DIFERENTES FORMAS DE QUALIDADE DE VIDA E O CICLO BIOGÊNICO

A existência sustentável da vida só é possível com a diversidade, diversidade de qualidade de suas formas, as especificidades do metabolismo, que são asseguradas pelo uso consistente de produtos metabólicos lançados no meio ambiente, formando um ciclo biogênico.

Em sua forma mais simples, esse conjunto complementar de qualidades de formas de vida é representado por: produtores, consumidores, decompositores, atividades conjuntas, que são asseguradas pela extração de substâncias do ambiente externo, sua transformação em vários níveis das cadeias tróficas e a mineralização de substâncias orgânicas em componentes disponíveis para a próxima inclusão no ciclo.

produtores- São organismos vivos capazes de sintetizar matéria orgânica a partir de componentes inorgânicos utilizando fontes externas de energia. De acordo com a natureza da fonte de energia para a síntese de substâncias orgânicas, todos os produtores são divididos em fotoautotróficos E quimioautotróficos.

Consumidores - seres vivos que não são capazes de construir seu corpo com base no uso de substâncias inorgânicas que requerem a ingestão de matéria orgânica do exterior, como parte da alimentação. Organismos consumidores de substâncias orgânicas ao longo do fluxo de substâncias do ciclo, ocupam o patamar de consumidores obrigatoriamente ligados a organismos autotróficos (consumidores de 1ª ordem) ou com outros heterótrofos dos quais se alimentam (consumidores de 2ª ordem).

SOL
		CONSUMOS DE 1ª ORDEM
PRODUTORES				CONSUMOS DO PEDIDO
		REDUTORES
MINERAIS

Um esquema simplificado para a transferência de matéria e energia no processo de circulação biogênica (Nikonorov et al.)

O valor dos consumidores na circulação de substâncias:

1. No processo de metabolismo, os heterótrofos decompõem as substâncias orgânicas obtidas na composição dos alimentos. A transformação de substâncias reduzidas principalmente por autotróficos em organismos consumidores leva a um aumento na diversidade da matéria viva, e esta é uma condição necessária para a estabilidade de qualquer ecossistema (princípio de perturbação externa e interna de Ashbin).

2. Os animais, que constituem a maior parte dos organismos consumidores, são móveis, capazes de se movimentar ativamente no espaço. Dessa forma, contribuem para a migração da matéria viva, sua dispersão na superfície do planeta, o que estimula o assentamento espacial da vida e serve como uma espécie de mecanismo de garantia em caso de destruição da vida em um local.

3. O importante papel dos consumidores, especialmente dos animais, como reguladores da intensidade do fluxo de matéria e energia.

Redutores - organismos que decompõem substâncias, a mineralização parcial da matéria orgânica ocorre em todos os animais, portanto, no processo de respiração, CO2 é liberado, H2O, sais minerais e amônia são excretados.

Verdadeiros decompositores, completando o ciclo de destruição de substâncias orgânicas, podem ser considerados apenas aqueles organismos que trazem para o ambiente externo apenas substâncias inorgânicas que estão prontas para serem envolvidas em um novo ciclo. A categoria de decompositores inclui muitos tipos de bactérias e fungos. Pela natureza de seu metabolismo, são organismos redutores (bactérias desnitrificantes N, reduzem o nitrogênio ao seu estado elementar).

NÍVEIS TRÓFICOS E SUAS CARACTERÍSTICAS

Todos os organismos que desempenham funções tróficas em um ecossistema compõem os níveis tróficos:

1. Nível trófico formar organismos autotróficos. Eles criam o nível de produção primária e são produtores primários. São eles que utilizam a energia externa do sol, criam uma massa de matéria orgânica (biomassa), são a base da existência da vida em geral e da biocenose em particular.

Organismos vivos nascem, crescem, se desenvolvem, durante esses processos sua biomassa muda. A biomassa é expressa em unidades de energia ou massa, não unidade de área (N: J/m, ou t/m). Nas comunidades, a maior parte da biomassa é representada pelas plantas (a produção primária é autótrofa).

A quantidade de produção criada pelos autotróficos é chamada produtos primários, enquanto a quantidade total de biomassa é chamada produção bruta, e o aumento da biomassa - produto limpo.

Parte da energia é usada para manter a vida e a respiração das próprias plantas - isso representa 40-70% da produção bruta. A diferença entre a produção bruta e a respiração é a produção líquida.

Produção líquida -é a taxa de crescimento da biomassa disponível para consumo pelos heterótrofos.

A taxa de formação da produção primária é chamada produtividade biológica do ecossistema.É expresso em unidades de energia ou matéria por área por dia.

Animais, fungos, bactérias obtêm energia alimentando-se de plantas (autotróficos) ou outros organismos que também se alimentam de plantas e são heterótrofos pela natureza da nutrição. Eles são referidos produtores secundários.

