DIFERITE FORME DE CALITATE A VIEII SI CICLU BIOGENIC

Existența durabilă a vieții este posibilă doar cu diversitatea, diversitatea formelor sale, specificul metabolismului, care sunt asigurate de utilizarea consecventă a produselor metabolice eliberate în mediu, formând un ciclu biogenic.

În forma sa cea mai simplă, un astfel de ansamblu complementar de calități ale formelor de viață este reprezentat de: producători, consumatori, descompunetori, activități comune, care sunt asigurate prin extracția substanțelor din mediul extern, transformarea lor la diferite niveluri ale lanțurilor trofice și prin mineralizarea substanţelor organice la componente disponibile pentru următoarea includere în ciclu.

Producătorii- Acestea sunt organisme vii care sunt capabile să sintetizeze materia organică din componente anorganice folosind surse externe de energie. În funcție de natura sursei de energie pentru sinteza substanțelor organice, toți producătorii sunt împărțiți în fotoautotrofeși chimioautotrofe.

Consumatori - ființe vii care nu sunt capabile să-și construiască corpul pe baza utilizării unor substanțe anorganice care necesită aportul de materie organică din exterior, ca parte a alimentelor. Organisme consumatoare de substanțe organice de-a lungul fluxului de substanțe ale ciclului, ele ocupă nivelul consumatorilor legați în mod obligatoriu de organisme autotrofe (consumatori de ordinul I) sau cu alți heterotrofe cu care se hrănesc (consumatori de ordinul II).

SOARE
		CONSUMURI DE COMANDA I
PRODUCĂTORI				CONSUMURI ALE COMANDEI
		REDUCTOARE
MINERALE

O schemă simplificată pentru transferul de materie și energie în procesul de circulație biogenă (Nikonorov și colab.)

Valoarea consumatorilor în circulația substanțelor:

1. În procesul de metabolism, heterotrofei descompun substanțele organice obținute în compoziția alimentelor. Transformarea substanțelor reduse în primul rând de autotrofe în organismele consumatoare duce la creșterea diversității materiei vii, iar aceasta este o condiție necesară pentru stabilitatea oricărui ecosistem (principiul lui Ashbin de perturbare externă și internă).

2. Animalele, care alcătuiesc cea mai mare parte a organismelor consumatoare, sunt mobile, capabile de mișcare activă în spațiu. În acest fel, ele contribuie la migrarea materiei vii, la dispersarea acesteia pe suprafața planetei, ceea ce stimulează așezarea în spațiu a vieții și servește ca un fel de mecanism de garanție în cazul distrugerii vieții într-un singur loc.

3. Rolul important al consumatorilor, în special al animalelor, ca regulatori ai intensității fluxului de materie și energie.

Reductoare - organisme care descompun substanțele, mineralizarea parțială a materiei organice are loc la toate animalele, astfel încât în ​​procesul de respirație se eliberează CO2, se excretă H2O, sărurile minerale, amoniacul.

Adevărații descompozitori, completând ciclul de distrugere a substanțelor organice, pot fi considerate doar acele organisme care aduc în mediul extern doar substanțe anorganice care sunt gata să fie implicate într-un nou ciclu. Categoria de descompunere include multe tipuri de bacterii și ciuperci. Prin natura metabolismului lor, acestea sunt organisme reducătoare (bacteriile denitrificatoare de azot, reduc azotul la starea sa elementară).

NIVELURI TROFICE ȘI CARACTERISTICILE LOR

Toate organismele care îndeplinesc funcții trofice într-un ecosistem alcătuiesc niveluri trofice:

1. Nivel trofic formează organisme autotrofe. Ei creează nivelul producției primare și sunt producători primari. Ei sunt cei care utilizează energia externă a soarelui, creează o masă de materie organică (biomasă), sunt baza existenței vieții în general și a biocenozei în special.

Organismele vii se nasc, cresc, se dezvoltă, în timpul acestor procese biomasa lor se modifică. Biomasa este exprimată în unități de energie sau masă, nu în unități de suprafață (N: J/m sau t/m). În comunități, ponderea principală a biomasei este reprezentată de plante (producția primară este autotrofe).

Se numește cantitatea de producție creată de autotrofi produse primare,în timp ce cantitatea totală de biomasă se numește producția brută, și creșterea biomasei - produs curat.

O parte din energie este folosită pentru a menține viața și respirația plantelor în sine - aceasta reprezintă 40-70% din producția brută. Diferența dintre producția brută și respirație este producția netă.

Productie neta - este rata de creștere a biomasei disponibilă pentru consum de către heterotrofi.

Rata de formare a producției primare se numește productivitatea biologică a ecosistemului. Este exprimat în unități de energie sau materie pe zonă și pe zi.

Animalele, ciupercile, bacteriile obțin energie hrănindu-se cu plante (autotrofe) sau cu alte organisme care se hrănesc și cu plante și sunt heterotrofe prin natura nutriției. Se face referire la ele producători secundari.

Se numește cantitatea de biomasă creată de producătorii secundari produse secundare. Acest grup este unit la al doilea nivel trofic care este reprezentat de consumatori. Se numesc transformatoare heterotrofe.

