Как сделать трофическую сеть
Обновлено: 07.07.2024
Основные определения. Одним из наиболее существенных свойств экосистем является наличие в них пищевых цепей и сетей. Трофическая (пищевая) цепь – последовательность видов организмов, отражающая движение в экосистеме органических веществ и заключенной в них биохимической энергии в процессе питания организмов. Термин происходит от греч. трофе – питание, пища. Для дальнейшего изучения рассмотрим следующие термины: продуценты, консументы и редуценты.
Продуценты (от англ. to produce – производить) – организмы, производящие органические вещества из неорганических соединений. Продуцентами в экосистеме являются автотрофные организмы, преобразующие путем фотосинтеза внешнюю (солнечную) энергию в биохимическую энергию, заключенную в органическом веществе. Примерами продуцентов в наземных экосистемах являются растения. Фитопланктон – мельчайшие водоросли – является другим примером продуцентов, характерных для морских и вообще водных экосистем.
Консументы (от лат. консуме – потреблять) – это организмы, питающиеся органическим веществом, произведенным другими организмами (продуцентами). Такими организмами в экосистеме являются гетеротрофы. Различают консументы 1-го и 2-го порядков. Консументы 1-го порядка – растительноядные организмы (например, овца, заяц). Консументы 2-го порядка – плотоядные, которые строят свои белки из белков растительного и животного происхождения (хищники).
Редуценты – организмы (главным образом, бактерии, грибы и др.), превращающие органические остатки в неорганические вещества (минерализация). Синоним термина – деструкторы (от англ. to destruct – разлагать).
Трофические (пищевые) уровни. В любой экосистеме можно выделить несколько трофических уровней или звеньев. Первый уровень представлен продуцентами, а второй и последующий уровни – консументами. Последний уровень в основном образуется микроорганизмами и грибами, питающимися мертвым органическим веществом (редуцентами). Их основная функция в экосистеме – разложение органического вещества до исходных минеральных элементов. Взаимосвязанный ряд трофических уровней и представляет цепь питания, или трофическую цепь.
Важно подчеркнуть, что цепь питания не всегда может быть полной. Во-первых, в ней могут отсутствовать продуценты (растения). Такие цепи питания характерны для сообществ, формирующихся на базе разложения животных или растительных остатков, например, накапливающихся в лесах на почве (лесная подстилка). Во-вторых, в цепях питания могут отсутствовать (либо находится в очень малом количестве) гетеротрофы (животные). Например, в лесах отмирающие растения или их части (ветви, листья и др.), т.е. продуценты, сразу включаются в звено редуцентов.
Виды трофических цепей. Трофические цепи в зависимости от числа уровней подразделяются на простые и сложные (многоуровневые) цепи. Примером простой цепи, в которой представлены все три вида уровней (продуцент, консумент и редуцент), может служить следующая последовательность организмов:
ОСИНА – ЗАЯЦ – ЛИСА.
Простая трофическая цепь имеет три трофических уровня. Сложные цепи в отличие от рассмотренных выше простых имеют большее число уровней, но обычно не превышающее 5–6 в реальных природных экосистемах. Ниже приводится пример сложной пятиуровневой цепи:
ТРАВА – ГУСЕНИЦА – ЛЯГУШКА – ЗМЕЯ – ХИЩНАЯ ПТИЦА.
Различают три основных типа трофических цепей:
Примеры трофических цепей хищников:
ТРАВА – ОВЦА – ВОЛК;
ЛИСТ ДУБА – ГУСЕНИЦА – СИНИЦА – ЯСТРЕБ.
Отличительной особенностью трофических цепей паразитов от цепей хищников является то, что в цепях хищников размеры особей увеличиваются по мере продвижения по уровням цепи (слева направо), а в цепях паразитов – наоборот. Сапрофитные (от греч. сапрос – гнилой) цепи – это трофические цепи с разложением органического вещества, т.е. включающие редуцентов. К сапрофитам относятся организмы (грибы, некоторые растения и др.), питающиеся органическим веществом и преобразующие его в минеральные соединения. Ниже приведен пример такой трофической цепи:
ЛИСТВЕННЫЕ ДЕРЕВЬЯ – ЧЕРВИ – ГРИБЫ.
