In Ökosystemen gibt es komplexe Ernährungsinteraktionen zwischen Autotrophen und Heterotrophen. Einige Organismen fressen andere und sorgen so für die Übertragung von Stoffen und Energie – die Grundlage für das Funktionieren des Ökosystems.

Innerhalb eines Ökosystems wird organisches Material von autotrophen Organismen wie Pflanzen erzeugt. Pflanzen werden von Tieren gefressen, die wiederum von anderen Tieren gefressen werden. Eine solche Abfolge wird als Nahrungskette bezeichnet (Abb. 1), und jedes Glied in der Nahrungskette wird als trophische Ebene bezeichnet.

Unterscheiden

Nahrungsketten auf der Weide(Fressketten) – Nahrungsketten, die mit autotrophen photosynthetischen oder chemosynthetischen Organismen beginnen (Abb. 2.). Nahrungsketten auf der Weide finden sich überwiegend in terrestrischen und marinen Ökosystemen.

Ein Beispiel ist die Nahrungskette im Grünland. Eine solche Kette beginnt mit der Gewinnung von Sonnenenergie durch eine Anlage. Ein Schmetterling, der sich vom Nektar einer Blume ernährt, ist das zweite Glied in dieser Kette. Libelle – ein räuberisches Fluginsekt – greift einen Schmetterling an. Ein Frosch, der sich im grünen Gras versteckt, fängt eine Libelle, dient aber selbst als Beute für ein Raubtier wie eine Schlange. Er hätte den ganzen Tag einen Frosch verdauen können, aber bevor die Sonne untergegangen war, wurde er selbst zur Beute eines anderen Raubtiers.

Die Nahrungskette, die von der Pflanze über den Schmetterling, die Libelle, den Frosch, die Ringelnatter bis zum Falken reicht, gibt die Bewegungsrichtung organischer Substanzen sowie die darin enthaltene Energie an.

In den Ozeanen und Meeren kommen autotrophe Organismen (einzellige Algen) nur bis zur Lichteindringtiefe (maximal 150-200 m) vor. Heterotrophe Organismen, die in tieferen Wasserschichten leben, steigen nachts an die Oberfläche, um sich von Algen zu ernähren, und gehen am Morgen wieder in die Tiefe, wobei sie tägliche vertikale Wanderungen von bis zu 500–1000 m Länge durchführen. Mit Beginn des Morgens wiederum Heterotrophe Organismen aus noch tieferen Schichten steigen nach oben, um sich von den aus den Oberflächenschichten herabsteigenden anderen Organismen zu ernähren.

So gibt es in den Tiefsee- und Ozeanen eine Art „Nahrungsleiter“, dank der die von autotrophen Organismen in den Oberflächenschichten des Wassers erzeugte organische Substanz entlang der Kette lebender Organismen bis zum Grund transportiert wird. In diesem Zusammenhang betrachten einige Meeresökologen die gesamte Wassersäule als eine einzige Biogeozänose. Andere glauben, dass die Umweltbedingungen in der Oberflächen- und Bodenschicht des Wassers so unterschiedlich sind, dass sie nicht als eine einzige Biogeozänose betrachtet werden können.

Schädliche Nahrungsnetze(Zersetzungsketten) – Nahrungsketten, die mit Detritus – abgestorbenen Pflanzenresten, Leichen und Tierkot (Abb. 2) beginnen.

Detritalketten sind am typischsten für Gemeinschaften von kontinentalen Gewässern, dem Boden tiefer Seen und Ozeane, wo sich viele Organismen von Detritus ernähren, der von toten Organismen aus den oberen beleuchteten Schichten eines Gewässers gebildet wird oder aus terrestrischen Ökosystemen in den Gewässer gelangt ist , zum Beispiel in Form von Laubstreu.

Die Ökosysteme am Meeres- und Ozeanboden, in die kein Sonnenlicht eindringt, existieren nur aufgrund der ständigen Ansiedlung toter Organismen, die in den Oberflächenschichten des Wassers leben. Die Gesamtmasse dieser Substanz im Weltmeer erreicht pro Jahr mindestens mehrere hundert Millionen Tonnen.

Detritalketten sind auch in Wäldern weit verbreitet, wo der größte Teil des jährlichen Anstiegs des Lebendgewichts von Pflanzen nicht direkt von pflanzenfressenden Tieren verzehrt wird, sondern abstirbt, Abfall bildet und dann von saprotrophen Organismen zersetzt wird, gefolgt von einer Mineralisierung durch Zersetzer. Von großer Bedeutung bei der Zersetzung abgestorbener Rückstände pflanzlichen Ursprungs, insbesondere Holz, haben Pilze.

Heterotrophe Organismen, die sich direkt von Detritus ernähren, werden Detritophagen genannt. In terrestrischen Ökosystemen gibt es viele Arten von Insekten, Würmern usw. Große Detritivfresser, zu denen einige Vogelarten (Geier, Krähen usw.) und Säugetiere (Hyänen usw.) gehören, werden als Aasfresser bezeichnet.

In aquatischen Ökosystemen sind die häufigsten Detritophagen Arthropoden – Wasserinsekten und ihre Larven sowie Krebstiere. Detritophagen können sich von anderen, größeren heterotrophen Organismen ernähren, die ihrerseits als Nahrung für Raubtiere dienen können.

