Пищевая цепь животных. Характер возрастной структуры популяции зависит от типа кривой выживания, свойственной данной популяции. Какими бывают пищевые цепи
Каждый организм должен получать энергию для жизни. Например, растения потребляют энергию солнца, животные питаются растениями, а некоторые животные питаются другими животными.
Пищевая (трофическая) цепь - это последовательность того, кто кого ест в биологическом сообществе () для получения питательных веществ и энергии, поддерживающих жизнедеятельность.
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 . 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.
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.
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 и .
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.
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.
К примеру, такой тип пищевой цепи встречается в разлагающейся подстилке .
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.
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.
1. Продуценты (производители) производят органические вещества из неорганических. Это растения, а так же фото- и хемосинтезирующие бактерии.
2. Консументы (потребители) потребляют готовые органические вещества.
- консументы 1 порядка питаются продуцентами (корова, карп, пчела)
- консументы 2 порядка питаются консументами первого (волк, щука, оса)
и т. д.
3. Редуценты (разрушители) разрушают (минерализуют) органические вещества до неорганических - бактерии и грибы.
Пример пищевой цепи: капуста → гусеница капустной белянки → синица → ястреб . Стрелка в пищевой цепи направлена от того, кого едят в сторону того, кто ест. Первое звено пищевой цепи - продуцент, последнее - консумент высшего порядка или редуцент.
Пищевая цепь не может содержать больше 5-6 звеньев, потому что при переходе на каждое следующее звено 90% энергии теряется (правило 10%
, правило экологической пирамиды). Например, корова съела 100 кг травы, но потолстела только на 10 кг, т.к.
а) часть травы она не переварила и выбросила с калом
б) часть переваренной травы была окислена до углекислого газа и воды для получения энергии.
Каждое последующее звено в пищевой цепи весит меньше предыдущего, поэтому пищевую цепь можно представить в виде пирамиды биомассы (внизу производители, их больше всего, на самом верху - консументы высшего порядка, их меньше всего). Кроме пирамиды биомассы, можно построить пирамиду энергии, численности и т.п.
Установите соответствие между функцией, выполняемой организмом в биогеоценозе, и представителями царства, выполняющими данную функцию: 1) растения, 2) бактерии, 3) животные. Запишите цифры 1, 2 и 3 в правильном порядке.
А) основные производители глюкозы в биогеоценозе
Б) первичные потребители солнечной энергии
В) минерализуют органические вещества
Г) являются консументами разных порядков
Д) обеспечивают усвоение азота растениями
Е) передают вещества и энергию в пищевых цепях
Ответ
Ответ
Выберите три варианта. Водоросли в экосистеме водоема составляют начальное звено в большинстве цепей питания, так как они
1) аккумулируют солнечную энергию
2) поглощают органические вещества
3) способны к хемосинтезу
4) синтезируют органические вещества из неорганических
5) обеспечивают энергией и органическими веществами животных
6) растут в течение всей жизни
Ответ
Выберите один, наиболее правильный вариант. В экосистеме хвойного леса к консументам 2-го порядка относят
1) ель обыкновенную
2) лесных мышей
3) таежных клещей
4) почвенных бактерий
Ответ
Установите правильную последовательность звеньев в пищевой цепи, используя все названные объекты
1) инфузория-туфелька
2) сенная палочка
3) чайка
4) рыба
5) моллюск
6) ил
Ответ
Установите правильную последовательность звеньев в пищевой цепи, используя всех названных представителей
1) еж
2) полевой слизень
3) орел
4) листья растений
5) лисица
Ответ
Установите соответствие между характеристикой организмов и функциональной группой, к которой она относится: 1) продуценты, 2) редуценты
А) поглощают из окружающей среды углекислый газ
Б) синтезируют органические вещества из неорганических
В) включают растения, некоторые бактерии