Трофические сети. В реальных природных экосистемах, включающих большое число видов организмов, функционируют и большое количество трофических цепей, причем некоторые виды участвуют одновременно в нескольких различных цепях питания, т е некоторые цепи образуют общие уровни. Комбинации различных трофических цепей, имеющих общие уровни в экосистеме, называются трофическими сетями.
Наверняка все слышали о круговороте веществ в природе. Если говорить проще, то в природе отходов нет!
Все живое на нашей планете питается само и является для кого-то источником пищи.
Пищевая цепь – линейная замкнутая последовательность, в которой каждое живое существо питается (кем-то или чем-то) и сам является питанием для следующего организма.
Движение питательных веществ:
осуществляется от продуцентов (преобразуют неорганические вещества в органические) к консументам I порядка (травоядным), дальше — к консументам II порядка — хищникам (плотоядным) и финал — к редуцентам (они, в свою очередь, преобразуя органику в неорганику, возвращают вещества в окружающую среду), и неорганические вещества возвращаются к продуцентам. Замкнутая система!
Отдельное звено цепи питания называют трофическим уровнем
- Продуценты (вся растительная часть планеты и некоторые бактерии) — это самый первый трофический уровень;
- консументы I порядка — организмы, питающиеся растениями, составляют второй трофический уровень;
- консументы II порядка — те, кто есть консументов первого порядка — 3-1 трофический уровень и т.д.
Чем больше видовое разнообразие на каждом уровне, тем более устойчива данная экосистема.
Пищевая цепь питания — упрощенное отображение трофического взаимодействия между организмами. Зачастую в природе связь более сложная — больше взаимодействий и напоминает сеть.
Пищевые сети
Зачастую живые организмы в природе взаимодействуют между собой более сложно и визуально такое взаимодействие больше похоже на сеть . Такая сеть называется пищевой сетью.
Цепи питания включаются в сети питания, которые объединяют организмы из разных цепей. Возникновение сетей питания связано с тем, что большинство видов животных питается разнообразной пищей
П астбищная цепь ( цепь выедания)
- На первом месте, как всегда, находятся растения — продуценты;
- Эти растения поедаются консументами I порядка — животными — фитофагами;
- Эти животные либо потребляются консументами II порядка — человеком (обычно он — конечный потребитель пастбищных животных), либо — хищниками, либо редуцентами
Детритная цепь
- всегда начинается с мертвой органики. Например, мертвое дерево → личинка жука-короеда → дятел → ястреб.
Пищевая пирамида
При переходе с одного трофического уровня в другой живые организмы выделяют тепло — тепловую энергию, а также тратят энкргию на рост, развитие и размножение, поэтому количество энергии от уровня к уровню снижается.
Закон пирамиды
(Закон пирамиды энергии Линдемана или правило 10%)
При переходе с одного трофического уровня на другой 90% энергии теряется, 10% передается на следующий уровень.
Чем длиннее пищевая цепь, тем больше теряется энергии. Поэтому длина пищевой цепи обычно не превышает 4 — 5 звеньев.
Наименее продуктивны экосистемы пустынь, тундр, арктических и антарктических побережий; наиболее продуктивны — тропические леса, коралловые рифы и травянистые заросли устьев рек в жарких районах.
Именно в пищевых цепях и сетях осуществляется круговорот веществ в природе. Самыми типичными являются круговорот углерода и круговорот азота в природе.
После просмотра видеоурока вы узнаете том, что среди множества взаимосвязей живых организмов основными являются пищевые связи, или цепи питания. А также о том, что пути потребления пищи разветвляются, образуя так называемые пищевые сети. Также вы узнаете о том, что круговорот веществ происходит за счёт гибели и разложения организмов. В данном уроке приводятся следующие понятия: цепи питания, продуценты, консументы, редуценты, деструкторы, детрит, детритофаги, цепи выедания, цепи разложения, круговорот веществ.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Взаимосвязь организмов в сообществах. Цепи питания"
Факторы неживой природы, а также растения, животные и микроорганизмы, которые являются факторами живой природы, воздействуют друг на друга и на все природное сообщество в целом. Так проявляется единство и взаимосвязь всего живого и неживого. Этот вывод справедлив для любого природного сообщества.
Выше всех на лугу тянутся ветроопыляемые злаки. Они же растения, опыляемые насекомыми. Сам процесс опыления есть взаимосвязь и взаимозависимость. Растения кормят насекомых, а насекомые способствуют размножению растений.
