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.
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.
Материальный цикл
Вдоль всей цепочки консументы также потребляют подавляющее большинство питательных веществ, необходимых для создания биомассы. Оборот углерода непосредственно связан с оборотом энергии. Азот должен быть взят как часть белков, фосфор необходим для многих жизненно важных биологических функций (для синтеза ДНК и РНК). Сбалансированное потребление этих элементов может быть проблемой для травоядных. Например, древесина содержит много полезной энергии в форме восстановленного углерода (целлюлоза), но обычно мало пригодного для использования азота или фосфора.
Хотя биомасса, количество особей и доступная энергия резко уменьшаются с каждым уровнем трофея, ядовитые вещества и многочисленные загрязнители, могут накапливаться с каждым уровнем. Каждое животное на высоком уровне должно есть много добычи с более низких звеньев, чтобы удовлетворить свои энергетические потребности. В результате хищник поглощает все токсины, присутствующие в организме, от каждой жертвы. Поскольку человек находится в конце большинства цепей питания, в нем накапливается большое количество ядов, которые ранее не оказывали влияния на животных на более низких уровнях трофеев.
Что такое цепи питания
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 эволюции живых организмов, помогает объяснить поведение некоторых животных, понять, откуда растут ноги у тех или иных повадок наших четвероногих друзей.
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, песцов, 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.
Структура пищевой цепи
Отдельные организмы делятся на три группы: производителей, потребителей и деструкторов с точки зрения их уровня трофеев в материальном цикле. Трофейные уровни представляют собой звенья цепи питания. Каждый уровень включает в себя все организмы с одинаковым положением в пищевой цепи.
Продуценты
Отправной точкой являются производители, которые вообще не питаются другими организмами, но могут служить им в качестве пищи. Это растения, водоросли, цианобактерии, фитопланктон. Они строят сложные органические соединения из простых неорганических веществ, находящихся в воде, почве и воздухе, используя энергию солнца. Этот процесс называется фотосинтезом, потребляется углекислый газ и выпускается кислород в воздух. Таким образом, продуценты формируют первое звено цепи питания экосистемы. В воде растительную основу составляют в основном зеленые водоросли, на суше преобладают высшие растения.
Цепь питания – продуценты
Консументы
Потребители – следующие звенья пищевых связей. В отличие от растений, животные не могут вырабатывать органические соединения из энергии солнца, неорганических веществ. Поэтому должны поглощать органику, чтобы получать энергию, белковые соединения, жиры и углеводы для развития и поддержания их жизненно важных функций. К консументам относятся травоядные (фитофаги) и хищники (зоофаги). Между ними расположены всеядные животные, к которым принадлежит и человек. В зависимости от сложности цепи питания организмов, выделяют несколько порядков потребителей: основной, первичный, вторичный и т.д.
консумент 1 порядка
Деструкторы
Конец цепи питания образуют бактерии, грибки и многие почвенные организмы, которые разрушают мертвые органические вещества и используют их для производства неорганических веществ, необходимых растениям для восстановления органических соединений.
деструкторы в пищевой цепи
Симбиоз и паразитизм в пищевой цепи
Тем не менее, более половины всех типов планеты живет внутри или на телах других организмов. Эта тесная связь между особями разных видов может быть как для взаимной выгоды (симбиоз), так и для одностороннего преимущества (паразитические виды).
Лишайник подходит в качестве примера симбиоза. Лишайники состоят из водорослей и грибов. Водоросли производят углеводы в процессе фотосинтеза, которые поглощаются грибами. Грибы, в свою очередь, обеспечивают водоросли водой и питательными солями. Омела, с другой стороны, является примером паразита. Она проникает в дерево хозяина и извлекает минералы и воду.
Симбиоз в природе
Гетеротрофы
Гетеротрофы (от греч. Heterone — «другой» и trophe — «питание») — организмы, требующие органических соединений, как источника углерода для роста и развития. Также известны как консументы (от лат. consume — употреблять).
