Există interacțiuni nutriționale complexe între autotrofe și heterotrofe în ecosisteme. Unele organisme le mănâncă pe altele și, astfel, efectuează transferul de substanțe și energie - baza funcționării ecosistemului.

În cadrul unui ecosistem, materia organică este creată de organisme autotrofe, cum ar fi plantele. Plantele sunt consumate de animale, care la rândul lor sunt mâncate de alte animale. O astfel de secvență se numește lanț trofic (Fig. 1), iar fiecare verigă din lanțul trofic este numită nivel trofic.

Distinge

lanțurile trofice de pășune(lanțuri alimentare) - lanțuri trofice care încep cu organisme fotosintetice sau chemosintetice autotrofe (Fig. 2.). Lanțurile trofice de pășune se găsesc preponderent în ecosistemele terestre și marine.

Un exemplu este lanțul trofic al pășunilor. Un astfel de lanț începe cu captarea energiei solare de către o plantă. Un fluture care se hrănește cu nectarul unei flori este a doua verigă a acestui lanț. Dragonfly - o insectă zburătoare prădătoare - atacă un fluture. O broasca care se ascunde printre iarba verde prinde o libelula, dar ea insasi serveste drept prada unui astfel de pradator precum sarpele. Ar fi putut digera o broasca toata ziua, dar inainte de a apune soarele, el insusi a devenit prada unui alt pradator.

Lanțul trofic, mergând de la plantă prin fluture, libelulă, broască, șarpe de iarbă până la șoim, indică direcția de mișcare a substanțelor organice, precum și energia conținută în acestea.

În oceane și mări, organismele autotrofe (alge unicelulare) există doar până la adâncimea de penetrare a luminii (până la maximum 150-200 m). Organismele heterotrofe care trăiesc în straturi mai adânci de apă ies la suprafață noaptea pentru a se hrăni cu alge, iar dimineața merg din nou la adâncime, făcând migrații verticale zilnice de până la 500-1000 m lungime. La rândul lor, odată cu debutul dimineții, organismele heterotrofe din straturi chiar mai profunde se ridică în vârf pentru a se hrăni cu straturile care coboară de la suprafață ale altor organisme.

Astfel, în mările și oceanele adânci există un fel de „scără alimentară”, datorită căreia materia organică creată de organismele autotrofe în straturile de suprafață ale apei este transferată de-a lungul lanțului de organisme vii până la fund. În acest sens, unii ecologisti marini consideră că întreaga coloană de apă este o singură biogeocenoză. Alții cred că condițiile de mediu din straturile de suprafață și de jos ale apei sunt atât de diferite încât nu pot fi considerate ca o singură biogeocenoză.

Rețele trofice detritice(lanțuri de descompunere) - lanțuri trofice care încep cu detritus - resturi vegetale moarte, cadavre și excremente de animale (Fig. 2).

Lanțurile detritice sunt cele mai tipice pentru comunitățile corpurilor de apă continentale, fundul lacurilor adânci și oceanelor, unde multe organisme se hrănesc cu detritusuri formate de organisme moarte din straturile superioare iluminate ale unui corp de apă sau care au intrat în corpul de apă din ecosistemele terestre. , de exemplu, sub formă de așternut de frunze.

Ecosistemele de pe fundul mărilor și oceanelor, unde lumina soarelui nu pătrunde, există doar datorită așezării constante a organismelor moarte care trăiesc în straturile de suprafață ale apei. Masa totală a acestei substanțe în Oceanul Mondial ajunge pe an la cel puțin câteva sute de milioane de tone.

Lanțurile detritice sunt larg răspândite și în păduri, unde cea mai mare parte a creșterii anuale a greutății în viață a plantelor nu este consumată direct de animalele erbivore, ci moare, formând așternut, iar apoi se descompune de către organismele saprotrofe, urmată de mineralizarea de către descompozitori. De mare importanță în descompunerea reziduurilor moarte origine vegetală, în special lemnul, au ciuperci.

Organismele heterotrofe care se hrănesc direct cu detritus se numesc detritofagi. În ecosistemele terestre, sunt multe specii de insecte, viermi, etc. Hrănitoare cu detritus mari, care includ unele specii de păsări (vulturi, corbi etc.) și mamifere (hiene etc.), sunt numite scavengers.

În ecosistemele acvatice, cele mai comune detritofage sunt artropodele - insectele acvatice și larvele lor și crustaceele. Detritofagii se pot hrăni cu alte organisme heterotrofe, mai mari, care ele însele pot servi drept hrană prădătorilor.