A quantidade de biomassa criada por produtores secundários é chamada produtos secundários. Este grupo é unido para o segundo nível trófico que é representado pelos consumidores. Eles são chamados de transformadores heterotróficos.

Os consumidores secretam várias substâncias bioativas que estimulam ou inibem outros organismos. Este grupo tem vários níveis:

n Consumidores de 1ª ordem

n Consumidores de segunda ordem

n e outros.

O terceiro grupo de organismos se forma no ecossistema de uma biocenose funcional - decompositores.

Existem os seguintes grupos de consumidores de organismos mortos:

1. Necrófagos(grupos de animais);

2. coprófagos(excremento);

3. Saprófagos(resíduos vegetais mortos);

4. detritívoros(consumidores de substâncias orgânicas dilapidadas).

Em termos gerais, os decompositores podem ser divididos em fitófagos, zoófagos, mixófagos (mistos). A contribuição de cada grupo para o funcionamento do ecossistema é desigual.

N: para a circulação completa da matéria em um reservatório, a composição de espécies de produtores e decompositores não é de grande importância, mas para organismos comerciais é decisiva.

Organismos de diferentes grupos reagem de forma diferente aos impactos antropogênicos.

TIPOS DE RELACIONAMENTOS

Os seguintes tipos de relações entre as populações são distinguidos:

n neutralismo em que a associação de duas populações não afeta nenhuma delas;

n supressão competitiva mútua, em que ambas as populações se suprimem ativamente;

n competição por recursos em que cada população afeta adversamente outras na luta por recursos alimentares em condições de escassez;

n amensalismo, em que uma população suprime outra, mas não sofre um impacto negativo;

n predação- uma população afeta negativamente outra como resultado de um ataque direto, mas, no entanto, depende da outra;

n comensalismo- uma população se beneficia da associação, para a outra esta associação é indiferente;

n protocooperação - ambas as populações aproveitam a associação, mas sua relação não é obrigatória (não obrigatória);

n mutualismo - a conexão das populações é favorável para o crescimento e sobrevivência de ambos.

Y. Odum enfatiza 2 princípios importantes:

1. No curso da evolução e desenvolvimento dos ecossistemas, há uma tendência de diminuir o papel das interações negativas em detrimento das positivas que aumentam a sobrevivência das espécies em interação.

No âmbito da biosfera como integridade, isso não acontece, pois os perigos e sua superação contribuem para a evolução.

Na natureza não há nada prejudicial à espécie, pois o que é prejudicial ao indivíduo e à população é benéfico para a espécie desde a evolução. O conceito de coevolução explica bem a evolução no sistema "predador-presa" - a melhoria constante de ambos os componentes do ecossistema.

A condição para reduzir o impacto negativo é a estabilidade do ecossistema e o fato de sua estrutura espacial proporcionar a possibilidade de adaptação mútua das populações. Relações negativas e positivas entre populações em um ecossistema que atingem um estado estável eventualmente se equilibram.

NÍVEL TRÓFICO, um conjunto de organismos unidos pelo tipo de alimento. A ideia do nível trófico permite entender a dinâmica do fluxo de energia e a estrutura trófica que o determina.

Organismos autotróficos (principalmente plantas verdes) ocupam o primeiro nível trófico (produtores), animais herbívoros - o segundo (consumidores de primeira ordem), predadores que se alimentam de herbívoros - o terceiro (consumidores de segunda ordem), predadores secundários - o quarto (terceiro -consumidores de ordem). Organismos de diferentes cadeias tróficas, mas que recebem alimento por igual número de elos na cadeia trófica, estão no mesmo nível trófico. Assim, uma vaca que se alimenta de folhas de alfafa e um besouro do gênero Siton são consumidores de primeira ordem. As relações reais entre os níveis tróficos em uma comunidade são muito complexas. Populações de uma mesma espécie, participando de diferentes cadeias tróficas, podem estar em diferentes níveis tróficos, dependendo da fonte de energia utilizada. Em cada nível trófico, o alimento consumido não é totalmente assimilado, pois uma parte significativa é gasta no metabolismo. Portanto, a produção de organismos de cada nível trófico subsequente é sempre menor que a produção do nível trófico anterior, em média 10 vezes. A quantidade relativa de energia transferida de um nível trófico para outro é chamada de eficiência ecológica da comunidade ou eficiência da cadeia alimentar.

A proporção de diferentes níveis tróficos (estrutura trófica) pode ser representada graficamente como pirâmide ecológica, cuja base é o primeiro nível (o nível dos produtores).

pirâmide ecológica pode ser de três tipos:
1) pirâmide de números - reflete o número de organismos individuais em cada nível;
2) pirâmide de biomassa - peso seco total, teor de energia ou outra medida da quantidade total de matéria viva;
3) pirâmide de energia - a magnitude do fluxo de energia.

