Природа экологической пирамиды

Совокупность разных организмов и неживых компонентов среды, тесно связанных между собой потоками вещества и энергии, называется экосистемой (от греч. ВлойкосВ» тАФ ВлжилищеВ», ВлместопребываниеВ» и ВлсистемаВ» тАФ ВлсочетаниеВ», ВлобъединениеВ»). Примерами экосистем могут быть озеро, массив леса, участок степи, отдельный гниющий пень и даже содержимое желудка жвачных. Изучая их, учёные основной упор делают именно на процессы превращения вещества и энергии, а не просто устанавливают присутствие каких-то организмов или выясняют особенности изменения их численности. Если же экологи имеют дело только с совокупностью совместно обитающих популяций разных видов, то они для этого используют такие термины, как сообщество, или биоценоз (от греч. ВлбиосВ» тАФ ВлжизньВ» и Влкой-носВ» тАФ ВлобщийВ»).

1. ПРОДУЦЕНТЫ, КОНСУМЕНТЫ И РЕДУЦЕНТЫ

Разные группы организмов, входящие в состав одной экосистемы, выполняют в ней разные функции. Так, продуценты (от лат. тАФ producentis ВлпроизводящийВ», ВлсоздающийВ») образуют органическое вещество из неорганических компонентов. Очевидно, что все продуценты обязательно должны быть автотрофами. Основные продуценты как в океане, так и во всех крупных внутренних водоёмах (как солёных, так и пресных) тАФ это организмы фитопланктона, т. е. микроскопические водоросли, взвешенные в водной толще. Именно фитопланктон даёт жизнь всем существам в океане, и именно поэтому уровень развития фитопланктона в том или ином районе океана определяет количество откармливающейся там рыбы и морских млекопитающих.

В водоёмах продуценты представлены также крупными водорослями (например, ламинарией) и некоторыми высшими цветковыми растениями (обычными в пресных водах элодеей или рдестами). Их роль в создании органического вещества, как правило, незначительна, за исключением узкой прибрежной полосы в морях или мелких заросших озёр. На суше основные продуценты тАФ это крупные высшие растения: травы, кустарники, деревья.

Две другие важные группы организмов, входящие в состав любой экосистемы, тАФ консументы (от лат. consumo тАФ ВлпотребляюВ») и редуценты (от лат. reducentis тАФ ВлвозвращающийВ», ВлвосстанавливающийВ»). К консументам обычно относят всех животных, а к редуцентам тАФ грибы и бактерии. И те и другие являются гетеротрофами, т. е. живут за счёт органического вещества, созданного продуцентами. Граница между консу-ментами и редуцентами очень условна, поскольку они в процессе своей жизнедеятельности осуществляют процесс разложения сложных органических веществ, а продукты их жизнедеятельности могут быть усвоены растениями.

Рис. 1. Состав экосистемы.

На данном рисунке представлены разные группы организмов, входящие в состав экосистемы.

2. ПИЩЕВЫЕ ЦЕПИ

В экосистемах группы видов последовательно связаны между собой как хищник и жертва. В любой экосистеме есть первичные консументы (производители) органического вещества тАУ организмы-автотрофы (в основном это зеленые растения). Они в свою очередь служат пищей для разнообразных организмов-гетеротрофов тАУ всех животных, грибов, некоторых микроорганизмов. Среди них выделяют первичных консументов (потребителей) тАУ растительноядных животных (например, кузнечики среди насекомых, копытные среди млекопитающих) и вторичных консументов, или собственно хищников, разных рангов, разного порядка, поедающих других животных. Получается, что живые существа, относящиеся к самым разным систематическим группам, могут играть в экосистемах одну и ту же роль, так как принадлежат к одному и тому же пищевому, или трофическому, уровню.

Взятые все вместе, они и образуют пищевую цепь экосистемы, или, точнее, пищевую сеть.

Взаимоотношение организмов разного трофического уровня в экосистемах для наглядности можно представить в виде так называемых экологических пирамид: пирамиды чисел, пирамиды биомасс и пирамиды энергии.

Рис 2. Упрощенная пирамида чисел, или экологическая пирамида: кузнечики поедают зеленые растения, лягушки - кузнечиков, змеи тАУ лягушек, орел тАУ змей.

Рис. 3. Пирамиды чисел (а), биомасс (б) и энергии (в) для модельной, упрощенной экосистемы: люцерна тАУ телята тАУ мальчик 12 лет.