Consumatorii secretă diverse substanțe bioactive care stimulează sau inhibă alte organisme. Acest grup are mai multe niveluri:

n Consumatorii de ordinul I

n Consumatorii de ordinul doi

n și altele.

Al treilea grup de organisme se formează în ecosistemul unei biocenoze funcționale - descompunetori.

Există următoarele grupuri de consumatori de organisme moarte:

1. Necrofage(trupe de animale);

2. coprofagi(excremente);

3. Saprofage(reziduuri de plante moarte);

4. Detritivore(consumatori de substanțe organice dărăpănate).

În termeni generali, descompozitorii pot fi împărțiți în fitofagi, zoofagi, mixofagi (mixte). Contribuția fiecărui grup la funcționarea ecosistemului este inegală.

N: pentru circulația completă a materiei într-un rezervor, nu are o mare importanță compoziția în specii a producătorilor și a descompunetorilor, dar pentru organismele comerciale este decisivă.

Organismele din diferite grupuri reacţionează diferit la impacturile antropice.

TIPURI DE RELATII

Se disting următoarele tipuri de relații între populații:

n neutralismîn care asocierea a două populații nu afectează nici una dintre ele;

n suprimarea competitivă reciprocă, la care ambele populații se suprimă în mod activ reciproc;

n competiție pentru resurseîn care fiecare populație îi afectează negativ pe ceilalți în lupta pentru resursele alimentare în condițiile deficitului lor;

n amensalism,în care o populație o suprimă pe alta, dar nu suferă ea însăși un impact negativ;

n prădare- o populație o afectează negativ pe alta ca urmare a unui atac direct, dar depinde totuși de cealaltă;

n comensalism- o populatie beneficiaza de asociatie, pentru cealalta aceasta asociere este indiferenta;

n protocooperare - ambele populații profită de asociere, dar relația lor nu este obligatorie (nu este obligatorie);

n mutualism - legătura populaţiilor este favorabilă creşterii şi supravieţuirii ambelor.

Y. Odum subliniază 2 principii importante:

1. În cursul evoluției și dezvoltării ecosistemelor, există tendința de a reduce rolul interacțiunilor negative în detrimentul celor pozitive care cresc supraviețuirea speciilor care interacționează.

În cadrul biosferei ca integritate, acest lucru nu se întâmplă, deoarece pericolele și depășirea lor contribuie la evoluție.

În natură, nu există nimic dăunător speciei, deoarece ceea ce este dăunător individului și populației este benefic speciei din evoluție. Conceptul de co-evoluție explică bine evoluția în sistemul „prădător-pradă” – îmbunătățirea constantă a ambelor componente ale ecosistemului.

Condiția pentru reducerea impactului negativ este stabilitatea ecosistemului și faptul că structura lui spațială oferă posibilitatea de adaptare reciprocă a populațiilor. Relațiile negative și pozitive dintre populațiile dintr-un ecosistem care ating o stare stabilă în cele din urmă se echilibrează reciproc.

NIVEL TROFIC, un ansamblu de organisme unite prin tipul de hrană. Ideea nivelului trofic ne permite să înțelegem dinamica fluxului de energie și structura trofică care o determină.

Organismele autotrofe (în principal plante verzi) ocupă primul nivel trofic (producători), ierbivorele - al doilea (consumatorii de ordinul întâi), prădătorii care se hrănesc cu ierbivore - al treilea (consumatorii de ordinul doi), prădătorii secundari - al patrulea (al treilea-). comanda consumatorilor). Organismele cu lanțuri trofice diferite, dar care primesc hrană printr-un număr egal de verigi din lanțul trofic, se află la același nivel trofic. Deci, o vacă care se hrănește cu frunze de lucernă și un gândac al gărgăriței din genul Siton sunt consumatori de prim ordin. Relațiile reale dintre nivelurile trofice dintr-o comunitate sunt foarte complexe. Populațiile aceleiași specii, care participă la diferite lanțuri trofice, pot fi la diferite niveluri trofice, în funcție de sursa de energie utilizată. La fiecare nivel trofic, alimentele consumate nu sunt complet asimilate, deoarece o parte semnificativă din aceasta este cheltuită pe metabolism. Prin urmare, producția de organisme din fiecare nivel trofic ulterior este întotdeauna mai mică decât producția nivelului trofic anterior, în medie de 10 ori. Cantitatea relativă de energie transferată de la un nivel trofic la altul se numește eficiență ecologică comunitară sau eficiență a lanțului alimentar.

Raportul dintre diferitele niveluri trofice (structură trofică) poate fi reprezentat grafic ca piramida ecologica, a cărui bază este primul nivel (nivelul producătorilor).

piramida ecologica pot fi de trei tipuri:
1) piramida numerelor - reflectă numărul de organisme individuale la fiecare nivel;
2) piramida biomasei - greutatea totală uscată, conținutul de energie sau altă măsură a cantității totale de materie vie;
3) piramida energiei - mărimea fluxului de energie.

