BERBEDA KUALITAS BENTUK KEHIDUPAN DAN SIKLUS BIOGENIK

Keberadaan kehidupan yang berkelanjutan hanya dimungkinkan dengan keragaman, keragaman bentuknya, kekhasan metabolisme, yang dipastikan dengan penggunaan produk metabolisme yang dilepaskan ke lingkungan secara konsisten, membentuk siklus biogenik.

Dalam bentuknya yang paling sederhana, seperangkat kualitas bentuk kehidupan yang saling melengkapi diwakili oleh: produsen, konsumen, pengurai, aktivitas bersama, yang dipastikan dengan ekstraksi zat dari lingkungan eksternal, transformasi mereka di berbagai tingkat rantai trofik dan mineralisasi zat organik menjadi komponen yang tersedia untuk penyertaan berikutnya dalam siklus.

Produser- Ini adalah organisme hidup yang mampu mensintesis bahan organik dari komponen anorganik menggunakan sumber energi eksternal. Menurut sifat sumber energi untuk sintesis zat organik, semua produsen dibagi menjadi: fotoautotrof dan kemoautotrof.

Konsumen - makhluk hidup yang tidak dapat membangun tubuhnya atas dasar penggunaan zat anorganik yang memerlukan asupan bahan organik dari luar, sebagai bagian dari makanan. Organisme yang mengonsumsi zat organik di sepanjang aliran zat dalam siklus, mereka menempati tingkat konsumen yang terikat dengan organisme autotrofik (konsumen orde 1) atau dengan heterotrof lain yang mereka makan (konsumen orde 2).

MATAHARI
		KONSUMSI PESANAN 1
PRODUSEN				KONSUMSI PESANAN
		REDUCER
MINERAL

Skema sederhana untuk transfer materi dan energi dalam proses sirkulasi biogenik (Nikonorov et al.)

Nilai konsumen dalam peredaran zat:

1. Dalam proses metabolisme, heterotrof menguraikan zat organik yang diperoleh dalam komposisi makanan. Transformasi zat yang terutama direduksi oleh autotrof dalam organisme konsumen mengarah pada peningkatan keanekaragaman makhluk hidup, dan ini adalah kondisi yang diperlukan untuk stabilitas ekosistem apa pun (prinsip Ashbin tentang gangguan eksternal dan internal).

2. Hewan, yang merupakan bagian terbesar dari organisme konsumen, bergerak, mampu bergerak aktif di ruang angkasa. Dengan cara ini, mereka berkontribusi pada migrasi materi hidup, penyebarannya di permukaan planet, yang merangsang penyelesaian spasial kehidupan dan berfungsi sebagai semacam mekanisme jaminan jika terjadi penghancuran kehidupan di satu tempat.

3. Pentingnya peran konsumen, khususnya hewan, sebagai pengatur intensitas aliran materi dan energi.

Pereduksi - organisme pengurai zat, mineralisasi parsial bahan organik terjadi pada semua hewan, sehingga dalam proses respirasi CO2 dilepaskan, H2O, garam mineral, amonia diekskresikan.

Pengurai sejati, yang menyelesaikan siklus penghancuran zat organik, dapat dianggap hanya organisme yang membawa ke lingkungan eksternal hanya zat anorganik yang siap untuk terlibat dalam siklus baru. Kategori pengurai mencakup banyak jenis bakteri dan jamur. Berdasarkan sifat metabolismenya, ini adalah organisme pereduksi (bakteri denitrifikasi N, mereduksi nitrogen ke keadaan unsurnya).

TINGKAT TROPHIC DAN KARAKTERISTIKNYA

Semua organisme yang melakukan fungsi trofik dalam suatu ekosistem membentuk tingkat trofik:

1. Tingkat trofi membentuk organisme autotrof. Mereka menciptakan tingkat produksi primer dan merupakan produsen primer. Merekalah yang memanfaatkan energi luar matahari, menciptakan massa bahan organik (biomassa), merupakan dasar bagi keberadaan kehidupan pada umumnya dan biocenosis pada khususnya.

Organisme hidup lahir, tumbuh, berkembang, selama proses ini biomassa mereka berubah. Biomassa dinyatakan dalam satuan energi atau massa bukan satuan luas (N: J/m, atau t/m). Dalam komunitas, bagian utama biomassa dicatat oleh tanaman (produksi utama adalah autotrof).

Jumlah produksi yang dibuat oleh autotrof disebut produk utama, sedangkan jumlah total biomassa disebut keluaran kotor, dan peningkatan biomassa - produk bersih.

Sebagian energi digunakan untuk mempertahankan kehidupan dan respirasi tanaman itu sendiri - ini adalah 40-70% dari output kotor. Perbedaan antara output kotor dan respirasi adalah output bersih.

Produksi bersih - adalah laju pertumbuhan biomassa yang tersedia untuk dikonsumsi oleh organisme heterotrof.

Laju pembentukan produksi primer disebut produktivitas biologis ekosistem. Ini dinyatakan dalam satuan energi atau materi per area per hari.

Hewan, jamur, bakteri mendapatkan energi dengan memakan tumbuhan (autotrof) atau organisme lain yang juga memakan tumbuhan dan bersifat heterotrof berdasarkan sifat nutrisinya. Mereka dirujuk ke produsen sekunder.

Jumlah biomassa yang dibuat oleh produsen sekunder disebut produk sekunder. Grup ini bersatu ke tingkat trofik kedua yang diwakili oleh konsumen. Mereka disebut transformator heterotrofik.

