RÔZNA KVALITA FORMY ŽIVOTA A BIOGÉNNY CYKLUS

Trvalo udržateľná existencia života je možná len s rozmanitosťou, rozmanitosťou jeho foriem, špecifikami metabolizmu, ktoré sú zabezpečené dôsledným využívaním produktov látkovej premeny uvoľňovaných do prostredia, tvoriacich biogénny cyklus.

V najjednoduchšej podobe takýto komplementárny súbor kvalít životných foriem predstavujú: výrobcovia, konzumenti, rozkladači, spoločné aktivity, ktoré sú zabezpečované extrakciou látok z vonkajšieho prostredia, ich premenou na rôznych úrovniach trofických reťazcov a tzv. mineralizácia organických látok na zložky dostupné pre ďalšie zaradenie do cyklu.

Výrobcovia- Sú to živé organizmy, ktoré sú schopné syntetizovať organickú hmotu z anorganických zložiek pomocou vonkajších zdrojov energie. Podľa charakteru energetického zdroja pre syntézu organických látok sa všetci výrobcovia delia na fotoautotrofy a chemoautotrofy.

spotrebitelia -živé bytosti, ktoré nie sú schopné budovať svoje telo na základe používania anorganických látok vyžadujúcich príjem organickej hmoty zvonku, ako súčasť potravy. Organizmy konzumujúce organické látky pozdĺž toku látok kolobehu, zaberajú úroveň konzumentov obligátne viazaných na autotrofné organizmy (konzumenti 1. rádu) alebo na iné heterotrofy, ktorými sa živia (konzumenti 2. rádu).

SLNKO
		SPOTREBY 1. OBJEDNÁVKY
PRODUCENTOV				SPOTREBY OBJEDNÁVKY
		REDUKTORY
MINERÁLY

Zjednodušená schéma prenosu hmoty a energie v procese biogénnej cirkulácie (Nikonorov et al.)

Hodnota spotrebiteľov v obehu látok:

1. V procese metabolizmu heterotrofy rozkladajú organické látky získané v zložení potravy. Transformácia látok primárne redukovaných autotrofami v konzumných organizmoch vedie k zvýšeniu diverzity živej hmoty a to je nevyhnutná podmienka stability každého ekosystému (Ashbinov princíp vonkajšej a vnútornej perturbácie).

2. Živočíchy, ktoré tvoria prevažnú časť konzumných organizmov, sú mobilné, schopné aktívneho pohybu v priestore. Prispievajú tak k migrácii živej hmoty, jej rozptylu na povrchu planéty, čo stimuluje priestorové osídlenie života a slúži ako akýsi garančný mechanizmus v prípade zničenia života na jednom mieste.

3. Dôležitá úloha konzumentov, najmä zvierat, ako regulátorov intenzity toku hmoty a energie.

Reduktory - organizmy rozkladajú látky, u všetkých živočíchov dochádza k čiastočnej mineralizácii organickej hmoty, takže v procese dýchania sa uvoľňuje CO2, vylučuje sa H2O, minerálne soli, amoniak.

Za skutočných rozkladačov, dokončujúcich kolobeh ničenia organických látok, možno považovať len tie organizmy, ktoré do vonkajšieho prostredia prinášajú len anorganické látky, ktoré sú pripravené zapojiť sa do nového kolobehu. Do kategórie rozkladačov patrí mnoho druhov baktérií a húb. Z povahy svojho metabolizmu ide o redukujúce organizmy (N denitrifikačné baktérie, redukujú dusík na elementárny stav).

TROPHICKÉ ÚROVNE A ICH CHARAKTERISTIKY

Všetky organizmy, ktoré vykonávajú trofické funkcie v ekosystéme, tvoria trofické úrovne:

1. Trofická úroveň tvoria autotrofné organizmy. Vytvárajú úroveň prvovýroby a sú prvovýrobcami. Práve oni využívajú vonkajšiu energiu slnka, vytvárajú masu organickej hmoty (biomasu), sú základom existencie života všeobecne a biocenózy zvlášť.

Živé organizmy sa rodia, rastú, vyvíjajú sa, počas týchto procesov sa mení ich biomasa. Biomasa sa vyjadruje v jednotkách energie alebo hmotnosti, nie v jednotke plochy (N: J/m alebo t/m). V spoločenstvách tvoria hlavný podiel biomasy rastliny (primárnou produkciou sú autotrofy).

Množstvo produkcie vytvorené autotrofami je tzv primárne produkty, pričom celkové množstvo biomasy je tzv hrubý výstup a nárast biomasy - čistý produkt.

Časť energie sa spotrebuje na udržanie života a dýchania samotných rastlín – to je 40 – 70 % hrubého výkonu. Rozdiel medzi hrubým výstupom a dýchaním je čistý výstup.

Čistá produkcia - je rýchlosť rastu biomasy dostupnej na spotrebu heterotrofmi.

Rýchlosť tvorby primárnej produkcie je tzv biologická produktivita ekosystému. Vyjadruje sa v jednotkách energie alebo hmoty na plochu za deň.

Živočíchy, huby, baktérie získavajú energiu živením sa rastlinami (autotrofy) alebo inými organizmami, ktoré sa tiež živia rastlinami a sú z povahy výživy heterotrofné. Odvolávajú sa na ne sekundárnych výrobcov.

