Цель: расширить знания о биотических факторах среды.

Оборудование: гербарные растения, чучела хордовых (рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц, млекопитающих), коллекции насекомых, влажные препараты животных, иллюстрации различных растений и животных.

Ход работы:

1. Используйте оборудование и составьте две цепи питания. Помните, что цепь всегда начинается продуцентом и заканчивается редуцентом.

Растения → насекомые → ящерица → бактерии

Растения → кузнечик → лягушка → бактерии

Вспомните свои наблюдения в природе и составьте две цепи питания. Подпишите продуценты, консументы (1 и 2 порядков), редуценты.

Фиалка → Ногохвостки → хищные клещи → хищные многоножки → бактерии

Продуцент- консумент1- консумент2 - консумент2 - редуцент

Капуста → слизень → лягушка → бактерии

Продуцент – консумент1 - консумент2 - редуцент

Что такое цепь питания и что лежит в её основе? Чем определяется устойчивость биоценоза? Сформулируйте вывод.

Вывод:

Пищева́я (трофи́ческая ) цепь - ряды видов растений, животных, грибов и микроорганизмов, которые связаны друг с другом отношениями: пища - потребитель (последовательность организмов, в которой происходит поэтапный перенос вещества и энергии от источника к потребителю). Организмы, последующего звена поедают организмы предыдущего звена, и таким образом осуществляется цепной перенос энергии и вещества, лежащий в основе круговорота веществ в природе. При каждом переносе от звена к звену теряется большая часть (до 80-90 %) потенциальной энергии, рассеивающейся в виде тепла. По этой причине число звеньев (видов) в цепи питания ограничено и не превышает обычно 4-5. Устойчивость биоценоза определяется разнообразием его видового состава. Продуце́нты - организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических, то есть, все автотрофы. Консументы - гетеротрофы, организмы, потребляющие готовые органические вещества, создаваемые автотрофами (продуцентами). В отличие от редуцентов

Консументы не способны разлагать органические вещества до неорганических.Редуце́нты - микроорганизмы (бактерии и грибы), разрушающие отмершие остатки живых существ, превращающие их в неорганические и простейшие органические соединения.

3. Назовите организмы, которые должны быть на пропущенном месте следующих пищевых цепей.

1) Паук, лиса

2) древоед-гусеница, ястреб-змеед

3) гусеница

4. Из предложенного списка живых организмов составить трофическую сеть:

трава, ягодный кустарник, муха, синица, лягушка, уж, заяц, волк, бактерии гниения, комар, кузнечик. Укажите количество энергии, которое переходит с одного уровня на другой.

1. Трава (100%) -- кузнечик (10%) -- лягушка (1%) -- уж (0,1%) -- бактерии гниения (0,01%).

2. Кустарник (100%) -- заяц (10%) -- волк (1%) -- бактерии гниения (0,1%).

3. Трава (100%) -- муха (10%) -- синица (1%) -- волк (0,1%) -- бактерии гниения (0,01%).

4. Трава (100%) -- комар (10%) -- лягушка (1%) -- уж (0,1%) -- бактерии гниения (0,01%).

5. Зная правило перехода энергии с одного трофического уровня на другой (около10%), постройте пирамиду биомассы третьей пищевой цепи (задание 1). Биомасса растений составляет 40 тонн.

Трава (40 тонн) -- кузнечик (4 тонны) -- воробей (0,4 тонны) -- лиса (0,04).

6. Вывод: что отражают правила экологических пирамид?

Правило экологических пирамид очень условно передает закономерность передачи энергии с одного уровня питания на следующий, в пищевой цепочке. Впервые эти графические модели были разработаны Ч. Элтоном в 1927 году. По этой закономерности суммарная масса растений должна быть на порядок больше растительноядных животных, а суммарная масса растительноядных животных на порядок больше хищников первого уровня и т.д. до самого конца пищевой цепи.

Лабораторная работа № 1

В экосистемах продуценты, консументы и редуценты объединены сложными процессами переноса веществ и энергии, которая заключена в пище, созданной преимущественно растениями.

Перенос потенциальной энергии пищи, созданной растениями, через ряд организмов путем поедания одних видов другими называется трофической (пищевой) цепью, а каждое ее звено называется трофическим уровнем.

Все организмы, пользующиеся одним типом пищи, принадлежат к одному трофическому уровню.

На рис.4. представлена схема трофической цепи.