Baza din piramidele numerelor și biomasei poate fi mai mică decât nivelurile ulterioare (în funcție de raportul dintre dimensiunile producătorilor și consumatorilor). Piramida energiei se îngustează întotdeauna în sus. În ecosistemele terestre, o scădere a cantității de energie disponibilă este de obicei însoțită de o scădere a biomasei și a abundenței indivizilor la fiecare nivel trofic.

Piramida numerelor (1) arată că dacă băiatul a mâncat doar carne de vițel timp de un an, atunci pentru aceasta ar avea nevoie de 4,5 viței, iar pentru hrănirea vițeilor este necesar să semăneze un câmp în 4 hectare de lucernă (2x10 (7) plante). În piramida biomasei (2) numărul de indivizi este înlocuit cu valorile biomasei. În piramida energiei (3) energia solară inclusă Lucerna utilizează 0,24% din energia solară. Pentru acumularea produselor de către viței în cursul anului se utilizează 8% din energia acumulată de lucernă. Pe parcursul anului, 0,7% din energia acumulată de viței este folosită pentru dezvoltarea și creșterea unui copil, ca urmare, puțin peste o milioneme din energia solară care cade pe un câmp de 4 hectare este folosită pentru hrănirea unui copil pentru o singură parte. an. (după Y. Odum)

NIVEL TROFIC NIVEL TROFIC

un ansamblu de organisme unite prin tipul de hrană. Idee despre T. la. vă permite să înțelegeți dinamica fluxului de energie și troficul care o determină. structura. Organismele autotrofe (în principal plante verzi) ocupă primul t. - (producători), animale erbivore - a doua (consumatoare de ordinul I), prădători care se hrănesc cu animale erbivore - a treia (consumatoare de ordinul al doilea), prădători secundare - a patra (consumatori de ordinul al treilea). Organisme de diferite trofice lanțuri, dar primind hrana printr-un număr egal de verigi în trofic. lanțurile sunt pe un T. la. Deci, o vacă care se hrănește cu frunze de lucernă și un gândac al gărgăriței din genul Siton sunt consumatori de prim ordin. Relaţii reale reciproce între T. la. în comunitate sunt foarte complexe. Populațiile din aceeași specie, care participă la decomp. trofic circuite, pot fi pe diferite T. at., în funcție de sursa de energie utilizată. Pe fiecare T. la. hrana consumată nu este asimilată în totalitate, deoarece înseamnă că o parte din aceasta este cheltuită la schimb. Prin urmare, producția de organisme a fiecărui T. ulterioară la. întotdeauna mai mică decât producția precedentului T. at., în medie de 10 ori. Relaţionează cantitatea de energie transmisă de la un T. la. la altul, chemat ecologie, eficiență comunitară sau eficiență trofică. lanţuri. Difer. raport. Acea. (structură trofic.) poate fi reprezentată grafic sub forma unei piramide ecologice, a cărei bază este primul nivel (nivelul producătorilor). Ecologic piramida poate fi de trei tipuri: 1) piramida numerelor – reflecta numarul de departamente. organisme la fiecare nivel; 2) piramida biomasei - greutatea totală uscată, conținutul de energie sau altă măsură a cantității totale de materie vie; 3) piramida energiei - mărimea fluxului de energie. Baza din piramidele de numere și biomasă poate fi mai mică decât nivelurile ulterioare (în funcție de raportul dintre dimensiunile producătorilor și consumatorilor). Piramida energiei se îngustează întotdeauna în sus. În ecosistemele terestre, o scădere a cantității de energie disponibilă este de obicei însoțită de o scădere a biomasei și a numărului de indivizi la fiecare T. y.

.(Sursa: „Dicționar enciclopedic biologic.” Editor-șef M. S. Gilyarov; Redacție: A. A. Babaev, G. G. Vinberg, G. A. Zavarzin și alții - ed. a 2-a, corectată . - M .: Sov. Encyclopedia, 1986.)

Vedeți ce este „NIVEL TROFIC” în alte dicționare:

Un grup de organisme care ocupă o anumită poziție într-un lanț alimentar. Distanța organismelor față de producători este aceeași. Ele se caracterizează printr-o anumită formă de organizare și utilizare a energiei. Organisme cu diferite lanțuri trofice, ...... Dicționar ecologic

nivel trofic- 1. Rata cu care energia sub formă de hrană este transferată de la un organism la altul ca parte a lanțului trofic. 2. Nivelul de distribuție a nutrienților în rezervor, în special în raport cu conținutul de nitrați și fosfați din apă ... Dicţionar de geografie

NIVEL TROFIC Poziția pe care o ocupă un organism în LANȚUL ALIMENTAR. De obicei, este determinată de limitele în care sunt furnizate alimente. Prima verigă trofică este plantele verzi ale PRODUCĂTORII PRIMARI care folosesc fotosinteza pentru ...... Dicționar enciclopedic științific și tehnic

nivel trofic- Un set de organisme dintr-un ecosistem, unite prin tipul de hrană Subiecte de biotehnologie EN nivel trofic... Manualul Traducătorului Tehnic

nivel trofic- 3.23 element de nivel trofic al clasificării funcționale a organismelor din cadrul unei comunități, în funcție de hrana utilizată.