Niveluri trofice

De obicei, diferitele niveluri trofice din ecosisteme nu sunt separate spațial. Cu toate acestea, în unele cazuri, acestea sunt destul de clar diferențiate. De exemplu, în izvoarele geotermale, organismele autotrofe - algele albastre-verzi și bacteriile autotrofe care formează comunități specifice algo-bacteriene ("covorașe") sunt comune la temperaturi peste 40-45 ° C. La temperaturi mai scăzute, nu supraviețuiesc.

Pe de altă parte, organismele heterotrofe (moluște, larve de insecte acvatice etc.) nu se găsesc în izvoarele geotermale la temperaturi peste 33–36°C, astfel că se hrănesc cu fragmente de covor transportate de curent către zonele cu temperaturi mai scăzute.

Astfel, în astfel de izvoare geotermale se distinge clar o zonă autotrofă, unde sunt distribuite doar organisme autotrofe, și o zonă heterotrofă, unde organismele autotrofe sunt absente și se găsesc doar organisme heterotrofe.

rețele trofice

În sistemele ecologice, în ciuda existenței unui număr de lanțuri alimentare paralele, de exemplu,

vegetatie erbacee -> rozatoare -> mici carnivore
vegetatie erbacee -> ungulate -> carnivore mari,

care unesc locuitorii solului, acoperirea erbacee, stratul arborilor, există alte relații. În cele mai multe cazuri, același organism poate servi ca sursă de hrană pentru multe organisme și, astfel, poate fi parte integrantă lanțuri trofice diferite și pradă diferiților prădători. De exemplu, dafnia poate fi mâncată nu numai de peștii mici, ci și de crustaceele prădătoare, iar gândacul poate fi mâncat nu numai de știucă, ci și de vidre.

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 prin biomasa acestora, fie prin energia conținută în acestea, calculate pe unitatea de suprafață pe unitatea de timp.

Energia soarelui joacă un rol important în reproducerea vieții. Cantitatea din această energie este foarte mare (aproximativ 55 kcal la 1 cm2 pe an). Din această cantitate, producătorii - plante verzi - ca urmare a fotosintezei fixează nu mai mult de 1-2% din energie, iar deșerturile și oceanul - sutimi de procent.

Numărul de verigi din lanțul trofic poate fi diferit, dar de obicei sunt 3-4 (rar 5). Faptul este că verigă finală a lanțului trofic este furnizată atât de puțină energie încât nu va fi suficientă dacă numărul de organisme crește.

Orez. 1. Lanțurile trofice în ecosistemul terestru

Se numește setul de organisme unite printr-un singur tip de hrană și care ocupă o anumită poziție în lanțul trofic nivel trofic. Organismele care își primesc energia de la Soare prin același număr de pași aparțin aceluiași nivel trofic.

Cel mai simplu lanț trofic (sau lanț trofic) poate consta din fitoplancton, urmat de crustacee planctonice erbivore mai mari (zooplancton), iar lanțul se termină cu o balenă (sau mici prădători) care filtrează aceste crustacee din apă.

Natura este complexă. Toate elementele sale, vii și nevii, sunt un întreg, un complex de fenomene și ființe care interacționează și interconectate, adaptate între ele. Acestea sunt verigi din același lanț. Și dacă cel puțin o astfel de verigă este îndepărtată din lanțul general, rezultatele pot fi neașteptate.

Ruperea lanțurilor trofice poate avea un impact deosebit de negativ asupra pădurilor, fie că sunt biocenoze forestiere din zona temperată sau biocenoze ale pădurii tropicale care sunt bogate în diversitate de specii. Multe specii de copaci, arbuști sau plante erbacee folosesc serviciile unui anumit polenizator - albine, viespi, fluturi sau colibri care trăiesc în raza de acțiune a acestei specii de plante. De îndată ce ultimul copac înflorit sau ultima plantă erbacee moare, polenizatorul va fi obligat să părăsească acest habitat. Ca urmare, fitofagii (erbivorele) care se hrănesc cu aceste plante sau fructe ale copacului vor muri. Prădătorii care vânează fitofagi vor rămâne fără hrană, iar apoi modificările vor afecta secvenţial restul lanţului trofic. Drept urmare, acestea vor afecta și o persoană, deoarece aceasta are propriul loc specific în lanțul alimentar.

Lanțurile trofice pot fi împărțite în două tipuri principale: pășunat și detrital. Prețurile alimentelor care încep cu organisme fotosintetice autotrofe se numesc păşune, sau lanțuri de mâncare.În vârful lanțului de pășune sunt plante verzi. Fitofagii se găsesc de obicei la al doilea nivel al lanțului de pășuni; animale care mănâncă plante. Un exemplu de lanț alimentar de pășuni este relația dintre organisme dintr-o lunca inundabilă. Un astfel de lanț începe cu o plantă cu flori de luncă. Următorul link este un fluture care se hrănește cu nectarul unei flori. Apoi vine locuitorul habitatelor umede - broasca. Culoarea sa protectoare îi permite să stea la pândă pentru victimă, dar nu o salvează de un alt prădător - șarpele de iarbă obișnuit. Stârcul, după ce a prins șarpele, închide lanțul trofic în lunca inundabilă.