Рис.4. Схема пищевой цепи.

Рис.4. Схема пищевой цепи.

Первый трофический уровень образуют продуценты (зеленые растения), которые аккумулируют солнечную энергию и создают органические вещества в процессе фотосинтеза.

При этом более половины энергии, запасенной в органических веществах, расходуется в процессах жизнедеятельности растений, превращаясь при этом в тепло и рассеиваясь в пространстве, а остальная часть поступает в пищевые цепи и может быть использована гетеротрофными организмами последующих трофических уровней при питании.

Второй трофический уровень образуют консументы 1-го порядка - это растительноядные организмы (фитофаги), которые питаются продуцентами.

Консументы первого порядка большую часть энергии, которая содержится в пище, расходуют на обеспечение своих жизненных процессов, а остальную часть энергии используют на построение собственного тела, преобразуя тем самым растительные ткани в животные.

Таким образом, консументы 1-го порядка осуществляют первый, принципиальный этап трансформации органического вещества, синтезированного продуцентами.

Первичные консументы могут служить источником питания для консументов 2-го порядка.

Третий трофический уровень образуют консументы 2-го порядка - это плотоядные организмы (зоофаги), которые питаются исключительно растительноядными организмами (фитофагами).

Консументы 2-го порядка осуществляют второй этап трансформации органического вещества в цепях питания.

Однако, химические вещества, из которых строятся ткани животных организмов, довольно однородны и поэтому трансформация органического вещества при переходе со второго трофического уровня консументов на третий не имеет столь принципиального характера, как при переходе с первого трофического уровня на второй, где происходит преобразование растительных тканей в животные.

Вторичные консументы могут служить источником питания для консументов 3-го порядка.

Четвертый трофический уровень образуют консументы 3-го порядка - это плотоядные животные, питающиеся только плотоядными организмами.

Последний уровень трофической цепи занимают редуценты (деструкторы и детритофаги).

Редуценты-деструкторы (бактерии, грибы, простейшие) в процессе своей жизнедеятельности разлагают органические остатки всех трофических уровней продуцентов и консументов до минеральных веществ, которые вновь возвращаются к продуцентам.

Все звенья трофической цепи взаимосвязаны и взаимозависимы.

Между ними от первого к последнему звену осуществляется передача веществ и энергии. Однако, необходимо отметить, что при передаче энергии с одного трофического уровня на другой происходит ее потеря. В результате цепь питания не может быть длинной и чаще всего состоит из 4-6 звеньев.

Однако, такие пищевые цепи в чистом виде в природе обычно не встречаются, поскольку каждый организм имеет несколько источников питания, т.е. пользуется несколькими типами пищи, и сам используется как продукт питания другими многочисленными организмами из одной и той же трофической цепи или даже из разных цепей питания.

Например:

всеядные организмы потребляют в пищу как продуцентов, так и консументов, т.е. являются одновременно консументами первого, второго, а иногда и третьего порядка;

комар, питающийся кровью человека и хищных животных, находится на очень высоком трофическом уровне. Но комарами питается болотное растение росянка, которая, таким образом, является и продуцентом и консументом высокого порядка.

Поэтому, практически любой организм, входящий в состав одной трофической цепи, одновременно может входить и в состав других трофических цепей.

Таким образом, трофические цепи могут многократно разветвляться и переплетаться, образуя сложные сети питания или трофические (пищевые) сети , в которых многочисленность и разнообразие пищевых связей выступает как важный механизм поддержания целостности и функциональной устойчивости экосистем.

На рис.5. показана упрощенная схема сети питания для наземной экосистемы.

Вмешательство человека в природные сообщества организмов путем намеренного или ненамеренного устранения какого-либо вида часто имеет непредсказуемые негативные последствия и приводит к нарушению устойчивости экосистем.

Рис.5. Схема трофической сети.

Существует два основных типа трофических цепей:

пастбищные цепи (цепи выедания или или цепи потребления);

детритные цепи (цепи разложения).

Пастбищные цепи (цепи выедания или цепи потребления) - это процессы синтеза и трансформации органических веществ в трофических цепях.

Пастбищные цепи начинаются с продуцентов. Живые растения поедаются фитофагами (консументами первого порядка), а сами фитофаги являются пищей для плотоядных животных (консументов второго порядка), которыми могут питаться консументы третьего порядка и т.д.

Примеры пастбищных цепей для наземных экосистем:

3 звена: осина → заяц → лиса; растение → овца → человек.