Konsumen mengeluarkan berbagai zat bioaktif yang merangsang atau menghambat organisme lain. Kelompok ini memiliki beberapa tingkatan:

n Konsumen urutan pertama

n Konsumen urutan kedua

n dan lain-lain.

Kelompok organisme ketiga terbentuk dalam ekosistem biocenosis yang berfungsi - pengurai.

Ada kelompok konsumen organisme mati berikut:

1. Nekrofag(kelompok hewan);

2. koprofag(kotoran);

3. Saprofag(sisa tanaman mati);

4. Detritivora(konsumen bahan organik bobrok).

Secara umum pengurai dapat dibedakan menjadi fitofag, zoofag, mixofag (campuran). Kontribusi masing-masing kelompok terhadap fungsi ekosistem tidak seimbang.

N: untuk sirkulasi lengkap materi dalam reservoir, komposisi spesies produsen dan pengurai tidak terlalu penting, tetapi untuk organisme komersial itu menentukan.

Organisme dari kelompok yang berbeda bereaksi secara berbeda terhadap dampak antropogenik.

JENIS HUBUNGAN

Jenis-jenis hubungan antara populasi berikut dibedakan:

n netralisme di mana asosiasi dua populasi tidak mempengaruhi salah satu dari mereka;

n penindasan kompetitif timbal balik, di mana kedua populasi secara aktif saling menekan;

n persaingan sumber daya di mana setiap populasi secara merugikan mempengaruhi orang lain dalam perjuangan untuk sumber daya pangan dalam kondisi kelangkaan mereka;

n amensalisme, di mana satu populasi menekan yang lain, tetapi tidak dengan sendirinya mengalami dampak negatif;

n predasi- satu populasi mempengaruhi yang lain sebagai akibat dari serangan langsung, tetapi tetap bergantung pada yang lain;

n komensalisme- satu populasi diuntungkan dari asosiasi, untuk yang lain asosiasi ini acuh tak acuh;

n kerjasama awal - kedua populasi mengambil keuntungan dari asosiasi, tetapi hubungan mereka tidak wajib (tidak wajib);

n mutualisme - hubungan populasi menguntungkan bagi pertumbuhan dan kelangsungan hidup keduanya.

Y. Odum menekankan 2 prinsip penting:

1. Dalam perjalanan evolusi dan perkembangan ekosistem, ada kecenderungan untuk mengurangi peran interaksi negatif dengan mengorbankan interaksi positif yang meningkatkan kelangsungan hidup spesies yang berinteraksi.

Dalam kerangka biosfer sebagai suatu kesatuan, hal ini tidak terjadi, karena bahaya dan penanggulangannya berkontribusi pada evolusi.

Di alam, tidak ada yang berbahaya bagi spesies, karena apa yang berbahaya bagi individu dan populasi bermanfaat bagi spesies dari evolusi. Konsep ko-evolusi menjelaskan dengan baik evolusi dalam sistem "predator-mangsa" - peningkatan konstan dari kedua komponen ekosistem.

Kondisi untuk mengurangi dampak negatif adalah stabilitas ekosistem dan fakta bahwa struktur spasialnya memberikan kemungkinan adaptasi timbal balik dari populasi. Hubungan negatif dan positif antar populasi dalam suatu ekosistem yang mencapai keadaan stabil pada akhirnya akan saling menyeimbangkan.

TINGKAT TROFIS, sekumpulan organisme yang disatukan oleh jenis makanan. Gagasan tingkat trofik memungkinkan kita untuk memahami dinamika aliran energi dan struktur trofik yang menentukannya.

Organisme autotrofik (terutama tumbuhan hijau) menempati tingkat trofik pertama (produsen), herbivora - yang kedua (konsumen tingkat pertama), predator yang memakan herbivora - yang ketiga (konsumen tingkat kedua), predator sekunder - yang keempat (ketiga- memesan konsumen). Organisme dari rantai trofik yang berbeda, tetapi menerima makanan melalui jumlah mata rantai yang sama dalam rantai trofik, berada pada tingkat trofik yang sama. Jadi, sapi yang memakan daun alfalfa dan kumbang kumbang dari genus Siton adalah konsumen urutan pertama. Hubungan aktual antara tingkat trofik dalam suatu komunitas sangat kompleks. Populasi dari spesies yang sama, berpartisipasi dalam rantai trofik yang berbeda, dapat berada pada level trofik yang berbeda, tergantung pada sumber energi yang digunakan. Pada setiap tingkat trofik, makanan yang dikonsumsi tidak sepenuhnya berasimilasi, karena sebagian besar dihabiskan untuk metabolisme. Oleh karena itu, produksi organisme dari setiap tingkat trofik berikutnya selalu lebih sedikit daripada produksi tingkat trofik sebelumnya, rata-rata 10 kali lipat. Jumlah relatif energi yang dipindahkan dari satu tingkat trofik ke tingkat trofik lainnya disebut efisiensi ekologi komunitas atau efisiensi rantai makanan.

Rasio tingkat trofik yang berbeda (struktur trofik) dapat direpresentasikan secara grafis sebagai: piramida ekologi, yang dasarnya adalah tingkat pertama (tingkat produsen).

piramida ekologi dapat dari tiga jenis:
1) piramida angka - mencerminkan jumlah organisme individu di setiap tingkat;
2) piramida biomassa - berat kering total, kandungan energi atau ukuran lain dari jumlah total materi hidup;
3) piramida energi - besarnya aliran energi.