Trophäenstufen

Typischerweise sind verschiedene trophische Ebenen in Ökosystemen nicht räumlich getrennt. Teilweise sind sie jedoch recht deutlich differenziert. Beispielsweise kommen in geothermischen Quellen bei Temperaturen über 40–45 °C häufig autotrophe Organismen vor – Blaualgen und autotrophe Bakterien, die spezifische Algen-Bakterien-Gemeinschaften („Matten“) bilden. Bei niedrigeren Temperaturen überleben sie nicht.

Andererseits kommen heterotrophe Organismen (Weichtiere, Larven von Wasserinsekten usw.) in geothermischen Quellen bei Temperaturen über 33–36 °C nicht vor, sie ernähren sich also von Mattenfragmenten, die von der Strömung in Zonen mit niedrigeren Temperaturen getragen werden.

Somit wird in solchen geothermischen Quellen deutlich zwischen einer autotrophen Zone, in der nur autotrophe Organismen verbreitet sind, und einer heterotrophen Zone, in der autotrophe Organismen fehlen und nur heterotrophe Organismen vorkommen, unterschieden.

Nahrungsnetze

In Ökosystemen gibt es beispielsweise trotz der Existenz mehrerer paralleler Nahrungsketten

krautige Vegetation -> Nagetiere -> kleine Fleischfresser
krautige Vegetation -> Huftiere -> große Fleischfresser,

welche die Bewohner des Bodens, der Grasbedeckung, der Baumschicht vereinen, es gibt andere Beziehungen. In den meisten Fällen kann derselbe Organismus als Nahrungsquelle für viele Organismen dienen und somit sein Bestandteil unterschiedliche Nahrungsketten und Beute für unterschiedliche Raubtiere. Daphnien können beispielsweise nicht nur von kleinen Fischen, sondern auch von räuberischen Krustentierzyklopen gefressen werden, und Plötze kann nicht nur von Hechten, sondern auch von Ottern gefressen werden.

Die trophische Struktur der Gemeinschaft spiegelt das Verhältnis zwischen Produzenten, Konsumenten (getrennt erster, zweiter usw. Ordnung) und Zersetzern wider, ausgedrückt entweder durch die Anzahl der Individuen lebender Organismen oder durch ihre Biomasse oder durch die darin enthaltene Energie sie, berechnet pro Flächeneinheit pro Zeiteinheit.

Die Energie der Sonne spielt eine große Rolle bei der Fortpflanzung des Lebens. Die Menge dieser Energie ist sehr hoch (ca. 55 kcal pro 1 cm2 pro Jahr). Von dieser Menge binden Produzenten – grüne Pflanzen – durch Photosynthese nicht mehr als 1-2 % der Energie, Wüsten und Ozeane – Hundertstel Prozent.

Die Anzahl der Glieder in der Nahrungskette kann unterschiedlich sein, normalerweise sind es jedoch 3-4 (selten 5). Tatsache ist, dass dem letzten Glied der Nahrungskette so wenig Energie zugeführt wird, dass diese nicht ausreichen wird, wenn die Zahl der Organismen zunimmt.

Reis. 1. Nahrungsketten im terrestrischen Ökosystem

Die Gesamtheit der Organismen, die durch eine Art von Nahrung vereint sind und eine bestimmte Position in der Nahrungskette einnehmen, wird als bezeichnet trophische Ebene. Organismen, die ihre Energie von der Sonne über die gleiche Anzahl von Schritten erhalten, gehören zur gleichen trophischen Ebene.

Die einfachste Nahrungskette (oder Nahrungskette) kann aus Phytoplankton bestehen, gefolgt von größeren pflanzenfressenden planktonischen Krebstieren (Zooplankton), und die Kette endet mit einem Wal (oder kleinen Raubtieren), der diese Krebstiere aus dem Wasser filtert.

Die Natur ist komplex. Alle seine Elemente, lebende und unbelebte, sind ein Ganzes, ein Komplex interagierender und miteinander verbundener Phänomene und aneinander angepasster Wesen. Dies sind Glieder derselben Kette. Und wenn mindestens ein solches Glied aus der Gesamtkette entfernt wird, können die Ergebnisse unerwartet sein.

Das Unterbrechen von Nahrungsketten kann besonders negative Auswirkungen auf Wälder haben, seien es Waldbiozönosen der gemäßigten Zone oder artenreiche Biozönosen des Tropenwaldes. Viele Arten von Bäumen, Sträuchern oder krautigen Pflanzen nutzen die Dienste eines bestimmten Bestäubers – Bienen, Wespen, Schmetterlinge oder Kolibris, die im Verbreitungsgebiet dieser Pflanzenart leben. Sobald der letzte blühende Baum oder die letzte krautige Pflanze stirbt, ist der Bestäuber gezwungen, diesen Lebensraum zu verlassen. Dadurch sterben Phytophagen (Pflanzenfresser), die sich von diesen Pflanzen oder Früchten des Baumes ernähren. Raubtiere, die Phytophagen jagen, bleiben ohne Nahrung, und dann werden sich die Veränderungen nach und nach auf den Rest der Nahrungskette auswirken. Dadurch wirken sie sich auch auf den Menschen aus, da er seinen eigenen spezifischen Platz in der Nahrungskette einnimmt.

