Структура пищевой цепи
Пищевая цепь представляет собой связную линейную структуру из звеньев, каждое из которых связано с соседними звеньями отношениями «пища — потребитель». В качестве звеньев цепи выступают группы организмов, например, конкретные биологические виды. Связь между двумя звеньями устанавливается, если одна группа организмов выступает в роли пищи для другой группы. Первое звено цепи не имеет предшественника, то есть организмы из этой группы в качестве пищи не используют другие организмы, являясь продуцентами. Чаще всего на этом месте находятся растения, грибы, водоросли. Организмы последнего звена в цепи не выступают в роли пищи для других организмов.
Каждый организм обладает некоторым запасом энергии, то есть можно говорить о том, что у каждого звена цепи есть своя потенциальная энергия. В процессе питания потенциальная энергия пищи переходит к её потребителю. При переносе потенциальной энергии от звена к звену до 80—90 % теряется в виде теплоты. Данный факт ограничивает длину цепи питания, которая в природе обычно не превышает 4—5 звеньев. Чем длиннее трофическая цепь, тем меньше продукция её последнего звена по отношению к продукции начального.
Звенья пищевой цепи моря
Синтезированные водорослями органические соединения передаются косвенно либо прямо всем организмам. Вторым звеном пищевой цепи в море являются животные фильтраторы. Организмы, составляющие фитопланктон, обладают микроскопически малыми размерами (0.002-1мм). Часто они формируют колонии, но и их размер не превышает пяти миллиметров. Третьим звеном являются плотоядные животные. Они питаются фильтраторами. В шельфовых, как и в открытых морях, таких организмов достаточно много. К ним, в частности, относятся сифонофоры, гребневики, медузы, веслоногие рачки, щетинкочелюстные, каринариды. Среди рыб к фильтраторам следует отнести сельдей. Их основной пищей являются веслоногие рачки, формирующие в северных акваториях большие скопления. Четвертым звеном считаются хищные крупные рыбы. Некоторые виды имеют промысловое значение. К конечному звену следует также отнести головоногих моллюсков, зубатых китов и морских птиц.
Энергия
Самой важной задачей функционирования пирамид питания является энергообмен между организмами в природе. При этом неизбежны огромные потери энергии, поскольку производится она лишь на первом этапе, а дальше только поглощается
При каждом поглощении изрядная часть ее (90 % — по правилу Линдемана) испаряется, отдавая тепло, а оставшееся обеспечивает жизнедеятельность каждого нового поглотителя. Как правило, эти последовательности фиксируют энергопоглощение за определенный период времени.
Наглядно описываемый процесс демонстрирует пирамида энергетических потоков. Пирамида данного вида – это оригинальная графическая модель, на которой отображается количество энергии, заключенной в каждом звене трофического уровня системы питания в определенной экосистеме. С повышением ступени показатели снижаются. Такой тип пирамид наиболее точно передает представление об организации природных сообществ, функции каждого их элемента, поскольку показывает скорость, с которой биомасса пищи проходит сквозь линейную систему питания в природе.
Трофические уровни
Звенья пищевой цепочки иначе называют трофическими уровнями. По определению это группа организмов, которая занимает конкретное место в пищевой цепочке и представляющая для каждого из последующих уровней источник энергии — пищу.
Организмами I трофического уровня в пастбищных пищевых цепях являются первичные продуценты, автотрофы, то есть растения, и хемотрофы — бактерии, использующие энергию химических реакций для синтеза органических веществ. В детритных же системах автотрофы отсутствуют, а I трофический уровень детритной трофической цепи образует собственно детрит.
II трофический уровень пищевой цепочки формируют консументы I порядка — растительноядные организмы, называемые фитофагами. Сюда же относят высших и низших растений-паразитов, а также представителей зоопланктона, которые употребляют в пищу фитопланктон.
III трофический уровень образуют консументы II порядка — хищные животные — зоофаги, которые употребляют в качестве пищи фитофагов. Это хищники I порядка — небольшие млекопитающие и птицы, основной рацион которых составляют насекомые. К этой группе также относят эндо- и эктопаразитов зоофагов, а также тех фитофагов, которые питаются растениями-паразитами.
https://youtube.com/watch?v=ajguI-IQLaI
IV трофический уровень формируется консументами III порядка — более крупными хищниками II порядка, а также животными, которые паразитируют на хищниках I порядка.