Dacă lanțul trofic începe cu resturi de plante moarte, cadavre și excremente de animale - detritus, se numește detritus, sau lanț de descompunere. Termenul „detritus” înseamnă un produs de degradare. Este împrumutat din geologie, unde produsele distrugerii rocilor se numesc detritus. În ecologie, detritusul este materia organică implicată în procesul de descompunere. Astfel de lanțuri sunt caracteristice comunităților de pe fundul lacurilor și oceanelor adânci, unde multe organisme se hrănesc cu detritusuri formate de organisme moarte din straturile superioare iluminate ale rezervorului.

În biocenozele forestiere, lanțul detritic începe cu descompunerea materiei organice moarte de către animalele saprofe. Nevertebratele din sol (artropode, viermi) și microorganismele au cel mai activ rol în descompunerea materiei organice. Există și saprofe mari - insecte care pregătesc substratul pentru organismele care efectuează procese de mineralizare (pentru bacterii și ciuperci).

Spre deosebire de lanțul de pășune, dimensiunea organismelor nu crește atunci când se deplasează de-a lungul lanțului detritic, ci, dimpotrivă, scade. Deci, insectele gropar pot sta la al doilea nivel. Dar cei mai tipici reprezentanți ai lanțului detritic sunt ciupercile și microorganismele care se hrănesc cu materie moartă și completează procesul de descompunere bioorganică până la starea celor mai simple substanțe minerale și organice, care sunt apoi consumate sub formă dizolvată de rădăcinile plantelor verzi la partea superioară a lanțului de pășuni, pornind astfel un nou cerc de mișcare a materiei.

În unele ecosisteme predomină lanțurile de pășune, în altele, lanțurile detritice. De exemplu, o pădure este considerată un ecosistem dominat de lanțuri detritice. În ecosistemul ciotului putrezit, nu există deloc lanț de pășunat. În același timp, de exemplu, în ecosistemele de pe suprafața mării, aproape toți producătorii reprezentați de fitoplancton sunt consumați de animale, iar cadavrele acestora se scufundă în fund, adică. părăsesc ecosistemul publicat. Aceste ecosisteme sunt dominate de lanțurile trofice de pășunat sau de pășunat.

Regula generala referitor la oricare lanțul trofic, afirmă: la fiecare nivel trofic al comunității, cea mai mare parte a energiei absorbite cu alimente este cheltuită pentru menținerea vieții, disipată și nu mai poate fi folosită de alte organisme. Astfel, alimentele consumate la fiecare nivel trofic nu sunt pe deplin asimilate. O parte semnificativă este cheltuită pe metabolism. Cu fiecare verigă ulterioară a lanțului trofic, cantitatea totală de energie utilizabilă transferată la nivelul trofic următor superior scade.

Transferul de energie prin consumul de organisme vii unul de celălalt se numește lanț alimentar. Acestea sunt relațiile specifice plantelor, ciupercilor, animalelor, microorganismelor care asigură circulația substanțelor în natură. Denumit și lanț trofic.

Structura

Toate organismele se hrănesc, adică primesc energie care asigură procesele vieții. Sistemul lanțului trofic este format din verigi. O verigă în lanțul trofic este un grup de organisme vii legate de grupul vecin prin relația „aliment – ​​consumator”. Unele organisme sunt hrana pentru alte organisme, care la rândul lor sunt, de asemenea, hrana pentru un al treilea grup de organisme.
Există trei tipuri de legături:

• producători - autotrofi;
• consumatori - heterotrofe;
• descompunetori (distructori) - saprotrofe.

Orez. 1. Verigi ale lanțului trofic.

Un lanț include toate cele trei verigi. Pot exista mai mulți consumatori (consumatori de ordinul întâi, al doilea etc.). Baza lanțului poate fi producătorii sau descompunetorii.

Producătorii includ plante care transformă substanțele organice cu ajutorul luminii în substanțe organice care, atunci când sunt consumate de plante, intră în corpul unui consumator de primă ordine. Caracteristica principală a consumatorului este heterotrofia. În același timp, consumatorii pot consuma atât organisme vii, cât și cele moarte (cară).
Exemple de consumatori:

• erbivore - iepure de câmp, vacă, șoarece;
• prădător - leopard, bufniță, morsă;
• gropi - vultur, diavol tasmanian, șacal.