Množstvo biomasy vytvorenej sekundárnymi producentmi je tzv sekundárne produkty. Táto skupina je jednotná do druhej trofickej úrovne ktorú predstavujú spotrebitelia. Nazývajú sa heterotrofné transformátory.

Spotrebitelia vylučujú rôzne bioaktívne látky, ktoré stimulujú alebo inhibujú iné organizmy. Táto skupina má niekoľko úrovní:

n Spotrebitelia 1. rádu

n Spotrebitelia druhého rádu

n a ďalšie.

Tretia skupina organizmov sa tvorí v ekosystéme fungujúcej biocenózy - rozkladače.

Existujú tieto skupiny spotrebiteľov mŕtvych organizmov:

1. Nekrofágy(skupiny zvierat);

2. koprofágy(exkrementy);

3. Saprofágy(odumreté rastlinné zvyšky);

4. Detritivores(spotrebitelia schátralých organických látok).

Vo všeobecnosti možno rozkladače rozdeliť na fytofágy, zoofágy, mixofágy (zmiešané). Príspevok každej skupiny k fungovaniu ekosystému je nerovnaký.

N: pre úplnú cirkuláciu hmoty v nádrži nemá druhové zloženie producentov a rozkladačov veľký význam, ale pre komerčné organizmy je rozhodujúce.

Organizmy rôznych skupín reagujú na antropogénne vplyvy rôzne.

TYPY VZŤAHOV

Rozlišujú sa tieto typy vzťahov medzi populáciami:

n neutralizmus v ktorých spojenie dvoch populácií neovplyvňuje žiadnu z nich;

n vzájomné konkurenčné potlačenie, pri ktorej sa obe populácie navzájom aktívne potláčajú;

n súťaž o zdroje v ktorých každá populácia nepriaznivo ovplyvňuje ostatných v boji o potravinové zdroje v podmienkach ich nedostatku;

n amensalizmus, v ktorých jedna populácia potláča druhú, ale sama nepociťuje negatívny vplyv;

n dravosť- jedna populácia nepriaznivo ovplyvňuje druhú v dôsledku priameho útoku, ale napriek tomu závisí od druhej;

n komenzalizmus- jedna populácia profituje zo združenia, druhej je toto združenie ľahostajné;

n protokooperácia - obe populácie využívajú spojenie, ale ich vzťah nie je povinný (nie je povinný);

n mutualizmus - spojenie populácií je priaznivé pre rast a prežitie oboch.

Y. Odum zdôrazňuje 2 dôležité princípy:

1. V priebehu evolúcie a vývoja ekosystémov existuje tendencia znižovať úlohu negatívnych interakcií na úkor pozitívnych, ktoré zvyšujú prežívanie interagujúcich druhov.

V rámci biosféry ako celistvosti sa to nedeje, pretože nebezpečenstvá a ich prekonávanie prispievajú k evolúcii.

V prírode nie je nič škodlivé pre druh, keďže to, čo škodí jednotlivcovi a populácii, je pre druh z evolúcie prospešné. Koncept koevolúcie dobre vysvetľuje evolúciu v systéme „predátor-korisť“ – neustále zlepšovanie oboch zložiek ekosystému.

Podmienkou zníženia negatívneho vplyvu je stabilita ekosystému a skutočnosť, že jeho priestorová štruktúra poskytuje možnosť vzájomnej adaptácie populácií. Negatívne a pozitívne vzťahy medzi populáciami v ekosystéme, ktoré dosiahnu stabilný stav, sa nakoniec navzájom vyrovnávajú.

TROPHICKÁ ÚROVEŇ, súbor organizmov spojených podľa druhu potravy. Myšlienka trofickej úrovne nám umožňuje pochopiť dynamiku toku energie a trofickú štruktúru, ktorá ju určuje.

Autotrofné organizmy (hlavne zelené rastliny) zaberajú prvú trofickú úroveň (producenti), bylinožravce - druhú (spotrebitelia prvého rádu), dravce živiace sa bylinožravcami - tretiu (spotrebitelia druhého rádu), sekundárne predátory - štvrtú (tretie- objednávať spotrebiteľov). Organizmy rôznych trofických reťazcov, ktoré však prijímajú potravu cez rovnaký počet článkov v trofickom reťazci, sú na rovnakej trofickej úrovni. Takže krava živiaca sa listami lucerny a chrobák rodu Siton sú konzumentmi prvého rádu. Skutočné vzťahy medzi trofickými úrovňami v komunite sú veľmi zložité. Populácie toho istého druhu, ktoré sa zúčastňujú rôznych trofických reťazcov, môžu byť na rôznych trofických úrovniach v závislosti od použitého zdroja energie. Na každej trofickej úrovni nie je skonzumované jedlo úplne asimilované, pretože značná časť sa vynakladá na metabolizmus. Preto je produkcia organizmov každej nasledujúcej trofickej úrovne vždy menšia ako produkcia predchádzajúcej trofickej úrovne, v priemere 10-krát. Relatívne množstvo energie prenesenej z jednej trofickej úrovne na druhú sa nazýva komunitná ekologická účinnosť alebo účinnosť potravinového reťazca.

Pomer rôznych trofických úrovní (trofická štruktúra) možno znázorniť graficky ako ekologická pyramída, ktorej základ tvorí prvá úroveň (úroveň výrobcov).

ekologická pyramída môže byť troch typov:
1) pyramída čísel - odráža počet jednotlivých organizmov na každej úrovni;
2) biomasová pyramída - celková sušina, energetický obsah alebo iná miera celkového množstva živej hmoty;
3) pyramída energie - veľkosť toku energie.