В природном сообществе луга, можно заметить и взаимосприспособления в строении растений и животных. У бабочек, ос, шмелей цепкие лапки, хоботки для собирания нектара, крылья, чтобы перелетать с цветка на цветок. А яркость и пестрота цветов привлекают опылителей.
Обилие трав на лугу привлекает растительноядных животных. Зерноядные птицы и млекопитающие ― типичные обитатели луга.
И конечно, здесь настоящее царство насекомых. Ведь для большинства из них растения — это основная пища. Одни кормятся на цветах пыльцой и нектаром. Другие едят зелёную часть растений. От обилия растительноядных насекомых зависит обилие насекомых-хищников.
Пауки тоже хищники, они раскидывают среди травы свою сеть-ловушку, в которую попадают мелкие мошки, мухи.
Взаимосвязи между организмами сообщества выстраиваются в настоящую цепь.
Растение ― растительноядное насекомое ― насекомое-хищник. И те, и другие — пища насекомоядных птиц, которые, в свою очередь, являются добычей хищных птиц.
В этой цепи осуществляется однонаправленный поток вещества и энергии от одной группы организмов к другой.
Среди множества взаимосвязей живых организмов основными являются пищевые связи, или цепи питания. Все они начинаются с растений.
Благодаря пищевым связям происходит непрерывный вещественно-энергетический обмен между живым и неживым веществом природы.
Вы знаете, что в процессе фотосинтеза растения образуют органическое вещество ― основу жизни. Затем в пищевых цепях животных непрерывно происходит его распределение и перемещение.
Первыми в пищевой цепи, как мы уже сказали, являются автотрофы, которые фиксируют световую энергию и используют в питании простые неорганические вещества.
Их называют продуценты (производители и накопители органических веществ).
Все остальные организмы, занимающие последующие трофические уровни, относятся к гетеротрофам — питающимся готовыми органическими веществами. Гетеротрофы разлагают, перестраивают и усваивают сложные органические вещества, синтезированные первичными продуцентами.
Гетеротрофные организмы подразделяют на консументов (потребителей) и редуцентов (возвращающих).
Итак, продуцентами питаются консументы 1-го порядка ― растительноядные гетеротрофы. К ним относятся травоядные животные.
Которыми питаются консументы 2-го порядка ― хищные гетеротрофы. К ним относят хищников, паразитов травоядных животных.
Которыми питаются консументы 3-го порядка ― хищники.
Редуцентами или (деструкторами) являются разрушители всех органических веществ. К ним относят, например, бактерии и грибы.
Таким образом, разные организмы занимают разное положение в пищевой цепи, в таком случает говорят, что они располагаются на разных трофических уровнях.
Растения-продуценты занимают 1-й уровень. Растительноядные организмы —консументы 1-го порядка — 2-й уровень. Хищные животные — консументы 2-го порядка — 3-й трофический уровень. А плотоядные, которые питаются в основном хищными животными, — консументы-3-го порядка ― 4-й. Редуценты ― 5-й трофический уровень.
Прослеживая пищевые взаимоотношения между членами биоценоза, можно построить пищевые цепи питания различных организмов.
Проследим цепь питания. Гусеница бабочки пяденицы ― хищная стрекоза стрелка ―жаба. Цепь продолжается: жабу выслеживает уж, а он может стать добычей ежа. Но цепь питания не бесконечна.
Дождевые черви питаются отмершими частями растения ― хищная землеройка питается дождевыми червями. Когда она погибнет, то станет пищей для жуков- могильщиков. Окончательное завершение земляных остатков завершат бактерии и плесневые грибы. Они разложат органические вещества на минеральные. Так заканчиваются цепи питания.
Пищевые цепи делят на два типа: цепи выедания (пастбищные) и цепи разложения (детритные).
Пастбищная цепь питания представляет собой цепь, которая начинается с зелёных растений и идёт далее к пасущимся растительноядным животным, а от них — к плотоядным (нескольких уровней).
Условно всех первичных консументов можно считать растительноядными животными на пастбище, независимо от того, будут ли они представлены такими крупными животными, как олени, например, или такими мелкими животными, живущими в толще воды (зоопланктон), или насекомыми.
Типичную трофическую цепь выедания (или пастбищные пищевые цепи) можно легко проиллюстрировать на примере пастбища лугового типа. Её основу составляют автотрофные организмы — травянистые растения и их семена, которые поедаются растительноядными и семеноядными животными (насекомыми, грызунами, копытными). Они, в свою очередь, служат объектами питания животных, питающихся растительноядными животными. Многие хищники и сами становятся объектами охоты. Они поедаются плотоядными животными.