Unii consumatori, inclusiv oamenii, ocupă o poziție intermediară, fiind omnivori. Astfel de animale pot acționa ca un consumator de primul, al doilea și chiar al treilea ordin. De exemplu, un urs se hrănește cu fructe de pădure și rozătoare mici; în același timp este un consumator al primei și a doua comenzi.

Reductoarele includ:

• ciuperci;
• bacterii;
• protozoare;
• viermi;
• larve de insecte.

Orez. 2. Reductoare.

Descompozitorii se hrănesc cu rămășițele organismelor vii și cu produsele metabolice ale acestora, returnând în sol substanțele anorganice care sunt consumate de producători.

feluri

Lanțurile trofice pot fi de două tipuri:

TOP 4 articolecare citesc împreună cu asta

• pășunat (lanț de pășunat);
• detrital (lanț de descompunere).

Lanțurile de pășuni sunt caracteristice pajiștilor, câmpurilor, mărilor și rezervoarelor. Începutul lanțului de pășunat sunt organisme autotrofe - plante fotosintetice.
În plus, verigile lanțului sunt aranjate după cum urmează:

• consumatori de prim ordin - animale ierbivore;
• consumatori de ordinul doi - prădători;
• consumatori de ordinul trei - prădători mai mari;
• descompunetori.

În ecosistemele marine și oceanice, lanțurile de pășunat sunt mai lungi decât pe uscat. Acestea pot include până la cinci comenzi de consumatori. Baza lanțurilor marine este fitoplanctonul fotosintetic.
Următoarele linkuri formează mai mulți consumatori:

• zooplancton (crustacee);
• pește mic (sprats);
• pește răpitor mare (hering);
• mamifere mari pradatoare (foci);
• prădători de top (balenele ucigașe);
• descompunetori.

Lanțurile detritice sunt tipice pentru păduri și savane. Lanțul începe cu descompozitorii care se hrănesc cu resturi organice (detritus) și se numesc detriofagi. Acestea includ microorganisme, insecte, viermi. Toate aceste organisme vii devin hrană pentru prădătorii de ordin superior, de exemplu, păsări, arici, șopârle.

Exemple de lanțuri trofice de două tipuri:

• păşune : trifoi - iepure de câmp - vulpe - microorganisme;
• detritus : detritus - larve de musca - broasca - sarpe - uliu - microorganisme.

Orez. 3. Un exemplu de lanț alimentar.

Vârful lanțului trofic este întotdeauna ocupat de un prădător, care este consumatorul ultimei comenzi din gama sa. Numărul prădătorilor de top nu este reglementat de alți prădători și depinde doar de factorii externi de mediu. Exemple sunt balene ucigașe, șopârle monitor, rechini mari.

Ce am învățat?

Am aflat ce lanțuri trofice sunt în natură și cum sunt amplasate verigile în ele. Toate organismele vii de pe Pământ sunt interconectate prin lanțuri trofice prin care se transferă energia. Autotrofii înșiși produc nutrienți și sunt hrană pentru heterotrofe, care, atunci când mor, devin un teren de reproducere pentru saprotrofe. Descompozitorii pot deveni, de asemenea, alimente pentru consumatori și pot produce un mediu nutritiv pentru producători, fără a întrerupe lanțul alimentar.

Test cu subiecte

Raport de evaluare

Rata medie: 4.7. Evaluări totale primite: 203.

Transferul de energie într-un ecosistem se realizează prin așa-numitul lanturile alimentare. La rândul său, lanțul trofic este transferul de energie din sursa sa originală (de obicei autotrofe) printr-un număr de organisme, prin consumul unora de către alții. Lanțurile trofice sunt împărțite în două tipuri:

Pin silvestru => Afide => Buburuze => Păianjeni => Insectivore

păsări => păsări de pradă.

Iarbă => Mamifere erbivore => Purici => Flagelate.

2) Lanțul trofic detritic. Acesta provine din materie organică moartă (așa-numita. detritus), care este fie consumat de animale mici, în mare parte nevertebrate, fie descompus de bacterii sau ciuperci. Organismele care consumă materie organică moartă se numesc detritivore, descompunându-l - distrugători.

Pajiștile și rețelele trofice detritice coexistă de obicei în ecosisteme, dar un tip de rețea trofică îl domină aproape întotdeauna pe celălalt. În unele medii specifice (de exemplu, subterane), unde, din cauza lipsei de lumină, activitatea vitală a plantelor verzi este imposibilă, există doar lanțuri trofice detritice.