Základňa v pyramídach čísel a biomasy môže byť menšia ako nasledujúce úrovne (v závislosti od pomeru veľkostí výrobcov a spotrebiteľov). Pyramída energie sa vždy zužuje smerom nahor. V suchozemských ekosystémoch je pokles množstva dostupnej energie zvyčajne sprevádzaný poklesom biomasy a početnosti jedincov na každej trofickej úrovni.

Pyramída čísel (1) ukazuje, že ak by chlapec jeden rok jedol iba teľacie mäso, potreboval by na to 4,5 teľaťa a na kŕmenie teliat je potrebné zasiať pole na 4 hektároch lucerny (2x10 (7) rastlín). V pyramíde biomasy (2) počet jedincov je nahradený hodnotami biomasy. V pyramíde energie (3) zahrnutá slnečná energia Luzern využíva 0,24 % slnečnej energie. Na akumuláciu produktov teľatami počas roka sa využíva 8 % energie akumulovanej lucernou. Počas roka sa 0,7 % energie naakumulovanej teliatkami spotrebuje na vývoj a rast dieťaťa. Výsledkom je, že niečo viac ako jedna milióntina slnečnej energie dopadajúcej na 4-hektárové pole sa spotrebuje na výživu dieťaťa rok. (podľa Y. Oduma)

TROPHICKÁ ÚROVEŇ TROPHICKÁ ÚROVEŇ

súbor organizmov spojených druhom potravy. Predstava o T. at. umožňuje pochopiť dynamiku toku energie a trofiku, ktorá ju určuje. štruktúru. Autotrofné organizmy (hlavne zelené rastliny) obsadzujú prvé t. - (producenti), bylinožravé zvieratá - druhý (spotrebitelia prvého rádu), dravce, ktoré sa živia bylinožravcami - tretí (spotrebitelia druhého rádu), sekundárne dravce - štvrtý (konzumenti tretieho rádu). Organizmy rôznych trofických reťaze, ale prijímanie potravy cez rovnaký počet článkov v trof. reťaze sú na jednom T. pri. Takže krava živiaca sa listami lucerny a chrobák rodu Siton sú konzumentmi prvého rádu. Reálne vzájomné vzťahy medzi T. at. v komunite sú veľmi zložité. Populácie rovnakého druhu, zúčastňujúce sa na rozklade. trofický obvodov, môže byť na rôznych T. at., v závislosti od použitého zdroja energie. Na každej T. at. skonzumovaná potrava nie je úplne asimilovaná, pretože to znamená, že časť sa minie na výmenu. Preto produkcia organizmov každého nasledujúceho T. at. vždy menej ako produkcia predchádzajúceho T. at., v priemere 10-krát. Vzťahuje sa na množstvo energie prenesenej z jedného T. at. inému, tzv ekológia, efektívnosť komunity alebo trofická efektívnosť. reťaze. Pomer dif. To. (trofická. štruktúra) môže byť znázornená graficky vo forme ekologickej pyramídy, ktorej základom je prvá úroveň (úroveň výrobcov). Ekologické pyramída môže byť troch typov: 1) pyramída čísel - odráža počet oddelení. organizmov na každej úrovni; 2) pyramída biomasy - celková sušina, energetický obsah alebo iná miera celkového množstva živej hmoty; 3) pyramída energie - veľkosť toku energie. Základňa v pyramídach čísel a biomasy môže byť menšia ako nasledujúce úrovne (v závislosti od pomeru veľkostí výrobcov a spotrebiteľov). Pyramída energie sa vždy zužuje smerom nahor. V suchozemských ekosystémoch je pokles množstva dostupnej energie zvyčajne sprevádzaný poklesom biomasy a počtu jedincov pri každom T. y.

.(Zdroj: "Biologický encyklopedický slovník." Vedúci redaktor M. S. Gilyarov; Redakcia: A. A. Babaev, G. G. Vinberg, G. A. Zavarzin a ďalší - 2. vyd., opravené. - M.: Sov. Encyklopédia, 1986.)

Pozrite sa, čo je „TROFICKÁ ÚROVEŇ“ v iných slovníkoch:

Skupina organizmov, ktoré zaujímajú konkrétne postavenie v potravinovom reťazci. Vzdialenosť organizmov od producentov je rovnaká. Vyznačujú sa určitou formou organizácie a využitia energie. Organizmy rôznych trofických reťazcov, ... ... Ekologický slovník

trofická úroveň- 1. Rýchlosť, ktorou sa energia vo forme potravy prenáša z jedného organizmu do druhého v rámci potravinového reťazca. 2. Úroveň distribúcie živín v nádrži, najmä vo vzťahu k obsahu dusičnanov a fosforečnanov vo vode ... Geografický slovník

TROPHICKÁ ÚROVEŇ Pozícia, ktorú organizmus zaujíma v POTRAVINOVOM REŤAZCI. Zvyčajne sa určuje podľa hraníc, v ktorých sa poskytuje jedlo. Prvým trofickým článkom sú zelené rastliny PRIMARY PRODUCERS, ktoré využívajú fotosyntézu na ... ... Vedecko-technický encyklopedický slovník

trofická úroveň- Súbor organizmov jedného ekosystému, zjednotených podľa druhu potravín Biotechnológie témy EN trofická úroveň … Technická príručka prekladateľa

trofická úroveň- 3.23 prvok trofickej úrovne funkčnej klasifikácie organizmov v rámci komunity na základe použitej potraviny.