Г) питаются готовыми органическими веществами
Д) включают бактерии-сапротрофы и грибы
Е) разлагают органические вещества до минеральных
Ответ
1. Выберите три варианта. К продуцентам относят
1) плесневый гриб - мукор
2) северного оленя
3) можжевельник обыкновенный
4) землянику лесную
5) дрозда-рябинника
6) ландыш майский
Ответ
2. Выберите три верных ответа из шести. Запишите цифры, под которыми они указаны. К продуцентам относятся
1) патогенные прокариоты
2) бурые водоросли
3) фитофаги
4) цианобактерии
5) зеленые водоросли
6) грибы-симбионты
Ответ
3. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. К продуцентам биоценозов относят
1) гриб-пеницилл
2) молочнокислую бактерию
3) берёзу повислую
4) белую планарию
5) верблюжью колючку
6) серобактерию
Ответ
4. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. К продуцентам относят
1) пресноводную гидру
2) кукушкин лен
3) цианобактерию
4) шампиньон
5) улотрикс
6) планарию
Ответ
ФОРМИРУЕТСЯ 5. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. К продуцентам относят
А) дрожжи
Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. В биогеоценозе гетеротрофы, в отличие от автотрофов,
1) являются продуцентами
2) обеспечивают смену экосистем
3) увеличивают запас молекулярного кислорода в атмосфере
4) извлекают органические вещества из пищи
5) превращают органические остатки в минеральные соединения
6) выполняют роль консументов или редуцентов
Ответ
1. Установите соответствие между характеристикой организма и его принадлежностью к функциональной группе: 1) продуцент, 2) консументы. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) синтезируют органические вещества из неорганических
Б) используют готовые органические вещества
В) используют неорганические вещества почвы
Г) растительноядные и плотоядные животные
Д) аккумулируют солнечную энергию
Е) в качестве источника энергии используют животную и растительную пищу
Ответ
2. Установите соответствие между экологическими группами в экосистеме и их характеристиками: 1) продуценты, 2) консументы. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) являются автотрофами
Б) гетеротрофные организмы
В) основными представителями являются зеленые растения
Г) производят вторичную продукцию
Д) синтезируют из неорганических веществ органические соединения
Ответ
Ответ
Установите последовательность основных этапов круговорота веществ в экосистеме, начиная с фотосинтеза. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) разрушение и минерализация органических остатков
2) первичный синтез автотрофами органических веществ из неорганических
3) использование органических веществ консументами II порядка
4) использование энергии химических связей растительноядными животными
5) использование органических веществ консументами III порядка
Ответ
Установите последовательность расположения организмов в цепи питания. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) лягушка
2) уж
3) бабочка
4) растения луга
Ответ
1. Установите соответствие между организмами и их функцией в экосистеме леса: 1) продуценты, 2) консументы, 3) редуценты. Запишите цифры 1, 2 и 3 в правильном порядке.
А) хвощи и папоротники
Б) плесневые грибы
В) трутовики, обитающие на живых деревьях
Г) птицы
Д) березы и ели
Е) бактерии гниения
Ответ
2. Установите соответствие между организмами - обитателями экосистемы и функциональной группой, к которой их относят: 1) продуценты, 2) консументы, 3) редуценты.
А) мхи, папоротники
Б) беззубки и перловицы
В) ели, лиственницы
Г) плесневые грибы
Д) гнилостные бактерии
Е) амебы и инфузории
Ответ
3. Установите соответствие между организмами и функциональными группами в экосистемах, к которым их относят: 1) продуценты, 2) консументы, 3) редуценты. Запишите цифры 1-3 в порядке, соответствующем буквам.
А) спирогира
Б) серобактерии
В) мукор
Г) пресноводная гидра
Д) ламинария
Е) бактерии гниения
Ответ
4. Установите соответствие между организмами и функциональными группами в экосистемах, к которым они относятся: 1) продуценты, 2) консументы. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) голый слизень
Б) обыкновенный крот
В) серая жаба
Г) чёрный хорь
Д) капуста листовая
Е) сурепка обыкновенная
Ответ
5.
Установите соответствие между организмами и функциональными группами: 1) продуценты, 2) консументы. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) серобактерии
Б) полевая мышь
В) мятлик луговой
Г) пчела медоносная
Д) пырей ползучий
Ответ
Выберите три верных ответа из шести и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. Какие из приведённых организмов являются потребителями готового органического вещества в сообществе соснового леса?
1) почвенные зелёные водоросли
2) гадюка обыкновенная
3) мох сфагнум
4) подрост сосны
5) тетерев
6) лесная мышь
Ответ
1. Установите соответствие между организмом и его принадлежностью к определенной функциональной группе: 1) продуценты, 2) редуценты. Запишите цифры 1 и 2 в правильной последовательности.
А) клевер красный
Б) хламидомонада
В) бактерия гниения
Г) береза
Д) ламинария
Е) почвенная бактерия
Ответ
2. Установите соответствие между организмом и трофических уровнем, на котором он находится в экосистеме: 1) Продуцент, 2) Редуцент. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) Сфагнум
Б) Аспергилл
В) Ламинария
Г) Сосна
Д) Пеницилл
Е) Гнилостные бактерии
Ответ
3. Установите соответствие между организмами и их функциональными группами в экосистеме: 1) продуценты, 2) редуценты. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) серобактерия
Б) цианобактерия
В) бактерия брожения
Г) почвенная бактерия
Д) мукор
Е) ламинария
Ответ
Выберите три варианта. Какова роль бактерий и грибов в экосистеме?
1) превращают органические вещества организмов в минеральные
2) обеспечивают замкнутость круговорота веществ и превращения энергии
3) образуют первичную продукцию в экосистеме
4) служат первым звеном в цепи питания
5) образуют доступные растениям неорганические вещества
6) являются консументами II порядка
Ответ
1. Установите соответствие между группой растений или животных и ее ролью в экосистеме пруда: 1) продуценты, 2) консументы. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) прибрежная растительность
Б) рыбы
В) личинки земноводных
Г) фитопланктон
Д) растения дна
Е) моллюски
Ответ
2. Установите соответствие между обитателями наземной экосистемы и функциональной группой, к которой они относятся: 1) консументы, 2) продуценты. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) ольха
Б) жук-типограф
В) вяз
Г) кислица
Д) клест
Е) сорока
Ответ
3. Установите соответствие между организмом и функциональной группой биоценоза, к которой его относят: 1) продуценты, 2) консументы. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) гриб трутовик
Б) пырей ползучий
В) серобактерия
Г) холерный вибрион
Д) инфузория-туфелька
Е) малярийный плазмодий
Ответ
4. Установите соответствие между примерами и экологическими группами в пищевой цепи: 1) продуценты, 2) консументы. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) заяц
Б) пшеница
В) дождевой червь
Г) синица
Д) ламинария
Е) малый прудовик
Ответ
Установите соответствие между животными и их ролями в биогеоценозе тайги: 1) консумент 1 порядка, 2) консумент 2 порядка. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) кедровка
Б) ястреб-тетеревятник
В) обыкновенная лисица
Г) благородный олень
Д) заяц-русак
Е) обыкновенный волк
Ответ
Ответ
Установите правильную последовательность организмов в пищевой цепи.