În ecosisteme, lanțurile trofice nu sunt izolate unele de altele, ci sunt strâns legate între ele. Ele constituie așa-numitele rețele trofice. Asta pentru ca fiecare producator are nu unul, ci mai multi consumatori, care, la randul lor, pot avea mai multe surse de hrana. Relațiile din cadrul rețelei trofice sunt ilustrate clar în diagrama de mai jos.

Diagrama rețelei alimentare.

În lanțurile trofice, așa-zise niveluri trofice. Nivelurile trofice clasifică organismele din lanțul trofic după tipul lor de activitate sau sursa de energie. Plantele ocupă primul nivel trofic (nivelul producătorilor), ierbivorele (consumatorii de ordinul întâi) aparțin celui de-al doilea nivel trofic, prădătorii care mănâncă ierbivore formează al treilea nivel trofic, prădătorii secundari al patrulea etc. prima comanda.

Fluxul de energie într-un ecosistem

După cum știm, transferul de energie într-un ecosistem se realizează prin lanțuri trofice. Dar nu toată energia nivelului trofic anterior merge la următorul. Ca exemplu, se poate da următoarea situație: producția primară netă dintr-un ecosistem (adică cantitatea de energie acumulată de producători) este de 200 kcal/m^2, productivitatea secundară (energia acumulată de consumatorii de ordinul întâi). ) este de 20 kcal/m^2 sau 10% față de nivelul trofic anterior, energia următorului nivel este de 2 kcal/m ^ 2, ceea ce este egal cu 20% din energia nivelului anterior. După cum se poate observa din acest exemplu, cu fiecare tranziție la un nivel superior, se pierde 80-90% din energia verigii anterioare din lanțul alimentar. Astfel de pierderi se datorează faptului că o parte semnificativă a energiei în timpul tranziției de la o etapă la alta nu este absorbită de reprezentanții următorului nivel trofic sau este transformată în căldură care nu este disponibilă pentru utilizare de către organismele vii.

Model universal de flux de energie.

Intrarea și ieșirea de energie pot fi luate în considerare utilizarea model de flux de energie universal. Se aplică oricărei componente vii a unui ecosistem: plantă, animal, microorganism, populație sau grup trofic. Astfel de modele grafice, interconectate, pot reflecta lanțurile trofice (atunci când diagramele de flux energetic de mai multe niveluri trofice sunt conectate în serie, se formează o diagramă de flux energetic în lanțul trofic) sau bioenergetica în general. Pe diagramă se notează energia furnizată biomasei eu. Cu toate acestea, o parte din energia primită nu suferă transformare (indicată în figură ca N.U.). De exemplu, acest lucru se întâmplă atunci când o parte din lumina care trece prin plante nu este absorbită de acestea sau când o parte din hrana care trece prin tractul digestiv al animalului nu este absorbită de corpul acestuia. învăţat (sau asimilat) energie (indicată prin A) este folosit în diverse scopuri. Se cheltuiește pentru respirație (în diagramă- R) adică pentru a menține activitatea vitală a biomasei și a produce materie organică ( P). Produsele, la rândul lor, iau diferite forme. Se exprimă în costuri energetice pentru creșterea biomasei ( G), în diverse eliberări de materie organică în mediu ( E), în rezerva de energie a organismului ( S) (un exemplu de astfel de rezervă este acumularea de grăsime). Energia stocată formează așa-numita bucla de lucru, deoarece această parte a producției este folosită pentru a furniza energie în viitor (de exemplu, un prădător își folosește sursa de energie pentru a căuta noi pradă). Restul producției este biomasă ( B).

Modelul universal al fluxului de energie poate fi interpretat în două moduri. În primul rând, poate reprezenta o populație a unei specii. În acest caz, canalele de flux de energie și conexiunile speciilor luate în considerare cu alte specii reprezintă o diagramă a lanțului trofic. O altă interpretare tratează modelul fluxului de energie ca o imagine a unui nivel de energie. Apoi, dreptunghiul de biomasă și canalele de flux de energie reprezintă toate populațiile susținute de aceeași sursă de energie.

Pentru a arăta vizual diferența de abordări în interpretarea modelului universal al fluxului de energie, putem lua în considerare un exemplu cu o populație de vulpi. O parte din dieta vulpilor este vegetația (fructe etc.), în timp ce cealaltă parte este ierbivorele. Pentru a sublinia aspectul energiei intrapopulației (prima interpretare a modelului energetic), întreaga populație de vulpi ar trebui să fie descrisă ca un singur dreptunghi, dacă metabolismul urmează să fie distribuit ( metabolism- metabolismul, rata metabolică) a populației de vulpi în două niveluri trofice, adică pentru a afișa raportul dintre rolurile hranei vegetale și animale în metabolism, este necesar să se construiască două sau mai multe dreptunghiuri.