Nahrungsketten können in zwei Haupttypen unterteilt werden: Beweidung und Detrital. Es werden Lebensmittelpreise genannt, die mit autotrophen photosynthetischen Organismen beginnen Weide, oder Essketten. An der Spitze der Weidekette stehen Grünpflanzen. Phytophagen finden sich meist auf der zweiten Ebene der Weidekette; Tiere, die Pflanzen fressen. Ein Beispiel für eine Nahrungskette auf der Weide ist die Beziehung zwischen Organismen auf einer Auenwiese. Eine solche Kette beginnt mit einer Wiesenblütenpflanze. Der nächste Link ist ein Schmetterling, der sich vom Nektar einer Blume ernährt. Dann kommt der Bewohner feuchter Lebensräume – der Frosch. Seine schützende Färbung ermöglicht es ihm, auf das Opfer zu lauern, rettet es jedoch nicht vor einem anderen Raubtier – der Ringelnatter. Nachdem der Reiher die Schlange gefangen hat, schließt er die Nahrungskette in der Auenwiese.

Beginnt die Nahrungskette mit abgestorbenen Pflanzenresten, Leichen und tierischen Exkrementen – Detritus nennt man das Detritus, oder Zersetzungskette. Der Begriff „Detritus“ bezeichnet ein Zerfallsprodukt. Es ist der Geologie entlehnt, wo die Produkte der Gesteinszerstörung als Detritus bezeichnet werden. In der Ökologie ist Detritus die organische Substanz, die am Zersetzungsprozess beteiligt ist. Solche Ketten sind charakteristisch für die Gemeinschaften am Boden tiefer Seen und Ozeane, wo sich viele Organismen von Ablagerungen ernähren, die von toten Organismen aus den oberen beleuchteten Schichten des Stausees gebildet werden.

In Waldbiozönosen beginnt die Detritalkette mit der Zersetzung abgestorbener organischer Substanz durch Saprophagentiere. Wirbellose Bodentiere (Arthropoden, Würmer) und Mikroorganismen sind am aktivsten am Abbau organischer Stoffe beteiligt. Es gibt auch große Saprophagen – Insekten, die das Substrat für Organismen vorbereiten, die Mineralisierungsprozesse durchführen (für Bakterien und Pilze).

Im Gegensatz zur Weidekette nimmt die Größe der Organismen bei der Bewegung entlang der Detritalkette nicht zu, sondern im Gegenteil ab. So können Totengräberinsekten auf der zweiten Ebene stehen. Die typischsten Vertreter der Detritalkette sind jedoch Pilze und Mikroorganismen, die sich von toten Stoffen ernähren und den Prozess der bioorganischen Zersetzung bis hin zu einfachsten mineralischen und organischen Stoffen abschließen, die dann in gelöster Form von den Wurzeln grüner Pflanzen verzehrt werden die Spitze der Weidekette, wodurch ein neuer Bewegungskreis der Materie beginnt.

In einigen Ökosystemen überwiegen Weideketten, in anderen Detritalketten. Beispielsweise wird ein Wald als ein von Schuttketten dominiertes Ökosystem betrachtet. Im Ökosystem der verrottenden Baumstümpfe gibt es überhaupt keine Weidekette. Gleichzeitig werden beispielsweise in den Ökosystemen der Meeresoberfläche fast alle Erzeuger des Phytoplanktons von Tieren verzehrt und ihre Leichen sinken zu Boden, d.h. Verlassen Sie das veröffentlichte Ökosystem. In diesen Ökosystemen dominieren Beweidung bzw. Weide-Nahrungsketten.

Allgemeine Regel bezüglich irgendwelcher die Nahrungskette, besagt: Auf jeder trophischen Ebene der Gemeinschaft wird der größte Teil der mit der Nahrung aufgenommenen Energie für die Erhaltung des Lebens aufgewendet, vernichtet und kann von anderen Organismen nicht mehr genutzt werden. Daher wird die auf jeder trophischen Ebene verzehrte Nahrung nicht vollständig assimiliert. Ein erheblicher Teil davon wird für den Stoffwechsel aufgewendet. Mit dem Übergang zu jedem weiteren Glied in der Nahrungskette nimmt die Gesamtmenge der nutzbaren Energie ab, die auf die nächsthöhere trophische Ebene übertragen wird.

Die Energieübertragung durch das gegenseitige Fressen lebender Organismen wird als Nahrungskette bezeichnet. Dies sind die spezifischen Beziehungen von Pflanzen, Pilzen, Tieren und Mikroorganismen, die den Stoffkreislauf in der Natur gewährleisten. Wird auch trophische Kette genannt.

Struktur

Alle Organismen ernähren sich, d.h. Energie erhalten, die Lebensprozesse ermöglicht. Das System der trophischen Kette besteht aus Gliedern. Ein Glied in der Nahrungskette ist eine Gruppe lebender Organismen, die mit der Nachbargruppe durch die Beziehung „Nahrung – Verbraucher“ verbunden sind. Einige Organismen sind Nahrung für andere Organismen, die wiederum auch Nahrung für eine dritte Gruppe von Organismen sind.
Es gibt drei Arten von Links:

• Produzenten - Autotrophe;
• Verbraucher - Heterotrophe;
• Zersetzer (Zerstörer) - Saprotrophe.

Reis. 1. Glieder der Nahrungskette.

Eine Kette umfasst alle drei Glieder. Es kann mehrere Verbraucher geben (Verbraucher erster, zweiter Ordnung usw.). Die Basis der Kette können Produzenten oder Zersetzer sein.