Basis dalam piramida jumlah dan biomassa mungkin lebih kecil dari tingkat berikutnya (tergantung pada rasio ukuran produsen dan konsumen). Piramida energi selalu menyempit ke atas. Pada ekosistem terestrial, penurunan jumlah energi yang tersedia biasanya disertai dengan penurunan biomassa dan kelimpahan individu pada setiap tingkat trofik.

Piramida angka (1) menunjukkan bahwa jika anak laki-laki itu hanya makan daging sapi muda selama satu tahun, maka untuk ini ia membutuhkan 4,5 anak sapi, dan untuk memberi makan anak sapi itu, perlu menabur ladang di 4 hektar tanaman alfalfa (2x10 (7)). Dalam piramida biomassa (2) jumlah individu diganti dengan nilai biomassa. Dalam piramida energi (3) energi surya termasuk Lucerne menggunakan 0,24% energi matahari. Untuk akumulasi produk oleh anak sapi sepanjang tahun, 8% dari energi yang dikumpulkan oleh alfalfa digunakan. Sepanjang tahun, 0,7% dari energi yang dikumpulkan oleh anak sapi digunakan untuk perkembangan dan pertumbuhan seorang anak.Akibatnya, lebih dari sepersejuta energi matahari yang jatuh di lahan seluas 4 hektar digunakan untuk memberi makan seorang anak selama satu tahun. tahun. (menurut Y.Odum)

TINGKAT TROFIS TINGKAT TROFIS

kumpulan organisme yang disatukan oleh jenis makanan. Ide tentang T. di. memungkinkan Anda untuk memahami dinamika aliran energi dan trofik yang menentukannya. struktur. Organisme autotrofik (terutama tumbuhan hijau) menempati t pertama. - (produsen), hewan herbivora - yang kedua (konsumen orde pertama), predator yang memakan hewan herbivora - yang ketiga (konsumen orde kedua), predator sekunder - yang keempat (konsumen orde ketiga). Organisme dari berbagai trofik rantai, tetapi menerima makanan melalui jumlah mata rantai yang sama di trofik. rantai berada di satu T. di. Jadi, sapi yang memakan daun alfalfa dan kumbang kumbang dari genus Siton adalah konsumen urutan pertama. Hubungan timbal balik yang nyata antara T. at. dalam masyarakat sangat kompleks. Populasi dari spesies yang sama, berpartisipasi dalam pembusukan. trofi sirkuit, mungkin berbeda T. di., tergantung pada sumber energi yang digunakan. Pada setiap T. di. makanan yang dikonsumsi tidak sepenuhnya berasimilasi, karena itu berarti sebagian dihabiskan untuk pertukaran. Oleh karena itu, produksi organisme dari setiap T. selanjutnya di. selalu kurang dari produksi T. sebelumnya, rata-rata 10 kali. Menghubungkan jumlah energi yang ditransmisikan dari satu T. di. ke yang lain, disebut ekologi, efisiensi komunitas atau efisiensi trofik. rantai. Perbedaan rasio Itu. (struktur trofik.) dapat digambarkan secara grafis dalam bentuk piramida ekologi, yang dasarnya adalah tingkat pertama (tingkat produsen). Ekologis piramida dapat terdiri dari tiga jenis: 1) piramida angka - mencerminkan jumlah departemen. organisme di setiap tingkat; 2) piramida biomassa - berat kering total, kandungan energi atau ukuran lain dari jumlah total materi hidup; 3) piramida energi - besarnya aliran energi. Basis dalam piramida jumlah dan biomassa mungkin lebih kecil dari tingkat berikutnya (tergantung pada rasio ukuran produsen dan konsumen). Piramida energi selalu menyempit ke atas. Pada ekosistem terestrial, penurunan jumlah energi yang tersedia biasanya disertai dengan penurunan biomassa dan jumlah individu pada setiap T. y.

.(Sumber: "Biological Encyclopedic Dictionary." Pemimpin redaksi M. S. Gilyarov; Dewan redaksi: A. A. Babaev, G. G. Vinberg, G. A. Zavarzin dan lainnya - edisi ke-2, dikoreksi . - M .: Sov. Encyclopedia, 1986.)

Lihat apa itu "TROPHIC LEVEL" di kamus lain:

Sekelompok organisme yang menempati posisi tertentu dalam rantai makanan. Jarak organisme dari produsen adalah sama. Mereka dicirikan oleh bentuk organisasi dan pemanfaatan energi tertentu. Organisme rantai trofik yang berbeda, ... ... kamus ekologi

tingkat trofik- 1. Tingkat di mana energi dalam bentuk makanan ditransfer dari satu organisme ke organisme lain sebagai bagian dari rantai makanan. 2. Tingkat sebaran unsur hara dalam reservoir terutama yang berkaitan dengan kandungan nitrat dan fosfat di dalam air ... Kamus Geografi

TINGKAT TROPHIC Posisi yang ditempati organisme dalam RANTAI MAKANAN. Biasanya ditentukan oleh batas-batas di mana makanan disediakan. Mata rantai trofik pertama adalah PRODUSEN UTAMA tumbuhan hijau yang menggunakan fotosintesis untuk ... ... Kamus ensiklopedis ilmiah dan teknis

tingkat trofik- Satu set organisme dari satu ekosistem, disatukan oleh jenis makanan Topik bioteknologi EN tingkat trofik ... Buku Pegangan Penerjemah Teknis

tingkat trofik- 3.23 tingkat trofik elemen klasifikasi fungsional organisme dalam suatu komunitas, berdasarkan makanan yang digunakan.