Cunoscând modelul universal al fluxului de energie, este posibil să se determine raportul valorilor fluxului de energie în diferite puncte ale lanțului alimentar.Exprimat ca procent, aceste rapoarte se numesc eficienta mediului. Există mai multe grupuri de eficiență ecologică. Primul grup de relații energetice: B/Rși RELATII CU PUBLICUL. Proporția de energie cheltuită pentru respirație este mare în populațiile de organisme mari. Când este stresat de mediul extern R crește. Valoare P semnificativ în populațiile active de organisme mici (de exemplu, alge), precum și în sistemele care primesc energie din exterior.

Următorul grup de relații: A/Iși P/A. Prima dintre acestea se numește eficienta asimilarii(adică, eficiența utilizării energiei primite), a doua - eficienta cresterii tesuturilor. Eficiența de asimilare poate varia de la 10 la 50% sau mai mult. Poate atinge fie o valoare mică (în timpul asimilării energiei luminoase de către plante), fie să aibă valori mari (în timpul asimilării energiei alimentare de către animale). De obicei, eficiența asimilării la animale depinde de hrana lor. La animalele erbivore, ajunge la 80% când mănâncă semințe, 60% când mănâncă frunze tinere, 30-40% - frunze mai bătrâne, 10-20% când mănâncă lemn. La animalele prădătoare, eficiența asimilării este de 60-90%, deoarece hrana animală este mult mai ușor de digerat de către organism decât hrana vegetală.

Eficiența creșterii țesuturilor variază, de asemenea, foarte mult. El atinge cele mai mari valori în acele cazuri în care organismele sunt mici și condițiile habitatului lor nu necesită cheltuieli mari de energie pentru a menține temperatura optimă pentru creșterea organismelor.

Al treilea grup de relații energetice: P/B. Dacă considerăm P ca rata de creștere a producției, P/B este raportul dintre producție într-un anumit moment în timp și biomasă. Dacă producția este calculată pentru o anumită perioadă de timp, valoarea raportului P/B se determină pe baza biomasei medii în această perioadă de timp. În acest caz P/B este o cantitate adimensională și arată de câte ori producția este mai mare sau mai mică decât biomasă.

Trebuie remarcat faptul că caracteristicile energetice ale unui ecosistem sunt influențate de mărimea organismelor care locuiesc în ecosistem. S-a stabilit o relație între dimensiunea unui organism și metabolismul său specific (metabolismul la 1 g de biomasă). Cu cât organismul este mai mic, cu atât metabolismul specific al acestuia este mai mare și, în consecință, cu atât biomasa care poate fi menținută la un anumit nivel trofic al ecosistemului este mai mică. Pentru aceeași cantitate de energie utilizată, organismele mai mari acumulează mai multă biomasă decât cele mai mici. De exemplu, cu o valoare egală a energiei consumate, biomasa acumulată de bacterii va fi mult mai mică decât biomasa acumulată de organisme mari (de exemplu, mamifere). O imagine diferită apare când ne uităm la productivitate. Deoarece productivitatea este rata de creștere a biomasei, aceasta este mai mare la animalele mici, care au rate mai mari de reproducere și reînnoire a biomasei.

Datorită pierderii de energie în lanțurile trofice și a dependenței metabolismului de mărimea indivizilor, fiecare comunitate biologică dobândește o anumită structură trofică care poate servi ca caracteristică a unui ecosistem. Structura trofică se caracterizează fie prin cultura în picioare, fie prin cantitatea de energie fixată pe unitatea de suprafață pe unitatea de timp de fiecare nivel trofic succesiv. Structura trofică poate fi reprezentată grafic sub formă de piramide, a căror bază este primul nivel trofic (nivelul producătorilor), iar nivelurile trofice ulterioare formează „etajele” piramidei. Există trei tipuri de piramide ecologice.

1) Piramida abundenței (indicată prin numărul 1 din diagramă) Afișează numărul de organisme individuale la fiecare dintre nivelurile trofice. Numărul de indivizi la diferite niveluri trofice depinde de doi factori principali. Primul dintre ele este un nivel mai ridicat al metabolismului specific la animalele mici comparativ cu cele mari, ceea ce le permite să aibă o superioritate numerică față de speciile mari și rate mai mari de reproducere. Un alt dintre factorii de mai sus este existența unor limite superioare și inferioare ale mărimii prăzii lor la animalele de pradă. Dacă prada este mult mai mare decât prădătorul ca mărime, atunci nu o va putea depăși. Prada de dimensiuni mici nu va putea satisface nevoile energetice ale unui prădător. Prin urmare, pentru fiecare specie prădătoare există o dimensiune optimă a prăzii.Cu toate acestea, există excepții de la această regulă (de exemplu, șerpii ucid animalele care sunt mai mari decât ei cu ajutorul otravii). Piramidele de numere pot fi îndreptate „îndreptate” în jos dacă producătorii sunt mult mai mari decât consumatorii primari (de exemplu, un ecosistem forestier, unde producătorii sunt copaci, iar consumatorii primari sunt insectele).