1) зёрна пшеницы
2) рыжая лисица
3) клоп вредная черепашка
4) степной орёл
5) обыкновенный перепел
Ответ
Установите соответствие между характеристикой организмов и функциональной группой, к которой их относят: 1) Продуценты, 2) Редуценты. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) Является первым звеном в цепи питания
Б) Синтезируют органические вещества из неорганических
В) Используют энергию солнечного света
Г) Питаются готовыми органическими веществами
Д) Возвращают минеральные вещества в экосистемы
Е) Разлагают органические вещества до минеральных
Ответ
Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. В биологическом круговороте происходит:
1) разложение продуцентов консументами
2) синтез органических веществ из неорганических продуцентами
3) разложение консументов редуцентами
4) потребление продуцентами готовых органических веществ
5) питание продуцентов консументами
6) потребление консументами готовых органических веществ
Ответ
1. Выберите организмы, относящиеся к редуцентам. Три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) пеницилл
2) спорынью
3) гнилостные бактерии
4) мукор
5) клубеньковые бактерии
6) серобактерии
Ответ
2. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. К редуцентам в экосистеме относят
1) бактерии гниения
2) грибы
3) клубеньковые бактерии
4) пресноводные рачки
5) бактерии-сапрофиты
6) майские жуки
Ответ
Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие из перечисленных организмов участвуют в разложении органических остатков до минеральных?
1) бактерии-сапротрофы
2) крот
3) пеницилл
4) хламидомонада
5) заяц-беляк
6) мукор
Ответ
Установите последовательность организмов в цепи питания, начиная с организма, поглощающего солнечный свет. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) гусеница непарного шелкопряда
2) липа
3) обыкновенный скворец
4) ястреб перепелятник
5) жук пахучий красотел
Ответ
Выберите один, наиболее правильный вариант. Что общего у грибов и бактерий
1) наличие цитоплазмы с органоидами и ядра с хромосомами
2) бесполое размножение при помощи спор
3) разрушение ими органических веществ до неорганических
4) существование в виде одноклеточных и многоклеточных организмов
Ответ
Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. В экосистеме смешанного леса первый трофический уровень занимают
1) зерноядные млекопитающие
2) береза бородавчатая
3) тетерев-косач
4) ольха серая
5) кипрей узколистный
6) стрекоза коромысло
Ответ
1. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Второй трофический уровень в экосистеме смешанного леса занимают
1) лоси и косули
2) зайцы и мыши
3) снегири и клесты
4) поползни и синицы
5) лисицы и волки
6) ежи и кроты
Ответ
2. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Ко второму трофическому уровню экосистемы относятся
1) русская выхухоль
2) тетерев-косач
3) кукушкин лен
4) северный олень
5) куница европейская
6) мышь полевая
Ответ
Установите последовательность организмов в цепи питания. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) мальки рыб
2) водоросли
3) окунь
4) дафнии
Ответ
Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. В цепях питания консументами первого порядка являются
1) ехидна
2) саранча
3) стрекоза
4) лисица
5) лось
6) ленивец
Ответ
Расположите в правильном порядке организмы в детритной цепи питания. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) мышь
2) опенок
3) ястреб
4) трухлявый пень
5) змея
Ответ
Установите соответствие между животным и его ролью в саванне: 1) консумент первого порядка, 2) консумент второго порядка. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) антилопа
Б) лев
В) гепард
Г) носорог
Д) страус
Е) гриф
Ответ
Проанализируйте таблицу «Трофические уровни в цепи питания». Для каждой ячейки, обозначенной буквами, выберите соответствующий термин из предложенного списка. Запишите выбранные цифры, в порядке, соответствующем буквам.
1) вторичные хищники
2) первый уровень
3) сапротрофные бактерии
4) редуценты
5) консументы второго порядка
6) второй уровень
7) продуценты
8) третичные хищники
Ответ
Расположите в правильном порядке организмы в цепи разложения (детритной). Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) мелкие плотоядные хищники
2) останки животных
3) насекомоядные животные
4) жуки-сапрофаги
Ответ
Проанализируйте таблицу «Трофические уровни в цепи питания». Заполните пустые ячейки таблицы, используя термины, приведенные в списке. Для каждой ячейки, обозначенной буквами, выберите соответствующий термин из предложенного списка. Запишите выбранные цифры, в порядке, соответствующем буквам.
