UNTERSCHIEDLICHE QUALITÄT DER LEBENSFORMEN UND DER BIOGENE ZYKLUS

Die nachhaltige Existenz des Lebens ist nur möglich mit der Vielfalt, der Vielfalt seiner Formen, den Besonderheiten des Stoffwechsels, die durch die konsequente Nutzung der in die Umwelt freigesetzten Stoffwechselprodukte gewährleistet sind und einen biogenen Kreislauf bilden.

In seiner einfachsten Form wird eine solche komplementäre Reihe von Qualitäten von Lebensformen dargestellt durch: Erzeuger, Verbraucher, Zersetzer, gemeinsame Aktivitäten, die durch die Entnahme von Substanzen aus der äußeren Umgebung, ihre Umwandlung auf verschiedenen Ebenen von Trophieketten und die gewährleistet werden Mineralisierung organischer Substanzen zu Komponenten, die für die nächste Aufnahme in den Kreislauf verfügbar sind.

Produzenten- Dies sind lebende Organismen, die in der Lage sind, organische Materie aus anorganischen Bestandteilen unter Verwendung externer Energiequellen zu synthetisieren. Je nach Art der Energiequelle für die Synthese organischer Substanzen werden alle Produzenten eingeteilt photoautotrophe und Chemoautotrophe.

Verbraucher - Lebewesen, die nicht in der Lage sind, ihren Körper auf der Grundlage der Verwendung anorganischer Substanzen aufzubauen, die die Aufnahme organischer Stoffe von außen als Teil der Nahrung erfordern. Organismen, die entlang der Stoffströme des Kreislaufs organische Stoffe verbrauchen, besetzen die Ebene der zwangsgebundenen Konsumenten an autotrophen Organismen (Konsumenten 1. Ordnung) oder mit anderen Heterotrophen, von denen sie sich ernähren (Konsumenten 2. Ordnung).

SONNE
		VERBRAUCH DER 1. ORDNUNG
HERSTELLER				VERBRAUCH DER BESTELLUNG
		REDUZIERER
MINERALIEN

Ein vereinfachtes Schema für die Übertragung von Materie und Energie im Prozess der biogenen Zirkulation (Nikonorov et al.)

Der Wert der Verbraucher im Stoffkreislauf:

1. Heterotrophe zersetzen im Stoffwechselprozess organische Substanzen, die in der Zusammensetzung von Lebensmitteln enthalten sind. Die Umwandlung von hauptsächlich durch Autotrophe reduzierten Stoffen in Verbraucherorganismen führt zu einer Zunahme der Vielfalt lebender Materie, und dies ist eine notwendige Bedingung für die Stabilität eines jeden Ökosystems (Ashbins Prinzip der äußeren und inneren Störung).

2. Tiere, die den Großteil der Verbraucherorganismen ausmachen, sind mobil und können sich aktiv im Raum bewegen. Auf diese Weise tragen sie zur Migration lebender Materie bei, zu ihrer Verteilung auf der Oberfläche des Planeten, was die räumliche Ansiedlung des Lebens anregt und als eine Art Garantiemechanismus im Falle der Zerstörung des Lebens an einem Ort dient.

3. Die wichtige Rolle der Verbraucher, insbesondere der Tiere, als Regulatoren der Intensität des Stoff- und Energieflusses.

Reduzierstücke - Organismen, die Substanzen zersetzen, kommt es bei allen Tieren zu einer teilweisen Mineralisierung organischer Stoffe, so dass bei der Atmung CO2 freigesetzt wird, H2O, Mineralsalze, Ammoniak ausgeschieden werden.

Als wahre Zersetzer, die den Kreislauf der Zerstörung organischer Substanzen vervollständigen, können nur solche Organismen angesehen werden, die nur anorganische Substanzen in die äußere Umgebung bringen, die bereit sind, an einem neuen Kreislauf beteiligt zu sein. Die Kategorie der Zersetzer umfasst viele Arten von Bakterien und Pilzen. Diese sind aufgrund ihres Stoffwechsels reduzierende Organismen (N denitrifizierende Bakterien, reduzieren Stickstoff in seinen elementaren Zustand).

TROPHISCHE EBENEN UND IHRE EIGENSCHAFTEN

Alle Organismen, die in einem Ökosystem trophische Funktionen erfüllen, bilden trophische Ebenen:

1. Trophische Ebene bilden autotrophe Organismen. Sie bilden die Ebene der Primärproduktion und sind Primärproduzenten. Sie sind es, die die äußere Energie der Sonne nutzen, eine Masse organischer Materie (Biomasse) erzeugen, die Grundlage des Lebens im Allgemeinen und der Biozönose im Besonderen sind.

Lebende Organismen werden geboren, wachsen, entwickeln sich, während dieser Prozesse verändert sich ihre Biomasse. Biomasse wird in Energie- oder Masseneinheiten ausgedrückt, nicht in Flächeneinheiten (N: J/m oder t/m). In Gemeinden entfällt der Hauptanteil der Biomasse auf Pflanzen (Primärproduktion sind Autotrophe).

Die durch Autotrophe erzeugte Produktionsmenge wird genannt Primärprodukte, dabei wird die Gesamtmenge an Biomasse genannt Bruttoleistung, und die Zunahme der Biomasse - sauberes Produkt.

Ein Teil der Energie wird verwendet, um das Leben und die Atmung der Pflanzen selbst aufrechtzuerhalten - das sind 40-70% der Bruttoleistung. Die Differenz zwischen Bruttoleistung und Atmung ist die Nettoleistung.

Nettoproduktion - ist die Wachstumsrate der für den Verzehr durch Heterotrophe verfügbaren Biomasse.

Die Bildungsrate der Primärproduktion wird genannt biologische Produktivität des Ökosystems. Sie wird in Einheiten von Energie oder Materie pro Fläche für 1 Tag ausgedrückt.

Tiere, Pilze, Bakterien gewinnen Energie, indem sie sich von Pflanzen (autotroph) oder anderen Organismen ernähren, die sich ebenfalls von Pflanzen ernähren und von Natur aus heterotroph sind. Auf sie wird verwiesen Sekundärproduzenten.