2) Piramida de biomasă (în diagramă - 2). Poate fi folosit pentru a arăta vizual raportul de biomasă la fiecare dintre nivelurile trofice. Poate fi directă, dacă dimensiunea și durata de viață a producătorilor atinge valori relativ mari (ecosisteme terestre și de apă de mică adâncime), și inversă, atunci când producătorii sunt de dimensiuni mici și au un ciclu de viață scurt (corpuri de apă deschise și adânci). ).

3) Piramida energiei (în diagramă - 3). Reflectă cantitatea de flux de energie și productivitate la fiecare dintre nivelurile trofice. Spre deosebire de piramidele abundenței și biomasei, piramida energiei nu poate fi inversată, deoarece tranziția energiei alimentare la niveluri trofice superioare are loc cu pierderi mari de energie. În consecință, energia totală a fiecărui nivel trofic anterior nu poate fi mai mare decât energia celui următor. Raționamentul de mai sus se bazează pe utilizarea celei de-a doua legi a termodinamicii, astfel încât piramida energiei dintr-un ecosistem servește ca o ilustrare clară a acesteia.

Dintre toate caracteristicile trofice menționate mai sus ale unui ecosistem, doar piramida energiei oferă cea mai completă imagine a organizării comunităților biologice. În piramida populației, rolul organismelor mici este mult exagerat, iar în piramida biomasei, importanța celor mari este supraestimată. În acest caz, aceste criterii sunt nepotrivite pentru compararea rolului funcțional al populațiilor care diferă foarte mult în valoarea raportului dintre intensitatea metabolică și dimensiunea indivizilor. Din acest motiv, fluxul de energie este cel mai potrivit criteriu pentru compararea componentelor individuale ale unui ecosistem între ele, precum și pentru compararea a două ecosisteme între ele.

Cunoașterea legilor de bază ale transformării energiei într-un ecosistem contribuie la o mai bună înțelegere a proceselor de funcționare a ecosistemului. Acest lucru este deosebit de important datorită faptului că intervenția umană în „lucrarea” sa naturală poate duce sistemul ecologic la moarte. În acest sens, el trebuie să fie capabil să prezică rezultatele activităților sale în avans, iar ideea fluxurilor de energie în ecosistem poate oferi o mai mare acuratețe a acestor predicții.

Ciclul substanțelor din natură și lanțul trofic

Toate organismele vii sunt participanți activi la circulația substanțelor pe planetă. Folosind oxigen, dioxid de carbon, apă, săruri minerale și alte substanțe, organismele vii se hrănesc, respiră, excretă produse de activitate și se înmulțesc. După moartea lor, corpurile lor se descompun în cele mai simple substanțe și revin din nou în mediul extern.

Transferul elementelor chimice de la organismele vii către mediu și înapoi nu se oprește nici măcar o secundă. Deci, plantele (organismele autotrofe) preiau dioxidul de carbon, apa și sărurile minerale din mediul extern. Procedând astfel, ei creează materie organică și eliberează oxigen. Animalele (organismele heterotrofe), dimpotrivă, inhalează oxigenul eliberat de plante, iar plantele mănâncă, asimilează substanțe organice și emit dioxid de carbon și reziduuri alimentare. Ciupercile și bacteriile folosesc rămășițele organismelor vii ca hrană și transformă substanțele organice în minerale care se acumulează în sol și apă. Și mineralele sunt din nou absorbite de plante. Deci, în natură, se realizează un ciclu constant și nesfârșit de substanțe și se menține continuitatea vieții.

Ciclul materiei și toate transformările asociate cu acesta necesită o aprovizionare constantă cu energie. Sursa acestei energii este soarele.

Pe pământ, plantele absorb carbonul din atmosferă prin fotosinteză. Animalele mănâncă plante, trecând carbon în sus în lanțul trofic, despre care vom vorbi într-un moment. Când plantele și animalele mor, ele transferă carbon înapoi pe pământ.