] [Bahasa Rusia] [Bahasa Ukraina] [Bahasa Belarusia] [Sastra Rusia] [Sastra Belarusia] [Sastra Ukraina] [Dasar-dasar Kesehatan] [Sastra Asing] [Studi Alam] [Pria, Masyarakat, Negara] [Buku teks lainnya]

8. Tingkat trofi. Piramida ekologi

Konsep tingkat trofik. tingkat trofi- Ini adalah kelompok organisme yang menempati posisi tertentu dalam rantai makanan secara keseluruhan. Ke organisme yang menerima energinya dari matahari melalui jumlah langkah yang sama termasuk dalam satu tingkat trofik.

Urutan dan subordinasi kelompok organisme yang terhubung dalam bentuk tingkat trofik adalah aliran materi dan energi dalam suatu ekosistem, dasar organisasinya.

Struktur trofik ekosistem. Sebagai hasil dari urutan transformasi energi dalam rantai makanan, setiap komunitas organisme hidup dalam suatu ekosistem memperoleh struktur trofik. Struktur trofik komunitas mencerminkan rasio antara produsen, konsumen (terpisah dari ordo pertama, kedua, dll.) dan pengurai, yang dinyatakan baik oleh jumlah individu organisme hidup, atau ph biomassa, atau energi yang terkandung di dalamnya, dihitung per satuan luas per satuan waktu.

Struktur trofik biasanya digambarkan sebagai: piramida ekologi. Model grafis ini dikembangkan pada tahun 1927 oleh ahli zoologi Amerika Charles Elton. Basis piramida adalah tingkat trofik pertama - tingkat produsen, dan lantai piramida berikutnya dibentuk oleh tingkat berikutnya - konsumen dari berbagai pesanan. Ketinggian semua balok adalah sama, dan panjangnya sebanding dengan jumlah, biomassa, atau energi pada tingkat yang sesuai. Ada tiga cara untuk membangun piramida ekologi.

1. Piramida angka(angka) mencerminkan jumlah organisme individu pada setiap tingkat. Misalnya, untuk memberi makan seekor serigala, Anda membutuhkan setidaknya beberapa kelinci yang bisa dia buru; untuk memberi makan kelinci ini, Anda membutuhkan berbagai tanaman dalam jumlah yang cukup besar. Terkadang piramida angka bisa dibalik, atau dibalik. Ini berlaku untuk rantai makanan hutan, ketika pohon berfungsi sebagai produsen, dan serangga sebagai konsumen utama. Dalam hal ini, tingkat konsumen primer secara numerik lebih kaya daripada tingkat produsen (sejumlah besar serangga memakan satu pohon).

2. Piramida biomassa- rasio massa organisme dari berbagai tingkat trofik. Biasanya, dalam biocenosis terestrial, massa total produsen lebih besar dari setiap mata rantai berikutnya. Pada gilirannya, massa total konsumen tingkat pertama lebih besar dari konsumen tingkat kedua, dan seterusnya. Jika organisme tidak terlalu berbeda ukurannya, maka grafik biasanya menunjukkan piramida berundak dengan puncak yang meruncing. Jadi, untuk pembentukan 1 kg daging sapi, dibutuhkan 70-90 kg rumput segar.

Dalam ekosistem akuatik, juga dimungkinkan untuk memperoleh piramida biomassa terbalik atau terbalik, ketika biomassa produsen lebih kecil daripada biomassa konsumen, dan terkadang pengurai. Misalnya, di laut, dengan produktivitas fitoplankton yang cukup tinggi, massa totalnya pada saat tertentu mungkin lebih kecil daripada massa konsumen konsumen (paus, ikan besar, moluska).

Piramida angka dan biomassa mencerminkan statis sistem, yaitu, mencirikan jumlah atau biomassa organisme dalam periode waktu tertentu. Mereka tidak memberikan informasi lengkap tentang struktur trofik ekosistem, meskipun mereka memungkinkan pemecahan sejumlah masalah praktis, terutama yang berkaitan dengan menjaga stabilitas ekosistem. Piramida angka memungkinkan, misalnya, untuk menghitung nilai yang diizinkan untuk menangkap ikan atau menembak binatang selama periode berburu tanpa konsekuensi untuk reproduksi normal mereka.

3. Piramida energi mencerminkan besarnya aliran energi, kecepatan perjalanan massa makanan melalui rantai makanan. Struktur biocenosis sebagian besar dipengaruhi bukan oleh jumlah energi tetap, tetapi oleh laju produksi makanan.

Telah ditetapkan bahwa jumlah maksimum energi yang ditransfer ke tingkat trofik berikutnya dalam beberapa kasus dapat menjadi 30% dari yang sebelumnya, dan ini yang terbaik. Dalam banyak biocenosis, rantai makanan, nilai energi yang ditransfer hanya bisa 1%.

Pada tahun 1942, ahli ekologi Amerika R. Lindeman merumuskan hukum piramida energi (hukum 10 persen), yang menurutnya, rata-rata, sekitar 10% energi yang diterima oleh tingkat piramida ekologi sebelumnya berpindah dari satu tingkat trofik melalui rantai makanan ke tingkat trofik lainnya. Sisa energi hilang dalam bentuk radiasi termal, gerakan, dll. Organisme, sebagai hasil dari proses metabolisme, kehilangan sekitar 90% dari semua energi di setiap mata rantai makanan, yang dihabiskan untuk mempertahankan fungsi vitalnya.

