы их жизнедеятельности. Популяция одного вида может занимать один или более трофических уровней, в зависимости от того, какие источники энергии эти виды используют. Точно так же любой трофический уровень представлен не одним, а несколькими видами, в результате чего цепи питания сложно переплетены.

У вас смутное представление о различии между пищевыми цепями и пищевыми сетями? Не беспокойтесь, вы не одиноки. Но эта статья может помочь вам разобраться и узнать о самых главных особенностях пищевых цепей и сетей, а также о том, как экологи используют их для лучшего понимания роли растений и животных в экосистеме.

Пищевая цепь

Пищевая цепь представляет собой последовательность передачи энергии от одного вида живого организма к другому в пределах экологической системы.

Все пищевые цепи начинаются с энергии, вырабатываемой Солнцем. А затем она движется от одного организма к другому.

Пример очень простой пищевой цепи:

Солнечная энергия ——> Трава ——> Зебра —-> Лев.

Пищевые цепи показывают, как все живые существа получают свою энергию от пищи, и как питательные вещества передаются между видами по цепочке.

Более сложная пищевая цепь:

Солнечная энергия ——> Трава ——> Кузнечик ——> Мышь ——> Змея ——> Ястреб.

Трофические уровни пищевой цепи

Все живые существа в пищевой цепи разбиты на разные группы или трофические уровни, которые помогают экологам понять их специфическую роль в экосистеме. Ниже представлено более подробное описание каждого трофического уровня пищевой цепи.

Продуценты (автотрофы)

Продуценты составляют первый трофический уровень экосистемы. Они имеют такое название благодаря своей способности производить собственную пищу. Эти организмы не зависят от какого-либо другого существа для питания.

Большинство продуцентов используют энергию Солнца в процессе, называемом фотосинтезом, для создания собственной энергии и производства питательных веществ. Самыми известными продуцентами являются растения, а также к ним относятся водоросли, фитопланктон и некоторые виды бактерий.

Консументы (гетеротрофы)

Следующий трофический уровень основывается на видах, которые питаются продуцентами. Как правило, выделяется три типа гетеротрофных организмов:

  • Растительноядные: к этой группе относятся виды, которые питаются исключительно растительной пищей. Они могут есть отдельные или все части растений, включая листья, ветки, фрукты, ягоды, орехи, траву, цветы, корни или пыльцу. К растительноядным животным относятся: олени, кролики, лошади, коровы, овцы, насекомые и т.д.
  • Плотоядные: это виды животных, которые питаются другими представителями фауны. Кошки, ястребы, акулы, лягушки, совы и пауки — примеры некоторых хищников мира.
  • Всеядные: такие животные могут употреблять как растительную пищу, так и животную. Медведи, люди, еноты, большинство приматов и огромное количество птиц — всеядные.

Каждый гетеротрофный организм имеет свое место на определенном уровне пищевой цепи. Например, первичными потребителями являются растительноядные животные, которые едят только растения, а третичными потребителями выступают существа, которые едят вторичных потребителей. В приведенном выше примере кузнечик — первичный потребитель, мышь — вторичный, а змея — третичный.

Наконец, пищевая цепь заканчивается суперхищником — животное, которое находится в самом верху пищевой цепи. В приведенном выше примере это ястреб. Львы, рыси, пумы и огромные белые акулы — примеры высших хищников в их родных экосистемах.

Редуценты (детритофаги)

Последний уровень пищевой цепи состоит из редуцентов — организмов, разрушающих органические вещества.

Это бактерии и грибы, которые едят разлагающуюся материю (мертвых животных и растений) и превращают их в богатую питательными веществами почву. Затем растения используют эти питательные вещества для производства собственной пищи — таким образом, они начинают новую пищевую цепь.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *