Типы и уровни пищевых цепей, примеры и биологическое значение трофических связей

Цепь из организмов, где каждое последующее звено поедает предыдущее, называется пищевой цепью. Через цепи питания происходит перенос энергии от производителей органических веществ (зеленых растений) к гетеротрофным организмам, неспособным использовать солнечную энергию для синтеза органических веществ. Это специфические взаимоотношения растений, грибов, животных, микроорганизмов обеспечивают круговорот веществ в природе. Пищевые цепи также называются трофическими цепями.

Материал подготовлен совместно с учителем высшей категории

Макшаковой Натальей Алексеевной.

Опыт работы учителем биологии — 23 лет.

Автотрофы (продуценты)

Автотрофы — живые организмы, которые производят свою пищу, то есть собственные органические соединения, из простых молекул, таких как углекислый газ. Существует два основных типа автотрофов:

• Фотоавтотрофы (фотосинтезирующие организмы) такие, как растения, перерабатывают энергию солнечного света для получения органических соединений — сахаров — из углекислого газа в процессе фотосинтеза. Другими примерами фотоавтотрофов являются водоросли и цианобактерии.
• Хемоавтотрофы получают органические вещества благодаря химическим реакциям, в которых задействованы неорганические соединения (водород, сероводород, аммиак и т.д.). Этот процесс называется хемосинтезом.

Автотрофы являются основой каждой экосистемы на планете. Они составляют большинство пищевых цепей и сетей, а энергия, получаемая в процессе фотосинтеза или хемосинтеза, поддерживает все остальные организмы экологических систем. Когда речь идет об их роли в пищевых цепях, автотрофы можно назвать продуцентами или производителями.

Структура

Все организмы питаются, то есть получают энергию, которая обеспечивает процессы жизнедеятельности. Систему трофической цепи образуют звенья. Звено пищевой цепочки – это группа живых организмов, связанная с соседней группой отношениями «пища – потребитель». Одни организмы являются пищей для других организмов, которые в свою очередь также являются пищей для третьей группы организмов. В круговороте веществ выделяют три функциональные группы организмов:

• продуценты – автотрофы (создают органические вещества из неорганических);
• консументы – гетеротрофы, потребляющие готовые органические вещества;
• редуценты (деструкторы) – гетеротрофы, разрушающие органические остатки (трупы животных, опавшие листья и др.) до неорганических веществ.

Рис. 1. Звенья пищевой цепочки.

Начальным звеном пищевой цепочки могут быть продуценты или органические остатки, разлагаемые редуцентами (детрит). Консументов в цепях может быть несколько (консументы первого, второго порядка и т.д.). К продуцентам относятся растения, преобразовывающие неорганические вещества с помощью света в органические вещества, которые при поедании растений попадают в организм консумента первого порядка (травоядное животное).

Основным признаком консумента является гетеротрофность. При этом консументы могут потреблять как живые организмы, так и мёртвые (падаль). Примеры консументов:

• травоядные – заяц, корова, мышь;
• хищные – леопард, сова, морж;
• падальщики – гриф, тасманийский дьявол, шакал.

Некоторые консументы, в том числе и человек, занимают промежуточное положение, являясь всеядными. Такие животные могут выступать в роли консумента первого, второго и даже третьего порядка. Например, медведь питается ягодами и мелкими грызунами, то есть одновременно является консументом первого и второго порядков.

К редуцентам относятся:

• большинство грибов;
• почвенные бактерии;
• некоторые животные.

Рис. 2. Редуценты.

Редуценты питаются останками живых организмов и продуктами их жизнедеятельности, возвращая в почву неорганические вещества, которые потребляют продуценты.

Гетеротрофы (консументы)

Гетеротрофы, также известные как потребители, не могут использовать солнечную или химическую энергию, для производства собственной пищи из углекислого газа. Вместо этого, гетеротрофы получают энергию, потребляя другие организмы или их побочные продукты. Люди, животные, грибы и многие бактерии — гетеротрофы. Их роль в пищевых цепях заключается в потреблении других живых организмов. Существует множество видов гетеротрофов с разными экологическими ролями: от насекомых и растений до хищников и грибов.