Jika seekor kelinci memakan 10 kg bahan tanaman, maka beratnya sendiri bisa bertambah 1 kg. Rubah atau serigala, memakan 1 kg kelinci, meningkatkan massanya hanya 100 g. Pada tanaman kayu, proporsi ini jauh lebih rendah karena fakta bahwa kayu diserap dengan buruk oleh organisme. Untuk rumput dan ganggang, nilai ini jauh lebih tinggi, karena mereka tidak memiliki jaringan yang sulit dicerna. Namun, keteraturan umum dari proses transfer energi tetap: jauh lebih sedikit energi yang melewati tingkat trofik atas daripada melalui yang lebih rendah.

Itulah sebabnya rantai makanan biasanya tidak dapat memiliki lebih dari 3-5 (jarang 6) tautan, dan piramida ekologi tidak dapat terdiri dari sejumlah besar lantai. Untuk mata rantai terakhir dari rantai makanan, serta ke lantai atas piramida ekologi, akan ada sangat sedikit energi sehingga tidak akan cukup jika jumlah organisme meningkat.

Pernyataan ini dapat dijelaskan dengan melihat di mana energi dari makanan yang dikonsumsi dihabiskan (C). Sebagian digunakan untuk membangun sel baru, mis. untuk pertumbuhan (P). Sebagian energi makanan dihabiskan untuk memastikan metabolisme energi 7 atau untuk bernapas (i?) . Karena kecernaan makanan tidak bisa lengkap, mis. 100%, kemudian sebagian makanan yang tidak tercerna berupa kotoran dikeluarkan dari tubuh (F). Neraca akan terlihat seperti ini:

C = R+R + F .

Menimbang bahwa energi yang dihabiskan untuk respirasi tidak ditransfer ke tingkat trofik berikutnya dan meninggalkan ekosistem, menjadi jelas mengapa setiap tingkat berikutnya akan selalu lebih kecil dari yang sebelumnya.

Itu sebabnya hewan predator besar selalu langka. Karena itu, tidak ada juga pemangsa yang akan memakan serigala. Dalam hal ini, mereka tidak akan memberi makan diri mereka sendiri, karena serigala tidak banyak.

Struktur trofik suatu ekosistem dinyatakan dalam hubungan makanan yang kompleks antara spesies penyusunnya. Piramida ekologi jumlah, biomassa dan energi, digambarkan dalam bentuk model grafis, mengungkapkan rasio kuantitatif organisme yang berbeda dalam cara mereka makan: produsen, konsumen dan pengurai.

1. Tentukan tingkat trofik. 2. Berikan contoh organisme yang memiliki tingkat trofik yang sama. 3. Dengan prinsip apa piramida ekologi dibangun? 4. Mengapa rantai makanan tidak boleh memiliki lebih dari 3 - 5 mata rantai?

Biologi Umum: Buku teks untuk kelas 11 sekolah pendidikan umum 11 tahun, untuk tingkat dasar dan lanjutan. N.D. Lisov, L.V. Kamlyuk, N.A. Lemeza dan lain-lain Ed. N.D. Lisova.- Minsk: Belarusia, 2002.- 279 hal.

Isi buku teks Biologi Umum: Buku Ajar Kelas 11:

Bab 1. Spesies - unit keberadaan organisme hidup

• 2. Populasi - unit struktural spesies. Karakteristik populasi

Bab 2. Hubungan spesies, populasi dengan lingkungan. ekosistem

• 6. Ekosistem. Hubungan antar organisme dalam suatu ekosistem. Biogeocenosis, struktur biogeocenosis
• 7. Pergerakan materi dan energi dalam suatu ekosistem. Sirkuit dan jaringan listrik
• 9. Peredaran zat dan aliran energi dalam ekosistem. Produktivitas biocenosis

bagian 3

• 13. Prasyarat munculnya teori evolusi Bab Darwin
• 14. Karakteristik umum teori evolusi Bab Darwin

Bab 4

• 18. Perkembangan teori evolusi pada periode pasca-Darwin. Teori evolusi sintetis
• 19. Populasi - unit dasar evolusi. Latar belakang evolusi

Bab 5. Asal usul dan perkembangan kehidupan di Bumi

• 27. Pengembangan gagasan tentang asal usul kehidupan. Hipotesis tentang asal usul kehidupan di Bumi
• 32. Tahapan utama dalam evolusi flora dan fauna
• 33. Keanekaragaman dunia organik modern. Prinsip taksonomi

Bab 6

• 35. Pembentukan gagasan tentang asal usul manusia. Tempat manusia dalam sistem zoologi
• 36. Tahapan dan arah evolusi manusia. pendahulu manusia. Orang tertua
• 38. Faktor biologis dan sosial dari evolusi manusia. Perbedaan kualitatif seseorang

Proses nitrifikasi dan denitrifikasi diseimbangkan hingga awal penggunaan pupuk mineral nitrogen secara intensif oleh manusia untuk mendapatkan hasil tanaman pertanian yang besar. Saat ini, karena penggunaan pupuk semacam itu dalam jumlah besar, akumulasi senyawa nitrogen di tanah, tanaman, dan air tanah diamati. Dengan demikian, peran organisme hidup dalam siklus nitrogen adalah yang utama.

Sirkulasi zat adalah dasar dari kehidupan yang tak terbatas di planet kita. Semua organisme hidup mengambil bagian di dalamnya, melakukan proses nutrisi, respirasi, ekskresi, reproduksi. Dasar dari siklus biogenik adalah energi matahari, yang diserap oleh organisme fototrofik dan diubah menjadi bahan organik primer yang tersedia bagi konsumen. Selama transformasi lebih lanjut oleh konsumen dari pesanan yang berbeda, energi makanan secara bertahap terbuang, berkurang. Oleh karena itu, stabilitas biosfer secara langsung berkaitan dengan masuknya energi matahari secara konstan. Dalam siklus biogeokimia karbon dan nitrogen, organisme hidup memainkan peran utama, sedangkan dasar dari siklus air global di biosfer disediakan oleh proses fisik.