4 звена: растения → кузнечики → ящерицы → ястреб ;

нектар цветка растения → муха → насекомоядная птица →

хищная птица .

5 звеньев: растения → кузнечики → лягушки → змеи → орел.

Примеры пастбищных цепей для водных экосистем:→

3 звена: фитопланктон → зоопланктон → рыбы;

5 звеньев: фитопланктон → зоопланктон → рыбы → хищные рыбы →

хищные птицы.

Детритные цепи (цепи разложения) - это процессы поэтапной деструкции и минерализации органических веществ в трофических цепях.

Детритные цепи начинаются с поэтапного разрушения мертвого органического вещества детритофагами, которые последовательно сменяют друг друга в соответствии со специфичным типом питания.

На последних стадиях деструкционных процессов функционируют редуценты-деструкторы, минерализующие остатки органических соединений до простых неорганических веществ, которые вновь используются продуцентами.

Например, при разложении мертвой древесины последовательно сменяют друг друга: жуки → дятлы → муравьи и термиты → грибы-деструкторы.

Детритные цепи наиболее распространены в лесах, где большая часть (около 90%) ежегодного прироста биомассы растений не потребляется непосредственно растительноядными животными, а отмирает и попадает в эти цепи в виде листового опада, подвергаясь затем разложению и минерализации.

В водных экосистемах большая часть вещества и энергии включается в пастбищные цепи, а в наземных экосистемах наибольшее значение имеют детритные цепи.

Таким образом, на уровне консументов происходит разделение потока органического вещества по разным группам потребителей:

живое органическое вещество следует по пастбищным цепям;

мертвое органическое вещество идет по детритным цепям.

Пищевая цепь – это последовательное превращение элементов неорганической природы (биогенных и др.) с помощью растений и света в органические вещества (первичную продукцию), а последних – животными организмами на последующих трофических (пищевых) звеньях (ступенях) в их биомассу.

Пищевая цепь начинается с солнечной энергии, и каждое звено в цепи представляет собой изменение энергии. Все пищевые цепи в сообществе образуют трофические отношения.

Между компонентами экосистемы существуют разнообразные связи, и в первую очередь их связывает воедино поток энергии и круговорот вещества. Каналы, по которым течет через сообщество энергия, носят имя цепей питания. Энергия солнечного луча, падающего на верхушки деревьев или на поверхность пруда, улавливается зелеными растениями — будь то огромные деревья или крошечные водоросли, — и используется ими в процессе фотосинтеза. Эта энергия идет на рост, развитие и размножение растений. Растения, как производителей органического вещества, называют продуцентами. Продуценты, в свою очередь, служат источником энергии для тех, кто питается растениями, а, в конечном счете, для всего сообщества.

Первыми потребителями органического вещества являются растительноядные животные — консументы I порядка. Хищники, поедающие растительноядных жертв, выступают в роли консументов II порядка. При переходе от одного звена к другому энергия неизбежно теряется, поэтому в пищевой цепи редко бывает более 5-6 участников. Завершают круговорот редуценты — бактерии и грибы разлагают трупы животных, остатки растений, превращая органику в минеральные вещества, которые снова усваиваются продуцентами.

В пищевую цепь входят все растения и животные, а также содержащиеся в воде химические элементы, необходимые для фотосинтеза. Пищевая цепь представляет собой связную линейную структуру из звеньев, каждое из которых связано с соседними звеньями отношениями «пища - потребитель». В качестве звеньев цепи выступают группы организмов, например, конкретные биологические виды . В воде пищевая цепь начинается с мель- чайших растительных организмов — водорослей, живущих в эвфотической зоне и использующих солнечную энергию для синтеза органических веществ из растворенных в воде неорганических химических питательных веществ и угле- кислоты. В процессе переноса энергии пищи от ее источника — растений — через ряд организмов, происходящих путем поедания одних организмов другими, наблюдается рассеивание энергии, часть которой переходит в тепло. При каждом очередном переходе от одного трофического звена (ступени) к другому теряется до 80-90% потенциальной энергии. Это ограничивает возможное число этапов, или звеньев цепи, обычно до четырех-пяти. Чем короче пищевая цепь, тем большее количество доступной энергии сохраняется.