Zu den Produzenten zählen Pflanzen, die organische Stoffe mit Hilfe von Licht in organische Stoffe umwandeln, die beim Verzehr durch Pflanzen in den Körper eines Verbrauchers erster Ordnung gelangen. Das Hauptmerkmal des Verbrauchers ist Heterotrophie. Gleichzeitig können Verbraucher sowohl lebende als auch tote Organismen (Aas) verzehren.
Beispiele für Verbraucher:

• Pflanzenfresser - Hase, Kuh, Maus;
• räuberisch - Leopard, Eule, Walross;
• Aasfresser - Geier, Tasmanischer Teufel, Schakal.

Einige Verbraucher, darunter auch der Mensch, nehmen als Allesfresser eine Zwischenstellung ein. Solche Tiere können als Verbraucher erster, zweiter und sogar dritter Ordnung fungieren. Ein Bär ernährt sich beispielsweise von Beeren und kleinen Nagetieren; zugleich ist es Verbraucher erster und zweiter Ordnung.

Zu den Reduzierern gehören:

• Pilze;
• Bakterien;
• Protozoen;
• Würmer;
• Insektenlarven.

Reis. 2. Reduzierstücke.

Zersetzer ernähren sich von den Überresten lebender Organismen und deren Stoffwechselprodukten und geben anorganische Substanzen in den Boden zurück, die von den Produzenten verbraucht werden.

Arten

Es gibt zwei Arten von Nahrungsketten:

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• Weiden (Weidekette);
• Detrital (Zersetzungskette).

Weideketten sind charakteristisch für Wiesen, Felder, Meere und Stauseen. Den Anfang der Weidekette bilden autotrophe Organismen – photosynthetische Pflanzen.
Darüber hinaus sind die Glieder der Kette wie folgt angeordnet:

• Konsumenten erster Ordnung – pflanzenfressende Tiere;
• Konsumenten zweiter Ordnung – Raubtiere;
• Konsumenten dritter Ordnung – größere Raubtiere;
• Zersetzer.

In marinen und ozeanischen Ökosystemen sind die Weideketten länger als an Land. Sie können bis zu fünf Bestellungen von Verbrauchern umfassen. Die Grundlage mariner Ketten ist photosynthetisches Phytoplankton.
Die folgenden Links bilden mehrere Verbraucher:

• Zooplankton (Krebstiere);
• kleine Fische (Sprotten);
• großer Raubfisch (Hering);
• große Raubsäugetiere (Robben);
• Top-Raubtiere (Killerwale);
• Zersetzer.

Detritalketten sind typisch für Wälder und Savannen. Die Kette beginnt mit Zersetzern, die sich von organischen Überresten (Detritus) ernähren und Detriophagen genannt werden. Dazu gehören Mikroorganismen, Insekten, Würmer. Alle diese lebenden Organismen werden zur Nahrung für Raubtiere höherer Ordnung, zum Beispiel Vögel, Igel, Eidechsen.

Beispiele für zwei Arten von Nahrungsketten:

• Weide : Klee - Hase - Fuchs - Mikroorganismen;
• Detritus : Detritus – Fliegenlarven – Frosch – Schlange – Habicht – Mikroorganismen.

Reis. 3. Ein Beispiel für eine Nahrungskette.

An der Spitze der Nahrungskette steht immer ein Raubtier, das als Verbraucher der letzten Ordnung in seinem Verbreitungsgebiet fungiert. Die Anzahl der Top-Raubtiere wird nicht durch andere Raubtiere reguliert und hängt nur von äußeren Umweltfaktoren ab. Beispiele sind Killerwale, Warane und große Haie.

Was haben wir gelernt?

Wir haben herausgefunden, was Nahrungsketten in der Natur sind und wie sich die Glieder darin befinden. Alle lebenden Organismen auf der Erde sind durch Nahrungsketten miteinander verbunden, über die Energie übertragen wird. Autotrophe produzieren selbst Nährstoffe und sind Nahrung für Heterotrophe, die nach ihrem Absterben zum Nährboden für Saprotrophe werden. Zersetzer können auch zu Nahrungsmitteln für Verbraucher werden und einen Nährboden für Produzenten erzeugen, ohne die Nahrungskette zu unterbrechen.

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Die Energieübertragung in einem Ökosystem erfolgt durch das sogenannte Nahrungskette. Die Nahrungskette wiederum ist die Übertragung von Energie von ihrer ursprünglichen Quelle (normalerweise Autotrophen) durch eine Reihe von Organismen, indem einige von anderen gefressen werden. Nahrungsketten werden in zwei Typen unterteilt:

Waldkiefer => Blattläuse => Marienkäfer => Spinnen => Insektenfresser

Vögel => Greifvögel.

Gras => Pflanzenfressende Säugetiere => Flöhe => Flagellaten.

2) Detritale Nahrungskette. Es entsteht aus abgestorbener organischer Substanz (sog. Detritus), das entweder von kleinen, meist wirbellosen Tieren verzehrt oder von Bakterien oder Pilzen zersetzt wird. Als Organismen werden Organismen bezeichnet, die abgestorbene organische Stoffe verzehren Detritivoren, es zerlegen - Zerstörer.

Grasland- und Detrital-Nahrungsnetze existieren in Ökosystemen normalerweise nebeneinander, aber ein Nahrungsnetztyp dominiert fast immer den anderen. In einigen spezifischen Umgebungen (z. B. unter der Erde), in denen aufgrund des Lichtmangels die lebenswichtige Aktivität grüner Pflanzen unmöglich ist, existieren nur schädliche Nahrungsketten.