A base nas pirâmides de números e biomassa pode ser menor que os níveis subseqüentes (dependendo da proporção dos tamanhos dos produtores e consumidores). A pirâmide de energia sempre se estreita para cima. Nos ecossistemas terrestres, uma diminuição na quantidade de energia disponível geralmente é acompanhada por uma diminuição na biomassa e na abundância de indivíduos em cada nível trófico.

pirâmide de números (1) mostra que se o menino comeu apenas vitela por um ano, então para isso ele precisaria de 4,5 bezerros, e para alimentar os bezerros é necessário semear um campo em 4 hectares de alfafa (2x10 (7) plantas). Na pirâmide da biomassa (2) o número de indivíduos é substituído por valores de biomassa. Na pirâmide de energia (3) energia solar incluída Lucerna usa 0,24% de energia solar. Para o acúmulo de produtos pelos bezerros durante o ano, utiliza-se 8% da energia acumulada pela alfafa. Durante o ano, 0,7% da energia acumulada pelos bezerros é usada para o desenvolvimento e crescimento de uma criança. Como resultado, pouco mais de um milionésimo da energia solar que cai em um campo de 4 hectares é usado para alimentar uma criança por um ano. (de acordo com Y. Odum)

NÍVEL TRÓFICO NÍVEL TRÓFICO

um conjunto de organismos unidos pelo tipo de alimento. Idéia sobre T. em. permite entender a dinâmica do fluxo de energia e o trófico que o determina. estrutura. Organismos autotróficos (principalmente plantas verdes) ocupam o primeiro t. - (produtores), animais herbívoros - os segundos (consumidores de primeira ordem), predadores que se alimentam de animais herbívoros - os terceiros (consumidores de segunda ordem), predadores secundários - os quartos (consumidores de terceira ordem). Organismos de vários tróficos cadeias, mas recebendo alimento por igual número de elos no trófico. as cadeias estão em um T. em. Assim, uma vaca que se alimenta de folhas de alfafa e um besouro do gênero Siton são consumidores de primeira ordem. Relações mútuas reais entre T. em. na comunidade são muito complexos. Populações da mesma espécie, participando da decomposição. trófico circuitos, podem estar em diferentes T. at., dependendo da fonte de energia utilizada. Em cada T. em. o alimento consumido não é totalmente assimilado, pois significa que parte dele é gasto em troca. Portanto, a produção de organismos de cada subseqüente T. at. sempre menor que a produção do T. at. anterior, uma média de 10 vezes. Relaciona a quantidade de energia transmitida de um T. at. para outro, chamado ecologia, eficiência da comunidade ou eficiência trófica. correntes. Diferença de proporção Que. (trófico. estrutura) pode ser representado graficamente na forma de uma pirâmide ecológica, cuja base é o primeiro nível (o nível dos produtores). Ecológico a pirâmide pode ser de três tipos: 1) pirâmide de números - reflete o número de departamentos. organismos em todos os níveis; 2) pirâmide de biomassa - peso seco total, conteúdo energético ou outra medida da quantidade total de matéria viva; 3) pirâmide de energia - a magnitude do fluxo de energia. A base nas pirâmides de números e biomassa pode ser menor que os níveis subseqüentes (dependendo da proporção dos tamanhos de produtores e consumidores). A pirâmide de energia sempre se estreita para cima. Em ecossistemas terrestres, uma diminuição na quantidade de energia disponível geralmente é acompanhada por uma diminuição na biomassa e no número de indivíduos a cada T. y.

.(Fonte: "Biological Encyclopedic Dictionary." Editor-chefe M. S. Gilyarov; Conselho editorial: A. A. Babaev, G. G. Vinberg, G. A. Zavarzin e outros - 2ª ed., corrigido . - M .: Sov. Encyclopedia, 1986.)

Veja o que é "NÍVEL TRÓFICO" em outros dicionários:

Um grupo de organismos que ocupam uma posição particular em uma cadeia alimentar. A distância dos organismos dos produtores é a mesma. Eles são caracterizados por uma certa forma de organização e utilização de energia. Organismos de diferentes cadeias tróficas, ... ... dicionário ecológico

nível trófico- 1. A taxa na qual a energia na forma de alimento é transferida de um organismo para outro como parte da cadeia alimentar. 2. O nível de distribuição de nutrientes no reservatório, principalmente em relação ao teor de nitratos e fosfatos na água... dicionário de geografia

NÍVEL TRÓFICO A posição que um organismo ocupa na CADEIA ALIMENTAR. Geralmente é determinado pelos limites em que o alimento é fornecido. O primeiro elo trófico são os PRODUTORES PRIMÁRIOS plantas verdes que usam a fotossíntese para ... ... Dicionário Enciclopédico Científico e Técnico

nível trófico- Um conjunto de organismos de um ecossistema, unidos pelo tipo de alimento Tópicos de biotecnologia EN nível trófico … Manual do Tradutor Técnico

nível trófico- 3.23 Elemento do nível trófico da classificação funcional dos organismos dentro de uma comunidade, com base no alimento utilizado.