В среднем из 1 тыс. кг растений образуется 100 кг тела травоядных животных. Хищники, поедающие травоядных, могут построить из этого количества 10 кг своей биомассы, а вторичные хищники только 1 кг. Например, человек съедает большую рыбу. Ее пищу составляют мелкие рыбы, потребляющие зоопланктон, который живет за счет фитопланктона, улавливающего солнечную энергию.

Таким образом, для построения 1 кг тела человека требуется 10 тыс. кг фитопланктона. Следовательно, масса каждого последующего звена в цепи прогрессивно уменьшается. Эта закономерность носит название правила экологической пирамиды. Различают пирамиду чисел, отражающую число особей на каждом этапе пищевой цепи, пирамиду биомассы — количество синтезированного на каждом уровне органического вещества и пирамиду энергии — количество энергии в пище. Все они имеют одинаковую направленность, различаясь в абсолютном значении цифровых величин. В реальных условиях цепи питания могут иметь разное число звеньев. Кроме того, цепи питания могут перекрещиваться, образуя сети питания. Почти все виды животных, за исключением очень специализированных в пищевом отношении, используют не один какой-нибудь источник пищи, а несколько). Чем больше видовое разнообразие в биоценозе, тем он устойчивее. Так, в цепи питания растения-заяц-лиса — всего три звена. Но лиса питается не только зайцами, но и мышами и птицами. Общая закономерность состоит в том, что в начале пищевой цепи всегда находятся зеленые растения, а в конце — хищники. С каждым звеном в цепи организмы становятся крупнее, они медленнее размножаются, их число уменьшается. Виды, занимающие положение низших звеньев, хотя и обеспечены питанием, но сами интенсивно потребляются (мышей, например, истребляют лисы, волки, совы). Отбор идет в направлении увеличения плодовитости. Такие организмы превращаются в кормовую базу высших животных без всяких перспектив прогрессивной эволюции.

В любой геологической эпохе с наибольшей скоростью эволюционировали организмы, стоящие на высшем уровне в пищевых взаимоотношениях, например в девоне — кистепрые рыбы — рыбоядные хищники; в каменноугольном периоде — хищные стегоцефалы. В пермском — рептилии, охотившиеся на стегоцефалов. На протяжении всей мезозойской эры млекопитающие истреблялись хищными рептилиями и только вследствие вымирания последних в конце мезозоя заняли господствующее положение, дав большое число форм.

Пищевые отношения — самый важный, но не единственный тип отношений между видами в биоценозе. Один вид может влиять на другой разными путями. Организмы могут поселяться на поверхности или внутри тела особей другого вида, могут формировать среду обитания для одного или нескольких видов, влиять на движение воздуха, температуру, освещенность окружающего пространства. Примеры связей, влияющих на местообитания видов, многочисленны. Морские желуди — морские ракообразные, ведущие сидячеприкрепленный образ жизни, нередко поселяются на коже китов. Личинки многих мух живут в коровьем навозе. Особенно большая роль в создании или изменении среды для других организмов, принадлежит растениям. В зарослях растений, будь то лес или луг, температура колеблется в меньшей степени, чем на открытых пространствах, а влажность выше.
Нередко один вид участвует в распространении другого. Животные переносят семена, споры, пыльцу растений, а также других более мелких животных. Семена растений могут захватываться животными при случайном соприкосновении, особенно если семена или соплодия имеют специальные зацепки, крючки (череда, лопух). При поедании плодов, ягод, не поддающихся перевариванию, семена выделяются вместе с пометом. Млекопитающие, птицы и насекомые переносят на своем теле многочисленных клещей.

Связь между двумя звеньями устанавливается, если одна группа организмов выступает в роли пищи для другой группы. Первое звено цепи не имеет предшественника, то есть организмы из этой группы в качестве пищи не использует другие организмы, являясь продуцентами . Чаще всего на этом месте находятся растения , грибы , водоросли . Организмы последнего звена в цепи не выступают в роли пищи для других организмов.

Каждый организм обладает некоторым запасом энергии, то есть можно говорить о том, что у каждого звена цепи есть своя потенциальная энергия . В процессе питания потенциальная энергия пищи переходит к её потребителю.

Все виды, образующие пищевую цепь, существуют за счет органического вещества, созданного зелеными растениями. При этом действует важная закономерность, связанная с эффективностью использования и превращения энергии в процессе питания. Сущность ее заключается в следующем.