DI DAN. Vernadsky sampai pada kesimpulan bahwa untuk memastikan keberlanjutannya, kehidupan harus disajikan dalam bentuk yang berbeda. Memang, jika kita berasumsi bahwa kehidupan berasal dari suatu tempat di lautan dalam bentuk hanya satu spesies biologis, maka setelah beberapa saat ia akan mengekstrak semua yang dibutuhkannya dari lingkungan, mengeluarkan limbah dari aktivitasnya, menutupi seluruh dasar laut. dengan sisa-sisanya, dan kehidupan ini akan berhenti: tidak akan ada yang mengubah sisa-sisa ini menjadi mineral. Itulah mengapa kehidupan sebagai fenomena planet yang stabil hanya mungkin terjadi jika memiliki kualitas yang berbeda. Heterogenitas biosfer yang ada di Bumi ini ditandai dengan adanya tiga komponen: produsen, konsumen, dan pengurai.

Hirarki trofik biosfer diekspresikan dalam hubungan nutrisi yang kompleks antara spesies penyusunnya; itu adalah seperangkat organisme yang disatukan oleh jenis nutrisi. Organisme autotrof (terutama tumbuhan hijau) menempati tingkat trofik pertama (produsen), diikuti oleh heterotrof: pada tingkat kedua, hewan herbivora (konsumen orde 1); predator yang memakan hewan herbivora - pada urutan ketiga (konsumen urutan ke-2); predator sekunder - pada urutan keempat (konsumen urutan ke-3). Organisme saprotrofik (pereduksi) dapat menempati semua tingkatan, mulai dari yang kedua. Organisme dari rantai trofik yang berbeda yang menerima makanan melalui jumlah mata rantai yang sama berada pada tingkat trofik yang sama. Rasio tingkat trofi yang berbeda dapat digambarkan secara grafis sebagai piramida.

Gambar 1. Piramida biomassa dan tingkat trofik dalam ekosistem

Piramida ekologi jumlah, biomassa dan energi, digambarkan dalam bentuk model grafis, mengungkapkan rasio kuantitatif organisme yang berbeda dalam cara mereka makan: produsen, konsumen dan pengurai. Produsen disebut organisme yang mampu foto- dan kemosintesis dan merupakan mata rantai pertama dalam rantai makanan zat, pencipta zat organik dari yang anorganik. Produsen mencakup hampir semua tanaman.

Konsumen adalah organisme yang menjadi konsumen bahan organik dalam rantai makanan. Konsumen memakan tumbuhan, hewan, atau keduanya tumbuhan dan hewan. Ada konsumen dari urutan pertama dan kedua. Hewan-hewan ordo pertama mencakup semua hewan herbivora, hewan-hewan orde kedua adalah predator. Pengurai adalah organisme yang menguraikan bahan organik mati (mayat, limbah) dan mengubahnya menjadi zat anorganik yang dapat diserap kembali. Pengurai termasuk bakteri dan jamur. Dalam rantai makanan, pengurai adalah konsumen. Interaksi produsen, konsumen dan pengurai memastikan keteguhan dan stabilitas siklus biologis. Sebagai hasil dari siklus ini, berbagai bentuk kehidupan mempengaruhi lingkungan, mengatur kimianya, mengubah medan dan kondisi iklim mikro. Zona di mana siklus biogenik dilakukan disebut ekosistem, atau, seperti V.N. Sukachev, biogeocenosis. Mereka adalah area homogen di permukaan bumi dengan komposisi makhluk hidup (biocenosis) dan komponen inert (tanah, lapisan permukaan atmosfer, energi matahari) yang saling berinteraksi. Yang terakhir ini terkait dengan metabolisme dan energi. Seluruh rangkaian biogeocenosis yang ada di Bumi dan melakukan siklus biogenik zat membentuk biosfer secara keseluruhan.

Dalam semua biogeocenosis, produsen, konsumen dan pengurai membentuk berbagai set. Ini adalah jaminan bahwa jika sesuatu terjadi pada salah satu spesies, maka spesies lain akan mengambil alih pengaruhnya di biosfer, dan biogeocenosis tidak akan runtuh. Hubungan biogeocenosis memastikan stabilitas proses kehidupan di planet ini secara keseluruhan. Jaminan ini juga dipastikan oleh fakta bahwa ada banyak biogeocenosis yang berbeda: jika beberapa jenis bencana alam terjadi di suatu tempat di Bumi (letusan gunung berapi, penurunan kerak bumi, kemajuan / kemunduran laut, pergeseran geologis, pendinginan, dll.), kemudian biogeocenosis lainnya akan mendukung keberadaan kehidupan dan pada akhirnya mengembalikan keseimbangan. Misalnya, setelah pulau Krakatau hancur total oleh letusan gunung berapi pada tahun 1883, setengah abad kemudian, kehidupan di pulau itu dipulihkan.