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§ 8. Níveis tróficos. pirâmides ecológicas

O conceito de níveis tróficos. nível trófico- Este é um grupo de organismos que ocupam uma determinada posição na cadeia alimentar geral. PARA organismos que recebem sua energia do sol através do mesmo número de etapas pertencem a um nível trófico.

Tal sequência e subordinação de grupos de organismos conectados na forma de níveis tróficos é um fluxo de matéria e energia em um ecossistema, base de sua organização.

Estrutura trófica do ecossistema. Como resultado da sequência de transformações de energia nas cadeias alimentares, cada comunidade de organismos vivos em um ecossistema adquire uma certa estrutura trófica. A estrutura trófica da comunidade reflete a relação entre produtores, consumidores (separadamente de primeira, segunda, etc. ordens) e decompositores, expressa pelo número de indivíduos de organismos vivos, ou ph biomassa, ou a energia nelas contida, calculada por unidade de área por unidade de tempo.

A estrutura trófica é geralmente descrita como pirâmides ecológicas. Este modelo gráfico foi desenvolvido em 1927 pelo zoólogo americano Charles Elton. A base da pirâmide é o primeiro nível trófico - o nível dos produtores, e os próximos andares da pirâmide são formados pelos níveis subseqüentes - consumidores de várias ordens. A altura de todos os blocos é a mesma e o comprimento é proporcional ao número, biomassa ou energia no nível correspondente. Existem três maneiras de construir pirâmides ecológicas.

1. Pirâmide de números(números) reflete o número de organismos individuais em cada nível. Por exemplo, para alimentar um lobo, você precisa de pelo menos algumas lebres que ele possa caçar; para alimentar essas lebres, você precisa de um número bastante grande de várias plantas. Às vezes, as pirâmides de números podem ser invertidas ou invertidas. Isso se aplica às cadeias alimentares florestais, quando as árvores atuam como produtoras e os insetos como consumidores primários. Nesse caso, o nível de consumidores primários é numericamente mais rico que o nível de produtores (um grande número de insetos se alimentam de uma árvore).

2. Pirâmide de biomassa- a proporção das massas de organismos de diferentes níveis tróficos. Normalmente, nas biocenoses terrestres, a massa total de produtores é maior que cada elo subsequente. Por sua vez, a massa total de consumidores de primeira ordem é maior que a dos consumidores de segunda ordem, e assim por diante. Se os organismos não diferirem muito em tamanho, o gráfico geralmente mostra uma pirâmide escalonada com um topo afilado. Assim, para a formação de 1 kg de carne bovina, são necessários 70-90 kg de grama fresca.

Em ecossistemas aquáticos, também é possível obter uma pirâmide de biomassa invertida ou invertida, quando a biomassa dos produtores é menor que a dos consumidores e, às vezes, dos decompositores. Por exemplo, no oceano, com uma produtividade bastante elevada de fitoplâncton, a sua massa total num determinado momento pode ser inferior à dos consumidores consumidores (baleias, peixes grandes, moluscos).

Pirâmides de números e biomassa refletem estático sistemas, ou seja, caracterizam o número ou biomassa de organismos em um determinado período de tempo. Eles não fornecem informações completas sobre a estrutura trófica do ecossistema, embora permitam resolver uma série de problemas práticos, especialmente aqueles relacionados à manutenção da estabilidade dos ecossistemas. A pirâmide de números permite, por exemplo, calcular o valor admissível de pescar ou abater animais durante o período de caça sem consequências para sua reprodução normal.

3. Pirâmide de energia reflete a magnitude do fluxo de energia, a velocidade de passagem da massa de alimentos pela cadeia alimentar. A estrutura da biocenose é amplamente influenciada não pela quantidade de energia fixa, mas pela taxa de produção de alimentos.

Foi estabelecido que a quantidade máxima de energia transferida para o próximo nível trófico pode, em alguns casos, ser de 30% do anterior, e isso é na melhor das hipóteses. Em muitas biocenoses, cadeias alimentares, o valor da energia transferida pode ser de apenas 1%.

Em 1942, o ecologista americano R. Lindeman formulou a lei da pirâmide das energias (a lei dos 10 por cento), segundo a qual, em média, cerca de 10% da energia recebida pelo nível anterior da pirâmide ecológica passa de um nível trófico através de cadeias alimentares para outro nível trófico. O restante da energia é perdido na forma de radiação térmica, movimento, etc. Os organismos, como resultado de processos metabólicos, perdem cerca de 90% de toda a energia em cada elo da cadeia alimentar, que é gasta na manutenção de suas funções vitais.