] [Ruský jazyk] [Ukrajinský jazyk] [Bieloruský jazyk] [Ruská literatúra] [Bieloruská literatúra] [Ukrajinská literatúra] [Základy zdravia] [Zahraničná literatúra] [Prírodoveda] [Človek, spoločnosť, štát] [Iné učebnice]

§ 8. Trofické úrovne. Ekologické pyramídy

Koncept trofických úrovní. Trofická úroveň- Ide o skupinu organizmov, ktoré zaujímajú určité postavenie v celkovom potravinovom reťazci. Komu organizmy, ktoré prijímajú energiu zo slnka rovnakým počtom krokov, patria do jednej trofickej úrovne.

Takáto postupnosť a podriadenosť skupín organizmov spojených vo forme trofických úrovní je tok hmoty a energie v ekosystéme, základ jeho organizácie.

Trofická štruktúra ekosystému. V dôsledku postupnosti energetických premien v potravinových reťazcoch získava každé spoločenstvo živých organizmov v ekosystéme určitú trofická štruktúra. Trofická štruktúra spoločenstva odráža pomer medzi výrobcami, konzumentmi (zvlášť prvého, druhého a pod. rádu) a rozkladačmi, vyjadrený buď počtom jedincov živých organizmov, resp. ph biomasa alebo energia v nich obsiahnutá, vypočítaná na jednotku plochy za jednotku času.

Trofická štruktúra je zvyčajne znázornená ako ekologické pyramídy. Tento grafický model vyvinul v roku 1927 americký zoológ Charles Elton. Základom pyramídy je prvá trofická úroveň - úroveň výrobcov a ďalšie poschodia pyramídy tvoria ďalšie úrovne - spotrebitelia rôznych rádov. Výška všetkých blokov je rovnaká a dĺžka je úmerná počtu, biomase alebo energii na zodpovedajúcej úrovni. Existujú tri spôsoby, ako postaviť ekologické pyramídy.

1. Pyramída čísel(čísla) vyjadruje počet jednotlivých organizmov na každej úrovni. Napríklad, aby ste nakŕmili jedného vlka, potrebujete aspoň niekoľko zajacov, ktoré by mohol loviť; na kŕmenie týchto zajacov potrebujete pomerne veľké množstvo rôznych rastlín. Niekedy môžu byť pyramídy čísel prevrátené alebo prevrátené. Týka sa to lesných potravinových reťazcov, kde stromy slúžia ako producenti a hmyz ako primárni konzumenti. Úroveň primárnych spotrebiteľov je v tomto prípade číselne bohatšia ako úroveň výrobcov (na jednom strome sa živí veľké množstvo hmyzu).

2. Pyramída biomasy- pomer hmotností organizmov rôznych trofických úrovní. Zvyčajne je v suchozemských biocenózach celková hmotnosť producentov väčšia ako každý nasledujúci článok. Celkový počet spotrebiteľov prvého rádu je zase väčší ako spotrebiteľov druhého rádu atď. Ak sa organizmy príliš nelíšia vo veľkosti, potom graf zvyčajne zobrazuje stupňovitú pyramídu so zužujúcim sa vrcholom. Takže na vytvorenie 1 kg hovädzieho mäsa je potrebných 70 - 90 kg čerstvej trávy.

Vo vodných ekosystémoch je možné získať aj obrátenú alebo obrátenú pyramídu biomasy, kedy je biomasy producentov menej ako konzumentov, niekedy aj rozkladačov. Napríklad v oceáne s pomerne vysokou produktivitou fytoplanktónu môže byť jeho celková hmotnosť v danom okamihu menšia ako hmotnosť spotrebiteľov (veľryby, veľké ryby, mäkkýše).

Odrážajú sa pyramídy čísel a biomasy statické systémy, teda charakterizujú počet alebo biomasu organizmov v určitom časovom období. Neposkytujú úplné informácie o trofickej štruktúre ekosystému, aj keď umožňujú riešiť množstvo praktických problémov, najmä tých, ktoré súvisia s udržiavaním stability ekosystémov. Pyramída čísel umožňuje napríklad vypočítať prípustnú hodnotu ulovenia rýb alebo odstrelu zveri počas doby lovu bez následkov na ich normálnu reprodukciu.

3. Energetická pyramída odráža veľkosť toku energie, rýchlosť prechodu masy potravy potravinovým reťazcom. Štruktúru biocenózy do značnej miery neovplyvňuje množstvo fixnej ​​energie, ale miera produkcie potravín.

Zistilo sa, že maximálne množstvo energie prenesenej na ďalšiu trofickú úroveň môže byť v niektorých prípadoch 30 % predchádzajúcej, a to je v najlepšom prípade. V mnohých biocenózach, potravinových reťazcoch môže byť hodnota odovzdanej energie len 1 %.

V roku 1942 sformuloval americký ekológ R. Lindeman zákon pyramídy energií (zákon 10 percent), podľa ktorého v priemere asi 10 % energie prijatej predchádzajúcou úrovňou ekologickej pyramídy prechádza z jednej trofickej úrovne cez potravinové reťazce do inej trofickej úrovne. Zvyšok energie sa stráca vo forme tepelného žiarenia, pohybu atď. Organizmy v dôsledku metabolických procesov strácajú asi 90% všetkej energie v každom článku potravinového reťazca, ktorá sa vynakladá na udržanie ich životných funkcií.