Список терминов:
1) первичные хищники
2) первый уровень
3) сапротрофные бактерии
4) редуценты
5) консументы первого порядка
6) гетеротрофы
7) третий уровень
8) вторичные хищники
Ответ
Проанализируйте таблицу «Функциональные группы организмов в экосистеме». Для каждой ячейки, обозначенной буквами, выберите соответствующий термин из предложенного списка. Запишите выбранные цифры, в порядке, соответствующем буквам.
1) вирусы
2) эукариоты
3) сапротрофные бактерии
4) продуценты
5) водоросли
6) гетеротрофы
7) бактерии
8) миксотрофы
Ответ
Рассмотрите рисунок с изображением пищевой цепи и укажите (А) тип пищевой цепи, (Б) продуцента и (В) консумента второго порядка. Для каждой ячейки, обозначенной буквами, выберите соответствующий термин из предложенного списка. Запишите выбранные цифры, в порядке, соответствующем буквам.
1) детритная
2) канадский рдест
3) скопа
4) пастбищная
5) большой прудовик
6) зеленая лягушка
Ответ
Ответ
Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Редуценты в экосистеме леса участвуют в круговороте веществ и превращениях энергии, так как
1) синтезируют органические вещества из минеральных
2) освобождают заключённую в органических остатках энергию
3) аккумулируют солнечную энергию
4) разлагают органические вещества
5) способствуют образованию гумуса
6) вступают в симбиоз с консументами
Ответ
Установите, в какой последовательности в пищевой цепи должны располагаться перечисленные объекты.
1) паук-крестовик
2) ласка
3) личинка навозной мухи
4) лягушка
5) навоз
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. К экологическим терминам относят
1) гетерозис
2) популяция
3) аутбридинг
4) консумент
5) дивергенция
Ответ
Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Каких из перечисленных животных можно отнести к консументам II порядка?
1) серая крыса
2) колорадский жук
3) дизентерийная амеба
4) виноградная улитка
5) божья коровка
6) медоносная пчела
Ответ
© Д.В.Поздняков, 2009-2019
Введение
1. Пищевые цепи и трофические уровни
2. Пищевые сети
3. Пищевые связи пресного водоема
4. Пищевые связи леса
5. Потери энергии в цепях питания
6. Экологические пирамиды
6.1 Пирамиды численности
6.2 Пирамиды биомассы
Заключение
Список литературы
Введение
Организмы в природе связаны общностью энергии и питательных веществ. Всю экосистему можно уподобить единому механизму, потребляющему энергию и питательные вещества для совершения работы. Питательные вещества первоначально происходят из абиотического компонента системы, в который, в конце концов, и возвращаются либо в качестве отходов жизнедеятельности, либо после гибели и разрушения организмов.
Внутри экосистемы содержащие энергию органические вещества создаются автотрофными организмами и служат пищей (источником вещества и энергии) для гетеротрофов. Типичный пример: животное поедает растения. Это животное в свою очередь может быть съедено другим животным, и таким путем может происходить перенос энергии через ряд организмов – каждый последующий питается предыдущим, поставляющим, поставляющим ему сырье и энергию. Такая последовательность называется пищевой цепью, а каждое ее звено – трофическим уровнем.
Цель реферата – дать характеристику пищевым связям в природе.
1. Пищевые цепи и трофические уровни
Биогеоценозы очень сложны. В них всегда имеется много параллельных и сложно переплетенных цепей питания, а общее число видов часто измеряется сотнями и даже тысячами. Почти всегда разные виды питаются несколькими разными объектами и сами служат пищей нескольким членам экосистемы. В результате получается сложная сеть пищевых связей.
Каждое звено пищевой цепи называется трофическим уровнем. Первый трофический уровень занимают автотрофы, или так называемые первичные продуценты. Организмы второго трофического уровня называются первичными консументами, третьего – вторичными консументами и т. д. Обычно бывает четыре или пять трофических уровней и редко больше шести.