Se uma lebre comeu 10 kg de matéria vegetal, seu próprio peso poderia aumentar em 1 kg. Uma raposa ou um lobo, comendo 1 kg de lebre, aumenta sua massa em apenas 100 G. Nas plantas lenhosas, essa proporção é muito menor devido ao fato de a madeira ser mal absorvida pelos organismos. Para gramíneas e algas, esse valor é bem maior, pois não possuem tecidos de difícil digestão. No entanto, a regularidade geral do processo de transferência de energia permanece: muito menos energia passa pelos níveis tróficos superiores do que pelos inferiores.

É por isso que as cadeias alimentares geralmente não podem ter mais de 3-5 (raramente 6) elos, e as pirâmides ecológicas não podem consistir em um grande número de andares. Para o elo final da cadeia alimentar, assim como para o último andar da pirâmide ecológica, haverá tão pouca energia que não será suficiente se o número de organismos aumentar.

Essa afirmação pode ser explicada observando onde é gasta a energia dos alimentos consumidos (C). Parte disso vai para a construção de novas células, ou seja, para o crescimento (P). Parte da energia dos alimentos é gasta para garantir o metabolismo energético 7 ou para respirar (i?) . Como a digestibilidade dos alimentos não pode ser completa, ou seja, 100%, então parte do alimento não digerido na forma de excremento é removido do corpo (F). O balanço ficará assim:

C = R+R + F .

Considerando que a energia gasta na respiração não é transferida para o próximo nível trófico e sai do ecossistema, fica claro porque cada nível subseqüente sempre será menor que o anterior.

É por isso que grandes animais predadores são sempre raros. Portanto, também não há predadores que se alimentam de lobos. Nesse caso, eles simplesmente não se alimentariam, pois os lobos não são numerosos.

A estrutura trófica de um ecossistema é expressa em relações alimentares complexas entre suas espécies constituintes. Pirâmides ecológicas de números, biomassa e energia, representadas na forma de modelos gráficos, expressam as proporções quantitativas de organismos que diferem na forma como se alimentam: produtores, consumidores e decompositores.

1. Defina um nível trófico. 2. Dê exemplos de organismos pertencentes ao mesmo nível trófico. 3. Por qual princípio as pirâmides ecológicas são construídas? 4. Por que uma cadeia alimentar não pode incluir mais de 3 a 5 elos?

Biologia Geral: Livro didático para o 11º ano do ensino fundamental 11 anos, para os níveis básico e avançado. N.D. Lisov, L. V. Kamlyuk, N.A. Lemeza e outros. Ed. N.D. Lisova.- Minsk: Belarus, 2002.- 279 p.

Conteúdo do livro-texto Biologia Geral: Livro-texto para a 11ª série:

Capítulo 1. Espécies - uma unidade de existência de organismos vivos

• § 2. População - unidade estrutural da espécie. Características da população

Capítulo 2. Relações das espécies, populações com o ambiente. ecossistemas

• § 6. Ecossistema. Relações entre organismos em um ecossistema. Biogeocenose, estrutura da biogeocenose
• § 7. O movimento de matéria e energia em um ecossistema. Circuitos e redes de energia
• § 9. Circulação de substâncias e fluxo de energia nos ecossistemas. Produtividade de biocenoses

Capítulo 3

• § 13. Pré-requisitos para o surgimento da teoria evolutiva de Ch. Darwin
• § 14. Características gerais da teoria evolutiva de Ch. Darwin

Capítulo 4

• § 18. Desenvolvimento da teoria da evolução no período pós-darwiniano. teoria sintética da evolução
• § 19. População - uma unidade elementar de evolução. Antecedentes da evolução

Capítulo 5. Origem e desenvolvimento da vida na Terra

• § 27. Desenvolvimento de idéias sobre a origem da vida. Hipóteses para a origem da vida na Terra
• § 32. As principais etapas da evolução da flora e da fauna
• § 33. Diversidade do mundo orgânico moderno. Princípios de taxonomia

Capítulo 6

• § 35. Formação de idéias sobre a origem do homem. O lugar do homem no sistema zoológico
• § 36. Etapas e direções da evolução humana. predecessores humanos. as pessoas mais velhas
• § 38. Fatores biológicos e sociais da evolução humana. Diferenças qualitativas de uma pessoa

Os processos de nitrificação e desnitrificação foram equilibrados até o início do uso intensivo de fertilizantes minerais nitrogenados pelo homem para obtenção de grandes rendimentos de plantas agrícolas. Atualmente, devido ao uso de grandes volumes desses fertilizantes, observa-se o acúmulo de compostos nitrogenados no solo, nas plantas e nas águas subterrâneas. Assim, o papel dos organismos vivos no ciclo do nitrogênio é o principal.