In Ökosystemen sind Nahrungsketten nicht isoliert voneinander, sondern eng miteinander verflochten. Sie bilden die sogenannten Nahrungsnetze. Denn jeder Erzeuger hat nicht einen, sondern mehrere Verbraucher, die wiederum über mehrere Nahrungsquellen verfügen können. Die Zusammenhänge innerhalb des Nahrungsnetzes werden im folgenden Diagramm deutlich dargestellt.

Nahrungsnetzdiagramm.

In Nahrungsketten, sog trophische Ebenen. Trophische Ebenen klassifizieren Organismen in der Nahrungskette nach ihrer Art von Aktivität oder Energiequelle. Pflanzen besetzen die erste trophische Ebene (die Ebene der Produzenten), Pflanzenfresser (Konsumenten erster Ordnung) gehören zur zweiten trophischen Ebene, Raubtiere, die Pflanzenfresser fressen, bilden die dritte trophische Ebene, sekundäre Raubtiere bilden die vierte usw. erste Bestellung.

Energiefluss in einem Ökosystem

Wie wir wissen, erfolgt die Energieübertragung in einem Ökosystem über Nahrungsketten. Aber nicht die gesamte Energie der vorherigen Trophäenstufe geht an die nächste. Als Beispiel kann die folgende Situation angegeben werden: Die Netto-Primärproduktion in einem Ökosystem (d. h. die von den Produzenten akkumulierte Energiemenge) beträgt 200 kcal/m^2, die Sekundärproduktivität (die von Verbrauchern akkumulierte Energie erster Ordnung). ) 20 kcal/m^2 oder 10 % der vorherigen trophischen Ebene beträgt, beträgt die Energie der nächsten Ebene 2 kcal/m ^ 2, was 20 % der Energie der vorherigen Ebene entspricht. Wie aus diesem Beispiel hervorgeht, gehen bei jedem Übergang auf eine höhere Ebene 80-90 % der Energie des vorherigen Glieds in der Nahrungskette verloren. Solche Verluste sind darauf zurückzuführen, dass ein erheblicher Teil der Energie beim Übergang von einer Stufe zur anderen nicht von Vertretern der nächsten trophischen Ebene aufgenommen oder in Wärme umgewandelt wird, die lebenden Organismen nicht zur Verfügung steht.

Universelles Modell des Energieflusses.

Der Energieeintrag und -ausstoß kann als Verwendung betrachtet werden Universelles Energieflussmodell. Es gilt für alle lebenden Komponenten eines Ökosystems: Pflanzen, Tiere, Mikroorganismen, Populationen oder trophische Gruppen. Solche miteinander verbundenen grafischen Modelle können Nahrungsketten (wenn die Energieflussdiagramme mehrerer trophischer Ebenen in Reihe geschaltet werden, entsteht ein Energieflussdiagramm in der Nahrungskette) oder die Bioenergetik im Allgemeinen widerspiegeln. Auf dem Diagramm ist die der Biomasse zugeführte Energie angegeben ICH. Ein Teil der einströmenden Energie wird jedoch nicht umgewandelt (in der Abbildung angegeben als). N.U.). Dies geschieht beispielsweise, wenn ein Teil des Lichts, das durch die Pflanzen dringt, von ihnen nicht absorbiert wird oder wenn ein Teil der Nahrung, die durch den Verdauungstrakt des Tieres gelangt, nicht von seinem Körper absorbiert wird. gelernt (bzw assimiliert) Energie (angezeigt durch A) wird für verschiedene Zwecke verwendet. Es wird für die Atmung aufgewendet (im Diagramm- R) d.h. um die lebenswichtige Aktivität der Biomasse aufrechtzuerhalten und organisches Material zu produzieren ( P). Produkte wiederum nehmen unterschiedliche Formen an. Sie wird in Energiekosten für das Wachstum von Biomasse ausgedrückt ( G), in verschiedenen Freisetzungen organischer Stoffe in die Umwelt ( E), in der Energiereserve des Körpers ( S) (Ein Beispiel für eine solche Reserve ist die Fettansammlung). Die gespeicherte Energie bildet die sogenannte Arbeitsschleife, da dieser Teil der Produktion zur künftigen Energiebereitstellung genutzt wird (zum Beispiel nutzt ein Raubtier seinen Energievorrat, um nach neuer Beute zu suchen). Der Rest der Produktion ist Biomasse ( B).

Das universelle Modell des Energieflusses kann auf zwei Arten interpretiert werden. Erstens kann es sich um eine Population einer Art handeln. In diesem Fall stellen die Energieflusskanäle und Verbindungen der betrachteten Art mit anderen Arten ein Diagramm der Nahrungskette dar. Eine andere Interpretation betrachtet das Energieflussmodell als Abbild eines bestimmten Energieniveaus. Dann repräsentieren das Biomasserechteck und die Energieflusskanäle alle Populationen, die von derselben Energiequelle versorgt werden.

Um die unterschiedlichen Ansätze zur Interpretation des universellen Energieflussmodells visuell zu veranschaulichen, können wir ein Beispiel mit einer Füchsepopulation betrachten. Ein Teil der Nahrung von Füchsen besteht aus Vegetation (Früchte usw.), während der andere Teil aus Pflanzenfressern besteht. Um den Aspekt der Intrapopulationsenergie (die erste Interpretation des Energiemodells) hervorzuheben, sollte die gesamte Füchsepopulation als ein einziges Rechteck dargestellt werden, wenn der Stoffwechsel verteilt werden soll ( Stoffwechsel- Stoffwechsel, Stoffwechselrate) der Fuchspopulation in zwei trophische Ebenen, d. h. um das Verhältnis der Rollen pflanzlicher und tierischer Nahrung im Stoffwechsel darzustellen, ist es notwendig, zwei oder mehr Rechtecke zu bilden.