Die Menge an Biomasse, die von Sekundärproduzenten erzeugt wird, wird genannt Sekundärprodukte. Diese Gruppe ist vereint bis zur zweiten Trophiestufe die von den Verbrauchern vertreten wird. Sie werden heterotrophe Transformatoren genannt.

Verbraucher scheiden verschiedene bioaktive Substanzen aus, die andere Organismen stimulieren oder hemmen. Diese Gruppe hat mehrere Ebenen:

n Verbraucher 1. Ordnung

n Verbraucher zweiter Ordnung

n und andere.

Die dritte Gruppe von Organismen bildet sich im Ökosystem einer funktionierenden Biozönose - Zersetzer.

Es gibt folgende Gruppen von Verbrauchern toter Organismen:

1. Nekrophagen(Truppen von Tieren);

2. Koprophagen(Kot);

3. Saprophagen(abgestorbene Pflanzenreste);

4. Detritivoren(Konsumenten von verfallenen organischen Stoffen).

Allgemein lassen sich Zersetzer in Phytophagen, Zoophagen, Mixophagen (gemischt) einteilen. Der Beitrag jeder Gruppe zum Funktionieren des Ökosystems ist ungleich.

N: Für den vollständigen Stoffkreislauf in einem Reservoir ist die Artenzusammensetzung von Produzenten und Zersetzern nicht von großer Bedeutung, aber für kommerzielle Organismen ist sie entscheidend.

Organismen verschiedener Gruppen reagieren unterschiedlich auf anthropogene Einwirkungen.

ARTEN VON BEZIEHUNGEN

Folgende Arten von Beziehungen zwischen Populationen werden unterschieden:

n Neutralismus in denen die Vereinigung zweier Populationen keine von beiden betrifft;

n gegenseitige Konkurrenzunterdrückung, bei der sich beide Populationen aktiv gegenseitig unterdrücken;

n Wettbewerb um Ressourcen in denen jede Bevölkerung andere im Kampf um Nahrungsressourcen unter Bedingungen ihrer Knappheit beeinträchtigt;

n Amensalismus, in der eine Population eine andere unterdrückt, aber selbst keine negativen Auswirkungen erfährt;

n Raub- eine Population durch einen direkten Angriff eine andere beeinträchtigt, aber dennoch von der anderen abhängig ist;

n Kommensalismus- Eine Bevölkerung profitiert von der Assoziation, für die andere ist diese Assoziation gleichgültig;

n Protokollkooperation - beide Populationen nutzen die Assoziation, aber ihre Beziehung ist nicht obligatorisch (nicht obligatorisch);

n Mutualismus - die Verbindung der Populationen ist günstig für das Wachstum und Überleben beider.

Y. Odum betont 2 wichtige Prinzipien:

1. Im Laufe der Evolution und Entwicklung von Ökosystemen besteht die Tendenz, die Rolle negativer Wechselwirkungen auf Kosten positiver zu verringern, die das Überleben interagierender Arten erhöhen.

Im Rahmen der Biosphäre als Ganzheit geschieht dies nicht, da Gefahren und deren Überwindung zur Evolution beitragen.

In der Natur gibt es nichts Schädliches für die Art, denn was dem Individuum und der Population schadet, ist der Art aus der Evolution förderlich. Das Konzept der Co-Evolution erklärt gut die Evolution im „Räuber-Beute“-System – die ständige Verbesserung beider Komponenten des Ökosystems.

Voraussetzung für die Verringerung der negativen Auswirkungen ist die Stabilität des Ökosystems und die Tatsache, dass seine räumliche Struktur die Möglichkeit einer gegenseitigen Anpassung der Populationen bietet. Negative und positive Beziehungen zwischen Populationen in einem Ökosystem, die einen stabilen Zustand erreichen, gleichen sich schließlich aus.

TROPHISCHES NIVEAU, eine Reihe von Organismen, die durch die Art der Nahrung vereint sind. Die Idee der trophischen Ebene ermöglicht es uns, die Dynamik des Energieflusses und die ihn bestimmende trophische Struktur zu verstehen.

Autotrophe Organismen (hauptsächlich grüne Pflanzen) besetzen die erste trophische Ebene (Produzenten), Pflanzenfresser - die zweite (Konsumenten erster Ordnung), Raubtiere, die sich von Pflanzenfressern ernähren - die dritte (Konsumenten zweiter Ordnung), sekundäre Prädatoren - die vierte (Konsumenten dritter Ordnung). Verbraucher bestellen). Organismen unterschiedlicher trophischer Ketten, die jedoch Nahrung über eine gleiche Anzahl von Gliedern in der trophischen Kette erhalten, befinden sich auf derselben trophischen Ebene. So sind eine Kuh, die sich von Luzerneblättern ernährt, und ein Rüsselkäfer der Gattung Siton Verbraucher erster Ordnung. Die tatsächlichen Beziehungen zwischen den trophischen Ebenen in einer Gemeinschaft sind sehr komplex. Populationen derselben Art, die an unterschiedlichen trophischen Ketten beteiligt sind, können sich je nach verwendeter Energiequelle auf unterschiedlichen trophischen Ebenen befinden. Auf jeder trophischen Ebene wird die aufgenommene Nahrung nicht vollständig assimiliert, da ein erheblicher Teil davon für den Stoffwechsel aufgewendet wird. Daher ist die Produktion von Organismen jeder nachfolgenden trophischen Ebene immer geringer als die Produktion der vorherigen trophischen Ebene, im Durchschnitt 10-mal. Die relative Menge an Energie, die von einer trophischen Ebene auf eine andere übertragen wird, wird als ökologische Effizienz der Gemeinschaft oder Effizienz der Nahrungskette bezeichnet.

Das Verhältnis verschiedener Trophiestufen (trophischer Aufbau) lässt sich grafisch darstellen als Ökologische Pyramide, deren Grundlage die erste Ebene (die Ebene der Erzeuger) ist.

Ökologische Pyramide kann von drei Arten sein:
1) Zahlenpyramide - spiegelt die Anzahl der einzelnen Organismen auf jeder Ebene wider;
2) Biomassepyramide - Gesamttrockengewicht, Energiegehalt oder ein anderes Maß für die Gesamtmenge an lebender Materie;
3) Energiepyramide - die Größe des Energieflusses.