A circulação de substâncias é a base da infinidade da vida em nosso planeta. Todos os organismos vivos participam dele, realizando os processos de nutrição, respiração, excreção, reprodução. A base do ciclo biogênico é a energia solar, que é absorvida por organismos fototróficos e convertida por eles em matéria orgânica primária disponível para os consumidores. No decorrer da transformação posterior por consumidores de diferentes ordens, a energia dos alimentos é gradualmente desperdiçada, diminui. Portanto, a estabilidade da biosfera está diretamente relacionada ao influxo constante de energia solar. Nos ciclos biogeoquímicos de carbono e nitrogênio, os organismos vivos desempenham o papel principal, enquanto a base do ciclo global da água na biosfera é fornecida por processos físicos.

DENTRO E. Vernadsky chegou à conclusão de que, para garantir sua sustentabilidade, a vida deve necessariamente se apresentar de diferentes formas. De fato, se assumirmos que a vida se originou em algum lugar do oceano na forma de apenas uma espécie biológica, depois de um tempo ela extrairá tudo o que precisa do meio ambiente, excretará os resíduos de sua atividade, cobrirá todo o fundo dos mares com seus restos, e nisso a vida vai parar: não haverá ninguém para transformar esses restos em minerais. É por isso que a vida como fenômeno planetário estável só é possível quando possui qualidades diferentes. Essa heterogeneidade na biosfera existente na Terra é caracterizada pela presença de três componentes: produtores, consumidores e decompositores.

A hierarquia trófica da biosfera se expressa em relações alimentares complexas entre suas espécies constituintes, é um conjunto de organismos unidos pelo tipo de alimento. Os organismos autotróficos (principalmente plantas verdes) ocupam o primeiro nível trófico (produtores), seguidos pelos heterótrofos: no segundo nível, animais herbívoros (consumidores de 1ª ordem); predadores que se alimentam de animais herbívoros - no terceiro (consumidores de 2ª ordem); predadores secundários - no quarto (consumidores da 3ª ordem). Organismos saprotróficos (redutores) podem ocupar todos os níveis, a partir do segundo. Organismos de diferentes cadeias tróficas que recebem alimento por igual número de elos estão no mesmo nível trófico. A proporção de diferentes níveis de troféus pode ser representada graficamente como uma pirâmide.

Fig. 1. Pirâmide de biomassa e níveis tróficos no ecossistema

Pirâmides ecológicas de números, biomassa e energia, representadas na forma de modelos gráficos, expressam as proporções quantitativas de organismos que diferem na forma como se alimentam: produtores, consumidores e decompositores. Os produtores são chamados de organismos capazes de foto e quimiossíntese e são o primeiro elo da cadeia alimentar de substâncias, o criador de substâncias orgânicas a partir das inorgânicas. Os produtores incluem quase todas as plantas.

Os consumidores são organismos que são consumidores de matéria orgânica na cadeia alimentar. Os consumidores se alimentam de plantas, animais ou plantas e animais. Existem consumidores de primeira e segunda ordem. Os animais de primeira ordem incluem todos os animais herbívoros, os animais de segunda ordem são predadores. Decompositores são organismos que decompõem matéria orgânica morta (cadáveres, resíduos) e os transformam em substâncias inorgânicas que podem ser absorvidas novamente. Os decompositores incluem bactérias e fungos. Na cadeia alimentar, os decompositores são os consumidores. A interação de produtores, consumidores e decompositores garante a constância e estabilidade do ciclo biológico. Como resultado desse ciclo, diversas formas de vida afetam o meio ambiente, organizam sua química, alteram o relevo e as condições microclimáticas. As zonas nas quais o ciclo biogênico é realizado são chamadas de ecossistemas ou, como V.N. Sukachev, biogeocenoses. São áreas homogêneas da superfície terrestre com composições estabelecidas de seres vivos (biocenoses) e componentes inertes (solos, camadas superficiais da atmosfera, energia solar) que estão em interação. Este último está relacionado com o metabolismo e energia. Todo o conjunto de biogeocenoses presentes na Terra e realizando o ciclo biogênico das substâncias constitui a biosfera como um todo.

Em todas as biogeocenoses, produtores, consumidores e decompositores compõem uma variedade de conjuntos. Isso é uma garantia de que, se algo acontecer com uma das espécies, outras espécies assumirão sua parcela de influência na biosfera e a biogeocenose não entrará em colapso. A relação das biogeocenoses garante a estabilidade dos processos de vida no planeta como um todo. Essa garantia também é garantida pelo fato de existirem muitas biogeocenoses diferentes: se algum tipo de cataclismo ocorrer em algum lugar da Terra (erupção vulcânica, subsidência da crosta terrestre, avanço / recuo do mar, deslocamento geológico, resfriamento, etc.), então outras biogeocenoses irão sustentar a existência de vida e eventualmente restaurar o equilíbrio. Por exemplo, depois que a ilha de Krakatoa foi completamente destruída por uma erupção vulcânica em 1883, meio século depois, a vida na ilha foi restaurada.