Суммарно лишь около 1% лучистой энергии Солнца, падающей на растение, превращается в потенциальную энергию химических связей синтезированных органических веществ и может быть использовано в дальнейшем гетеротрофными организмами при питании. Когда животное поедает растение, большая часть энергии, содержащейся в пище, расходуется на различные процессы жизнедеятельности, превращаясь при этом в тепло и рассеиваясь. Только 5-20% энергии пищи переходит во вновь построенное вещество тела животного. Если хищник поедает травоядное животное, то снова теряется большая часть заключенной в пище энергии. Вследствие таких больших потерь полезной энергии пищевые цепи не могут быть очень длинными: обычно они состоят не более чем из 3-5 звеньев (пищевых уровней).

Всегда количество растительного вещества, служащего основой цепи питания, в несколько раз больше, чем общая масса растительноядных животных, а масса каждого из последующих звеньев пищевой цепи также уменьшается. Эту очень важную закономерность называют правилом экологической пирамиды.

При переносе потенциальной энергии от звена к звену до 80-90 % теряется в виде теплоты. Данный факт ограничивает длину цепи питания, которая в природе обычно не превышает 4-5 звеньев. Чем длиннее трофическая цепь, тем меньше продукция её последнего звена по отношению к продукции начального.

В Байкале пищевая цепь в пелагиали состоит из пяти звеньев: водоросли — эпишура — мак- рогектопус — рыбы — нерпа или хищные рыбы (ленок, таймень, взрослые особи омуля и др.). Человек участвует в этой цепи как последнее звено, но он может потреблять продукцию и более низких звеньев, например, рыб или даже беспозвоночных при использовании в пищу ракообразных, водных растений и т. п. Короткие трофические цепи менее устойчивы и подвержены большим колебаниям, чем длинные и сложные по структуре.

2. УРОВНИ И СТРУКТУРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПИЩЕВОЙ ЦЕПИ

Обычно для каждого звена цепи можно указать не одно, а несколько других звеньев, связанных с ним отношением «пища - потребитель». Так траву едят не только коровы, но и другие животные, а коровы являются пищей не только для человека. Установление таких связей превращает пищевую цепь в более сложную структуру - трофическую сеть .

В некоторых случаях в трофической сети можно сгруппировать отдельные звенья по уровням таким образом, что звенья одного уровня выступают для следующего уровня только в качестве пищи. Такая группировка называется трофическими уровнями .

Начальным уровнем (звеном) всякой трофической (пищевой) цепи в водоеме являются растения (водоросли). Растения никого не поедают (за исключением небольшого числа видов насекомоядных растений — росянка, жирянка, пузырчатка, непентес и некоторые другие), напротив, они являются источником жизни для всех животных организмов. Поэтому первой ступенью цепи хищников являются травоядные (пастбищные) животные. Следом за ними идут мелкие плотоядные, питающиеся травоядными, затем звено более крупных хищников. В цепи каждый последующий организм крупнее предыдущего. Цепи хищников способствуют устойчивости трофической цепочки.

Пищевая цепь сапрофитов – это замыкающее звено трофической цепочки. Сапрофиты питаются мертвыми организмами. Химические вещества, образующиеся при разложении мертвых организмов, снова потребляются растениями – организмами-продуцентами, с которых начинаются все трофические цепи.

3. ТИПЫ ТРОФИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Есть несколько классификаций трофических цепей.

По первой классификации существуют в Природе три трофические цепи (трофическая — значит, обусловленная Природой для разрушения).

Первая трофическая цепь объединяет следующие свободно живущие организмы:

растительноядные животные;


хищники — плотоядные животные;


всеядные, включая человека.


Основной принцип трофической цепи: «Кто кого ест?»


Вторая трофическая цепь объединяет живые существа, которые метаболизируют все и всех. Эту задачу выполняют редуценты. Они доводят сложные вещества погибших организмов до простых веществ. Свойство биосферы — все представители биосферы смертны. Биологическая задача редуцентов — разлагать умерших.


По второй классификации, существует два основных типа трофических цепей — пастбищные и детритные.


В пастбищной трофической цепи (цепь выедания) основу составляют автотрофные организмы, затем идут потребляющие их растительноядные животные (например, зоопланктон, питающийся фитопланктоном), потом хищники (консументы) 1-го порядка (например, рыбы, потребляющие зоопланктон), хищники 2-го порядка (например, судак, питающийся другими рыбами). Особенно длинны трофические цепи в океане, где многие виды (например, тунцы) занимают место консументов 4-го порядка.