Die Basis in den Pyramiden von Zahlen und Biomasse kann kleiner sein als die nachfolgenden Ebenen (je nach Verhältnis der Größen von Erzeugern und Verbrauchern). Die Energiepyramide verengt sich immer nach oben. In terrestrischen Ökosystemen geht eine Abnahme der verfügbaren Energiemenge normalerweise mit einer Abnahme der Biomasse und der Häufigkeit von Individuen auf jeder trophischen Ebene einher.

Zahlenpyramide (1) zeigt, dass, wenn der Junge ein Jahr lang nur Kalbfleisch essen würde, er dafür 4,5 Kälber benötigen würde, und um die Kälber zu füttern, muss ein Feld in 4 Hektar Luzerne (2x10 (7) Pflanzen) gesät werden. In der Pyramide der Biomasse (2) die Anzahl der Individuen wird durch Biomassewerte ersetzt. In der Energiepyramide (3) Sonnenenergie inklusive Luzern verbraucht 0,24 % Sonnenenergie. Für die Anhäufung von Produkten durch Kälber während des Jahres werden 8 % der von Luzerne angesammelten Energie verwendet. 0,7 % der im Laufe des Jahres von Kälbern angesammelten Energie werden für die Entwicklung und das Wachstum eines Kindes verwendet, so dass etwas mehr als ein Millionstel der Sonnenenergie, die auf ein 4 Hektar großes Feld fällt, dafür verwendet wird, ein Kind für ein Kind zu ernähren Jahr. (nach Y. Odum)

TROPHISCHES NIVEAU TROPHISCHES NIVEAU

eine Reihe von Organismen, die durch die Art der Nahrung vereint sind. Idee zu T. at. ermöglicht es Ihnen, die Dynamik des Energieflusses und die Trophie, die ihn bestimmt, zu verstehen. Struktur. Autotrophe Organismen (hauptsächlich grüne Pflanzen) besetzen das erste t. - (Erzeuger), pflanzenfressende Tiere - die zweite (Verbraucher erster Ordnung), Raubtiere, die sich von pflanzenfressenden Tieren ernähren - die dritte (Verbraucher zweiter Ordnung), sekundäre Raubtiere - die vierte (Verbraucher dritter Ordnung). Organismen verschiedener trophischer Ketten, erhalten aber Nahrung durch eine gleiche Anzahl von Gliedern in der Trophie. Ketten sind auf einem T. an. So sind eine Kuh, die sich von Luzerneblättern ernährt, und ein Rüsselkäfer der Gattung Siton Verbraucher erster Ordnung. Echte gegenseitige Beziehungen zwischen T. at. in der Gemeinde sind sehr komplex. Populationen der gleichen Art, die an Zersetzung teilnehmen. trophisch Stromkreise, können je nach verwendeter Energiequelle auf unterschiedlichen T. at. liegen. Auf jedem T. bei. Die konsumierte Nahrung wird nicht vollständig assimiliert, weil dies bedeutet, dass ein Teil davon für den Austausch ausgegeben wird. Daher wird die Produktion von Organismen von jedem nachfolgenden T. at. immer weniger als die Produktion der vorherigen T. at., im Durchschnitt 10 mal. Bezieht sich auf die Energiemenge, die von einem T. an übertragen wird. zu einem anderen, genannt Ökologie, Gemeinschaftseffizienz oder trophische Effizienz. Ketten. Verhältnis diff. Dass. (trophische Struktur) kann grafisch in Form einer ökologischen Pyramide dargestellt werden, deren Basis die erste Ebene (die Ebene der Produzenten) ist. Ökologisch Die Pyramide kann von drei Arten sein: 1) Zahlenpyramide - spiegelt die Anzahl der Abteilungen wider. Organismen auf allen Ebenen; 2) Pyramide der Biomasse – Gesamttrockengewicht, Energiegehalt oder ein anderes Maß für die Gesamtmenge an lebender Materie; 3) Energiepyramide - die Größe des Energieflusses. Die Basis in den Pyramiden von Zahlen und Biomasse kann kleiner sein als die nachfolgenden Ebenen (je nach Verhältnis der Größen von Erzeugern und Verbrauchern). Die Energiepyramide verengt sich immer nach oben. In terrestrischen Ökosystemen geht eine Abnahme der verfügbaren Energiemenge normalerweise mit einer Abnahme der Biomasse und der Anzahl der Individuen bei jedem T. y einher.

.(Quelle: "Biological Encyclopedic Dictionary." Chefredakteur M. S. Gilyarov; Redaktion: A. A. Babaev, G. G. Vinberg, G. A. Zavarzin und andere - 2. Aufl., korrigiert. - M .: Sov. Encyclopedia, 1986.)

Sehen Sie, was "TROPHIC LEVEL" in anderen Wörterbüchern ist:

Eine Gruppe von Organismen, die eine bestimmte Position in einer Nahrungskette einnehmen. Die Entfernung der Organismen von den Erzeugern ist gleich. Sie zeichnen sich durch eine bestimmte Form der Organisation und Nutzung von Energie aus. Organismen verschiedener Trophieketten, ... ... Ökologisches Lexikon

trophische Ebene- 1. Die Geschwindigkeit, mit der Energie in Form von Nahrung als Teil der Nahrungskette von einem Organismus auf einen anderen übertragen wird. 2. Der Verteilungsgrad der Nährstoffe im Reservoir, insbesondere in Bezug auf den Gehalt an Nitraten und Phosphaten im Wasser ... Geographisches Wörterbuch

TROPHISCHES NIVEAU Die Position, die ein Organismus in der NAHRUNGSKETTE einnimmt. Es wird normalerweise durch die Grenzen bestimmt, in denen Lebensmittel bereitgestellt werden. Die erste trophische Verbindung sind die Grünpflanzen der PRIMARY PRODUCERS, die die Photosynthese für ... ... Wissenschaftliches und technisches Lexikon

trophische Ebene- Eine Reihe von Organismen eines Ökosystems, vereint durch die Art der Lebensmittel Biotechnologiethemen EN trophische Ebene … Handbuch für technische Übersetzer

trophische Ebene- 3.23 Element der trophischen Ebene der funktionellen Klassifizierung von Organismen innerhalb einer Lebensgemeinschaft, basierend auf der verwendeten Nahrung.