Assim, a biosfera é um sistema de biogeocenoses. Cada um deles é um sistema biológico independente, ou melhor, um subsistema. Garante a manutenção do ciclo biogênico em condições geográficas específicas. Cada biogeocenose tem seu próprio conjunto de espécies associadas entre si. Mas as relações nas biogeocenoses são construídas não no nível das espécies (porque seus representantes podem viver não apenas em uma determinada biogeocenose) e não no nível dos indivíduos (porque aqui eles são principalmente alimentos e, portanto, de vida curta), mas no nível das populações de espécies. Uma população é entendida como um conjunto de indivíduos de uma mesma espécie, ocupando um determinado espaço por um longo tempo e se reproduzindo ao longo de um grande número de gerações. As populações durante a evolução conjunta das espécies como parte de uma biogeocenose se adaptam umas às outras e se esforçam para manter de forma sustentável as cadeias tróficas correspondentes.

Cadeia alimentar (trófica) - uma série de espécies de plantas, animais, fungos e microorganismos que se relacionam entre si por relações: alimento - consumidor. Os organismos do elo seguinte comem os organismos do elo anterior e, assim, é realizada a transferência em cadeia de energia e matéria, que é a base do ciclo de substâncias na natureza. A cada transferência de link para link, uma grande parte (até 80-90%) da energia potencial é perdida, dissipando-se na forma de calor. Por esse motivo, o número de elos (espécies) na cadeia alimentar é limitado e geralmente não ultrapassa 4-5.

Como resultado da sequência de transformações de energia nas cadeias alimentares, cada comunidade de organismos vivos em um ecossistema adquire uma determinada estrutura trófica. A estrutura trófica da comunidade reflete a relação entre produtores, consumidores (separadamente de primeira, segunda, etc. ordens) e decompositores, expressa pelo número de indivíduos de organismos vivos, ou ph biomassa, ou a energia nelas contida, calculada por unidade de área por unidade de tempo.

A estrutura trófica é geralmente descrita como pirâmides ecológicas. Este modelo gráfico foi desenvolvido em 1927 pelo zoólogo americano Charles Elton. A base da pirâmide é o primeiro nível trófico - o nível dos produtores, e os próximos andares da pirâmide são formados pelos níveis subseqüentes - consumidores de várias ordens. A altura de todos os blocos é a mesma e o comprimento é proporcional ao número, biomassa ou energia no nível correspondente. Existem três maneiras de construir pirâmides ecológicas.

A pirâmide de energia reflete a magnitude do fluxo de energia, a velocidade de passagem de uma massa de alimento pela cadeia alimentar. A estrutura da biocenose é amplamente influenciada não pela quantidade de energia fixa, mas pela taxa de produção de alimentos. Foi estabelecido que a quantidade máxima de energia transferida para o próximo nível trófico pode, em alguns casos, ser de 30% do anterior, e isso é na melhor das hipóteses. Em muitas biocenoses, cadeias alimentares, o valor da energia transferida pode ser de apenas 1%.

Em 1942, o ecologista americano R. Lindeman formulou a lei da pirâmide das energias (a lei dos 10 por cento), segundo a qual, em média, cerca de 10% da energia recebida pelo nível anterior da pirâmide ecológica passa de um nível trófico através de cadeias alimentares para outro nível trófico. O restante da energia é perdido na forma de radiação térmica, movimento, etc. Os organismos, como resultado de processos metabólicos, perdem cerca de 90% de toda a energia em cada elo da cadeia alimentar, que é gasta na manutenção de suas funções vitais.

Se uma lebre comeu 10 kg de matéria vegetal, seu próprio peso poderia aumentar em 1 kg. Uma raposa ou um lobo, comendo 1 kg de lebre, aumenta sua massa em apenas 100 G. Nas plantas lenhosas, essa proporção é muito menor devido ao fato de a madeira ser mal absorvida pelos organismos. Para gramíneas e algas, esse valor é bem maior, pois não possuem tecidos de difícil digestão. No entanto, a regularidade geral do processo de transferência de energia permanece: muito menos energia passa pelos níveis tróficos superiores do que pelos inferiores. É por isso que as cadeias alimentares geralmente não podem ter mais de 3-5 (raramente 6) elos, e as pirâmides ecológicas não podem consistir em um grande número de andares. Para o elo final da cadeia alimentar, assim como para o último andar da pirâmide ecológica, haverá tão pouca energia que não será suficiente se o número de organismos aumentar.

Essa afirmação pode ser explicada observando onde é gasta a energia dos alimentos consumidos (C). Parte disso vai para a construção de novas células, ou seja, para o crescimento (P). Parte da energia dos alimentos é gasta no metabolismo energético ou na respiração. Como a digestibilidade dos alimentos não pode ser completa, ou seja, 100%, parte dos alimentos não digeridos é eliminada do corpo na forma de excrementos (F). O balanço ficará assim:

C = P + R + F.