Jadi, biosfer adalah sistem biogeocenosis. Masing-masing dari mereka adalah sistem biologis independen, atau lebih tepatnya subsistem. Ini memastikan pemeliharaan siklus biogenik dalam kondisi geografis tertentu. Setiap biogeocenosis memiliki kumpulan spesiesnya sendiri yang terkait satu sama lain. Tetapi hubungan dalam biogeocenosis dibangun tidak pada tingkat spesies (karena perwakilan mereka dapat hidup tidak hanya dalam biogeocenosis tertentu) dan tidak pada tingkat individu (karena di sini mereka terutama makanan dan karenanya berumur pendek), tetapi pada tingkat dari populasi spesies. Populasi dipahami sebagai sekumpulan individu dari spesies yang sama, menempati ruang tertentu untuk waktu yang lama dan mereproduksi dirinya sendiri selama sejumlah besar generasi. Populasi selama evolusi bersama spesies sebagai bagian dari biogeocenosis beradaptasi satu sama lain dan berusaha untuk mempertahankan rantai trofik yang sesuai secara berkelanjutan.

Rantai makanan (trofik) - serangkaian spesies tumbuhan, hewan, jamur dan mikroorganisme yang terkait satu sama lain oleh hubungan: makanan - konsumen. Organisme dari mata rantai berikutnya memakan organisme dari mata rantai sebelumnya, dan dengan demikian terjadi transfer energi dan materi berantai, yang mendasari siklus zat di alam. Dengan setiap transfer dari link ke link, sebagian besar (hingga 80-90%) dari energi potensial hilang, menghilang dalam bentuk panas. Untuk alasan ini, jumlah mata rantai (spesies) dalam rantai makanan terbatas dan biasanya tidak melebihi 4-5.

Sebagai hasil dari urutan transformasi energi dalam rantai makanan, setiap komunitas organisme hidup dalam suatu ekosistem memperoleh struktur trofik tertentu. Struktur trofik komunitas mencerminkan rasio antara produsen, konsumen (terpisah dari ordo pertama, kedua, dll.) dan pengurai, yang dinyatakan baik oleh jumlah individu organisme hidup, atau ph biomassa, atau energi yang terkandung di dalamnya, dihitung per satuan luas per satuan waktu.

Struktur trofik biasanya digambarkan sebagai piramida ekologi. Model grafis ini dikembangkan pada tahun 1927 oleh ahli zoologi Amerika Charles Elton. Basis piramida adalah tingkat trofik pertama - tingkat produsen, dan lantai piramida berikutnya dibentuk oleh tingkat berikutnya - konsumen dari berbagai pesanan. Ketinggian semua balok adalah sama, dan panjangnya sebanding dengan jumlah, biomassa, atau energi pada tingkat yang sesuai. Ada tiga cara untuk membangun piramida ekologi.

Piramida energi mencerminkan besarnya aliran energi, kecepatan perjalanan massa makanan melalui rantai makanan. Struktur biocenosis sebagian besar dipengaruhi bukan oleh jumlah energi tetap, tetapi oleh laju produksi makanan. Telah ditetapkan bahwa jumlah maksimum energi yang ditransfer ke tingkat trofik berikutnya dalam beberapa kasus dapat menjadi 30% dari yang sebelumnya, dan ini yang terbaik. Dalam banyak biocenosis, rantai makanan, nilai energi yang ditransfer hanya bisa 1%.

Pada tahun 1942, ahli ekologi Amerika R. Lindeman merumuskan hukum piramida energi (hukum 10 persen), yang menurutnya, rata-rata, sekitar 10% energi yang diterima oleh tingkat piramida ekologi sebelumnya berpindah dari satu tingkat trofik melalui rantai makanan ke tingkat trofik lainnya. Sisa energi hilang dalam bentuk radiasi termal, gerakan, dll. Organisme, sebagai hasil dari proses metabolisme, kehilangan sekitar 90% dari semua energi di setiap mata rantai makanan, yang dihabiskan untuk mempertahankan fungsi vitalnya.

Jika seekor kelinci memakan 10 kg bahan tanaman, maka beratnya sendiri bisa bertambah 1 kg. Rubah atau serigala, memakan 1 kg kelinci, meningkatkan massanya hanya 100 g. Pada tanaman kayu, proporsi ini jauh lebih rendah karena fakta bahwa kayu diserap dengan buruk oleh organisme. Untuk rumput dan ganggang, nilai ini jauh lebih tinggi, karena mereka tidak memiliki jaringan yang sulit dicerna. Namun, keteraturan umum dari proses transfer energi tetap: jauh lebih sedikit energi yang melewati tingkat trofik atas daripada melalui yang lebih rendah. Itulah sebabnya rantai makanan biasanya tidak dapat memiliki lebih dari 3-5 (jarang 6) tautan, dan piramida ekologi tidak dapat terdiri dari sejumlah besar lantai. Untuk mata rantai terakhir dari rantai makanan, serta ke lantai atas piramida ekologi, akan ada sangat sedikit energi sehingga tidak akan cukup jika jumlah organisme meningkat.

Pernyataan ini dapat dijelaskan dengan melihat di mana energi dari makanan yang dikonsumsi dihabiskan (C). Sebagian digunakan untuk membangun sel baru, mis. untuk pertumbuhan (P). Sebagian energi makanan dihabiskan untuk menyediakan metabolisme energi atau untuk bernapas. Karena kecernaan makanan tidak dapat sempurna, yaitu 100%, bagian dari makanan yang tidak tercerna dikeluarkan dari tubuh dalam bentuk kotoran (F). Neraca akan terlihat seperti ini:

C = P + R + F.

Menimbang bahwa energi yang dihabiskan untuk respirasi tidak ditransfer ke tingkat trofik berikutnya dan meninggalkan ekosistem, menjadi jelas mengapa setiap tingkat berikutnya akan selalu lebih kecil dari yang sebelumnya. Itu sebabnya hewan predator besar selalu langka. Karena itu, tidak ada juga pemangsa yang akan memakan serigala. Dalam hal ini, mereka tidak akan memberi makan diri mereka sendiri, karena serigala tidak banyak.