В детритных трофических цепях (цепи разложения), наиболее распространенных в лесах, большая часть продукции растений не потребляется непосредственно растительноядными животными, а отмирает, подвергаясь затем разложению сапротрофными организмами и минерализации. Таким образом, детритные трофические цепи начинаются от детрита, идут к микроорганизмам, которые им питаются, а затем к детритофагам и к их потребителям — хищникам. В водных экосистемах (особенно в эвтрофных водоемах и на больших глубинах океана) значит, часть продукции растений и животных также поступает в детритные трофические цепи.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ


Все живые организмы, населяющие нашу планету, существуют не сами по себе, они зависят от окружающей среды и испытывают на себе ее воздействия. Это точно согласованный комплекс множества факторов окружающей среды, и приспособление к ним живых организмов обуславливает возможность существования всевозможных форм организмов и самого различного образования их жизни.


Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами.


Все живые существа являются объектами питания других, т.е. связаны между собой энергетическими отношениями. Пищевые связи в сообществах — это механизмы передачи энергии от одного организма к другому. В каждом сообществе трофические связи переплетены в сложную сеть .


Организмы любого вида являются потенциальной пищей многих других видов


трофические сети в биоценозах очень сложные, и создается впечатление, что энергия, поступающая в них, может долго мигрировать от одного организма к другому. На самом деле путь каждой конкретной порции энергии, накопленной зелеными растениями, короток; она может передаваться не более, чем через 4-6 звеньев ряда, состоящего из последовательно питающихся друг другом организмов. Такие ряды, в которых можно проследить пути расходования изначальной дозы энергии, называют цепями питания. Место каждого звена в цепи питания называют трофическим уровнем. Первый трофический уровень — это всегда продуценты, создатели органической массы; растительные консументы относятся ко второму трофическому уровню; плотоядные, живущие за счет растительноядных форм — к третьему; потребляющие других плотоядных — к четвертому и т.д. Таким образом, различают консументов первого, второго и третьего порядков, занимающих разные уровни в цепях питания. Естественно, что основную роль при этом играет пищевая специализация консументов. Виды с широким спектром питания включаются в пищевые цепи на разных трофических уровнях.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. Учебное пособие. –М.: ДОНИТИ, 2005.
   

   Моисеев А.Н. Экология в современном мире // Энергия. 2003. № 4.
   

Круговорот веществ в природе и цепи питания

Все живые организмы являются активными участниками круговорота веществ на планете. Используя кислород, углекислый газ, воду, минеральные соли и другие вещества, живые организмы питаются, дышат, выделяют продукты деятельности, размножаются. После гибели их тела разлагаются на про­стейшие вещества и вновь возвращаются во внешнюю среду.

Перенос химических элементов из живых организмов в окружающую среду и обратно не прекращается ни на секунду. Так, растения (автотрофные организмы) забирают из внешней среды углекислый газ, воду и минеральные соли. При этом они создают органические вещества и выделяют кислород. Животные (гетеротрофные организмы), наоборот, вдыхают выделенный растениями кислород, а пое­дая растения, усваивают органические вещества и выделяют углекислый газ и остатки пищи. Грибы и бактерии используют в пищу останки живых организмов и превращают органические вещества в минеральные, которые накапливаются в почве и воде. А минеральные вещества снова усваиваются растениями. Так в природе осуществляется постоянный и бесконечный круговорот веществ и поддерживается непрерывность жизни.

Круговорот веществ и все связанные с ним превращения требуют постоянного притока энергии. Источником такой энергии является Солнце.

На земле растения поглощают углерод из атмосферы путем фотосинтеза. Животные поедают растения, передавая углерод вверх по пищевой цепи, о которой мы расскажем чуть позже. Когда растения и животные умирают, то они передают углерод обратно земле.

На поверхности океана двуокись углерода из атмосферы растворяется в воде. Фитопланктон поглощает ее для фотосинтеза. Животные, поедающие планктон, выдыхают углерод в атмосферу и тем самым передают дальше по цепи питания. После гибели фитопланктона он может перерабатываться в поверхностных водах или оседать на дно океана. За миллионы лет этот процесс превратил ложе океана в богатый резервуар углерода на планете. Холодные течения переносят углерод к поверхности. При нагревании воды он освобождается в виде газа и попадает в атмосферу, продолжая цикл.