Пастбищные пищевые цепи преобладают в водных экосистемах (кроме больших глубин, где нет фотосинтезирующих организмов).
Здесь встречаются консументы четвёртого порядка и консументы пятого порядка. Основу этих цепей также составляют автотрофные организмы, на этот раз — одноклеточные водоросли, которые парят в толще воды (их называют фитопланктоном). Они являются объектом питания зоопланктона. Эти небольшие рачки, в свою очередь, служат прекрасной пищей для мелкой рыбы. Эта рыбёшка — уже еда более крупных хищных рыб, а те, в свою очередь, — становятся пищей водных млекопитающих.
Рассмотрим пищевую цепь, где продуцентом будет являться дуб. На листьях дуба живут и питаются различные гусеницы. Они являются фитофагами. А значит, занимают трофический уровень консументов 1-го порядка. Гусеницу может съесть синица. Она занимает трофический уровень консументов 2-го порядка. Синица может стать жертвой сокола. Который в этой пищевой цепи будет занимать положение консументов 3-го порядка.
Из-за того, что большая часть растений не потребляется растительноядными животными, а просто отмирает, в почве, в толще воды и на дне водоёмов образуется детрит — это мелкие частицы минерализованного органического вещества, оставшегося от умерших организмов.
Итак, мы перешли к детритным ― цепям разложения.
Детрит становится пищей детритофагов: бактерий, малощетинковых червей, мокриц, личинок некоторых насекомых.
Поток энергии, берущий начало от мёртвого органического вещества и проходящий через систему разлагателей, называется детритной пищевой цепью.
В такой цепи первый трофический уровень занимает детрит.
Второй трофический уровень занимают первичные детритофаги (сапротрофные бактерии и грибы, земляные черви и др.). Первичными детритофагами питаются вторичные детритофаги. Ими могут быть многоножки, простейшие, личинки насекомых и др. А вторичных детритофагов потребляют хищники.
Рассмотрим в качестве примера несколько цепей, возникающих на листовом опаде дуба.
Одними из основных разрушителей листового опада не считая грибов и микроорганизмов, являются различные микроскопические беспозвоночные, например нематоды. Они занимают трофический уровень консументов первого порядка. Которыми в свою очередь питаются консументы второго порядка (например, почвенные клещи или двухвостки). Консументами третьего порядка в этой цепи будут являться, например, бурозубки, жужелица, жук стафилин.
В рассмотренной цепи питания бурозубка находится на одном уровне с жужелицей и стафилином. Но эти жуки могут стать пищей для бурозубки. И образуется уже другая пищевая цепь, где она займёт трофический уровень консумента 4-го порядка.
Бурозубку может съесть сокол, который в таком случае сместится на уровень консумента 5-го порядка. Рассмотренные цепи тесно взаимосвязаны между собой отдельными звеньями.
Рано или поздно энергия, заключённая в мёртвом органическом веществе, будет полностью использована деструкторами и рассеяна в виде тепла при дыхании, даже если для этого ей потребуется несколько раз пройти через систему редуцентов. Исключением являются лишь случаи, когда местные абиотические условия очень неблагоприятны для процесса разложения (высокая влажность, сухость или мерзлота). В этих случаях накапливаются залежи не полностью переработанного высокоэнергоемкого вещества, превращающиеся со временем и при подходящих условиях в горючие ископаемые — нефть, уголь, торф.
Детритные цепи преобладают на суше (в лесах), но играют определённую роль и в водных экосистемах, особенно в водоёмах с высоким содержанием органических веществ.
Подсчитано, что в масштабах Земли, благодаря цепям разложения, в круговорот включается до 90 % энергии и веществ, запасённых автотрофами, тогда как в круговорот посредством цепей выедания вводится только 10 %.
В природе пищевые цепи не изолированы одна от другой, а тесно переплетаются. Пути потребления пищи разветвляются, образуя так называемые пищевые сети. Пищевая сеть состоит из нескольких пищевых цепей, которые связаны общими пищевыми звеньями.
Пищевые сети образуются потому, что практически любой член какой-либо пищевой цепи одновременно является звеном и в другой пищевой цепи: он потребляет и его потребляют несколько видов других организмов.