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§ 8. Trophische Ebenen. Ökologische Pyramiden

Das Konzept der trophischen Ebenen. Trophische Ebene- Dies ist eine Gruppe von Organismen, die eine bestimmte Position in der gesamten Nahrungskette einnehmen. Zu Organismen, die ihre Energie von der Sonne über die gleiche Anzahl von Schritten erhalten, gehören zu einer trophischen Ebene.

Eine solche Abfolge und Unterordnung von Gruppen von Organismen, die in Form von Trophieebenen verbunden sind, ist ein Stoff- und Energiefluss in einem Ökosystem, die Grundlage seiner Organisation.

Trophische Struktur des Ökosystems. Durch die Abfolge von Energieumwandlungen in Nahrungsketten erwirbt jede Gemeinschaft lebender Organismen in einem Ökosystem ein gewisses Maß an Energie trophische Struktur. Die trophische Struktur der Gemeinschaft spiegelt das Verhältnis zwischen Erzeugern, Verbrauchern (getrennt nach erster, zweiter usw. Ordnung) und Zersetzern wider, ausgedrückt entweder durch die Anzahl der Individuen lebender Organismen oder Ph Biomasse bzw. die darin enthaltene Energie, berechnet pro Flächeneinheit pro Zeiteinheit.

Die trophische Struktur wird normalerweise als dargestellt Ökologische Pyramiden. Dieses grafische Modell wurde 1927 von dem amerikanischen Zoologen Charles Elton entwickelt. Die Basis der Pyramide ist die erste trophische Ebene - die Ebene der Produzenten, und die nächsten Ebenen der Pyramide werden von nachfolgenden Ebenen gebildet - Verbraucher verschiedener Ordnungen. Die Höhe aller Blöcke ist gleich, und die Länge ist proportional zur Anzahl, Biomasse oder Energie auf der entsprechenden Ebene. Es gibt drei Möglichkeiten, ökologische Pyramiden zu bauen.

1. Zahlenpyramide(Zahlen) spiegelt die Anzahl der einzelnen Organismen auf jeder Ebene wider. Um zum Beispiel einen Wolf zu füttern, braucht man mindestens ein paar Hasen, die er jagen kann; Um diese Hasen zu füttern, benötigen Sie eine ziemlich große Anzahl verschiedener Pflanzen. Manchmal können Zahlenpyramiden invertiert oder invertiert werden. Dies gilt für die Nahrungskette des Waldes, wenn Bäume als Produzenten und Insekten als Hauptkonsumenten dienen. In diesem Fall ist die Ebene der Primärverbraucher zahlenmäßig höher als die Ebene der Produzenten (eine große Anzahl von Insekten ernährt sich von einem Baum).

2. Pyramide der Biomasse- das Verhältnis der Massen von Organismen verschiedener trophischer Ebenen. Normalerweise ist in terrestrischen Biozönosen die Gesamtmasse der Produzenten größer als jedes nachfolgende Glied. Die Gesamtmasse der Verbraucher erster Ordnung wiederum ist größer als die der Verbraucher zweiter Ordnung, und so weiter. Wenn sich die Organismen in der Größe nicht zu sehr unterscheiden, zeigt die Grafik normalerweise eine Stufenpyramide mit einer sich verjüngenden Spitze. Für die Bildung von 1 kg Rindfleisch werden also 70-90 kg frisches Gras benötigt.

In aquatischen Ökosystemen ist es auch möglich, eine umgekehrte oder umgekehrte Biomassepyramide zu erhalten, wenn die Biomasse der Erzeuger geringer ist als die der Verbraucher und manchmal der Zersetzer. Beispielsweise kann im Ozean mit einer ziemlich hohen Produktivität von Phytoplankton seine Gesamtmasse zu einem bestimmten Zeitpunkt geringer sein als die der Verbraucher (Wale, große Fische, Weichtiere).

Zahlenpyramiden und Biomasse spiegeln sich wider statisch Systeme, d.h. charakterisieren die Anzahl oder Biomasse von Organismen in einem bestimmten Zeitraum. Sie liefern keine vollständigen Informationen über die trophische Struktur des Ökosystems, obwohl sie es ermöglichen, eine Reihe praktischer Probleme zu lösen, insbesondere solche im Zusammenhang mit der Aufrechterhaltung der Stabilität von Ökosystemen. Die Zahlenpyramide ermöglicht es beispielsweise, den zulässigen Wert für den Fang von Fischen oder das Abschießen von Tieren während der Jagdzeit ohne Folgen für ihre normale Fortpflanzung zu berechnen.

3. Energiepyramide spiegelt die Größe des Energieflusses wider, die Geschwindigkeit des Durchgangs der Nahrungsmasse durch die Nahrungskette. Die Struktur der Biozönose wird maßgeblich nicht von der Menge an fixierter Energie, sondern von der Geschwindigkeit der Nahrungsproduktion beeinflusst.

Es wurde festgestellt, dass die maximale Energiemenge, die auf die nächste Trophieebene übertragen wird, in einigen Fällen 30% der vorherigen betragen kann, und dies ist bestenfalls. In vielen Biozönosen, Nahrungsketten, kann der Wert der übertragenen Energie nur 1 % betragen.

1942 formulierte der amerikanische Ökologe R. Lindeman das Gesetz der Energiepyramide (das Gesetz der 10 Prozent), wonach im Durchschnitt etwa 10 % der Energie, die von der vorherigen Ebene der ökologischen Pyramide aufgenommen wird, von einer trophischen Ebene durch Nahrungsketten zu einer anderen trophischen Ebene gelangt. Der Rest der Energie geht in Form von Wärmestrahlung, Bewegung etc. verloren. Organismen verlieren durch Stoffwechselvorgänge in jedem Glied der Nahrungskette etwa 90 % der gesamten Energie, die für die Aufrechterhaltung ihrer lebenswichtigen Funktionen aufgewendet wird.