Вода постоянно совершает круговорот между морями, атмосферой и сушей. Под лучами солнца она испаряется и поднимается в воздух. Там капельки воды собираются в облака и тучи. Они выпадают на землю дождем, снегом или градом, которые снова превращаются в воду. Вода впитывается в землю, возвращается в моря, реки и озера. И все начинается сначала. Так происходит круговорот воды в природе.

Большую часть воды испаряет Мировой океан. Вода в нем соленая, а та, которая испаряется с его поверхности, - пресная. Таким образом, океан - мировая «фабрика» пресной воды, без которой жизнь на Земле невозможна.

ТРИ СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА . Различают три агрегатных состояния вещества - твердое, жидкое и газообразное. Они зависят от температуры и давления. В повседневной жизни мы можем наблюдать во всех трех этих состояниях воду. Влага испаряется и переходит из жидкого состояния в газообразное, то есть водяной пар. Он конденсируется и превращается в жидкость. При минусовых температурах вода замерзает и переходит в твердое состояние - лед.

Круговорот сложных веществ в живой природе включает пищевые цепи. Это линейная замкнутая последовательность, в которой каждое живое существо питается кем-то или чем-то и само служит питанием для другого организма. Внутри пастбищной пищевой цепи органические вещества создаются автотрофными организмами, например растениями. Растения поедаются животными, которых, в свою очередь, съедают другие животные. Грибы-редуценты разлагают органические останки и служат началом детритной трофической цепи.

Каждое звено пищевой цепи называется трофическим уровнем (от греческого слова «трофос» - «питание»).
1.Продуценты, или производители, производят органические вещества из неорганических. К продуцентам относятся растения и некоторые бактерии.
2. Консументы, или потребители, потребляют готовые органические вещества. Консументы 1-го порядка питаются продуцентами. Консументы 2-го порядка питаются консументами 1-го порядка. Консументы 3-го порядка питаются консументами 2-го порядка и т. д.
3. Редуценты, или разрушители, разрушают, то есть минерализуют органические вещества до неорганических. К редуцентам относятся бактерии и грибы.

ДЕТРИТНЫЕ ЦЕПИ ПИТАНИЯ . Существует два основных типа пищевых цепей - пастбищные (цепи выедания) и детритные (цепи разложения). Основу пастбищной пищевой цепи составляют автотрофные организмы, которых поедают животные. А в детритных трофических цепях большая часть растений не потребляется травоядными животными, а отмирает и затем разлагается сапротрофными организмами (например, дождевыми червями) и минерализуется. Таким образом, детритные трофические цепи начинаются от детрита, а затем идут к детритофагам и к их потребителям - хищникам. На суше преобладают именно такие цепи.

ЧТО ТАКОЕ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПИРАМИДА ? Экологическая пирамида - это графическое изображение соотношения различных трофических уровней пищевой цепи. Пищевая цепь не может содержать больше 5-6 звеньев, потому что при переходе на каждое следующее звено 90 % энергии теряется. Основное правило экологической пирамиды основывается на 10 %. Так, например, для образования 1 кг мас­сы дельфину нужно съесть около 10 кг рыбы, а им, в свою очередь, 100 кг корма - водных позвоночных, которым для образования такой массы необходимо съесть 1000 кг водорослей и бактерий. Если в соответствующем масштабе изобразить эти величины в порядке их зависимости, то действительно образуется своеобразная пирамида.

ПИЩЕВЫЕ СЕТИ . Зачастую взаимодействие между живыми организмами в природе более сложно, и визуально это похоже на сеть. Организмы, особенно хищники, могут питаться самыми разными существами, причем из различных пищевых цепей. Таким образом, пищевые цепи переплетаются, образуя пищевые сети.

Между автотрофами и гетеротрофами в экосистемах существуют сложные пищевые взаимодействия. Одни организмы поедают другие, и таким образом осуществляют перенос веществ и энергии - основу функционирования экосистемы.

Внутри экосистемы органические вещества создаются автотрофными организмами, например, растениями. Растения поедают животные, которых, в свою очередь, поедают другие животные. Такая последовательность называется пищевой цепью (рис.1), а каждое звено пищевой цепи называется трофическим уровнем.

Различают

Пастбищные пищевые цепи (цепи выедания) - пищевые цепи, которые начинаются с автотрофных фотосинтезирующих или хемосинтезирующих организмов (рис. 2.). Пастбищные пищевые цепи распространены преимущественно в сухопутных и морских экосистемах.