Wenn man das universelle Modell des Energieflusses kennt, ist es möglich, das Verhältnis der Energieflusswerte an verschiedenen Punkten in der Nahrungskette zu bestimmen. In Prozent ausgedrückt werden diese Verhältnisse als bezeichnet Umwelteffizienz. Es gibt mehrere Gruppen ökologischer Effizienz. Die erste Gruppe von Energiebeziehungen: B/R Und P/R. Der Anteil der für die Atmung aufgewendeten Energie ist in Populationen großer Organismen groß. Bei Stress durch die äußere Umgebung R erhöht sich. Wert P von Bedeutung in aktiven Populationen kleiner Organismen (z. B. Algen) sowie in Systemen, die Energie von außen erhalten.

Die nächste Gruppe von Beziehungen: A/I Und P/A. Die erste davon heißt Effizienz der Assimilation(d. h. die Effizienz der Nutzung der empfangenen Energie), die zweite - Effizienz des Gewebewachstums. Die Assimilationseffizienz kann zwischen 10 und 50 % oder mehr variieren. Sie kann entweder einen kleinen Wert erreichen (bei der Aufnahme von Lichtenergie durch Pflanzen) oder große Werte annehmen (bei der Aufnahme von Nahrungsenergie durch Tiere). Normalerweise hängt die Effizienz der Assimilation bei Tieren von ihrer Nahrung ab. Bei pflanzenfressenden Tieren erreicht sie 80 % beim Verzehr von Samen, 60 % beim Verzehr junger Blätter, 30–40 % bei älteren Blättern und 10–20 % beim Verzehr von Holz. Bei Raubtieren beträgt die Effizienz der Assimilation 60–90 %, da tierische Nahrung vom Körper viel leichter verdaut werden kann als pflanzliche Nahrung.

Auch die Effizienz des Gewebewachstums variiert stark. Sie erreicht ihre höchsten Werte dann, wenn die Organismen klein sind und die Bedingungen ihres Lebensraums keinen großen Energieaufwand erfordern, um die für das Wachstum der Organismen optimale Temperatur aufrechtzuerhalten.

Die dritte Gruppe von Energiebeziehungen: P/B. Wenn wir P als die Produktionswachstumsrate betrachten, P/B ist das Verhältnis der Produktion zu einem bestimmten Zeitpunkt zur Biomasse. Wenn die Produktion für einen bestimmten Zeitraum berechnet wird, ist der Wert das Verhältnis P/B wird anhand der durchschnittlichen Biomasse über diesen Zeitraum ermittelt. In diesem Fall P/B ist eine dimensionslose Größe und gibt an, wie oft die Produktion mehr oder weniger als die Biomasse ist.

Es ist zu beachten, dass die Größe der im Ökosystem lebenden Organismen die Energieeigenschaften des Ökosystems beeinflusst. Es wurde ein Zusammenhang zwischen der Größe eines Organismus und seinem spezifischen Stoffwechsel (Stoffwechsel pro 1 g Biomasse) festgestellt. Je kleiner der Organismus ist, desto höher ist sein spezifischer Stoffwechsel und desto geringer ist folglich die Biomasse, die auf einem bestimmten trophischen Niveau des Ökosystems aufrechterhalten werden kann. Bei gleichem Energieaufwand bauen größere Organismen mehr Biomasse auf als kleinere. Beispielsweise wird bei gleichem Wert der verbrauchten Energie die von Bakterien angesammelte Biomasse viel geringer sein als die von großen Organismen (z. B. Säugetieren) angesammelte Biomasse. Bei der Betrachtung der Produktivität ergibt sich ein anderes Bild. Da es sich bei der Produktivität um die Wachstumsrate der Biomasse handelt, ist sie bei Kleintieren höher, da diese eine höhere Reproduktionsrate und Biomasseerneuerung aufweisen.

Aufgrund des Energieverlusts innerhalb der Nahrungsketten und der Abhängigkeit des Stoffwechsels von der Größe der Individuen erhält jede biologische Gemeinschaft eine bestimmte trophische Struktur, die als Merkmal eines Ökosystems dienen kann. Die trophische Struktur wird entweder durch die stehende Ernte oder durch die Energiemenge charakterisiert, die pro Flächeneinheit und Zeiteinheit von jeder aufeinanderfolgenden trophischen Ebene festgelegt wird. Die trophische Struktur lässt sich grafisch in Form von Pyramiden darstellen, deren Grundlage die erste trophische Ebene (die Ebene der Produzenten) ist und nachfolgende trophische Ebenen die „Böden“ der Pyramide bilden. Es gibt drei Arten von ökologischen Pyramiden.