Ak zajac zjedol 10 kg rastlinnej hmoty, jeho vlastná hmotnosť by sa mohla zvýšiť o 1 kg. Líška alebo vlk, ktoré zjedia 1 kg zajaca, zväčšia svoju hmotnosť len o 100 g U drevín je tento podiel oveľa nižší, pretože drevo je slabo absorbované organizmami. V prípade tráv a rias je táto hodnota oveľa vyššia, pretože nemajú ťažko stráviteľné tkanivá. Všeobecná zákonitosť procesu prenosu energie však zostáva: cez horné trofické úrovne prechádza oveľa menej energie ako cez nižšie.

Preto potravinové reťazce zvyčajne nemôžu mať viac ako 3-5 (zriedka 6) článkov a ekologické pyramídy nemôžu pozostávať z veľkého počtu poschodí. Do posledného článku potravinového reťazca, ako aj do najvyššieho poschodia ekologickej pyramídy bude tak málo energie, že nebude stačiť, ak sa počet organizmov zvýši.

Toto tvrdenie možno vysvetliť pohľadom na to, kde sa spotrebuje energia skonzumovanej potravy (C). Časť ide na budovanie nových buniek, t.j. pre rast (P). Časť energie potravy sa minie na zabezpečenie energetického metabolizmu 7 alebo na dýchanie (i?) . Keďže stráviteľnosť potravy nemôže byť úplná, t.j. 100%, potom sa časť nestrávenej potravy vo forme exkrementov z tela odstráni (F). Súvaha bude vyzerať takto:

C = R+R + F .

Ak vezmeme do úvahy, že energia vynaložená na dýchanie sa neprenesie do ďalšej trofickej úrovne a opustí ekosystém, je jasné, prečo bude každá nasledujúca úroveň vždy menšia ako predchádzajúca.

Preto sú veľké dravé zvieratá vždy zriedkavé. Preto neexistujú ani dravce, ktoré by sa živili vlkmi. V tomto prípade by sa jednoducho neuživili, pretože vlkov nie je veľa.

Trofická štruktúra ekosystému je vyjadrená v zložitých potravinových vzťahoch medzi jednotlivými druhmi. Ekologické pyramídy čísel, biomasy a energie, znázornené vo forme grafických modelov, vyjadrujú kvantitatívne pomery organizmov, ktoré sa líšia v spôsobe výživy: producentov, konzumentov a rozkladačov.

1. Definujte trofickú úroveň. 2. Uveďte príklady organizmov patriacich do rovnakej trofickej úrovne. 3. Akým princípom sa stavajú ekologické pyramídy? 4. Prečo potravinový reťazec nemôže obsahovať viac ako 3 - 5 článkov?

Všeobecná biológia: Učebnica pre 11. ročník 11-ročnej základnej školy pre základné a pokročilé. N.D. Lisov, L.V. Kamlyuk, N.A. Lemeza a ďalší Ed. N.D. Lisova.- Minsk: Bielorusko, 2002.- 279 s.

Obsah učebnice Všeobecná biológia: Učebnica pre 11. ročník:

Kapitola 1. Druh - jednotka existencie živých organizmov

• § 2. Populácia – štruktúrna jednotka druhu. Charakteristiky populácie

Kapitola 2. Vzťahy druhov, populácií s prostredím. ekosystémov

• § 6. Ekosystém. Vzťahy medzi organizmami v ekosystéme. Biogeocenóza, štruktúra biogeocenózy
• § 7. Pohyb hmoty a energie v ekosystéme. Obvody a elektrické siete
• § 9. Obeh látok a tok energie v ekosystémoch. Produktivita biocenóz

Kapitola 3

• § 13. Predpoklady pre vznik evolučnej teórie Ch.Darwina
• § 14. Všeobecná charakteristika evolučnej teórie Ch.Darwina

Kapitola 4

• § 18. Vývoj evolučnej teórie v postdarwinovskom období. Syntetická teória evolúcie
• § 19. Obyvateľstvo – elementárna jednotka evolúcie. Pozadie evolúcie

Kapitola 5. Vznik a vývoj života na Zemi

• § 27. Rozvíjanie predstáv o vzniku života. Hypotézy o vzniku života na Zemi
• § 32. Hlavné etapy vývoja flóry a fauny
• § 33. Rozmanitosť moderného organického sveta. Princípy taxonómie

Kapitola 6

• § 35. Formovanie predstáv o pôvode človeka. Miesto človeka v zoologickom systéme
• § 36. Etapy a smery vývoja človeka. ľudskí predchodcovia. Najstarší ľudia
• § 38. Biologické a sociálne faktory evolúcie človeka. Kvalitatívne rozdiely človeka

Procesy nitrifikácie a denitrifikácie boli až do začiatku intenzívneho používania dusíkatých minerálnych hnojív ľuďmi vyvážené za účelom dosiahnutia veľkých úrod poľnohospodárskych rastlín. V súčasnosti sa v dôsledku používania veľkých objemov takýchto hnojív pozoruje akumulácia dusíkatých zlúčenín v pôde, rastlinách a podzemných vodách. Úloha živých organizmov v cykle dusíka je teda hlavná.