Растения

С них, как правило, начинается цепь питания в лесу. Они выступают первым звеном в этом круговороте. Деревья и кустарники, травы и мхи добывают пищу из неорганических веществ, используя солнечный свет, газы и минералы. Цепь питания в лесу, к примеру, может начинаться с березы, кору которой поедает заяц, а его, в свою очередь, убивает и съедает волк.

Деструкторы (редуценты)

Следует упомянуть еще одну группу потребителей, хотя она не всегда фигурирует в схемах пищевых цепей. Эта группа состоит из редуцентов, организмов, которые перерабатываю мертвые органические вещества и отходы, превращаяя их в неорганические соединения.

Редуценты иногда считаются отдельным трофическим уровнем. Как группа, они питаются отмершими организмами, поступающими на различных трофических уровнях. (Например, они способны перерабатывать разлагающееся растительное вещество, тело недоеденной хищниками белки или останки умершего орла.) В определенном смысле, трофический уровень редуцентов проходит параллельно стандартной иерархии первичных, вторичных и третичных потребителей. Грибы и бактерии являются ключевыми редуцентами во многих экосистемах.

Редуценты, как часть пищевой цепи, играют важную роль в поддержании здоровой экосистемы, поскольку благодаря им, в почву возвращаются питательные вещества и влага, которые в дальнейшем используется продуцентами.

Уровни пищевой (трофической) цепи

Схема уровней пищевой (трофической) цепи Пищевая цепь представляет собой линейную последовательность организмов, которые передают питательные вещества и энергию начиная с продуцентов и к высшим хищникам.

Трофический уровень организма — это положение, которое он занимает в пищевой цепи.

Первый трофический уровень

Пищевая цепь начинается с автотрофного организма или продуцента, производящего собственную пищу из первичного источника энергии, как правило, солнечной или энергии гидротермальных источников срединно-океанических хребтов. Например, фотосинтезирующие растения, хемосинтезирующие бактерии и археи.

Второй трофический уровень

Далее следуют организмы, которые питаются автотрофами. Эти организмы называются растительноядными животными или первичными потребителями и потребляют зеленые растения. Примеры включают насекомых, зайцев, овец, гусениц и даже коров.

Третий трофический уровень

Следующим звеном в пищевой цепи являются животные, которые едят травоядных животных — их называют вторичными потребителями или плотоядными (хищными) животными (например, змея, которая питается зайцами или грызунами).

Четвертый трофический уровень

В свою очередь, этих животных едят более крупные хищники — третичные потребители (к примеру, сова ест змей).

Пятый трофический уровень

Третичных потребителей едят четвертичные потребители (например, ястреб ест сов).

Каждая пищевая цепь заканчивается высшим хищником или суперхищником — животным без естественных врагов (например, крокодил, белый медведь, акула и т.д.). Они являются «хозяевами» своих экосистем.

Когда какой-либо организм умирает, его в конце концов съедают детритофаги (такие, как гиены, стервятники, черви, крабы и т.д.), а остальная часть разлагается с помощью редуцентов (в основном, бактерий и грибов), и обмен энергией продолжается.

Стрелки в пищевой цепи показывают поток энергии, от солнца или гидротермальных источников до высших хищников. По мере того, как энергия перетекает из организма в организм, она теряется на каждом звене цепи. Совокупность многих пищевых цепей называется пищевой сетью.

Положение некоторых организмов в пищевой цепи может варьироваться, поскольку их рацион отличается. Например, когда медведь ест ягоды, он выступает как растительноядное животное. Когда он съедает грызуна, питающегося растениями, то становиться первичным хищником. Когда медведь ест лосося, то выступает суперхищником (это связано с тем, что лосось является первичным хищником, поскольку он питается селедкой, а она ест зоопланктон, который питается фитопланктоном, вырабатывающим собственную энергию благодаря солнечному свету). Подумайте о том, как меняется место людей в пищевой цепи, даже часто в течение одного приема пищи.

Виды

Цепочки питания могут быть двух видов:

• пастбищные (цепь выедания);
• детритные (цепь разложения).