1) Die Häufigkeitspyramide (im Diagramm durch die Zahl 1 gekennzeichnet) Sie zeigt die Anzahl der einzelnen Organismen auf jeder trophischen Ebene an. Die Anzahl der Individuen auf unterschiedlichen trophischen Ebenen hängt von zwei Hauptfaktoren ab. Der erste davon ist ein höherer spezifischer Stoffwechsel bei kleinen Tieren im Vergleich zu großen Tieren, was ihnen eine zahlenmäßige Überlegenheit gegenüber großen Arten und höhere Reproduktionsraten ermöglicht. Ein weiterer der oben genannten Faktoren ist die Existenz von Ober- und Untergrenzen für die Größe ihrer Beute bei Raubtieren. Wenn die Beute viel größer ist als das Raubtier, kann er sie nicht überwinden. Kleinere Beutetiere können den Energiebedarf eines Raubtiers nicht decken. Daher gibt es für jede Raubtierart eine optimale Opfergröße. Es gibt jedoch Ausnahmen von dieser Regel (z. B. töten Schlangen Tiere, die größer sind als sie, mit Hilfe von Gift). Zahlenpyramiden können „nach unten gerichtet“ gedreht werden, wenn die Produzenten viel größer sind als die Primärkonsumenten (z. B. ein Waldökosystem, in dem die Produzenten Bäume und die Primärkonsumenten Insekten sind).

2) Biomassepyramide (im Diagramm - 2). Es kann verwendet werden, um das Verhältnis der Biomasse auf jeder trophischen Ebene visuell darzustellen. Es kann direkt sein, wenn die Größe und Lebensdauer der Produzenten relativ große Werte erreichen (Land- und Flachwasserökosysteme), und umgekehrt, wenn die Produzenten klein sind und einen kurzen Lebenszyklus haben (offene und tiefe Gewässer). ).

3) Energiepyramide (im Diagramm - 3). Spiegelt die Menge an Energiefluss und Produktivität auf jeder trophischen Ebene wider. Im Gegensatz zu den Pyramiden des Überflusses und der Biomasse kann die Energiepyramide nicht umgekehrt werden, da der Übergang der Nahrungsenergie zu höheren trophischen Ebenen mit großen Energieverlusten erfolgt. Folglich kann die Gesamtenergie jeder vorherigen trophischen Ebene nicht höher sein als die Energie der nächsten. Die obige Argumentation basiert auf der Verwendung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik, weshalb die Energiepyramide in einem Ökosystem als klare Veranschaulichung dafür dient.

Von allen oben genannten trophischen Merkmalen eines Ökosystems liefert nur die Energiepyramide das vollständigste Bild der Organisation biologischer Gemeinschaften. In der Bevölkerungspyramide wird die Rolle kleiner Organismen stark überschätzt und in der Biomassepyramide wird die Bedeutung großer Organismen überschätzt. In diesem Fall sind diese Kriterien nicht geeignet, die funktionelle Rolle von Populationen zu vergleichen, die sich stark im Wert des Verhältnisses von Stoffwechselintensität zur Größe der Individuen unterscheiden. Aus diesem Grund ist der Energiefluss das am besten geeignete Kriterium, um einzelne Komponenten eines Ökosystems miteinander zu vergleichen, aber auch um zwei Ökosysteme miteinander zu vergleichen.

Die Kenntnis der Grundgesetze der Energieumwandlung in einem Ökosystem trägt zu einem besseren Verständnis der Prozesse der Ökosystemfunktion bei. Dies ist besonders wichtig, da menschliche Eingriffe in seine natürliche „Arbeit“ zum Tod des Ökosystems führen können. In diesem Zusammenhang muss er in der Lage sein, die Ergebnisse seiner Aktivitäten im Voraus vorherzusagen, und die Idee der Energieflüsse im Ökosystem kann eine größere Genauigkeit dieser Vorhersagen ermöglichen.

Der Stoffkreislauf in der Natur und der Nahrungskette

Alle lebenden Organismen sind aktive Teilnehmer am Stoffkreislauf auf dem Planeten. Mit Sauerstoff, Kohlendioxid, Wasser, Mineralsalzen und anderen Substanzen ernähren sich lebende Organismen, atmen, scheiden Aktivitätsprodukte aus und vermehren sich. Nach ihrem Tod zerfallen ihre Körper in einfachste Stoffe und kehren wieder in die äußere Umgebung zurück.

Die Übertragung chemischer Elemente von lebenden Organismen in die Umwelt und zurück hört keine Sekunde auf. Pflanzen (autotrophe Organismen) nehmen also Kohlendioxid, Wasser und Mineralsalze aus der äußeren Umgebung auf. Dabei erzeugen sie organisches Material und setzen Sauerstoff frei. Tiere (heterotrophe Organismen) hingegen atmen den von Pflanzen freigesetzten Sauerstoff ein und fressen Pflanzen, nehmen organische Substanzen auf und setzen Kohlendioxid und Nahrungsreste frei. Pilze und Bakterien nutzen die Überreste lebender Organismen als Nahrung und wandeln organische Substanzen in Mineralien um, die sich im Boden und im Wasser anreichern. Und Mineralien werden wieder von Pflanzen aufgenommen. In der Natur findet also ein ständiger und endloser Stoffkreislauf statt und die Kontinuität des Lebens bleibt erhalten.

Der Kreislauf der Materie und alle damit verbundenen Transformationen erfordern eine ständige Energieversorgung. Die Quelle dieser Energie ist die Sonne.

Auf der Erde nehmen Pflanzen durch Photosynthese Kohlenstoff aus der Atmosphäre auf. Tiere fressen Pflanzen und geben Kohlenstoff in der Nahrungskette weiter, worüber wir gleich sprechen werden. Wenn Pflanzen und Tiere sterben, übertragen sie Kohlenstoff zurück auf die Erde.

