§ 7. Движение вещества и энергии в экосистеме. Цепи и сети питания

Движение вещества и энергии в экосистеме — основное условие поддержания жизнедеятельности организмов, ее устойчивости. В экосистеме постоянно происходит перенос вещества и энергии, которые заключены в пище. Первоначальная пища создается зелеными растениями. Основным источником энергии для зеленых растений является солнечное излучение. Поглощая энергию Солнца, фотосинтезирующие организмы (зеленые растения, цианобактерии, некоторые протисты и бактерии) преобразуют ее в процессе фотосинтеза (с использованием углекислого газа, воды и растворенных в ней неорганических соединений) в химическую энергию органических веществ.

Эти вещества служат источником энергии не только для самих зеленых растений, но и для других организмов, составляющих экосистему. Обратный процесс высвобождения энергии, заключенный в органических веществах, происходит в процессе дыхания. Продукты дыхания — углекислый газ и вода — могут вновь использоваться зелеными растениями. Таким образом, вещества в экосистеме включаются в бесконечный круговорот. В отличие от них энергия, заключенная в пище, не совершает круговорота, а постепенно превращается в тепловую энергию, которая уходит за пределы экосистемы. Поэтому постоянный приток энергии извне является необходимым условием длительного существования экосистемы.

Основу любой экосистемы составляют фотосинтезирующие организмы — автотрофы (от греч. autos — сам и trophe — кормиться, питаться). Авто-трофы являются организмами-продуцентами (производителями). Они обеспечивают органическими веществами и энергией все живое население экосистемы. Зеленые растения дают начало всем пищевым связям в экосистеме. Они не только существуют сами за счет синтезированных органических веществ, но и кормят все остальные живые организмы.

Кроме продуцентов в экосистему входят организмы, которые используют для питания готовые органические вещества, произведенные другими видами. Это — гетеротрофы (от греч. heteros — другой), или консументы (потребители). К ним относятся все животные, которые извлекают необходимую энергию из готовой пищи, поедая растения или других животных. Первичными консументами являются растительноядные животные, питающиеся травой, семенами, плодами, подземными частями растений; вторичными консументами — плотоядные животные.

К консументам можно отнести и группу бесхлорофильных растений (растения-паразиты), которые, присасываясь к корням своих собратьев, в буквальном смысле тянут из них соки. В наших лесах такими являются Петров крест, полевая заразиха, повилика.

Особую группу организмов составляют редуценты (от лат. reducens , reducentis — возвращающий, восстанавливающий), разрушающие мертвое органическое вещество до неорганических соединений, которые затем используются другими организмами (продуцентами).

Основными редуцентами являются бактерии, грибы, простейшие. Если снижается их активность (например, при использовании человеком сильнодействующих пестицидов), то ухудшаются условия для жизнедеятельности и продуцентов, и консументов. За счет разложения и минерализации мертвых органических остатков высвобождаются химические элементы, которые в дальнейшем вновь вовлекаются в круговорот веществ, улучшают условия питания растений и тем самым увеличивают объем создаваемой биологической продукции. Так восстанавливается неорганическая материя.

Во время роста организмы-продуценты (зеленые растения) за счет фотосинтеза образуют первичную продукцию (органическую массу), которая выражается либо в единицах энергии (джоуль на 1 м 2 за сутки), либо в единицах сухого органического вещества (килограмм на 1 га за сутки). Консументы (гетеротрофы) образуют вторичную продукцию.

Таким образом, осуществляя пищевые взаимодействия, организмы экосистемы выполняют три функции:

3) разложения редуцентами органического вещества до простых минераль ных соединений, которые снова используются организмами-продуцентами.

Цепи и сети питания. В развитых, сложившихся экосистемах существуют сложные пищевые взаимодействия между автотрофами и гетеротрофами. Одни организмы поедают другие, и таким образом осуществляется цепной процесс переноса вещества и энергии в экосистемах, лежащий в основе круговорота веществ в природе. Перенос вещества и энергии от автотрофов к потребителям-гетеротрофам, происходящий в результате поедания одними организмами других, называется пищевой цепью.

Простейшая пищевая цепь в водной среде может начинаться фитопланктоном, продолжаться более крупными планктонными ракообразными, которые им питаются, и заканчиваться китом, который фильтрует этих ракообразных из воды.

Всем известна народная примета: «Если ласточки летают низко над землей — это к дождю». Как ни удивительно, но эту примету можно объяснить, исходя из закона пищевой цепи. Комары — любимое лакомство ласточек — нуждаются в определенном атмосферном давлении. Перед дождем атмосферное давление падает, поэтому комары вынуждены менять свой «воздушный коридор». А вслед за комарами снижаются и ласточки.

Как-то крестьяне обратились к великому Чарльзу Дарвину с просьбой, чтобы он подсказал им, как увеличить урожаи семян клевера, которые стали катастрофически падать. «Заведите кошек», — ответил ученый. Крестьяне подумали, что он шутит. Но Дарвин знал то, чего не знали крестьяне. Клевер опылялся шмелями, гнезда которых стали разорять расплодившиеся мыши. Вот вам и еще один пример пищевой цепи: клевер —> шмели —> мыши —> кошки.

Пищевая цепь в экосистеме начинается с зеленого растения и через ряд промежуточных организмов-консументов заканчивается звеном, которое представлено хищными животными.

В экосистемах обычно существует ряд параллельных пищевых цепей, например, травянистая растительность —> грызуны —> мелкие хищники; травянистая растительность —» копытные —> крупные хищники. Параллельные пищевые цепи нередко объединяют обитателей разных ярусов (почвы, травянистого покрова, древесного яруса), но и между ними могут существовать связи.

Пищевые цепи в чистом виде в природе встречаются довольно редко. В большинстве случаев один и тот же организм может стать жертвой разных хищников. Например, дафнию может съесть не только мелкая рыба, но и хищный рачок циклоп, а плотву — не только щука, но и выдра. Как видно, одни и те же виды могут служить источником пищи для многих организмов и тем самым являться составной частью различных пищевых цепей. В результате в экосистеме формируются пищевые сети — сложный тип взаимоотношений, включающий разные цепи питания (рис. 2.6, 2.7). Сложность пищевых цепей многократно возрастает, если принять во внимание, что у членов цепей питания — организмов-хозяев — имеются многочисленные специфические паразиты, которые в свою очередь являются звеньями других цепей. Например, обыкновенная белка является хозяином 50 видов паразитов.

Пастбищные и детритные пищевые цепи. Пищевые цепи, которые начинаются с автотрофных фотосинтезирующих организмов, называются пастбищными, или цепями выедания (рис. 2.8). Примером может служить пастбищная пищевая цепь луга. Начинается такая цепь с улавливания солнечной энергии растением. Бабочка, питающаяся нектаром цветка, представляет собой второе звено в этой цепи. Стрекоза — хищное летающее насекомое — нападает на бабочку. Спрятавшаяся среди зеленой травы лягушка ловит стрекозу, но сама служит добычей для такого хищника, как уж. Целый день уж мог бы переваривать лягушку, но еще не успело зайти солнце, как сам стал добычей другого хищника — змеяда.

Пищевая цепь, идущая от растения через бабочку, стрекозу, лягушку, ужа к ястребу, указывает путь направления движения органических веществ, а также содержащейся в них энергии.

Если пищевая цепь начинается с отмерших остатков растений, трупов и экскрементов животных, т.е. с детрита, она называется детритной, или цепью разложения (рис. 2.8). Такие цепи наиболее характерны для сообществ дна глубоких озер, океанов, где многие организмы питаются детритом, образованным отмершими организмами верхних освещенных слоев водоема. Распространены детритные цепи также и в лесах, где большая часть ежегодного прироста живой массы растений не потребляется непосредственно ноядными животными, а отмирает, образуя опад, и разлагается затем сап-ротрофными организмами с последующей минерализацией редуцентами. Типичным примером детритной пищевой цепи наших лесов является следующая: листовая подстилка—шногоножки—>черный дрозд-»ястреб-перепелятник. Таким образом, энергия, входящая в экосистему, разбивается на два основных русла, поступая к консументам через живые ткани растений или запасы мертвого органического вещества.

В экосистемах'происходит взаимодействие продуцентов, консумен-тов и редуцентов, результатом которого является передвижение вещества и энергии по пищевым цепям и сетям. Различают пастбищные и детритные цепи питания.

1. Перечислите функции , которые выполняют организмы в экосистеме . 2. Приведите пример пищевой цепи . 3. Чем пастбищная пищевая цепь отличается от детритной ? 4. Что представляют собой пищевые сети ?

Общая биология: Учебное пособие для 11-го класса 11-летней общеобразовательной школы, для базового и повышенного уровней. Н.Д. Лисов, Л.В. Камлюк, Н.А. Лемеза и др. Под ред. Н.Д. Лисова.- Мн.: Беларусь, 2002.- 279 с

Содержание учебника Общая биология: Учебное пособие для 11-го класса:

Глава 1. Вид - единица существования живых организмов

Глава 2. Взаимоотношения видов, популяций с окружающей средой. Экосистемы

Глава 3. Формирование эволюционных взглядов

Глава 4. Современные представления об эволюции

Глава 5. Происхождение и развитие жизни на Земле

Глава 6. Происхождение и эволюция человека

Глава 7. Биосфера и эволюция

Глава 8. Хозяйственная деятельность человека в биосфере

§ 7. Движение вещества и энергии в экосистеме. Цепи и сети питания

Общая биология: Учебное пособие для 11-го класса

Содержание учебника Общая биология: Учебное пособие для 11-го класса:

Учебники по биологии за 6 класс

Учебники по биологии за 7 класс

Учебники по биологии за 8 класс

Учебники по биологии за 9 класс

Учебники по биологии за 10 класс

Учебники по биологии за 11 класс