Considerando que a energia gasta na respiração não é transferida para o próximo nível trófico e sai do ecossistema, fica claro porque cada nível subseqüente sempre será menor que o anterior. É por isso que grandes animais predadores são sempre raros. Portanto, também não há predadores que se alimentam de lobos. Nesse caso, eles simplesmente não se alimentariam, pois os lobos não são numerosos.

A pirâmide de biomassa é a razão entre as massas de organismos de diferentes níveis tróficos. Normalmente, nas biocenoses terrestres, a massa total de produtores é maior que cada elo subsequente. Por sua vez, a massa total de consumidores de primeira ordem é maior que a dos consumidores de segunda ordem, e assim por diante. Se os organismos não diferirem muito em tamanho, o gráfico geralmente mostra uma pirâmide escalonada com um topo afilado. Assim, para a formação de 1 kg de carne bovina, são necessários 70-90 kg de grama fresca.

Em ecossistemas aquáticos, também é possível obter uma pirâmide de biomassa invertida ou invertida, quando a biomassa dos produtores é menor que a dos consumidores e, às vezes, dos decompositores. Por exemplo, no oceano, com uma produtividade bastante elevada de fitoplâncton, a sua massa total num determinado momento pode ser inferior à dos consumidores consumidores (baleias, peixes grandes, moluscos).

Pirâmides de números e biomassa refletem estático sistemas, ou seja, caracterizam o número ou biomassa de organismos em um determinado período de tempo. Eles não fornecem informações completas sobre a estrutura trófica do ecossistema, embora permitam resolver uma série de problemas práticos, especialmente aqueles relacionados à manutenção da estabilidade dos ecossistemas. A pirâmide de números permite, por exemplo, calcular o valor admissível de pescar ou abater animais durante o período de caça sem consequências para sua reprodução normal.

pirâmide de números ( números) reflete o número de organismos individuais em cada nível. Por exemplo, para alimentar um lobo, você precisa de pelo menos algumas lebres que ele possa caçar; para alimentar essas lebres, você precisa de um número bastante grande de várias plantas. Às vezes, as pirâmides de números podem ser invertidas ou invertidas. Isso se aplica às cadeias alimentares florestais, quando as árvores atuam como produtoras e os insetos como consumidores primários. Nesse caso, o nível de consumidores primários é numericamente mais rico que o nível de produtores (um grande número de insetos se alimentam de uma árvore).

Uma espécie que é consumidora não pode destruir completamente toda a população de suas vítimas potenciais: caso contrário, ela própria morrerá. Por sua vez, o nível de fecundidade das presas é formado evolutivamente levando em consideração o fato de que parte da população será destruída por predadores. Mas, naturalmente, sempre há limites para o número de predadores. Isso mantém o sistema em equilíbrio.

Qualquer população em si também é um sistema biológico estável. Para garantir isso, reproduz continuamente suas espécies na biogeocenose em que existe. As leis de auto-organização da biosfera são tais que se formam relações entre os indivíduos da população visando organizar o desempenho dessa função. Em particular, em condições favoráveis ​​à existência de uma população, seus indivíduos começam a se multiplicar de forma mais intensa. Isso leva à competição entre indivíduos (devido ao território, fêmeas, etc.). Torna-se benéfico para a população que alguns dos indivíduos parem de se reproduzir e o crescimento populacional desacelere. É claro que para um indivíduo a recusa em gerar descendentes é anormal, mas para uma população é uma reação necessária aos seus números excessivos. Por exemplo, em uma certa densidade dentro da comunidade de roedores, as relações internas começam a aumentar. Ao mesmo tempo, formas agressivas de relacionamento começam a prevalecer sobre as comunicativas, e surge um clima de estresse. Este último leva à morte de indivíduos individuais ou ao bloqueio em alguns deles do fluxo de hormônios sexuais para o sangue.

Com uma forte deterioração das condições de existência (predadores excessivos se reproduziram, as condições climáticas pioraram, há pouca comida, etc.), a população começa a diminuir. Então os mecanismos naturais que estimulam a reprodução são ativados. Mas a população sempre tende ao nível ótimo de seu tamanho e, consequentemente, o processo de autorregulação é característico de qualquer população. Assim, a biosfera é um sistema no qual as biogeocenoses atuam como um subsistema. Cada biogeocenose, por sua vez, é um sistema independente no qual as populações atuam como um subsistema. Neles, os subsistemas são organismos individuais. Cada organismo, é claro, é um sistema biológico separado. Este último é a unidade básica do metabolismo. A circulação biogênica de substâncias em escala planetária só é possível porque todos os organismos a realizam continuamente com o meio ambiente. É a partir do corpo que se inicia a cadeia de relações entre os componentes da matéria viva. E essa cadeia não pode ser interrompida em nenhum nível, pois todos estão interconectados funcionalmente. Isso significa que a biosfera, sendo uma hierarquia integral, está sujeita a esse padrão.