Wenn ein Hase 10 kg Pflanzenmaterial frisst, kann sein Eigengewicht um 1 kg zunehmen. Ein Fuchs oder Wolf, der 1 kg Hase frisst, erhöht seine Masse nur um 100 g. Bei Gehölzen ist dieser Anteil viel geringer, da Holz von Organismen schlecht aufgenommen wird. Bei Gräsern und Algen ist dieser Wert viel höher, da sie kein schwer verdauliches Gewebe haben. Die allgemeine Regelmäßigkeit des Energieübertragungsprozesses bleibt jedoch bestehen: Durch die oberen Trophieebenen fließt viel weniger Energie als durch die unteren.

Deshalb können Nahrungsketten in der Regel nicht mehr als 3-5 (selten 6) Glieder haben und ökologische Pyramiden nicht aus einer großen Anzahl von Stockwerken bestehen. Bis zum letzten Glied der Nahrungskette sowie bis zum obersten Stockwerk der ökologischen Pyramide wird es so wenig Energie geben, dass es nicht ausreichen wird, wenn die Anzahl der Organismen zunimmt.

Diese Aussage lässt sich erklären, indem man sich anschaut, wo die Energie der verzehrten Nahrung verbraucht wird (C). Ein Teil davon fließt in den Aufbau neuer Zellen, d.h. für Wachstum (P). Ein Teil der Nahrungsenergie wird für die Sicherstellung des Energiestoffwechsels 7 oder für die Atmung (i?) aufgewendet. Da die Verdaulichkeit von Lebensmitteln nicht vollständig sein kann, d.h. 100 %, dann wird ein Teil der unverdauten Nahrung in Form von Exkrementen aus dem Körper entfernt (F). Die Bilanz wird wie folgt aussehen:

C = R+R + F .

Wenn man bedenkt, dass die für die Atmung aufgewendete Energie nicht auf die nächste trophische Ebene übertragen wird und das Ökosystem verlässt, wird klar, warum jede nachfolgende Ebene immer niedriger sein wird als die vorherige.

Deshalb sind große Raubtiere immer seltener. Daher gibt es auch keine Raubtiere, die sich von Wölfen ernähren würden. In diesem Fall würden sie sich einfach nicht ernähren, da Wölfe nicht zahlreich sind.

Die trophische Struktur eines Ökosystems drückt sich in komplexen Nahrungsbeziehungen zwischen seinen konstituierenden Arten aus. Ökologische Zahlen-, Biomasse- und Energiepyramiden, dargestellt in Form von grafischen Modellen, drücken die quantitativen Verhältnisse von Organismen aus, die sich in ihrer Ernährung unterscheiden: Produzenten, Konsumenten und Zersetzer.

1. Definieren Sie eine Trophieebene. 2. Nennen Sie Beispiele für Organismen, die derselben Trophiestufe angehören. 3. Nach welchem ​​Prinzip werden ökologische Pyramiden gebaut? 4. Warum kann eine Nahrungskette nicht mehr als 3 - 5 Glieder umfassen?

Allgemeine Biologie: Ein Lehrbuch für die 11. Klasse einer 11-jährigen allgemeinbildenden Schule, für die Grund- und Oberstufe. N.D. Lisov, L.V. Kamlyuk, N.A. Lemeza und andere Ed. N.D. Lisova.- Minsk: Weißrussland, 2002.- 279 p.

Inhalt des Lehrbuchs Allgemeine Biologie: Lehrbuch für die 11. Klasse:

Kapitel 1. Arten - eine Existenzeinheit lebender Organismen

• § 2. Bevölkerung - eine strukturelle Einheit der Art. Bevölkerungsmerkmale

Kapitel 2. Beziehungen von Arten, Populationen mit der Umwelt. Ökosysteme

• § 6. Ökosystem. Beziehungen zwischen Organismen in einem Ökosystem. Biogeozänose, Struktur der Biogeozänose
• § 7. Die Bewegung von Materie und Energie in einem Ökosystem. Schaltungen und Stromnetze
• § 9. Stoffkreisläufe und Energieflüsse in Ökosystemen. Produktivität von Biozönosen

Kapitel 3

• § 13. Voraussetzungen für die Entstehung der Evolutionstheorie von Ch. Darwin
• § 14. Allgemeine Merkmale der Evolutionstheorie von Ch. Darwin

Kapitel 4

• § 18. Entwicklung der Evolutionstheorie in der Zeit nach Darwin. Synthetische Evolutionstheorie
• § 19. Bevölkerung - eine elementare Einheit der Evolution. Hintergrund der Evolution

Kapitel 5. Entstehung und Entwicklung des Lebens auf der Erde

• § 27. Entwicklung von Vorstellungen über den Ursprung des Lebens. Hypothesen zur Entstehung des Lebens auf der Erde
• § 32. Die Hauptstadien in der Evolution von Flora und Fauna
• § 33. Vielfalt der modernen organischen Welt. Prinzipien der Taxonomie

Kapitel 6

• § 35. Ideenbildung über den Ursprung des Menschen. Der Platz des Menschen im zoologischen System
• § 36. Stufen und Richtungen der menschlichen Entwickelung. menschliche Vorfahren. Die ältesten Menschen
• § 38. Biologische und soziale Faktoren der menschlichen Evolution. Qualitative Unterschiede einer Person

Die Prozesse der Nitrifikation und Denitrifikation wurden bis zum Beginn der intensiven Nutzung von Stickstoff-Mineraldünger durch den Menschen ausgeglichen, um große Erträge landwirtschaftlicher Pflanzen zu erzielen. Gegenwärtig wird aufgrund der Verwendung großer Mengen solcher Düngemittel die Anreicherung von stickstoffhaltigen Verbindungen in Boden, Pflanzen und Grundwasser beobachtet. Daher ist die Rolle lebender Organismen im Stickstoffkreislauf die wichtigste.

Der Stoffkreislauf ist die Grundlage für die Unendlichkeit des Lebens auf unserem Planeten. Alle lebenden Organismen nehmen daran teil und führen die Prozesse der Ernährung, Atmung, Ausscheidung und Fortpflanzung durch. Grundlage des biogenen Kreislaufs ist Sonnenenergie, die von phototrophen Organismen aufgenommen und von diesen in primäre organische Substanz umgewandelt wird, die den Verbrauchern zur Verfügung steht. Im Laufe der weiteren Umwandlung durch Verbraucher verschiedener Ordnungen wird die Energie von Lebensmitteln allmählich verschwendet, nimmt ab. Daher steht die Stabilität der Biosphäre in direktem Zusammenhang mit dem konstanten Zufluss von Sonnenenergie. In den biogeochemischen Kreisläufen von Kohlenstoff und Stickstoff spielen lebende Organismen die Hauptrolle, während die Grundlage des globalen Wasserkreislaufs in der Biosphäre durch physikalische Prozesse bereitgestellt wird.