] [Limba rusă] [Limba ucraineană] [Limba belarusă] [Literatura rusă] [Literatura belarusă] [Literatura ucraineană] [Fundamentele sănătății] [Literatura străină] [Studii naturale] [Omul, societatea, statul] [Alte manuale]

§ 8. Niveluri trofice. Piramide ecologice

Conceptul de niveluri trofice. Nivel trofic- Acesta este un grup de organisme care ocupă o anumită poziție în lanțul trofic general. La organismele care își primesc energia de la soare prin același număr de pași aparțin unui nivel trofic.

O astfel de secvență și subordonare a grupurilor de organisme conectate sub formă de niveluri trofice este un flux de materie și energie într-un ecosistem, baza organizării acestuia.

Structura trofică a ecosistemului. Ca rezultat al secvenței transformărilor energetice din lanțurile trofice, fiecare comunitate de organisme vii dintr-un ecosistem dobândește un anumit structura trofică. Structura trofică a comunității reflectă raportul dintre producători, consumatori (separat de primul, al doilea, etc.) și descompozitori, exprimat fie prin numărul de indivizi ai organismelor vii, fie ph biomasa sau energia conținută în acestea, calculată pe unitatea de suprafață pe unitatea de timp.

Structura trofică este de obicei descrisă ca piramide ecologice. Acest model grafic a fost dezvoltat în 1927 de zoologul american Charles Elton. Baza piramidei este primul nivel trofic - nivelul producătorilor, iar etajele următoare ale piramidei sunt formate din nivelurile ulterioare - consumatori de diverse ordine. Înălțimea tuturor blocurilor este aceeași, iar lungimea este proporțională cu numărul, biomasa sau energia de la nivelul corespunzător. Există trei moduri de a construi piramide ecologice.

1. Piramida numerelor(numerele) reflectă numărul de organisme individuale la fiecare nivel. De exemplu, pentru a hrăni un lup, ai nevoie de cel puțin câțiva iepuri de câmp pe care să-l vâneze; pentru a hrăni acești iepuri, aveți nevoie de un număr destul de mare de diverse plante. Uneori, piramidele de numere pot fi inversate sau inversate. Acest lucru se aplică lanțurilor alimentare forestiere, când copacii servesc ca producători și insectele ca consumatori primari. În acest caz, nivelul consumatorilor primari este numeric mai bogat decât nivelul producătorilor (un număr mare de insecte se hrănesc cu un singur copac).

2. Piramida de biomasă- raportul maselor de organisme de diferite niveluri trofice. De obicei, în biocenozele terestre, masa totală a producătorilor este mai mare decât fiecare legătură ulterioară. La rândul său, masa totală a consumatorilor de ordinul întâi este mai mare decât a consumatorilor de ordinul doi și așa mai departe. Dacă organismele nu diferă prea mult ca mărime, atunci graficul arată de obicei o piramidă în trepte cu un vârf înclinat. Deci, pentru formarea a 1 kg de carne de vită este nevoie de 70-90 kg de iarbă proaspătă.

În ecosistemele acvatice, este posibil să se obțină și o piramidă de biomasă inversată, sau inversată, atunci când biomasa producătorilor este mai mică decât cea a consumatorilor, și uneori a descompunetorilor. De exemplu, în ocean, cu o productivitate destul de mare a fitoplanctonului, masa sa totală la un moment dat poate fi mai mică decât cea a consumatorilor consumatori (balene, pești mari, moluște).

Piramidele de numere și de biomasă reflectă static sisteme, adică caracterizează numărul sau biomasa organismelor într-o anumită perioadă de timp. Ele nu oferă informații complete despre structura trofică a ecosistemului, deși permit rezolvarea unui număr de probleme practice, în special a celor legate de menținerea stabilității ecosistemelor. Piramida numerelor face posibilă, de exemplu, calcularea valorii admisibile a prinderii peștilor sau a împușcării animalelor în timpul sezonului de vânătoare, fără consecințe pentru reproducerea lor normală.

3. Piramida energiei reflectă mărimea fluxului de energie, viteza de trecere a masei alimentelor prin lanțul trofic. Structura biocenozei este influențată în mare măsură nu de cantitatea de energie fixă, ci de rata producției de alimente.

S-a stabilit că cantitatea maximă de energie transferată la următorul nivel trofic poate fi în unele cazuri de 30% din cea precedentă, iar aceasta este în cel mai bun caz. În multe biocenoze, lanțuri trofice, valoarea energiei transferate poate fi de doar 1%.

În 1942, ecologistul american R. Lindeman a formulat legea piramidei energiilor (legea 10 la sută), conform căreia, în medie, aproximativ 10% din energia primită de nivelul anterior al piramidei ecologice trece de la un nivel trofic prin lanțurile trofice la un alt nivel trofic. Restul energiei se pierde sub formă de radiație termică, mișcare etc. Organismele, ca urmare a proceselor metabolice, pierd aproximativ 90% din toată energia din fiecare verigă a lanțului trofic, care este cheltuită pentru menținerea funcțiilor lor vitale.