La suprafața oceanului, dioxidul de carbon din atmosferă se dizolvă în apă. Fitoplanctonul îl absoarbe pentru fotosinteză. Animalele care mănâncă plancton expiră carbon în atmosferă și, astfel, îl trec de-a lungul lanțului trofic. După moartea fitoplanctonului, acesta poate fi procesat în apele de suprafață sau se poate stabili pe fundul oceanului. De-a lungul a milioane de ani, acest proces a transformat fundul oceanului într-un rezervor bogat de carbon pe planetă. Curenții reci transportă carbonul la suprafață. Când apa este încălzită, este eliberată ca gaz și intră în atmosferă, continuând ciclul.

Apa face în mod constant un ciclu între mări, atmosferă și pământ. Sub razele soarelui, se evaporă și se ridică în aer. Acolo, picăturile de apă se adună în nori și nori. Cad la pământ sub formă de ploaie, zăpadă sau grindină, care se transformă înapoi în apă. Apa se înmoaie în pământ, se întoarce în mări, râuri și lacuri. Și totul o ia de la capăt. Așa funcționează ciclul apei în natură.

Cea mai mare parte a apei se evaporă din oceane. Apa din el este sărată, iar cea care se evaporă de la suprafața sa este proaspătă. Astfel, oceanul este „fabrica” globală de apă dulce, fără de care viața pe Pământ este imposibilă.

TREI STĂRI ALE MATERIEI. Există trei stări agregate ale materiei - solidă, lichidă și gazoasă. Ele depind de temperatură și presiune. În viața de zi cu zi, putem observa apa în toate aceste trei stări. Umiditatea se evaporă și trece de la o stare lichidă la o stare gazoasă, adică vapori de apă. Se condensează și se transformă într-un lichid. La temperaturi sub zero, apa îngheață și se transformă într-o stare solidă - gheață.

Ciclul substanțelor complexe din fauna sălbatică include lanțuri trofice. Aceasta este o secvență liniară închisă în care fiecare ființă vie se hrănește cu cineva sau ceva și servește ea însăși drept hrană pentru alt organism. În cadrul lanțului trofic al pășunilor, materia organică este creată de organisme autotrofe precum plantele. Plantele sunt consumate de animale, care la rândul lor sunt mâncate de alte animale. Ciupercile descomponătoare descompun resturile organice și servesc drept început al lanțului trofic detritic.

Fiecare verigă a lanțului trofic este numită nivel trofic (din cuvântul grecesc „trophos” – „nutriție”).
1. Producătorii, sau producătorii, produc substanțe organice din cele anorganice. Producătorii includ plante și unele bacterii.
2. Consumatorii, sau consumatorii, consumă substanțe organice gata preparate. Consumatorii de ordinul 1 se hrănesc cu producători. Consumatorii de ordinul 2 se hrănesc cu consumatorii de ordinul 1. Consumatorii de ordinul 3 se hrănesc cu consumatorii de ordinul 2 etc.
3. Reductorii, sau distrugătorii, distrug, adică mineralizează substanțele organice la cele anorganice. Descompozitorii includ bacterii și ciuperci.

LANȚURI ALIMENTARE DETRITATE. Există două tipuri principale de lanțuri trofice - pășunat (lanțuri de pășunat) și detrital (lanțuri în descompunere). Baza lanțului trofic al pășunilor este alcătuită din organisme autotrofe, care sunt consumate de animale. Și în lanțurile trofice detritice, majoritatea plantelor nu sunt consumate de ierbivore, ci mor și apoi se descompun de către organismele saprotrofe (de exemplu, râme) și se mineralizează. Astfel, lanțurile trofice detritice pornesc de la detritus, iar apoi merg la hrănitorii de detritus și consumatorii lor - prădători. Pe uscat predomină astfel de lanțuri.

CE ESTE O PIRAMIDĂ DE MEDIU? O piramidă ecologică este o reprezentare grafică a raportului dintre diferitele niveluri trofice dintr-un lanț alimentar. Lanțul trofic nu poate conține mai mult de 5-6 verigi, deoarece la trecerea la fiecare verigă următoare, se pierde 90% din energie. Regula de bază a piramidei ecologice se bazează pe 10%. Deci, de exemplu, pentru a forma 1 kg de masă, un delfin trebuie să mănânce aproximativ 10 kg de pește, iar ei, la rândul lor, au nevoie de 100 kg de hrană - vertebrate acvatice, care, pentru a forma o astfel de masă, trebuie să mănânce 1000. kg de alge și bacterii. Dacă, la o scară adecvată, aceste cantități sunt descrise în ordinea dependenței lor, atunci se formează într-adevăr un fel de piramidă.

PLASE ALIMENTARE. Adesea, interacțiunea dintre organismele vii din natură este mai complexă, iar vizual arată ca o rețea. Organismele, în special prădătorii, se pot hrăni cu o varietate de creaturi și din diferite lanțuri trofice. Astfel, lanțurile trofice se împletesc pentru a forma rețele trofice.