Круговороты веществ
Вещества и энергия в сообществах передаются по пищевым цепям. Энергия не может передаваться по замкнутому кругу. Она доступна для живых организмов в форме солнечной радиации, которая может быть связана в процессе фотосинтеза. Расходуясь затем в виде химической энергии, она теряется, превращаясь в тепло.
Вещество же может передаваться по замкнутым циклам, многократно циркулируя между организмами и окружающей средой. Это явление получило название круговорота веществ.
Круговорот веществ ― это закономерный процесс многократного участия веществ (абиогенных и биогенных) в явлениях, протекающих в атмосфере, гидросфере и литосфере, в том числе в тех их частях, которые входят в биосферу планеты.
Вещество, вовлечённое в круговорот, не только перемещается, но и испытывает трансформацию и нередко меняет своё физическое и химическое состояние.
Необходимые для жизни элементы и растворенные соли условно называют биогенными, дающими жизнь элементами.
К ним относятся элементы, которые составляют химическую основу тканей живых
организмов. Это углерод, водород, азот, кислород, фосфор, калий, магний, сера, кальций. А также элементы и их соединения, необходимые для существования живых систем, но в исключительно малых количествах. Это железо, марганец, медь, цинк, бор, натрий, молибден, хлор, ванадий и кобальт.
В отличие от энергии, биогенные элементы могут использоваться неоднократно. Но вместе с этим запасы их непостоянны.
И если бы растения и другие организмы в конечном счёте не разлагались, запас биогенных элементов исчерпался бы и жизнь на Земле прекратилась. То есть циркуляция веществ происходит за счёт гибели и разложения организмов.
Отсюда можно сделать вывод, что активность гетеротрофов, и в первую очередь организмов, функционирующих в детритных цепях, — решающий фактор сохранения круговорота биогенных элементов и, следовательно, жизни на нашей планете.
Уже отмечалось, что каждый трофический уровень составлен не одним, а многими конкретными видами. Видовое разнообразие биоценотических систем — не случайное явление. Благодаря видоспецифичности питания увеличение числа видов в биоценозе определяет более полное использование ресурсов на каждом трофическом уровне. Это обстоятельство прямо связано с повышением полноты биогенного круговорота веществ.
Таким образом, многочисленность и разнообразие видового состава биоценоза выступает как важный механизм поддержания его целостности и функциональной устойчивости. Именно на этом основывается актуальность проблемы биологического разнообразия, разрабатываемой в настоящее время на уровне международной комплексной программы.
Возможности ослабления пищевой конкуренции в значительной мере определяются такими ее показателями, как объем и напряженность (А. А. Шорыгин, 1952). Объем конкуренции определяется числом видов пищи, общих для конкурентов. В этом аспекте ослабление конкуренции может идти через расширение пищевого спектра одного или нескольких конкурирующих видов: увеличение набора кормовых объектов ведет к снижению доли их, совпадающей с пищевым спектром другого вида, т. е. к уменьшению относительного объема конкуренции. Расхождение в питании возможно и на базе совпадающих объектов питания, если отличаются предпочитаемые корма формально конкурирующих видов; фактически это также уменьшает объем конкуренции. Наиболее эффективный путь выхода из конкуренции через уменьшение ее объема — высокая специализация в питании, приводящая к расхождению кормовых спектров.
Напряженность конкуренции определяется соотношением потребности в данном виде корма для видов-конкурентов и ее обилием в природе. Например, очень важное место в питании околоводных грызунов (бобр, ондатра, водяная полевка) занимают тростник и осоки. Но эти виды растений представлены в природе сплошными зарослями с высокой биомассой и продуктивностью. Поэтому практически обеспечиваются запросы всех обитающих в таких условиях видов, и конкуренция их принимает формальный характер и не приводит к реальным негативным взаимоотношениям. Подобным же образом практически не возникает конкуренция между различными видами чаек и чистиковых, огромными стаями питающихся на массовых скоплениях криля или на косяках рыб. В случае же совпадения лимитированных по биомассе кормовых ресурсов напряженность конкуренции резко возрастает и может стать причиной вытеснения менее конкурентоспособных видов из состава сообщества.
Соотношение объема и напряженности определяет общую силу конкуренции, этот параметр лежит в основе конкретного проявления различных форм взаимоотношений между конкурирующими видами. Подробнее эти отношения рассматриваются в гл. 5.
Читайте также: