Цепи питания. Поток энергии. Взаимосвязь компонентов биоценоза

Биоценоз — это устойчивая группа взаимосвязанных растений, животных, грибов и микроорганизмов, которые приспособлены к совместному обитанию на относительно однородном участке пространства.

Основными связями между организмами биоценоза являются пищевые взаимоотношения, которые образуют цепи питания. Цепь питания — это последовательность поедания одних организмов другими. Примером цепи питания в наземном биоценозе может служить такая последовательность: лиственное дерево — гусеница — синица — ястреб. Лиственным деревом питается гусеница, её может съесть синица, а синицу может съесть ястреб — хищная птица. В этой цепи четыре звена, или уровня. В водном биоценозе цепь питания могут образовывать водоросли — ракообразные — мелкие рыбы — крупные хищные рыбы. Обычно цепи питания состоят из 4—6 уровней, и позже мы узнаем почему.

По цепям питания от одного организма к другому идёт передача вещества и энергии. Извлечённая при переработке пищи часть энергии расходуется в организме на его дыхание, передвижение, размножение, рост и развитие.

Цепи питания не изолированы друг от друга, они перекрываются, многократно разветвляются, благодаря чему образуются пищевые сети. Почти всегда разные виды питаются несколькими разными объектами и сами служат пищей нескольким животным.

Вы уже знаете, что все организмы по способу питания разделяются на две группы — автотрофы и гетеротрофы. Автотрофные организмы — это производители (или продуценты). Они поглощают энергию Солнца и создают из простых неорганических веществ (углекислого газа и воды) сложные органические соединения, богатые энергией.

Далее органические вещества используются гетеротрофными организмами —консументами различных порядков.

Редуценты (или разрушители) разрушают органические остатки автотрофных и гетеротрофных организмов на простые биологические соединения.

Таким образом, пищевые и энергетические связи идут в направлении: продуценты — консументы — редуценты. Высвобожденные неорганические вещества снова потребляются автотрофными организмами.

Получается, что благодаря сложным пищевым связям между организмами осуществляется биологический круговорот веществ. Он является основой длительного и устойчивого существования биоценоза, а, следовательно, и условием продолжения жизни на нашей планете.

Рассмотрим ещё пример цепи питания. Заяц питается зелёными частями растений, охотно поедая клевер. И из растений-продуцентов получает накопленную в них энергию.

Заяц — консумент 1-го порядка (или первичный консумент). Часть полученной энергии расходуется зайцем на свою жизнедеятельность: передвижение, рост, периодические линьки. Остальная часть переходит в организм съевшей его лисы. Лиса — вторичный консумент. Если лиса станет жертвой крупной хищной птицы, то её накопленная энергия послужит источником энергии для третичного консумента. Мёртвое тело хищной птицы исчезнет от действия микроорганизмов-редуцентов, которые заканчивают цепь питания.

В цепях питания действует важная закономерность. Только 10 % энергии переходит с одного уровня на другой. Можно подсчитать, что энергия, которая доходит до пятого уровня, составляет всего 0,01 % энергии, поглощённой продуцентами. Большая часть энергии, содержащейся в пище, расходуется на различные процессы жизнедеятельности, превращаясь при этом в тепло и рассеиваясь. Из-за таких больших потерь энергии пищевые цепи не могут быть очень длинными.

Английский эколог Чарлз Элтон предложил способ определения соотношения между разными трофическими уровнями. Этот способ заключается в последовательном расположении трофических уровней в виде пирамиды. Такую пирамиду называют экологической. Существует несколько способов построения экологической пирамиды: по численности, по биомассе и по энергии потреблённой пищи. Рассмотрим подробнее данные типы пирамид.

Пирамида численности отражает численное соотношение между организмами разных трофических уровней. Всегда количество растительного вещества, служащего основой цепи питания, в несколько раз больше, чем общая масса растительноядных животных, и масса каждого из последующих звеньев пищевой цепи также уменьшается. Эту очень важную закономерность называют правилом экологической пирамиды.

Пирамида биомассы показывает количество живого вещества на каждом уровне. Биомасса выражается в граммах, килограммах или тоннах сырого вещества на единицу пространства — м², км². Биомасса продуцентов больше, чем биомасса последующих элементов цепи.

Энергетические пирамиды показывают передачу энергии, заключенной в биомассе организмов, от одного звена цепи питания к другому. Первый уровень продуцентов всегда самый большой. Его энергии равна 100 %, и, как вы уже знаете, на каждый следующий уровень переходит только 10 % полученной энергии. Получается, что самый высокий уровень имеет наименьшую величину энергии.

Между всеми живыми организмами в биоценозе постоянно происходят тесные взаимоотношения. Они очень разнообразны, например: добывание пищи, сохранение жизни, размножение, завоевание нового жизненного пространства.

Все связи, существующие в биоценозе, делят на четыре группы: трофические, топические, фабрические и форические.

В основу трофических связей положена потребность всех живых организмов в еде. Пищевые связи животных проявляются прямо и косвенно.

Прямые связи прослеживаются в процессе поедания животным своей пищи. Примеры прямых трофических связей: паук, жертвой которого стала муха; заяц, питающийся весенней травой; пчела, собирающая нектар с цветков растений; аист, словивший рыбу.

Разнообразны и косвенные трофические связи, возникающие на основе деятельности одного вида, способствующего появлению доступа к пище другому виду. Гусеницы бабочек-монашенок поедают хвою сосен, ослабляют их защитные свойства и обеспечивают короедам заселение деревьев. Ещё пример: при употреблении в пищу лягушки, щука и аист вступают в косвенные связи.

Топические связи (или связи по месту обитания) возникают, когда один вид создаёт условия для существования другого вида. Например, деревья используются птицами для гнездования или для поселения на их стволах мхов и лишайников.

Многочисленны в биоценозах фабрические связи животных, когда один вид использует другой в качестве строительного материала для своих гнёзд и убежищ. Муравьи строят своё гнездо из кусочков листьев, хвои, веточек и земли; птицы используют для постройки гнёзд ветви деревьев, траву, песчинки, шерсть млекопитающих и перья других видов птиц. Разные виды птиц строят гнёзда по-своему. Береговые ласточки, зимородки — роют в обрывах с мягким грунтом норы с гнездовой камерой в конце хода. Одни из наиболее искусно сплетённых гнёзд сооружают многие ткачиковые. Обыкновенный общественный ткач создает групповые гнёзда, когда под единой крышей находится от 200 до 400 индивидуальных гнездовых камер. Другой вид ткачиковых строит гнездо из травы, пальмовых листьев и камыша, подвешивая дом на тонких ветвях алоэ или акации. А потом приплетает внизу длинную трубку, чтобы к кладке не добрались змеи.

Рак-отшельник в течение жизни по мере роста многократно меняет маленькие раковины моллюсков на более крупные, служащие ему для защиты мягкого брюшка.

Существуют связи, когда организм одного вида способствует распространению другого вида. Это форические связи. Животные переносят растительные семена, споры и пыльцу; млекопитающие участвуют в переносе клещей, блох и других паразитов. Перевозки человеком фруктов и овощей способствуют расселению их вредителей. Путешествия на кораблях и поездах помогают расселиться грызунам, двукрылым и другим животным.

Таким образом, в биоценозах постоянно происходит взаимодействие организмов-продуцентов, консументов и редуцентов, результатом которого является передвижение вещества и энергии по пищевым цепям и сетям. На каждый последующий трофический уровень переходит только 10 % полученной энергии.

Между организмами в биоценозе всегда происходят взаимодействия. Выделяют трофические, топические, фабрические и форические связи.