Если бы мальчик в течение года питался только телятиной, то для этого потребовалось бы съесть 4,5 теленка. Для пропитания этих телят необходим урожай люцерны с площади 4 га . В пирамиде биомассы все эти цифры заменены величинами биомассы. В пирамиде энергии добавлена солнечная энергия, необходимая для выращивания люцерны.

3. ПУТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ

Солнечную энергию, связанную в процессе фотосинтеза, в виде биомассы растений поедают травоядные животные, а сами в свою очередь служат пищей для хищников. Так вещество и энергия передаются от одних организмов к другим, объединяя экосистему в единое целое. Последовательность живых существ, передающих друг другу эту энергию, называется пищевой, или трофической, цепью (от греч. ВлтрофВ» тАФ ВлпищаВ»). По тому положению, которое занимают организмы в пищевой цепи, их можно объединить в несколько групп, или трофических уровней (См. рис.4). Первый из них, образующий фундамент всей экосистемы, тАФ это уровень растений, или продуцентов. За ним идут уровни, занимаемые консументами. Первый уровень консументов тАФ растительноядные животные (иначе, фитофаги), второй тАФ хищники, третий тАФ хищники второго порядка. Например, питающиеся зоопланктоном мелкие рыбы являются хищниками первого порядка, а поедающие их хищные рыбы (судак, щука) тАФ это уже хищники второго порядка.

Поскольку в процессе своей жизнедеятельности все организмы расходуют ту энергию, которую получили с пищей (а все зелёные растения тАФ с солнечным светом), её количество с каждым последующим уровнем уменьшается. Соответственно и суммарная продукция (прирост биомассы за единицу времени) всех организмов какого-либо уровня всегда меньше продукции предыдущего уровня (См. рис. 5).

Рис. 4. Обмен веществ и энергии.

Вещество и энергия с пищей передаются от продуцентов к консументам первого, второго, третьего порядка, затем тАУ к редуцентам. Но при переходе от одного трофического уровня к другому часть энергии теряется, превращаясь в тепловую (включая затраты на дыхание и другие жизненно важные процессы). Существование экосистемы поддерживается благодаря непрерывному притоку энергии солнца к продуцентам тАУ зеленым растениям.

Рис.5. Пищевая пирамида биомасс.

Травоядные животные в наземных экосистемах съедают только часть растений. Некоторое количество энергии, полученной с пищей теряется в виде тепла, поэтому биомасса консументов всегда меньше массы продуцентов.

Хищникам тоже достаются не все возможные жертвы, а часть энергии тоже рассеивается.

Так образуется пищевая пирамида биомасс: чем выше трофический уровень, занимаемый организмом, тем меньше его численность и масса (в расчете на единицу площади).

продуцент консумент экосистема пирамида

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В наземных экосистемах биомасса продуцентов больше, чем биомасса консументов первого порядка, консументов второго порядка больше, чем консументов второго порядка, и т. д. В водных экосистемах пирамида биомасс может иметь обратный вид.

Пищевые цепи бывают короткие и длинные. Пример короткой цепи с одним продуцентом и двумя консументами: трава тАФ кролик тАФ лисица. Пример длинной цепи, включающей консументов 5-го порядка: обыкновенная сосна тАФ тля тАФ божья коровка тАФ пауки тАФ насекомоядные птицы тАФ хищные птицы. Иногда в пищевой цепи происходит уменьшение размеров особей и увеличение их численности на каждом трофическом уровне: травоядное млекопитающее тАФ обитающие на нем паразиты (например, блохи) тАФ лептомонады (простейшие в крови блох).

ЛИТЕРАТУРА:

1. Аксенова М.Д. тАУ Энциклопедия для детей. Т. 2. Биология. тАУ 5-е изд., перераб. и доп. тАУ М.: Аванта+, 2003. тАУ 704 с.: ил.

2. Аспиз М.Е. тАУ Энциклопедический словарь юного биолога тАУ М.: Педагогика, 1986. тАУ 352 с.: ил.

3. Батуев А.С. тАУ Биология: Большой справочник для школьников и поступающих в вузы/ Батуев А.С., Гуленкова М.А., Еленевский А.Г. и др. тАУ 2-е изд. тАУ М.: Дрофа, 1999. тАУ 668 с.: ил.

4. Володин В.А. тАУ Энциклопедия для детей. Т. 19. Экология. тАУ М.: Аванта+, 2001. тАУ 448 с.: ил.

Вместе с этим смотрят:

Анатомия и физиология заднего мозга. Строение и механизм кровообращения

Бiологiчне рiзноманiття людських рас

Бiологiя iндивiдуального розвитку

Бiологiя лева

Банан