Пастбищные цепи свойственны лугам, полям, морям, водоёмам. Началом цепи выедания являются автотрофные организмы – фотосинтезирующие растения. Далее звенья цепочки располагаются следующим образом:

• консументы первого порядка – растительноядные животные;
• консументы второго порядка – хищники;
• консументы третьего порядка – более крупные хищники.

Консументами в цепях питания могут быть также паразиты растений и животных.

ТОП-4 статьикоторые читают вместе с этой

• 1. Детритная пищевая цепь
• 2. Гетеротрофы это .. в биологии?
• 3. Автотрофный тип питания
• 4. Структура популяции

В морских и океанических экосистемах цепи выедания более длинные, чем на суше. Они могут включать до пяти порядков консументов. Первое звено цепей в водоемах составляет фотосинтезирующий фитопланктон (одноклеточные водоросли). Следующие звенья в цепи – консументы:

• зоопланктон (рачки и простейшие);
• мелкая рыба (шпроты);
• крупные хищные рыбы (сельдь);
• крупные хищные млекопитающие (тюлени);
• высшие хищники (касатки).

Детритные цепи характерны для лесов и саванн. Цепь начинается с детрита, который разлагается редуценты. Детритом питаются консументы-сапротрофы (дождевые черви, личинки мух и др.). Сапротрофы становятся пищей для хищников высшего порядка, например, птиц, ежей, ящериц.

Примеры пищевых цепей двух типов:

• пастбищные: клевер – заяц – лисица – клещ таёжный;
• детритные: детрит – личинки мух – лягушка – уж – ястреб.

Рис. 3. Пример пищевой цепочки.

Вершину пищевой цепочки всегда занимает хищник, который является консументом последнего порядка в своём ареале. Численность высших хищников не регулируется другими хищниками и зависит только от внешних факторов среды. Примерами являются касатки, вараны, крупные акулы.

Типы пищевых цепей

В природе, как правило, выделяют два типа пищевых цепей: пастбищную и детритную.

Пастбищная пищевая цепь

Схема пастбищной пищевой цепи

Этот тип пищевой цепи начинается с живых зеленых растений, предназначенных для питания растительноядных животных, которыми питаются хищники. Экосистемы с таким типом цепи напрямую зависят от солнечной энергии.

Таким образом, пастбищный тип пищевой цепи зависит от автотрофного захвата энергии и перемещения ее по звеньям цепи. Большинство экосистем в природе следуют этому типу пищевой цепи.

Примеры пастбищной пищевой цепи:

• Трава → Кузнечик → Птица → Ястреб;
• Растения → Заяц → Лиса → Лев.

Детритная пищевая цепь

Схема детритной пищевой цепи

Этот тип пищевой цепи начинается с разлагающегося органического материала — детрита — который употребляют детритофаги. Затем, детритофагами питаются хищники. Таким образом, подобные пищевые цепи меньше зависят от прямой солнечной энергии, чем пастбищные. Главное для них — приток органических веществ, производимых в другой системе.

Цепи питания в лиственных и смешанных лесах

Лиственные леса в большинстве своем распространены в Северном полушарии планеты. Они встречаются Западной и Центральной Европе, в Южной Скандинавии, на Урале, в Западной Сибири, Восточной Азии, Северной Флориде.

Лиственные леса делятся на широколиственные и мелколиственные. Для первых характерны такие деревья, как дуб, липа, ясень, клен, вяз. Для вторых — береза, ольха, осина.

Смешанными называются леса, в которых растут и хвойные, и лиственные деревья. Смешанные леса характерны для умеренного климатического пояса. Они встречаются на юге Скандинавии, на Кавказе, В Карпатах, на Дальнем Востоке, в Сибири, в Калифорнии, в Аппалачах, у Великих озер.

Смешанные леса состоят из таких деревьев, как ель, сосна, дуб, липа, клен, вяз, яблоня, пихта, бук, граб.

В лиственных и смешанных лесах очень распространены пастбищные цепи питания. Первым звеном цепи питания в лесах обычно служат многочисленные виды трав, ягоды, такие как малина, черника, земляника. бузина, кора деревьев, орехи, шишки.