Первичными продуцентами являются автотрофные организмы, в основном зеленые растения. Некоторые прокариоты, а именно сине-зеленые водоросли и немногочисленные виды бактерий, тоже фотосинтезируют, но их вклад относительно невелик. Фотосинтетики превращают солнечную энергию (энергию света) в химическую энергию, заключенную в органических молекулах, из которых построены ткани. Небольшой вклад в продукцию органического вещества вносят и хемосинтезирующие бактерии, извлекающие энергию из неорганических соединений.
В водных экосистемах главными продуцентами являются водоросли – часто мелкие одноклеточные организмы, составляющие фитопланктон поверхностных слоев океанов и озер. На суше большую часть первичной продукции поставляют более высокоорганизованные формы, относящиеся к голосеменным и покрытосеменным. Они формируют леса и луга.
Первичные консументы питаются первичными продуцентами, т. е. это травоядные животные. На суше типичными травоядными являются многие насекомые, рептилии, птицы и млекопитающие. Наиболее важные группы травоядных млекопитающих – это грызуны и копытные. К последним относятся пастбищные животные, такие, как лошади, овцы, крупный рогатый скот, приспособленные к бегу на кончиках пальцев.
В водных экосистемах (пресноводных и морских) травоядные формы представлены обычно моллюсками и мелкими ракообразными. Большинство этих организмов – ветвистоусые и веслоногие раки, личинки крабов, усоногие раки и двустворчатые моллюски (например, мидии и устрицы) – питаются, отфильтровывая мельчайших первичных продуцентов из воды. Вместе с простейшими многие из них составляют основную часть зоопланктона, питающегося фитопланктоном. Жизнь в океанах и озерах практически полностью зависит от планктона, так как с него начинаются почти все пищевые цепи.
Растительный материал (например, нектар) → муха → паук →
→ землеройка → сова
Сок розового куста → тля → божья коровка → паук → насекомоядная птица → хищная птица
Существуют два главных типа пищевых цепей – пастбищные и детритные. Выше были приведены примеры пастбищных цепей, в которых первый трофический уровень занимают зеленые растения, второй – пастбищные животные и третий – хищники. Тела погибших растений и животных еще содержат энергию и «строительный материал», так же как и прижизненные выделения, например, моча и фекалии. Эти органические материалы разлагаются микроорганизмами, а именно грибами и бактериями, живущими как сапрофиты на органических остатках. Такие организмы называются редуцентами. Они выделяют пищеварительные ферменты на мертвые тела или отходы жизнедеятельности и поглощают продукты их переваривания. Скорость разложения может быть различной. Органические вещества мочи, фекалий и трупов животных потребляются за несколько недель, тогда как упавшие деревья и ветви могут разлагаться многие годы. Очень существенную роль в разложении древесины (и других растительных остатков) играют грибы, которые выделяют фермент целлюлозу, размягчающий древесину, и это дает возможность мелким животным проникать внутрь и поглощать размягченный материал.
Кусочки частично разложившегося материала называют детритом, и многие мелкие животные (детритофаги) питаются им, ускоряя процесс разложения. Поскольку в этом процессе участвуют как истинные редуценты (грибы и бактерии), так и детритофаги (животные), и тех и других иногда называют редуцентами, хотя в действительности этот термин относится только к сапрофитным организмам.
Детритофагами могут в свою очередь питаться более крупные организмы, и тогда создается пищевая цепь другого типа – цепь, цепь, начинающаяся с детрита:
Детрит → детритофаг → хищник
К детритофагам лесных и прибрежных сообществ относятся дождевой червь, мокрица, личинка падальной мухи (лес), полихета, багрянка, голотурия (прибрежная зона).
Приведем две типичные детритные пищевые цепи наших лесов:
Листовая подстилка → Дождевой червь → Черный дрозд → Ястреб-перепелятник
Мертвое животное → Личинки падальных мух → Травяная лягушка → Обыкновенный уж
Некоторые типичные детритофаги - это дождевые черви, мокрицы, двупарноногие и более мелкие (<0,5 мм) животные, такие, как клещи, ногохвостки, нематоды и черви-энхитреиды.