Piramida biomassa adalah rasio massa organisme dari berbagai tingkat trofik. Biasanya, dalam biocenosis terestrial, massa total produsen lebih besar dari setiap mata rantai berikutnya. Pada gilirannya, massa total konsumen tingkat pertama lebih besar dari konsumen tingkat kedua, dan seterusnya. Jika organisme tidak terlalu berbeda ukurannya, maka grafik biasanya menunjukkan piramida berundak dengan puncak yang meruncing. Jadi, untuk pembentukan 1 kg daging sapi, dibutuhkan 70-90 kg rumput segar.

Dalam ekosistem akuatik, juga dimungkinkan untuk memperoleh piramida biomassa terbalik atau terbalik, ketika biomassa produsen lebih kecil daripada biomassa konsumen, dan terkadang pengurai. Misalnya, di laut, dengan produktivitas fitoplankton yang cukup tinggi, massa totalnya pada saat tertentu mungkin lebih kecil daripada massa konsumen konsumen (paus, ikan besar, moluska).

Piramida angka dan biomassa mencerminkan statis sistem, yaitu mencirikan jumlah atau biomassa organisme dalam jangka waktu tertentu. Mereka tidak memberikan informasi lengkap tentang struktur trofik ekosistem, meskipun mereka memungkinkan pemecahan sejumlah masalah praktis, terutama yang berkaitan dengan menjaga stabilitas ekosistem. Piramida angka memungkinkan, misalnya, untuk menghitung nilai yang diizinkan untuk menangkap ikan atau menembak binatang selama periode berburu tanpa konsekuensi untuk reproduksi normal mereka.

Piramida angka ( angka) mencerminkan jumlah organisme individu pada setiap tingkat. Misalnya, untuk memberi makan seekor serigala, Anda membutuhkan setidaknya beberapa kelinci yang bisa dia buru; untuk memberi makan kelinci ini, Anda membutuhkan berbagai tanaman dalam jumlah yang cukup besar. Terkadang piramida angka bisa dibalik, atau dibalik. Ini berlaku untuk rantai makanan hutan, ketika pohon berfungsi sebagai produsen, dan serangga sebagai konsumen utama. Dalam hal ini, tingkat konsumen primer secara numerik lebih kaya daripada tingkat produsen (sejumlah besar serangga memakan satu pohon).

Spesies yang merupakan konsumen tidak dapat sepenuhnya menghancurkan seluruh populasi calon korbannya: jika tidak, ia akan mati dengan sendirinya. Pada gilirannya, tingkat fekunditas mangsa terbentuk secara evolusioner dengan mempertimbangkan fakta bahwa sebagian dari populasi akan dihancurkan oleh pemangsa. Tapi tentu saja, selalu ada batasan jumlah predator itu sendiri. Ini membuat sistem tetap seimbang.

Setiap populasi itu sendiri juga merupakan sistem biologis yang stabil. Untuk memastikan ini, ia terus-menerus mereproduksi spesiesnya dalam biogeocenosis di mana ia ada. Hukum pengaturan diri biosfer sedemikian rupa sehingga hubungan terbentuk antara individu-individu populasi yang bertujuan untuk mengatur kinerja fungsi ini. Secara khusus, di bawah kondisi yang menguntungkan bagi keberadaan suatu populasi, individu-individunya mulai berkembang biak lebih intensif. Hal ini menyebabkan persaingan antar individu (karena wilayah, betina, dll). Menjadi bermanfaat bagi populasi bahwa beberapa individu berhenti berkembang biak dan pertumbuhan populasi melambat. Jelas bahwa bagi seorang individu penolakan untuk menciptakan keturunan adalah tidak normal, tetapi bagi suatu populasi itu adalah reaksi yang diperlukan terhadap jumlah yang berlebihan. Misalnya, pada kepadatan tertentu dalam komunitas hewan pengerat, hubungan internal mulai meningkat. Pada saat yang sama, bentuk-bentuk hubungan yang agresif mulai mendominasi hubungan yang komunikatif, dan suasana stres muncul. Yang terakhir menyebabkan kematian individu individu atau menghalangi di beberapa dari mereka aliran hormon seks ke dalam darah.

Dengan penurunan tajam dalam kondisi keberadaan (predator berlebihan telah berkembang biak, kondisi iklim memburuk, ada sedikit makanan, dll.), populasi mulai menurun. Kemudian mekanisme alami yang merangsang reproduksi dihidupkan. Tetapi populasi selalu cenderung ke tingkat optimal ukurannya, dan, akibatnya, proses pengaturan diri adalah karakteristik dari populasi mana pun. Dengan demikian, biosfer adalah sistem di mana biogeocenosis bertindak sebagai subsistem. Setiap biogeocenosis, pada gilirannya, adalah sistem independen di mana populasi bertindak sebagai subsistem. Di dalamnya, subsistem adalah organisme individu. Setiap organisme, tentu saja, adalah sistem biologis yang terpisah. Yang terakhir adalah unit dasar metabolisme. Sirkulasi zat biogenik pada skala planet hanya mungkin karena semua organisme melakukannya dengan lingkungan secara terus menerus. Dengan tubuh itulah rantai hubungan antara komponen-komponen materi hidup dimulai. Dan rantai ini tidak dapat diputus pada tingkat manapun, karena semuanya saling berhubungan secara fungsional. Ini berarti bahwa biosfer, sebagai hierarki integral, tunduk pada pola ini.