An der Meeresoberfläche löst sich Kohlendioxid aus der Atmosphäre im Wasser. Phytoplankton absorbiert es zur Photosynthese. Tiere, die Plankton fressen, atmen Kohlenstoff in die Atmosphäre aus und geben ihn so über die Nahrungskette weiter. Nach dem Absterben des Phytoplanktons kann es in Oberflächengewässern verarbeitet werden oder sich auf dem Meeresboden absetzen. Dieser Prozess hat den Meeresboden über Millionen von Jahren zu einem reichhaltigen Kohlenstoffreservoir auf dem Planeten gemacht. Kalte Strömungen befördern Kohlenstoff an die Oberfläche. Wenn Wasser erhitzt wird, wird es als Gas freigesetzt und gelangt in die Atmosphäre, wodurch der Kreislauf fortgesetzt wird.

Wasser bildet ständig einen Kreislauf zwischen Meeren, Atmosphäre und Land. Unter der Sonneneinstrahlung verdunstet es und steigt in die Luft. Dort sammeln sich Wassertropfen zu Wolken und Wölkchen. Sie fallen als Regen, Schnee oder Hagel auf den Boden und verwandeln sich wieder in Wasser. Wasser versickert im Boden und gelangt zurück in die Meere, Flüsse und Seen. Und alles beginnt von vorne. So funktioniert der Wasserkreislauf in der Natur.

Der größte Teil des Wassers verdunstet aus den Ozeanen. Das darin enthaltene Wasser ist salzig, und das Wasser, das an der Oberfläche verdunstet, ist frisch. Somit ist der Ozean die globale „Fabrik“ für Süßwasser, ohne die Leben auf der Erde unmöglich ist.

DREI STAATEN DER MATERIE. Es gibt drei Aggregatzustände der Materie: fest, flüssig und gasförmig. Sie sind abhängig von Temperatur und Druck. Im Alltag können wir Wasser in allen drei dieser Zustände beobachten. Feuchtigkeit verdunstet und geht vom flüssigen Zustand in den gasförmigen Zustand, also Wasserdampf, über. Es kondensiert und wird flüssig. Bei Minustemperaturen gefriert Wasser und geht in einen festen Zustand – Eis – über.

Der Kreislauf komplexer Stoffe in der Tierwelt umfasst Nahrungsketten. Dabei handelt es sich um eine lineare, geschlossene Abfolge, in der sich jedes Lebewesen von jemandem oder etwas ernährt und selbst als Nahrung für einen anderen Organismus dient. Innerhalb der Nahrungskette der Weide wird organisches Material von autotrophen Organismen wie Pflanzen erzeugt. Pflanzen werden von Tieren gefressen, die wiederum von anderen Tieren gefressen werden. Zersetzerpilze zersetzen organische Überreste und dienen als Anfang der detritalen trophischen Kette.

Jedes Glied in der Nahrungskette wird als trophische Ebene bezeichnet (vom griechischen Wort „trophos“ – „Ernährung“).
1. Produzenten oder Hersteller stellen organische Stoffe aus anorganischen her. Zu den Produzenten zählen Pflanzen und einige Bakterien.
2. Verbraucher oder Konsumenten konsumieren fertige Bio-Substanzen. Verbraucher erster Ordnung ernähren sich von Produzenten. Verbraucher 2. Ordnung ernähren sich von Verbrauchern 1. Ordnung. Verbraucher 3. Ordnung ernähren sich von Verbrauchern 2. Ordnung usw.
3. Reduzierer oder Zerstörer zerstören, das heißt, sie mineralisieren organische Stoffe zu anorganischen. Zu den Zersetzern zählen Bakterien und Pilze.

Zerstörende Nahrungsketten. Es gibt zwei Haupttypen von Nahrungsketten: Beweidung (Weideketten) und Detrital (Verrottungsketten). Die Grundlage der Nahrungskette auf der Weide bilden autotrophe Organismen, die von Tieren gefressen werden. Und in detritalen trophischen Ketten werden die meisten Pflanzen nicht von Pflanzenfressern gefressen, sondern sterben ab und werden dann von saprotrophen Organismen (z. B. Regenwürmern) zersetzt und mineralisiert. Somit beginnen detritale trophische Ketten beim Detritus und gehen dann zu Detritivoren und ihren Konsumenten – Raubtieren. An Land überwiegen solche Ketten.

Was ist eine Umweltpyramide?? Eine ökologische Pyramide ist eine grafische Darstellung des Verhältnisses verschiedener trophischer Ebenen in einer Nahrungskette. Die Nahrungskette darf nicht mehr als 5-6 Glieder enthalten, da beim Übergang zum nächsten Glied 90 % der Energie verloren gehen. Die Grundregel der ökologischen Pyramide basiert auf 10 %. Um beispielsweise 1 kg Masse zu bilden, muss ein Delfin etwa 10 kg Fisch fressen, und dieser wiederum muss 100 kg Nahrung fressen – Wasserwirbeltiere, die, um eine solche Masse zu bilden, Ich muss 1000 kg Algen und Bakterien essen. Stellt man diese Größen in einem geeigneten Maßstab in der Reihenfolge ihrer Abhängigkeit dar, so entsteht tatsächlich eine Art Pyramide.

LEBENSMITTELNETZE. Oft ist die Interaktion zwischen lebenden Organismen in der Natur komplexer und optisch wie ein Netzwerk. Organismen, insbesondere Raubtiere, können sich von einer Vielzahl von Lebewesen und aus unterschiedlichen Nahrungsketten ernähren. Somit verflechten sich Nahrungsketten zu Nahrungsnetzen.