Dacă un iepure a mâncat 10 kg de materie vegetală, atunci propria sa greutate ar putea crește cu 1 kg. O vulpe sau un lup, mâncând 1 kg de iepure, își mărește masa cu doar 100 g. La plantele lemnoase, această proporție este mult mai mică datorită faptului că lemnul este slab absorbit de organisme. Pentru ierburi și alge, această valoare este mult mai mare, deoarece nu au țesuturi greu digerabile. Cu toate acestea, regularitatea generală a procesului de transfer de energie rămâne: mult mai puțină energie trece prin nivelurile trofice superioare decât prin cele inferioare.

De aceea, lanțurile trofice de obicei nu pot avea mai mult de 3-5 (rar 6) verigi, iar piramidele ecologice nu pot consta dintr-un număr mare de etaje. Până la ultima verigă a lanțului trofic, precum și la ultimul etaj al piramidei ecologice, va exista atât de puțină energie încât nu va fi suficientă dacă numărul de organisme crește.

Această afirmație poate fi explicată analizând unde este cheltuită energia alimentelor consumate (C). O parte din aceasta este destinată construirii de noi celule, de ex. pentru creștere (P). O parte din energia alimentelor este cheltuită pentru asigurarea metabolismului energetic 7 sau pentru respirație (i?) . Deoarece digestibilitatea alimentelor nu poate fi completă, de exemplu. 100%, apoi o parte din hrana nedigerată sub formă de excremente este îndepărtată din organism (F). Bilanțul va arăta astfel:

C = R+R + F .

Având în vedere că energia cheltuită pentru respirație nu este transferată la următorul nivel trofic și părăsește ecosistemul, devine clar de ce fiecare nivel ulterior va fi întotdeauna mai mic decât cel anterior.

De aceea, animalele de pradă mari sunt întotdeauna rare. Prin urmare, nu există nici prădători care s-ar hrăni cu lupi. În acest caz, pur și simplu nu s-ar hrăni singuri, deoarece lupii nu sunt numeroși.

Structura trofică a unui ecosistem este exprimată în relații alimentare complexe între speciile sale constitutive. Piramidele ecologice de numere, biomasă și energie, înfățișate sub formă de modele grafice, exprimă rapoartele cantitative ale organismelor care diferă prin modul în care se hrănesc: producători, consumatori și descompunetori.

1. Definiți un nivel trofic. 2. Dați exemple de organisme aparținând aceluiași nivel trofic. 3. După ce principiu sunt construite piramidele ecologice? 4. De ce un lanț alimentar nu poate include mai mult de 3 - 5 verigi?

Biologie generală: un manual pentru clasa a XI-a a unei școli de învățământ general de 11 ani, pentru niveluri de bază și avansate. N.D. Lisov, L.V. Kamlyuk, N.A. Lemeza şi alţii.Ed. N.D. Lisova.- Minsk: Belarus, 2002.- 279 p.

Conținutul manualului Biologie generală: manual pentru clasa a 11-a:

Capitolul 1. Specia – unitate de existență a organismelor vii

• § 2. Populaţia - unitate structurală a speciei. Caracteristicile populației

Capitolul 2. Relaţiile speciilor, populaţiilor cu mediul. ecosistemelor

• § 6. Ecosistem. Relațiile dintre organismele dintr-un ecosistem. Biogeocenoza, structura biogeocenozei
• § 7. Mișcarea materiei și energiei într-un ecosistem. Circuite și rețele de alimentare
• § 9. Circulația substanțelor și fluxul de energie în ecosisteme. Productivitatea biocenozelor

capitolul 3

• § 13. Precondiţii pentru apariţia teoriei evoluţioniste a lui Ch. Darwin
• § 14. Caracteristici generale ale teoriei evoluţioniste a lui Ch. Darwin

capitolul 4

• § 18. Dezvoltarea teoriei evoluţioniste în perioada post-darwiniană. Teoria sintetică a evoluției
• § 19. Populația – unitate elementară a evoluției. Contextul evoluției

Capitolul 5. Originea și dezvoltarea vieții pe Pământ

• § 27. Dezvoltarea ideilor despre originea vieții. Ipoteze pentru originea vieții pe Pământ
• § 32. Principalele etape ale evoluţiei florei şi faunei
• § 33. Diversitatea lumii organice moderne. Principiile taxonomiei

Capitolul 6

• § 35. Formarea ideilor despre originea omului. Locul omului în sistemul zoologic
• § 36. Etape şi direcţii ale evoluţiei umane. predecesorii umani. Cei mai bătrâni oameni
• § 38. Factorii biologici şi sociali ai evoluţiei umane. Diferențele calitative ale unei persoane

Procesele de nitrificare și denitrificare au fost echilibrate până la începutul utilizării intensive a îngrășămintelor minerale azotate de către om pentru a obține recolte mari de plante agricole. În prezent, datorită utilizării unor volume uriașe de astfel de îngrășăminte, se observă acumularea de compuși azotați în sol, plante și apele subterane. Astfel, rolul organismelor vii în ciclul azotului este cel principal.