IN UND. Vernadsky kam zu dem Schluss, dass das Leben notwendigerweise in verschiedenen Formen dargestellt werden muss, um seine Nachhaltigkeit zu gewährleisten. Wenn wir davon ausgehen, dass das Leben irgendwo im Ozean in Form nur einer biologischen Art entstanden ist, wird es nach einer Weile alles, was es braucht, aus der Umwelt extrahieren, die Abfälle seiner Aktivität ausscheiden und den gesamten Meeresboden bedecken mit seinen Überresten, und auf diesem wird das Leben aufhören: Es wird niemanden geben, der diese Überreste in Mineralien verwandelt. Deshalb ist Leben als stabiles planetarisches Phänomen nur möglich, wenn es unterschiedliche Qualitäten hat. Diese Heterogenität in der auf der Erde existierenden Biosphäre ist durch das Vorhandensein von drei Komponenten gekennzeichnet: Produzenten, Konsumenten und Zersetzer.

Die trophische Hierarchie der Biosphäre drückt sich in komplexen Nahrungsbeziehungen zwischen ihren konstituierenden Arten aus, es ist eine Reihe von Organismen, die durch die Art der Nahrung vereint sind. Die erste trophische Ebene (Produzenten) besetzen autotrophe Organismen (hauptsächlich Grünpflanzen), gefolgt von Heterotrophen: auf der zweiten Ebene pflanzenfressende Tiere (Konsumenten 1. Ordnung); Raubtiere, die sich von pflanzenfressenden Tieren ernähren - auf der dritten (Verbraucher der 2. Ordnung); sekundäre Raubtiere - auf der vierten (Verbraucher der 3. Ordnung). Saprotrophe Organismen (Reduzierer) können alle Ebenen besetzen, beginnend mit der zweiten. Organismen unterschiedlicher trophischer Ketten, die über eine gleiche Anzahl von Gliedern Nahrung erhalten, befinden sich auf derselben trophischen Ebene. Das Verhältnis verschiedener Trophäenstufen lässt sich grafisch als Pyramide darstellen.

Abb. 1. Biomassepyramide und trophische Ebenen im Ökosystem

Ökologische Zahlen-, Biomasse- und Energiepyramiden, dargestellt in Form von grafischen Modellen, drücken die quantitativen Verhältnisse von Organismen aus, die sich in ihrer Ernährung unterscheiden: Produzenten, Konsumenten und Zersetzer. Als Produzenten werden Organismen bezeichnet, die zur Photo- und Chemosynthese befähigt sind und das erste Glied in der Nahrungskette von Stoffen sind, die aus anorganischen organischen Stoffen entstehen. Produzenten sind fast alle Pflanzen.

Verbraucher sind Organismen, die Verbraucher organischer Stoffe in der Nahrungskette sind. Verbraucher ernähren sich von Pflanzen, Tieren oder sowohl Pflanzen als auch Tieren. Es gibt Verbraucher erster und zweiter Ordnung. Zu den Tieren erster Ordnung zählen alle pflanzenfressenden Tiere, die Tiere zweiter Ordnung sind Raubtiere. Als Zersetzer werden Organismen bezeichnet, die abgestorbene organische Stoffe (Leichen, Abfälle) zersetzen und in anorganische Stoffe umwandeln, die wieder aufgenommen werden können. Zu den Zersetzern gehören Bakterien und Pilze. In der Nahrungskette sind Zersetzer Verbraucher. Das Zusammenspiel von Erzeugern, Verbrauchern und Zersetzern sichert die Konstanz und Stabilität des biologischen Kreislaufs. Als Ergebnis dieses Kreislaufs beeinflussen verschiedene Lebensformen die Umwelt, organisieren ihre Chemie, verändern das Gelände und die mikroklimatischen Bedingungen. Die Zonen, in denen sich der biogene Kreislauf vollzieht, nennt man Ökosysteme oder, wie V.N. Sukachev, Biogeozänosen. Sie sind homogene Bereiche der Erdoberfläche mit festgelegten Zusammensetzungen von Lebewesen (Biozönosen) und inerten Bestandteilen (Böden, Oberflächenschichten der Atmosphäre, Sonnenenergie), die in Wechselwirkung stehen. Letzteres hängt mit dem Stoffwechsel und der Energie zusammen. Die Gesamtheit der auf der Erde vorhandenen Biogeozänosen, die den biogenen Stoffkreislauf durchführen, bildet die Biosphäre als Ganzes.

In allen Biogeozänosen bilden Produzenten, Konsumenten und Zersetzer eine Vielzahl von Gruppen. Dies ist eine Garantie dafür, dass, wenn einer der Arten etwas zustößt, andere Arten ihren Anteil am Einfluss auf die Biosphäre übernehmen und die Biogeozänose nicht zusammenbricht. Die Beziehung der Biogeozänosen gewährleistet die Stabilität der Lebensprozesse auf dem gesamten Planeten. Diese Garantie wird auch dadurch gewährleistet, dass es viele verschiedene Biogeozänosen gibt: Kommt es irgendwo auf der Erde zu einer Art Katastrophe (Vulkanausbruch, Absenkung der Erdkruste, Vordringen/Rückzug des Meeres, geologische Verschiebung, Abkühlung etc.), dann werden andere Biogeozänosen die Existenz des Lebens unterstützen und schließlich das Gleichgewicht wiederherstellen. Nachdem beispielsweise die Insel Krakatau 1883 durch einen Vulkanausbruch vollständig zerstört wurde, wurde das Leben auf der Insel ein halbes Jahrhundert später wiederhergestellt.