Obeh látok je základom nekonečnosti života na našej planéte. Zúčastňujú sa na ňom všetky živé organizmy, ktoré vykonávajú procesy výživy, dýchania, vylučovania, reprodukcie. Základom biogénneho cyklu je slnečná energia, ktorú absorbujú fototrofné organizmy a premieňajú ju na primárnu organickú hmotu dostupnú spotrebiteľom. V priebehu ďalšej premeny konzumentmi rôznych rádov sa energia potravín postupne plytvá, znižuje. Preto stabilita biosféry priamo súvisí s neustálym prílevom slnečnej energie. V biogeochemických cykloch uhlíka a dusíka hrajú hlavnú úlohu živé organizmy, pričom základ globálneho kolobehu vody v biosfére zabezpečujú fyzikálne procesy.

IN AND. Vernadsky dospel k záveru, že na zabezpečenie jeho udržateľnosti musí byť život nevyhnutne prezentovaný v rôznych formách. Ak totiž predpokladáme, že život vznikol niekde v oceáne v podobe len jedného biologického druhu, tak po čase vytiahne z prostredia všetko, čo potrebuje, vylúči odpad svojej činnosti, pokryje celé dno morí. s jeho pozostatkami a na tomto sa život zastaví: nebude mať kto premeniť tieto pozostatky na minerály. Preto je život ako stabilný planetárny fenomén možný len vtedy, keď má rôzne kvality. Táto heterogenita v biosfére existujúcej na Zemi je charakterizovaná prítomnosťou troch zložiek: producentov, spotrebiteľov a rozkladačov.

Trofická hierarchia biosféry je vyjadrená v zložitých nutričných vzťahoch medzi jej jednotlivými druhmi, je to súbor organizmov spojených podľa typu výživy. Autotrofné organizmy (hlavne zelené rastliny) zaberajú prvú trofickú úroveň (producenti), nasledujú heterotrofy: na druhej úrovni bylinožravé živočíchy (konzumenti 1. rádu); predátori, ktorí sa živia bylinožravými zvieratami - na treťom (spotrebitelia 2. rádu); sekundárne predátory - na štvrtom (spotrebitelia 3. rádu). Saprotrofné organizmy (reduktory) môžu obsadiť všetky úrovne, počnúc druhou. Organizmy rôznych trofických reťazcov, ktoré prijímajú potravu rovnakým počtom článkov, sú na rovnakej trofickej úrovni. Pomer rôznych úrovní trofejí možno graficky znázorniť ako pyramídu.

Obr. 1. Pyramída biomasy a trofické úrovne v ekosystéme

Ekologické pyramídy čísel, biomasy a energie, znázornené vo forme grafických modelov, vyjadrujú kvantitatívne pomery organizmov, ktoré sa líšia v spôsobe výživy: producentov, konzumentov a rozkladačov. Výrobcovia sa nazývajú organizmy, ktoré sú schopné foto- a chemosyntézy a sú prvým článkom v potravinovom reťazci látok, tvorcom organických látok z anorganických. Medzi výrobcov patria takmer všetky rastliny.

Spotrebitelia sú organizmy, ktoré sú spotrebiteľmi organických látok v potravinovom reťazci. Spotrebitelia sa živia rastlinami, zvieratami alebo rastlinami aj zvieratami. Existujú spotrebitelia prvého a druhého rádu. Medzi živočíchy prvého rádu patria všetky bylinožravé živočíchy, živočíchy druhého rádu sú dravce. Rozkladače sú organizmy, ktoré rozkladajú odumretú organickú hmotu (mŕtvoly, odpad) a premieňajú ich na anorganické látky, ktoré môžu byť opäť absorbované. Medzi rozkladače patria baktérie a huby. V potravinovom reťazci sú rozkladači konzumentmi. Interakcia výrobcov, spotrebiteľov a rozkladačov zabezpečuje stálosť a stabilitu biologického cyklu. V dôsledku tohto kolobehu rôzne formy života ovplyvňujú životné prostredie, organizujú jeho chemizmus, menia terén a mikroklimatické podmienky. Zóny, v ktorých prebieha biogénny cyklus, sa nazývajú ekosystémy, alebo ako V.N. Sukačev, biogeocenózy. Sú to homogénne oblasti zemského povrchu s ustáleným zložením živých bytostí (biocenózy) a inertných zložiek (pôdy, povrchové vrstvy atmosféry, slnečnej energie), ktoré sú v interakcii. To posledné súvisí s metabolizmom a energiou. Celý súbor biogeocenóz prítomných na Zemi a vykonávajúcich biogénny cyklus látok tvorí biosféru ako celok.

Vo všetkých biogeocenózach tvoria producenti, spotrebitelia a rozkladači rôzne súbory. To je záruka, že ak sa niečo stane jednému z druhov, potom iné druhy prevezmú svoj podiel na vplyve na biosféru a biogeocenóza sa nezrúti. Vzťah biogeocenóz zabezpečuje stabilitu životných procesov na planéte ako celku. Táto záruka je zabezpečená aj tým, že existuje veľa rôznych biogeocenóz: ak niekde na Zemi dôjde k nejakej kataklizme (výbuch sopky, pokles zemskej kôry, postup / ústup mora, geologický posun, ochladenie atď.), potom ďalšie biogeocenózy podporia existenciu života a prípadne obnovia rovnováhu. Napríklad po tom, čo ostrov Krakatoa v roku 1883 úplne zničila sopečná erupcia, o pol storočia neskôr sa život na ostrove obnovil.