Circulația substanțelor stă la baza infinitității vieții de pe planeta noastră. Toate organismele vii iau parte la ea, efectuând procesele de nutriție, respirație, excreție, reproducere. Baza ciclului biogenic este energia solară, care este absorbită de organismele fototrofe și transformată de acestea în materie organică primară disponibilă consumatorilor. În cursul transformării ulterioare de către consumatorii de diferite ordine, energia alimentelor este irosită treptat, scade. Prin urmare, stabilitatea biosferei este direct legată de afluxul constant de energie solară. În ciclurile biogeochimice ale carbonului și azotului, organismele vii joacă rolul principal, în timp ce baza ciclului global al apei din biosferă este asigurată de procesele fizice.

IN SI. Vernadsky a ajuns la concluzia că, pentru a-și asigura sustenabilitatea, viața trebuie neapărat prezentată sub diferite forme. Într-adevăr, dacă presupunem că viața își are originea undeva în ocean sub forma unei singure specii biologice, atunci după un timp va extrage tot ce are nevoie din mediu, va elimina deșeurile activității sale, va acoperi întregul fund al mărilor. cu rămășițele sale, și pe aceasta viața se va opri: nu va fi nimeni care să transforme aceste rămășițe în minerale. De aceea viața ca fenomen planetar stabil este posibilă doar atunci când este de diferite calități. Această eterogenitate în biosfera existentă pe Pământ se caracterizează prin prezența a trei componente: producători, consumatori și descompunetori.

Ierarhia trofică a biosferei se exprimă în relații nutriționale complexe între speciile sale constitutive; este un ansamblu de organisme unite prin tipul de nutriție. Organismele autotrofe (în principal plante verzi) ocupă primul nivel trofic (producători), urmate de heterotrofe: la al doilea nivel, animalele erbivore (consumatoare de ordinul I); prădători care se hrănesc cu animale erbivore - pe a treia (consumatorii de ordinul 2); prădători secundari - pe a patra (consumatorii de ordinul 3). Organismele saprotrofe (reductoarele) pot ocupa toate nivelurile, începând cu al doilea. Organismele din lanțuri trofice diferite care primesc hrana printr-un număr egal de verigi sunt la același nivel trofic. Raportul dintre diferitele niveluri de trofee poate fi reprezentat grafic ca o piramidă.

Fig. 1. Piramida biomasei și a nivelurilor trofice din ecosistem

Piramidele ecologice de numere, biomasă și energie, înfățișate sub formă de modele grafice, exprimă rapoartele cantitative ale organismelor care diferă prin modul în care se hrănesc: producători, consumatori și descompunetori. Producătorii se numesc organisme care sunt capabile de foto- și chemosinteză și sunt prima verigă a lanțului trofic al substanțelor, creatorul de substanțe organice din cele anorganice. Producătorii includ aproape toate plantele.

Consumatorii sunt organisme care sunt consumatori de materie organică în lanțul alimentar. Consumatorii se hrănesc cu plante, animale sau cu plante și animale. Există consumatori de ordinul întâi și al doilea. Animalele de ordinul întâi includ toate animalele erbivore, animalele de ordinul doi sunt prădători. Descompozitorii sunt organisme care descompun materia organică moartă (cadavre, deșeuri) și le transformă în substanțe anorganice care pot fi absorbite din nou. Descompozitorii includ bacterii și ciuperci. În lanțul alimentar, descompozitorii sunt consumatori. Interacțiunea producătorilor, consumatorilor și descompunetorilor asigură constanța și stabilitatea ciclului biologic. Ca urmare a acestui ciclu, diverse forme de viață afectează mediul, îi organizează chimia, modifică terenul și condițiile microclimatice. Zonele în care se desfășoară ciclul biogenic se numesc ecosisteme, sau, după cum urmează V.N. Sukachev, biogeocenoze. Sunt zone omogene ale suprafeței terestre cu compoziții stabilite ale ființelor vii (biocenoze) și componente inerte (solurile, straturile de suprafață ale atmosferei, energia solară) care se află în interacțiune. Acesta din urmă este legat de metabolism și energie. Întregul set de biogeocenoze prezente pe Pământ și care desfășoară ciclul biogenic al substanțelor constituie biosfera în ansamblu.

În toate biogeocenozele, producătorii, consumatorii și descompozitorii formează o varietate de seturi. Aceasta este o garanție că, dacă se întâmplă ceva cu una dintre specii, alte specii își vor prelua cota de influență asupra biosferei, iar biogeocenoza nu se va prăbuși. Relația dintre biogeocenoze asigură stabilitatea proceselor de viață pe întreaga planetă. Această garanție este asigurată și de faptul că există multe biogeocenoze diferite: dacă se produce un fel de cataclism undeva pe Pământ (erupție vulcanică, afundarea scoarței terestre, înaintarea / retragerea mării, schimbarea geologică, răcirea etc.), apoi alte biogeocenoze vor susține existența vieții și în cele din urmă vor restabili echilibrul. De exemplu, după ce insula Krakatoa a fost complet distrusă de o erupție vulcanică în 1883, o jumătate de secol mai târziu, viața pe insulă a fost restabilită.