Die Biosphäre ist also ein System von Biogeozänosen. Jedes von ihnen ist ein unabhängiges biologisches System oder vielmehr ein Subsystem. Es gewährleistet die Aufrechterhaltung des biogenen Kreislaufs unter bestimmten geografischen Bedingungen. Jede Biogeozänose hat ihre eigene Gruppe von Arten, die miteinander assoziiert sind. Aber Beziehungen in Biogeozänosen werden nicht auf der Ebene der Arten aufgebaut (weil ihre Vertreter nicht nur in einer bestimmten Biogeozänose leben können) und nicht auf der Ebene der Individuen (weil sie hier hauptsächlich Nahrung und daher kurzlebig sind), sondern auf der Ebene von Artenpopulationen. Unter einer Population versteht man eine Ansammlung von Individuen der gleichen Art, die einen bestimmten Raum über lange Zeit bewohnen und sich über eine Vielzahl von Generationen fortpflanzen. Populationen passen sich während der gemeinsamen Evolution der Arten im Rahmen einer Biogeozänose aneinander an und streben danach, die entsprechenden Trophieketten nachhaltig zu erhalten.

Nahrungskette (trophisch) - eine Reihe von Arten von Pflanzen, Tieren, Pilzen und Mikroorganismen, die durch Beziehungen miteinander verwandt sind: Nahrung - Verbraucher. Organismen des nächsten Glieds fressen die Organismen des vorherigen Glieds, und so findet eine Kettenübertragung von Energie und Stoffen statt, die dem Stoffkreislauf in der Natur zugrunde liegt. Bei jeder Übertragung von Link zu Link geht ein großer Teil (bis zu 80-90%) der potenziellen Energie verloren und wird in Form von Wärme abgegeben. Aus diesem Grund ist die Anzahl der Glieder (Arten) in der Nahrungskette begrenzt und übersteigt in der Regel 4-5 nicht.

Durch die Abfolge von Energieumwandlungen in Nahrungsketten erhält jede Gemeinschaft lebender Organismen in einem Ökosystem eine bestimmte trophische Struktur. Die trophische Struktur der Gemeinschaft spiegelt das Verhältnis zwischen Erzeugern, Verbrauchern (getrennt nach erster, zweiter usw. Ordnung) und Zersetzern wider, ausgedrückt entweder durch die Anzahl der Individuen lebender Organismen oder Ph Biomasse bzw. die darin enthaltene Energie, berechnet pro Flächeneinheit pro Zeiteinheit.

Die trophische Struktur wird normalerweise als ökologische Pyramiden dargestellt. Dieses grafische Modell wurde 1927 von dem amerikanischen Zoologen Charles Elton entwickelt. Die Basis der Pyramide ist die erste trophische Ebene - die Ebene der Produzenten, und die nächsten Ebenen der Pyramide werden von nachfolgenden Ebenen gebildet - Verbraucher verschiedener Ordnungen. Die Höhe aller Blöcke ist gleich, und die Länge ist proportional zur Anzahl, Biomasse oder Energie auf der entsprechenden Ebene. Es gibt drei Möglichkeiten, ökologische Pyramiden zu bauen.

Die Energiepyramide spiegelt die Größe des Energieflusses wider, die Geschwindigkeit, mit der eine Masse von Lebensmitteln die Nahrungskette durchläuft. Die Struktur der Biozönose wird maßgeblich nicht von der Menge an fixierter Energie, sondern von der Geschwindigkeit der Nahrungsproduktion beeinflusst. Es wurde festgestellt, dass die maximale Energiemenge, die auf die nächste Trophieebene übertragen wird, in einigen Fällen 30% der vorherigen betragen kann, und dies ist bestenfalls. In vielen Biozönosen, Nahrungsketten, kann der Wert der übertragenen Energie nur 1 % betragen.

1942 formulierte der amerikanische Ökologe R. Lindeman das Gesetz der Energiepyramide (das Gesetz der 10 Prozent), wonach im Durchschnitt etwa 10 % der Energie, die von der vorherigen Ebene der ökologischen Pyramide aufgenommen wird, von einer trophischen Ebene durch Nahrungsketten zu einer anderen trophischen Ebene gelangt. Der Rest der Energie geht in Form von Wärmestrahlung, Bewegung etc. verloren. Organismen verlieren durch Stoffwechselvorgänge in jedem Glied der Nahrungskette etwa 90 % der gesamten Energie, die für die Aufrechterhaltung ihrer lebenswichtigen Funktionen aufgewendet wird.

Wenn ein Hase 10 kg Pflanzenmaterial frisst, kann sein Eigengewicht um 1 kg zunehmen. Ein Fuchs oder Wolf, der 1 kg Hase frisst, erhöht seine Masse nur um 100 g. Bei Gehölzen ist dieser Anteil viel geringer, da Holz von Organismen schlecht aufgenommen wird. Bei Gräsern und Algen ist dieser Wert viel höher, da sie kein schwer verdauliches Gewebe haben. Die allgemeine Regelmäßigkeit des Energieübertragungsprozesses bleibt jedoch bestehen: Durch die oberen Trophieebenen fließt viel weniger Energie als durch die unteren. Deshalb können Nahrungsketten in der Regel nicht mehr als 3-5 (selten 6) Glieder haben und ökologische Pyramiden nicht aus einer großen Anzahl von Stockwerken bestehen. Bis zum letzten Glied der Nahrungskette sowie bis zum obersten Stockwerk der ökologischen Pyramide wird es so wenig Energie geben, dass es nicht ausreichen wird, wenn die Anzahl der Organismen zunimmt.

Diese Aussage lässt sich erklären, indem man sich anschaut, wo die Energie der verzehrten Nahrung verbraucht wird (C). Ein Teil davon fließt in den Aufbau neuer Zellen, d.h. für Wachstum (P). Ein Teil der Nahrungsenergie wird für den Energiestoffwechsel oder die Atmung aufgewendet. Da die Verdaulichkeit der Nahrung nicht vollständig, d. h. zu 100 %, erfolgen kann, wird ein Teil der unverdauten Nahrung in Form von Exkrementen (F) aus dem Körper entfernt. Die Bilanz wird wie folgt aussehen:

C = P+R+F.