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.

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

В океанах и морях автотрофные организмы (одноклеточные водоросли) существуют только до глубины проникновения света (максимум до 150-200 м). Гетеротрофные организмы, обитающие в более глубоких слоях воды, ночью поднимаются к поверхности, чтобы питаться водорослями, а утром вновь уходят на глубину, совершая суточные вертикальные миграции протяженностью до 500-1000 м. В свою очередь, с наступлением утра гетеротрофные организмы из еще более глубоких слоев поднимаются наверх, чтобы питаться за счет опускающихся из поверхностных слоев других организмов.

Таким образом, в глубоких морях и океанах существует своеобразная "пищевая лестница", благодаря которой органическое вещество, созданное автотрофными организмами в поверхностных слоях воды, переносится по цепочке живых организмов до самого дна. В этой связи некоторые морские экологи считают всю водную толщу единым биогеоценозом. Другие полагают, что условия среды в поверхностных и придонных слоях воды настолько различны, что их нельзя рассматривать как единый биогеоценоз.

Детритные пищевые цепи (цепи разложения) - пищевые цепи, которые начинаются с детрита - отмерших остатков растений, трупов и экскрементов животных (рис.2).

Детритные цепи наиболее характерны для сообществ континентальных водоемов, дна глубоких озер, океанов, где многие организмы питаются детритом, образованным отмершими организмами верхних освещенных слоев водоема или попавшим в водоем из наземных экосистем, например, в виде листового опада.

Экосистемы дна морей и океанов, куда не проникает солнечный свет, существуют только за счет постоянного оседания туда отмерших организмов, обитающих в поверхностных слоях воды. Общая масса этого вещества в Мировом океане за год достигает не менее нескольких сотен миллионов тонн.

Распространены детритные цепи также и в лесах, где большая часть ежегодного прироста живой массы растений не потребляется непосредственно растительноядными животными, а отмирает, образуя опад, и разлагается затем сапротрофными организмами с последующей минерализацией редуцентами. Большое значение в разложении отмерших остатков растительного происхождения, особенно древесины, имеют грибы.

Гетеротрофные организмы, питающиеся непосредственно детритом, называются детритофагами. В наземных экосистемах ими являются многие виды насекомых, червей и др. Крупные детритофаги, к которым относятся некоторые виды птиц (грифы, вороны и т.д.) и млекопитающих (гиены и пр.) называют падальщиками.

В водных экосистемах наиболее распространенными детритофагами являются членистоногие - водные насекомые и их личинки, и ракообразные. Детритофагами могут питаться другие, более крупные гетеротрофные организмы, которые могут сами служить пищей для хищников.

Трофические уровни

Обычно различные трофические уровни в экосистемах не разделены в пространстве. Однако в некоторых случаях они достаточно четко дифференцированы. Например, в геотермальных источниках автотрофные организмы - сине-зеленые водоросли и автотрофные бактерии, образующие специфические водорослево-бактериальные сообщества ("маты") распространены при температуре свыше 40-45° С. При более низких температурах они не выживают.

С другой стороны, гетеротрофные организмы (моллюски, личинки водных насекомых и др.) в геотермальных источниках не встречаются при температурах более 33-36° С, поэтому они питаются фрагментами мата, сносимого течением в зоны с более низкой температурой.

Таким образом, в таких геотермальных источниках четко выделяется автотрофная зона, где распространены только автотрофные организмы, и гетеротрофная зона, где автотрофные организмы отсутствуют и встречаются только гетеротрофные организмы.

Трофические сети

В экологических системах, несмотря на существование ряда параллельных пищевых цепей, например,

травянистая растительность -> грызуны -> мелкие хищники
травянистая растительность -> копытные -> крупные хищники,

которые объединяют обитателей почвы, травянистого покрова, древесного яруса, существуют и другие взаимосвязи. В большинстве случаев один и тот же организм может служить источником пищи для многих организмов и тем самым являться составной частью различных пищевых цепей и жертвой разных хищников. Например, дафнию может съесть не только мелкая рыба, но и хищный рачок циклоп, а плотву - не только щука, но и выдра.

Трофическая структура сообщества отражает соотношение между продуцентами, консументами (отдельно первого, второго и т.д. порядков) и редуцентами, выраженное или количеством особей живых организмов, или их биомассой, или заключенной в них энергией, рассчитанными на единицу площади в единицу времени.