Deci, biosfera este un sistem de biogeocenoze. Fiecare dintre ele este un sistem biologic independent, sau mai degrabă un subsistem. Asigură menținerea ciclului biogenic în condiții geografice specifice. Fiecare biogeocenoză are propriul său set de specii asociate unele cu altele. Dar relațiile în biogeocenoze se construiesc nu la nivel de specii (pentru că reprezentanții lor pot trăi nu numai într-o biogeocenoză dată) și nu la nivel de indivizi (pentru că aici sunt în principal hrană și deci de scurtă durată), ci la nivel a populaţiilor de specii. O populație este înțeleasă ca un ansamblu de indivizi ai aceleiași specii, care ocupă un anumit spațiu pentru o perioadă lungă de timp și se reproduc pe sine pe parcursul unui număr mare de generații. Populațiile din timpul evoluției comune a speciilor ca parte a unei biogeocenoze se adaptează între ele și se străduiesc să mențină în mod durabil lanțurile trofice corespunzătoare.

Lanț alimentar (trofic) - o serie de specii de plante, animale, ciuperci și microorganisme care sunt legate între ele prin relații: hrană - consumator. Organismele verigii următoare mănâncă organismele verigii anterioare și, astfel, se realizează un transfer în lanț de energie și materie, care stă la baza ciclului de substanțe din natură. Cu fiecare transfer de la o legătură la o legătură, o mare parte (până la 80-90%) din energia potențială se pierde, disipându-se sub formă de căldură. Din acest motiv, numărul de verigi (specii) din lanțul trofic este limitat și de obicei nu depășește 4-5.

Ca urmare a succesiunii transformărilor energetice din lanțurile trofice, fiecare comunitate de organisme vii dintr-un ecosistem capătă o anumită structură trofică. Structura trofică a comunității reflectă raportul dintre producători, consumatori (separat de primul, al doilea, etc.) și descompozitori, exprimat fie prin numărul de indivizi ai organismelor vii, fie ph biomasa sau energia conținută în acestea, calculată pe unitatea de suprafață pe unitatea de timp.

Structura trofică este de obicei descrisă ca piramide ecologice. Acest model grafic a fost dezvoltat în 1927 de zoologul american Charles Elton. Baza piramidei este primul nivel trofic - nivelul producătorilor, iar etajele următoare ale piramidei sunt formate din nivelurile ulterioare - consumatori de diverse ordine. Înălțimea tuturor blocurilor este aceeași, iar lungimea este proporțională cu numărul, biomasa sau energia de la nivelul corespunzător. Există trei moduri de a construi piramide ecologice.

Piramida energiei reflectă mărimea fluxului de energie, viteza de trecere a unei mase de alimente prin lanțul trofic. Structura biocenozei este influențată în mare măsură nu de cantitatea de energie fixă, ci de rata producției de alimente. S-a stabilit că cantitatea maximă de energie transferată la următorul nivel trofic poate fi în unele cazuri de 30% din cea precedentă, iar aceasta este în cel mai bun caz. În multe biocenoze, lanțuri trofice, valoarea energiei transferate poate fi de doar 1%.

În 1942, ecologistul american R. Lindeman a formulat legea piramidei energiilor (legea 10 la sută), conform căreia, în medie, aproximativ 10% din energia primită de nivelul anterior al piramidei ecologice trece de la un nivel trofic prin lanțurile trofice la un alt nivel trofic. Restul energiei se pierde sub formă de radiație termică, mișcare etc. Organismele, ca urmare a proceselor metabolice, pierd aproximativ 90% din toată energia din fiecare verigă a lanțului trofic, care este cheltuită pentru menținerea funcțiilor lor vitale.

Dacă un iepure a mâncat 10 kg de materie vegetală, atunci propria sa greutate ar putea crește cu 1 kg. O vulpe sau un lup, mâncând 1 kg de iepure, își mărește masa cu doar 100 g. La plantele lemnoase, această proporție este mult mai mică datorită faptului că lemnul este slab absorbit de organisme. Pentru ierburi și alge, această valoare este mult mai mare, deoarece nu au țesuturi greu digerabile. Cu toate acestea, regularitatea generală a procesului de transfer de energie rămâne: mult mai puțină energie trece prin nivelurile trofice superioare decât prin cele inferioare. De aceea, lanțurile trofice de obicei nu pot avea mai mult de 3-5 (rar 6) verigi, iar piramidele ecologice nu pot consta dintr-un număr mare de etaje. Până la ultima verigă a lanțului trofic, precum și la ultimul etaj al piramidei ecologice, va exista atât de puțină energie încât nu va fi suficientă dacă numărul de organisme crește.

Această afirmație poate fi explicată analizând unde este cheltuită energia alimentelor consumate (C). O parte din aceasta este destinată construirii de noi celule, de ex. pentru creștere (P). O parte din energia alimentelor este cheltuită pentru asigurarea metabolismului energetic sau pentru respirație. Deoarece digestibilitatea alimentelor nu poate fi completă, adică 100%, o parte din alimentele nedigerate este îndepărtată din organism sub formă de excremente (F). Bilanțul va arăta astfel:

C = P + R + F.