2. Пищевые сети
В схемах пищевых цепей каждый организм бывает представлен как питающийся другими организмами какого-то одного типа. Однако реальные пищевые связи в экосистеме намного сложнее, т. к. животное может питаться организмами разных типов из одной и той же пищевой цепи или даже из разных пищевых цепей. Это в особенности относится к хищникам верхних трофических уровней. Некоторые животные питаются как другими животными, так и растениями; их называют всеядными (таков, в частности, и человек). В действительности пищевые цепи переплетаются таким образом, что образуется пищевая (трофическая) сеть. В схеме пищевой сети могут быть показаны только некоторые из многих возможных связей, и она обычно включает лишь одного или двух хищников каждого из верхних трофических уровней. Такие схемы иллюстрируют пищевые связи между организмами в экосистеме и служат основой для количественного изучения экологических пирамид и продуктивности экосистем.
3. Пищевые связи пресного водоема
Цепи питания пресного водоема состоят из нескольких последовательных звеньев. Например, растительными остатками и развивающимися на них бактериями питаются простейшие, которых поедают мелкие рачки. Рачки, в свою очередь, служат пищей рыбам, а последних могут поедать хищные рыбы. Почти все виды питаются не одним типом пищи, а используют разные пищевые объекты. Пищевые цепи сложно переплетены. Отсюда следует важный общий вывод: если какой-нибудь член биогеоценоза выпадает, то система не нарушается, так как используются другие источники пищи. Чем больше видовое разнообразие, тем система устойчивее.
Первичным источником энергии в водном биогеоценозе, как и в большинстве экологических систем, служит солнечный свет, благодаря которому растения синтезируют органическое вещество. Очевидно, биомасса всех существующих в водоеме животных полностью зависит от биологической продуктивности растений.
Пищевой, или трофической цепью называют взаимоотношение между различными группами организмов (растениями, грибами, животными и микробами), в котором происходит транспорт энергии в результате употребления в пищу одних особей другими. Перенос энергии - основа нормального функционирования экосистемы. Наверняка эти понятия знакомы вам с 9 класса школы из курса общей биологии.
Особи последующего звена съедают организмы прошлого звена, и так происходит транспорт вещества и энергии по цепочке. Эта последовательность процессов лежит в основе живого круговорота веществ в природе. Стоит сказать, что огромная часть потенциальной энергии (примерно 85%) теряется при переносе от одного звена к другому, она диссипируется, то есть рассеивается в виде тепла. Этот фактор является лимитирующим по отношению к длине пищевых цепей, которые в природе обычно насчитывают 4-5 звеньев.
Виды пищевых взаимоотношений
Внутри экосистем органические вещества производятся автотрофами (продуцентами). Растения, в свою очередь, поедаются растительноядными животными (консументами первого порядка), которых затем съедают хищные животные (консументами второго порядка). Эта цепь питания из 3 звеньев является примером правильной пищевой цепи.
Различают:
Пастбищные цепи
Трофические цепи начинаются с авто- или хемотрофов (продуцентов) и включают гетеротрофов в виде консументов различных порядков. Такие пищевые цепи широко распространены в сухопутных и морских экосистемах. Их можно нарисовать и составить в виде схемы:
Продуценты —> Консументы I порядка —> Консументы I. I. порядка—> Консументы III порядка.
Типичным примером является пищевая цепь луга (это может быть и лесная зона, и пустыня, в этом случае будут отличаться лишь биологические виды различных участников трофической цепи и разветвлённость сети пищевых взаимодействий).