Последний, V трофический уровень представлен организмами, которые потребляют мёртвые органические вещества и конечные продукты распада. Эти организмы называют деструкторами или редуцентами. Редуценты в основном представлены беспозвоночными животными, являющимися некро-, сапро- и копрофагами, использующими в пищу остатки, отходы и мёртвую органику. Также к этой группе относят растения-сапрофаги, которые разлагают листовой опад.
Ещё к уровню деструктуров относят гетеротрофные микроорганизмы, способные превращать органические вещества в неорганические (минеральные), образуя окончательные продукты — двуокись углерода и воду, которые возвращаются в экологическую систему и вновь вступают в природный круговорот веществ.
Пастбищная цепь
Пастбищная цепь содержит три звена:
- продуценты – автотрофные организмы, самостоятельно синтезирующие энергию;
- консументы – гетеротрофные организмы, потребляющие готовые органические вещества путём поедания продуцентов или консументов низшего порядка;
- редуценты – сапротрофы, питающиеся остатками органических веществ – детритом.
Рис. 1. Звенья пастбищной цепи.
Пастбищные цепочки характерны для лугов, лесов, озёр, морей. Цепи водных экосистем более длинные, чем наземные, и могут включать 6-7 звеньев.
Пастбищная цепь всегда начинается с продуцентов – фотосинтезирующих растений. Продуцентами наземной цепи являются цветковые растения, папоротники, мхи, водной – фитопланктон и многоклеточные водоросли.К консументам относятся организмы трёх видов:
- травоядные – непосредственно потребляют продуценты и являются консументами первого порядка;
- хищники – питаются травоядными и хищными организмами, т.е. являются консументами второго и последующего порядка;
- падальщики – потребляют трупы травоядных и хищных организмов, обычно являются консументами последнего порядка.
Рис. 2. Различные консументы.
К редуцентам относятся одноклеточные и многоклеточные организмы, которые используют отмершие организмы (продуценты и консументы) в качестве питательной среды. Разлагающиеся с помощью одноклеточных организмов органические останки называются детритом. В результате разложения образуются неорганические вещества, которые потребляют растения. Здесь цепь замыкается.
Жизнь консументов и продуцентов в пастбищной цепи напрямую зависит от продуцентов. При недостатке света сначала погибают растения, затем – травоядные животные и далее по пищевой цепи. Именно гибель фитопланктона из-за невозможности фотосинтезировать (поднявшаяся в атмосферу сажа перекрыла доступ солнечного света) способствовала массовому вымиранию в меловом периоде более 60 миллионов лет назад.
Количество уровней
Насколько может быть длинной пищевая цепь? Примеры многоуровневых последовательностей существуют разные. Наиболее показательным является следующий: внутри тела гусеницы присутствуют паразитирующие личинки мух, в них – нематоды (черви), в червях, соответственно, бактерии, ну а в них – разнообразные вирусы. Но бесконечного количества звеньев быть не может. На каждом следующем уровне происходит снижение биомассы в несколько десятков раз. Так, например, лось из 1000 кг растений может «сформировать» сто килограмм своего тела. А вот тигру для увеличения веса на 10 кг потребуется 100 кг лосятины. Количество звеньев зависит от того, в каких условиях сформирована та или иная пищевая цепь животных. Примеры этих систем можно увидеть в природе. Так, лягушки являются любимой едой некоторых видов змей, которыми, в свою очередь, питаются хищники. Как правило, в такой «последовательности» не более трех-четырех звеньев. Такое «построение» называют еще экологической пирамидой. В ней каждая следующая ступень намного меньше, чем предыдущая.
Заключение
Следует сказать, что линейные пищевые цепи являются достаточно редким явлением. Чаще всего экологические пирамиды включают в себя популяции, принадлежащие сразу к нескольким уровням. Одни и те же виды могут употреблять в пищу и растения, и животных; плотоядные могут питаться как консументами первого, так и второго и следующих порядков; многие животные употребляют живые и отмершие организмы. В связи со сложностью звеньевых связей, выпадение какого-либо вида зачастую практически не сказывается на состоянии экосистемы. Те организмы, которые принимали выпавшее звено в пищу, могут вполне найти другой источник питания, а еду исчезнувшего звена начинают употреблять другие организмы. Так в целом сообщество сохраняет равновесие. Устойчивее будет та экологическая система, в которой присутствуют более сложные цепи питания, состоящие из большого количества звеньев, включающих в себя множество разных видов.