Având în vedere că energia cheltuită pentru respirație nu este transferată la următorul nivel trofic și părăsește ecosistemul, devine clar de ce fiecare nivel ulterior va fi întotdeauna mai mic decât cel anterior. De aceea, animalele de pradă mari sunt întotdeauna rare. Prin urmare, nu există nici prădători care s-ar hrăni cu lupi. În acest caz, pur și simplu nu s-ar hrăni singuri, deoarece lupii nu sunt numeroși.

Piramida biomasei este raportul dintre masele organismelor de diferite niveluri trofice. De obicei, în biocenozele terestre, masa totală a producătorilor este mai mare decât fiecare legătură ulterioară. La rândul său, masa totală a consumatorilor de ordinul întâi este mai mare decât a consumatorilor de ordinul doi și așa mai departe. Dacă organismele nu diferă prea mult ca mărime, atunci graficul arată de obicei o piramidă în trepte cu un vârf înclinat. Deci, pentru formarea a 1 kg de carne de vită este nevoie de 70-90 kg de iarbă proaspătă.

În ecosistemele acvatice, este posibil să se obțină și o piramidă de biomasă inversată, sau inversată, atunci când biomasa producătorilor este mai mică decât cea a consumatorilor, și uneori a descompunetorilor. De exemplu, în ocean, cu o productivitate destul de mare a fitoplanctonului, masa sa totală la un moment dat poate fi mai mică decât cea a consumatorilor consumatori (balene, pești mari, moluște).

Piramidele de numere și de biomasă reflectă static sisteme, adică caracterizează numărul sau biomasa organismelor într-o anumită perioadă de timp. Ele nu oferă informații complete despre structura trofică a ecosistemului, deși permit rezolvarea unui număr de probleme practice, în special a celor legate de menținerea stabilității ecosistemelor. Piramida numerelor face posibilă, de exemplu, calcularea valorii admisibile a prinderii peștilor sau a împușcării animalelor în timpul sezonului de vânătoare, fără consecințe pentru reproducerea lor normală.

Piramida numerelor ( numere) reflectă numărul de organisme individuale la fiecare nivel. De exemplu, pentru a hrăni un lup, ai nevoie de cel puțin câțiva iepuri de câmp pe care să-l vâneze; pentru a hrăni acești iepuri, aveți nevoie de un număr destul de mare de diverse plante. Uneori, piramidele de numere pot fi inversate sau inversate. Acest lucru se aplică lanțurilor alimentare forestiere, când copacii servesc ca producători și insectele ca consumatori primari. În acest caz, nivelul consumatorilor primari este numeric mai bogat decât nivelul producătorilor (un număr mare de insecte se hrănesc cu un singur copac).

O specie care este consumatoare nu poate distruge complet întreaga populație a potențialelor sale victime: altfel va muri singură. La rândul său, nivelul de fecunditate al prăzii se formează evolutiv ținând cont de faptul că o parte din populație va fi distrusă de prădători. Dar, firește, există întotdeauna limite ale numărului de prădători înșiși. Acest lucru menține sistemul în echilibru.

Orice populație în sine este, de asemenea, un sistem biologic stabil. Pentru a asigura acest lucru, își reproduce continuu specia în biogeocenoza în care există. Legile de autoorganizare a biosferei sunt de așa natură încât între indivizii populației se formează relații care vizează organizarea îndeplinirii acestei funcții. În special, în condiții favorabile existenței unei populații, indivizii acesteia încep să se înmulțească mai intens. Aceasta duce la competiție între indivizi (datorită teritoriului, femele etc.). Devine benefic pentru populație ca unii dintre indivizi să înceteze reproducerea și creșterea populației să încetinească. Este clar că pentru un individ refuzul de a crea urmași este anormal, dar pentru o populație este o reacție necesară la numărul său excesiv. De exemplu, la o anumită densitate în cadrul comunității de rozătoare, relațiile interne încep să escaladeze. În același timp, formele agresive de relații încep să prevaleze asupra celor comunicative și apare o atmosferă de stres. Acesta din urmă duce la moartea indivizilor sau la blocarea la unii dintre ei a fluxului de hormoni sexuali în sânge.

Odată cu o deteriorare bruscă a condițiilor de existență (s-au reprodus prădători excesivi, condițiile climatice s-au înrăutățit, hrana este puțină etc.), populația începe să scadă. Apoi sunt activate mecanismele naturale care stimulează reproducerea. Dar populația tinde întotdeauna la nivelul optim al mărimii sale și, în consecință, procesul de autoreglare este caracteristic oricărei populații. Astfel, biosfera este un sistem în care biogeocenozele acționează ca un subsistem. Fiecare biogeocenoză, la rândul său, este un sistem independent în care populațiile acționează ca un subsistem. În ele, subsistemele sunt organisme individuale. Fiecare organism, desigur, este un sistem biologic separat. Acesta din urmă este unitatea de bază a metabolismului. Circulația biogenă a substanțelor la scară planetară este posibilă doar pentru că toate organismele o desfășoară cu mediul în mod continuu. Cu corpul începe lanțul de relații dintre componentele materiei vii. Și acest lanț nu poate fi întrerupt la niciun nivel, deoarece toate sunt interconectate funcțional. Aceasta înseamnă că biosfera, fiind o ierarhie integrală, este supusă acestui tipar.