Biosféra je teda systémom biogeocenóz. Každý z nich je samostatný biologický systém, alebo skôr podsystém. Zabezpečuje udržiavanie biogénneho cyklu v špecifických geografických podmienkach. Každá biogeocenóza má svoj vlastný súbor druhov, ktoré sú navzájom spojené. Vzťahy v biogeocenózach sa ale budujú nie na úrovni druhov (pretože ich zástupcovia môžu žiť nielen v danej biogeocenóze) a nie na úrovni jedincov (pretože tu ide najmä o potravu a teda krátkovekosť), ale na úrovni populácií druhov. Populácia sa chápe ako súbor jedincov toho istého druhu, ktorí dlhodobo zaberajú určitý priestor a rozmnožujú sa vo veľkom počte generácií. Populácie počas spoločného vývoja druhov v rámci biogeocenózy sa navzájom prispôsobujú a snažia sa trvalo udržiavať zodpovedajúce trofické reťazce.

Potravinový (trofický) reťazec – rad druhov rastlín, živočíchov, húb a mikroorganizmov, ktoré sú medzi sebou príbuzné vzťahmi: potrava – konzument. Organizmy nasledujúceho článku požierajú organizmy predchádzajúceho článku, a tak sa uskutočňuje reťazový prenos energie a hmoty, ktorý je základom kolobehu látok v prírode. Pri každom prenose z prepojenia na prepojenie sa veľká časť (až 80 – 90 %) potenciálnej energie stratí a rozptýli sa vo forme tepla. Z tohto dôvodu je počet článkov (druhov) v potravinovom reťazci obmedzený a zvyčajne nepresahuje 4-5.

V dôsledku postupnosti energetických premien v potravinových reťazcoch získava každé spoločenstvo živých organizmov v ekosystéme určitú trofickú štruktúru. Trofická štruktúra spoločenstva odráža pomer medzi výrobcami, konzumentmi (zvlášť prvého, druhého a pod. rádu) a rozkladačmi, vyjadrený buď počtom jedincov živých organizmov, resp. ph biomasa alebo energia v nich obsiahnutá, vypočítaná na jednotku plochy za jednotku času.

Trofická štruktúra je zvyčajne znázornená ako ekologické pyramídy. Tento grafický model vyvinul v roku 1927 americký zoológ Charles Elton. Základom pyramídy je prvá trofická úroveň - úroveň výrobcov a ďalšie poschodia pyramídy tvoria ďalšie úrovne - spotrebitelia rôznych rádov. Výška všetkých blokov je rovnaká a dĺžka je úmerná počtu, biomase alebo energii na zodpovedajúcej úrovni. Existujú tri spôsoby, ako postaviť ekologické pyramídy.

Pyramída energie odráža veľkosť toku energie, rýchlosť prechodu masy potravy cez potravinový reťazec. Štruktúru biocenózy do značnej miery neovplyvňuje množstvo fixnej ​​energie, ale miera produkcie potravín. Zistilo sa, že maximálne množstvo energie prenesenej na ďalšiu trofickú úroveň môže byť v niektorých prípadoch 30 % predchádzajúcej, a to je v najlepšom prípade. V mnohých biocenózach, potravinových reťazcoch môže byť hodnota odovzdanej energie len 1 %.

V roku 1942 sformuloval americký ekológ R. Lindeman zákon pyramídy energií (zákon 10 percent), podľa ktorého v priemere asi 10 % energie prijatej predchádzajúcou úrovňou ekologickej pyramídy prechádza z jednej trofickej úrovne cez potravinové reťazce do inej trofickej úrovne. Zvyšok energie sa stráca vo forme tepelného žiarenia, pohybu atď. Organizmy v dôsledku metabolických procesov strácajú asi 90% všetkej energie v každom článku potravinového reťazca, ktorá sa vynakladá na udržanie ich životných funkcií.

Ak zajac zjedol 10 kg rastlinnej hmoty, jeho vlastná hmotnosť by sa mohla zvýšiť o 1 kg. Líška alebo vlk, ktoré zjedia 1 kg zajaca, zväčšia svoju hmotnosť len o 100 g U drevín je tento podiel oveľa nižší, pretože drevo je slabo absorbované organizmami. V prípade tráv a rias je táto hodnota oveľa vyššia, pretože nemajú ťažko stráviteľné tkanivá. Všeobecná zákonitosť procesu prenosu energie však zostáva: cez horné trofické úrovne prechádza oveľa menej energie ako cez nižšie. Preto potravinové reťazce zvyčajne nemôžu mať viac ako 3-5 (zriedka 6) článkov a ekologické pyramídy nemôžu pozostávať z veľkého počtu poschodí. Do posledného článku potravinového reťazca, ako aj do najvyššieho poschodia ekologickej pyramídy bude tak málo energie, že nebude stačiť, ak sa počet organizmov zvýši.

Toto tvrdenie možno vysvetliť pohľadom na to, kde sa spotrebuje energia skonzumovanej potravy (C). Časť ide na budovanie nových buniek, t.j. pre rast (P). Časť energie potravy sa vynakladá na zabezpečenie energetického metabolizmu alebo na dýchanie. Keďže stráviteľnosť potravy nemôže byť úplná, t.j. 100%, časť nestrávenej potravy sa z tela odvádza vo forme exkrementov (F). Súvaha bude vyzerať takto:

C = P + R + F.