Wenn man bedenkt, dass die für die Atmung aufgewendete Energie nicht auf die nächste trophische Ebene übertragen wird und das Ökosystem verlässt, wird klar, warum jede nachfolgende Ebene immer niedriger sein wird als die vorherige. Deshalb sind große Raubtiere immer seltener. Daher gibt es auch keine Raubtiere, die sich von Wölfen ernähren würden. In diesem Fall würden sie sich einfach nicht ernähren, da Wölfe nicht zahlreich sind.

Die Pyramide der Biomasse ist das Verhältnis der Massen von Organismen verschiedener trophischer Ebenen. Normalerweise ist in terrestrischen Biozönosen die Gesamtmasse der Produzenten größer als jedes nachfolgende Glied. Die Gesamtmasse der Verbraucher erster Ordnung wiederum ist größer als die der Verbraucher zweiter Ordnung, und so weiter. Wenn sich die Organismen in der Größe nicht zu sehr unterscheiden, zeigt die Grafik normalerweise eine Stufenpyramide mit einer sich verjüngenden Spitze. Für die Bildung von 1 kg Rindfleisch werden also 70-90 kg frisches Gras benötigt.

In aquatischen Ökosystemen ist es auch möglich, eine umgekehrte oder umgekehrte Biomassepyramide zu erhalten, wenn die Biomasse der Erzeuger geringer ist als die der Verbraucher und manchmal der Zersetzer. Beispielsweise kann im Ozean mit einer ziemlich hohen Produktivität von Phytoplankton seine Gesamtmasse zu einem bestimmten Zeitpunkt geringer sein als die der Verbraucher (Wale, große Fische, Weichtiere).

Zahlenpyramiden und Biomasse spiegeln sich wider statisch Systeme, d.h. die Anzahl oder Biomasse von Organismen in einem bestimmten Zeitraum charakterisieren. Sie liefern keine vollständigen Informationen über die trophische Struktur des Ökosystems, obwohl sie es ermöglichen, eine Reihe praktischer Probleme zu lösen, insbesondere solche im Zusammenhang mit der Aufrechterhaltung der Stabilität von Ökosystemen. Die Zahlenpyramide ermöglicht es beispielsweise, den zulässigen Wert für den Fang von Fischen oder das Abschießen von Tieren während der Jagdzeit ohne Folgen für ihre normale Fortpflanzung zu berechnen.

Zahlenpyramide ( Zahlen) spiegelt die Anzahl der einzelnen Organismen auf jeder Ebene wider. Um zum Beispiel einen Wolf zu füttern, braucht man mindestens ein paar Hasen, die er jagen kann; Um diese Hasen zu füttern, benötigen Sie eine ziemlich große Anzahl verschiedener Pflanzen. Manchmal können Zahlenpyramiden invertiert oder invertiert werden. Dies gilt für die Nahrungskette des Waldes, wenn Bäume als Produzenten und Insekten als Hauptkonsumenten dienen. In diesem Fall ist die Ebene der Primärverbraucher zahlenmäßig höher als die Ebene der Produzenten (eine große Anzahl von Insekten ernährt sich von einem Baum).

Eine Art, die ein Konsument ist, kann nicht die gesamte Population ihrer potentiellen Opfer vollständig vernichten, sonst stirbt sie selbst. Das Fruchtbarkeitsniveau der Beute wiederum wird evolutionär unter Berücksichtigung der Tatsache gebildet, dass ein Teil der Bevölkerung von Raubtieren zerstört wird. Aber natürlich sind der Anzahl der Raubtiere selbst immer Grenzen gesetzt. Dadurch bleibt das System im Gleichgewicht.

Jede Population an sich ist auch ein stabiles biologisches System. Um dies zu gewährleisten, reproduziert er seine Art kontinuierlich in der Biogeozänose, in der er existiert. Die Gesetze der Selbstorganisation der Biosphäre sind so, dass Beziehungen zwischen den Individuen der Bevölkerung entstehen, die darauf abzielen, die Erfüllung dieser Funktion zu organisieren. Insbesondere unter günstigen Bedingungen für die Existenz einer Population beginnen sich deren Individuen intensiver zu vermehren. Dies führt zu einer Konkurrenz zwischen Individuen (aufgrund von Territorien, Weibchen usw.). Für die Population wird es vorteilhaft, dass einige der Individuen die Fortpflanzung einstellen und das Populationswachstum verlangsamt wird. Es ist klar, dass die Weigerung, Nachkommen zu zeugen, für ein Individuum abnormal ist, aber für eine Population ist es eine notwendige Reaktion auf ihre übermäßige Zahl. Ab einer bestimmten Dichte innerhalb der Nagetiergemeinschaft beginnen beispielsweise die internen Beziehungen zu eskalieren. Gleichzeitig beginnen sich aggressive Formen der Beziehung gegenüber kommunikativen zu durchsetzen, und es entsteht eine Stressatmosphäre. Letzteres führt zum Tod einzelner Personen oder zur Blockierung des Flusses von Sexualhormonen ins Blut bei einigen von ihnen.

Mit einer starken Verschlechterung der Lebensbedingungen (übermäßige Raubtiere haben sich gezüchtet, die klimatischen Bedingungen haben sich verschlechtert, es gibt wenig Nahrung usw.) beginnt die Population abzunehmen. Dann werden die natürlichen Mechanismen aktiviert, die die Fortpflanzung anregen. Aber die Population tendiert immer zum optimalen Niveau ihrer Größe, und folglich ist der Prozess der Selbstregulierung charakteristisch für jede Population. Die Biosphäre ist somit ein System, in dem Biogeozänosen als Subsystem agieren. Jede Biogeozänose wiederum ist ein eigenständiges System, in dem Populationen als Subsystem agieren. In ihnen sind Subsysteme einzelne Organismen. Jeder Organismus ist natürlich ein separates biologisches System. Letzteres ist die Grundeinheit des Stoffwechsels. Biogene Stoffkreisläufe im planetaren Maßstab sind nur möglich, weil alle Organismen sie kontinuierlich mit der Umwelt austragen. Mit dem Körper beginnt die Beziehungskette zwischen den Bestandteilen der lebenden Materie. Und diese Kette kann auf keiner Ebene unterbrochen werden, weil sie alle funktional miteinander verbunden sind. Das bedeutet, dass die Biosphäre als integrale Hierarchie diesem Muster unterliegt.