К гетеротрофным организмам относятся все животные и человек, а также некоторые паразитические растения и бактерии. Среди этих растений можно выделить группу растений паразитов и растений-хищников. Гетеротрофные организмы (животные, грибы, часть прокариотов) не могут создавать органические соединения непосредственно из неорганических.
Гетеротрофы известны как консументы или потребители в пищевой цепочке. Гетеротрофы является противоположностью автотрофам, которые используют неорганические вещества, углекислоту или бикарбонат, как единственный источник углерода. Все животные — гетеротрофы, также как и грибы и многие бактерии и археи (группа микроорганизмов с прокариотным типом строения клетки). Некоторые паразитические растения также полностью или частично являются гетеротрофами, тогда как хищные растения потребляют мясо для получения азота, будучи при этом автотрофами.
Гетеротрофы не в состоянии синтезировать органические соединения на основе углерода независимо, используя неорганические источники (например животные, в отличие от растений, не могут проводить фотосинтез) и поэтому должны получать питательные вещества от автотрофов или других гетеротрофов. Чтобы называться гетеротрофам, организм должен получать углерод из органических соединений. Если он получает азот из органических соединений, но не углерод, он будет считаться автотрофом.
Есть два возможных подтипа гетеротрофов:
- Фотогетеротрофы, получающих энергию от света. К ним относятся некоторые виды бактерий, нуждающихся в готовых органических соединениях, источником энергии является свет. В частности, к фотогетеротрофам относят большинство несерных пурпурных бактерий, поскольку они растут лишь при наличии света и органических соединений.
- Хезогетеротрофы, что получают энергию за счет окисления или восстановления неорганических смесей. Такой тип питания реализуется у человека, животных и многих микроорганизмов.
Монтаж вторичной цепи
Чтобы провести данную операцию, нужно ознакомиться со многими особенностями компоновки потоков. Необходим опыт, чтобы выполнять монтаж вторичной цепи грамотно. Конечный результат будет во многом зависеть от правильности раскладки, исполнения потоков.
Перед началом монтажа специалист знакомится с монтажной, а иногда и принципиальной схемами. Тогда он определяет, каким методом будет осуществлять прокладку, компоновать потоки проводов. В этой процедуре существует ряд правил. Так, провода, которые относятся к 1 монтажной единице, соединяют в одном потоке.
Также помнят о том, что большое количество проводов потребует больше работы над ними. Никогда не прокладывают провода таким образом, что они прикрывают контакты устройств, часть крепежных деталей.
Прокладывая много слоев потоков, в одном ряду не укладывают больше 10 проводов сразу. Провода одного ряда соединяют с соседними контактами устройств либо зажимов. Провода, которые кладут между присоединениями, всегда целые. Ни в коем случае нельзя заниматься их сращиванием.
Внешний вид каждого потока будет зависеть от того, как подготовлены провода. Если объем работы небольшой, то подготовка провода будет заключаться в том, чтобы разрезать его на нужную длину и подровнять.
Потоки энергии
Наземные составляющие цепей питания часто включают только 3 звена (трава → антилопа → лев). Водные – имеют 4-6 звеньев (фитопланктон → мелкий зоопланктон → крупный хищный зоопланктон → молодь рыб → крупная костистая рыба → акула или головоногий моллюск). Цепи не могут содержать более шести звеньев, так как передача энергии в цепях питания осуществляется с огромными потерями. Это связано с тем, что энергия, доступная каждому уровню трофея, также используется для наращивания биомассы или метаболической активности, и поэтому не вся энергия передается следующему звену.
Первичные производители генерируют самое высокое содержание энергии, травоядные и плотоядные животные показывают только пониженное количество. Например, для производства 1 кг говядины требуется 6-8 кг зерна. Фактически, более высокий уровень трофея имеет только 10% энергии предыдущих доступных звеньев, остальное теряется в виде тепла. Эта потеря увеличивается от уровня к уровню, так что число особей у животных на разных уровнях становится все меньше, в результате биомасса уменьшается все больше.
передача энергии в цепях питания