Ak vezmeme do úvahy, že energia vynaložená na dýchanie sa neprenesie do ďalšej trofickej úrovne a opustí ekosystém, je jasné, prečo bude každá nasledujúca úroveň vždy menšia ako predchádzajúca. Preto sú veľké dravé zvieratá vždy zriedkavé. Preto neexistujú ani dravce, ktoré by sa živili vlkmi. V tomto prípade by sa jednoducho neuživili, pretože vlkov nie je veľa.

Pyramída biomasy je pomer hmotností organizmov rôznych trofických úrovní. Zvyčajne je v suchozemských biocenózach celková hmotnosť producentov väčšia ako každý nasledujúci článok. Celkový počet spotrebiteľov prvého rádu je zase väčší ako spotrebiteľov druhého rádu atď. Ak sa organizmy príliš nelíšia vo veľkosti, potom graf zvyčajne zobrazuje stupňovitú pyramídu so zužujúcim sa vrcholom. Takže na vytvorenie 1 kg hovädzieho mäsa je potrebných 70 - 90 kg čerstvej trávy.

Vo vodných ekosystémoch je možné získať aj obrátenú alebo obrátenú pyramídu biomasy, kedy je biomasy producentov menej ako konzumentov, niekedy aj rozkladačov. Napríklad v oceáne s pomerne vysokou produktivitou fytoplanktónu môže byť jeho celková hmotnosť v danom okamihu menšia ako hmotnosť spotrebiteľov (veľryby, veľké ryby, mäkkýše).

Odrážajú sa pyramídy čísel a biomasy statické systémov, t.j. charakterizujú počet alebo biomasu organizmov v určitom časovom období. Neposkytujú úplné informácie o trofickej štruktúre ekosystému, aj keď umožňujú riešiť množstvo praktických problémov, najmä tých, ktoré súvisia s udržiavaním stability ekosystémov. Pyramída čísel umožňuje napríklad vypočítať prípustnú hodnotu ulovenia rýb alebo odstrelu zveri počas doby lovu bez následkov na ich normálnu reprodukciu.

Pyramída čísel (čísla) odráža počet jednotlivých organizmov na každej úrovni. Napríklad, aby ste nakŕmili jedného vlka, potrebujete aspoň niekoľko zajacov, ktoré by mohol loviť; na kŕmenie týchto zajacov potrebujete pomerne veľké množstvo rôznych rastlín. Niekedy môžu byť pyramídy čísel prevrátené alebo prevrátené. Týka sa to lesných potravinových reťazcov, kde stromy slúžia ako producenti a hmyz ako primárni konzumenti. Úroveň primárnych spotrebiteľov je v tomto prípade číselne bohatšia ako úroveň výrobcov (na jednom strome sa živí veľké množstvo hmyzu).

Druh, ktorý je konzumentom, nemôže úplne zničiť celú populáciu svojich potenciálnych obetí: inak sám zomrie. Úroveň plodnosti koristi sa zase vytvára evolučne s prihliadnutím na skutočnosť, že časť populácie bude zničená predátormi. Ale prirodzene, vždy existujú limity na počet samotných predátorov. To udržuje systém v rovnováhe.

Každá populácia sama o sebe je tiež stabilným biologickým systémom. Aby to zabezpečil, neustále reprodukuje svoj druh v biogeocenóze, v ktorej existuje. Zákonitosti samoorganizácie biosféry sú také, že medzi jednotlivcami populácie sa vytvárajú vzťahy zamerané na organizáciu výkonu tejto funkcie. Najmä za priaznivých podmienok pre existenciu populácie sa jej jedince začínajú intenzívnejšie množiť. To vedie ku konkurencii medzi jednotlivcami (kvôli územiu, samiciam atď.). Pre populáciu sa stáva prínosom, že časť jedincov sa prestane rozmnožovať a prírastok populácie sa spomalí. Je jasné, že pre jednotlivca je odmietnutie splodiť potomstvo abnormálne, ale pre populáciu je to nevyhnutná reakcia na jeho nadmerné počty. Napríklad pri určitej hustote v rámci komunity hlodavcov sa vnútorné vzťahy začnú stupňovať. Zároveň začínajú prevládať agresívne formy vzťahov nad komunikačnými a vzniká atmosféra stresu. To vedie k smrti jednotlivých jedincov alebo k zablokovaniu toku pohlavných hormónov do krvi u niektorých z nich.

S prudkým zhoršením podmienok existencie (rozmnožili sa nadmerní predátori, zhoršili sa klimatické podmienky, je málo potravy atď.) Populácia začína klesať. Vtedy sa zapnú prirodzené mechanizmy, ktoré stimulujú reprodukciu. Populácia však vždy smeruje k optimálnej úrovni svojej veľkosti, a preto je proces samoregulácie charakteristický pre každú populáciu. Biosféra je teda systém, v ktorom biogeocenózy pôsobia ako subsystém. Každá biogeocenóza je zase nezávislým systémom, v ktorom populácie pôsobia ako subsystém. V nich sú subsystémy jednotlivé organizmy. Každý organizmus je, samozrejme, samostatný biologický systém. Ten je základnou jednotkou metabolizmu. Biogénna cirkulácia látok v planetárnom meradle je možná len preto, že ju všetky organizmy vykonávajú s prostredím nepretržite. Práve telom začína reťaz vzťahov medzi zložkami živej hmoty. A tento reťazec nemožno prerušiť na žiadnej úrovni, pretože všetky sú navzájom funkčne prepojené. To znamená, že biosféra, ktorá je integrálnou hierarchiou, podlieha tomuto vzoru.