Консументами первого порядка чаще всего будут такие травоядные животные, как косули, лоси, олени, грызуны, к примеру, белки, мыши, землеройки, а также зайцы.

Потребители второго порядка — хищники. Обычно это лиса, волк, ласка, горностай, рысь, сова и другие. Ярким примером того, что один и тот же вид участвует и в пастбищных, и в детритных цепях питания будет волк: он может как охотиться на мелких млекопитающих, так и поедать падаль.

Консументы второго порядка могут сами стать добычей более крупных хищников, особенно это касается птиц: например, мелкие совы могут быть съедены ястребами.

Замыкающим звеном будут редуценты (бактерии гниения).

Примеры цепей питания в лиственно-хвойном лесу:

• кора березы — заяц — волк — редуценты;
• древесина — личинка майского жука — дятел — ястреб — редуценты;
• листовой опад (детрит) — черви — землеройки — сова — редуценты.

Энергия в пищевой цепи

Энергия переносится между трофическими уровнями, когда один организм питается другим и получает от него питательные вещества. Однако это движение энергии неэффективное, и эта неэффективность ограничивает протяженность пищевых цепей.

Когда энергия входит в трофический уровень, часть ее сохраняется как биомасса, как часть тела организмов. Эта энергия доступна для следующего трофического уровня. Как правило, только около 10% энергии, которая хранится в виде биомассы на одном трофическом уровне, сохраняется в виде биомассы на следующем уровне.

Этот принцип частичного переноса энергии ограничивает длину пищевых цепей, которые, как правило, имеют 3-6 уровней.

На каждом уровне, энергия теряется в виде тепла, а также в форме отходов и отмершей материи, которые используют редуценты.

Почему так много энергии выходит из пищевой сети между одним трофическим уровнем и другим? Вот несколько основных причин неэффективной передачи энергии:

• На каждом трофическом уровне значительная часть энергии рассеивается в виде тепла, поскольку организмы выполняют клеточное дыхание и передвигаются в повседневной жизни.
• Некоторые органические молекулы, которыми питаются организмы, не могут перевариваться и выходят в виде фекалий.
• Не все отдельные организмы в трофическом уровне будут съедены организмами со следующего уровня. Вместо этого, они умирают, не будучи съеденными.
• Кал и несъеденные мертвые организмы становятся пищей для редуцентов, которые их метаболизируют и преобразовывают в свою энергию.

Итак, ни одна из энергий на самом деле не исчезает — все это в конечном итоге приводит к выделению тепла.

Цепь питания луга

Как всегда, первым звеном в цепи питания являются растения. На лугу их растет великое множество: всевозможные кормовые, цветущие, лекарственные растения.

Консументом первого порядка являются насекомые, которых также очень много обитает на лугу. Например, бабочка питается самим растением и его нектаром.

Рис. 3. Стрекоза – опасный хищник.

Бабочка становится жертвой хищницы-стрекозы, а та, в свою очередь, достается на обед лягушке. Земноводными питаются хищные птицы, например, ястреб. Завершающим звеном в цепи питания луга выступает один из самых крупных луговых хищников – лисица.

Значение пищевой цепи

1. Исследования пищевой цепи помогают понять кормовые отношения и взаимодействие между организмами в любой экосистеме.

2. Благодаря им, есть возможность оценить механизм потока энергии и циркуляцию веществ в экосистеме, а также понять движение токсичных веществ в экосистеме.

3. Изучение пищевой цепи позволяет понять проблемы биоусиления.

В любой пищевой цепи, энергия теряется каждый раз, когда один организм потребляется другим. В связи с этим, должно быть намного больше растений, чем растительноядных животных. Автотрофов существует больше, чем гетеротрофов, и поэтому большинство из них являются растительноядными, нежели хищниками. Хотя между животными существует острая конкуренция, все они взаимосвязаны. Когда один вид вымирает, это может воздействовать на множество других видов и иметь непредсказуемые последствия.

Не нашли, то что искали? Используйте форму поиска по сайту