Итак, цветок с помощью энергии Солнца производит для себя питательные вещества, то есть является продуцентом и первым звеном в цепи. Бабочка, которая питается нектаром этого цветка - консумент I порядка и второе звено. Лягушка, также обитающая на лугу и являющаяся насекомоядным животным, съедает бабочку - третье звено в цепи, консумент II порядка. Лягушку проглатывает уж - четвёртое звено и консумент III порядка, ужа съедает ястреб - консумент IV порядка и пятое, как правило, последнее звено в пищевой цепочке. Человек может присутствовать в этой цепи также в роли консумента.
В водах Мирового океана автотрофы, представленные одноклеточными водорослями, могут существовать лишь до тех пор, пока сквозь толщу воды способен проникать солнечный свет. Это глубина 150-200 метров. Гетеротрофы могут жить и в более глубоких слоях, в ночное время поднимаясь к поверхности для подкормки водорослями, а утром вновь уходя на обычную глубину, совершая при этом вертикальные миграции до 1 километра в сутки. В свою очередь, гетеротрофы, являющиеся консументами последующих порядков, обитающие ещё глубже, утром поднимаются до уровня обитания консументов I порядка, чтобы питаться ими.
Таким образом, мы видим, что в глубоких водоёмах, как правило, морях и океанах, существует такое понятие, как «пищевая лестница». Его смысл заключается в том, что органические вещества, которые создаются водорослями в поверхностных слоях земли, переносятся по пищевой цепочке до самого дна. Учитывая этот факт, можно считать обоснованным мнение некоторых экологов о том, что весь водоём можно считать единым биогеоценозом.
Детритные трофические взаимосвязи
Чтобы понять, что такое детритная пищевая цепь, нужно начать с самого понятия «детрит». Детрит - это совокупность остатков отмерших растений, трупов и конечных продуктов обмена животных.
Детритные цепи являются типичными для сообществ внутриконтинентальных вод, дна озер, имеющих большую глубину, и океанов, многие представители которых питаются именно детритом, образованным остатками мёртвых организмов из верхних слоев или случайно попавших в водоем из экологических систем, находящихся на суше, в виде, например, листового опада.
Донные экологические системы океанов и морей, где нет продуцентов ввиду отсутствия солнечного света, и вовсе могут существовать только за счёт детрита, общая масса которого в Мировом океане за календарный год может достигать сотни миллионов тонн.
Также детритные цепи распространены в лесах, где немалая часть ежегодного прироста биомассы продуцентов не может быть употреблена в пищу непосредственно первым звеном консументов. Поэтому она отмирает, образуя опад, который, в свою очередь, разлагается сапротрофами, а затем минерализуется редуцентами. Важную в роль в образовании детрита лесных сообществ играют грибы.
Гетеротрофы, которые питаются непосредственно детритом - это детритофаги. В наземных экологических системах к детритофагам относят некоторые виды членистоногих, в частности насекомых, а также кольчатых червей. Крупных детритофагов среди птиц (грифов, ворон) и млекопитающих (гиен) принято называть падальщиками.
В экологических системах вод основную массу детритофагов составляют водные насекомые и их личинки, а также некоторые представители ракообразных. Детритофаги могут служить пищей для более крупных гетеротрофов, которые также, в свою очередь, в дальнейшем могут стать пищей для консументов высших порядков.
Звенья пищевой цепочки иначе называют трофическими уровнями. По определению это группа организмов, которая занимает конкретное место в пищевой цепочке и представляющая для каждого из последующих уровней источник энергии - пищу.
Организмами I трофического уровня в пастбищных пищевых цепях являются первичные продуценты, автотрофы, то есть растения, и хемотрофы - бактерии, использующие энергию химических реакций для синтеза органических веществ. В детритных же системах автотрофы отсутствуют, а I трофический уровень детритной трофической цепи образует собственно детрит.
Последний, V трофический уровень
представлен организмами, которые потребляют мёртвые органические вещества и конечные продукты распада. Эти организмы называют деструкторами или редуцентами. Редуценты в основном представлены беспозвоночными животными, являющимися некро-, сапро- и копрофагами, использующими в пищу остатки, отходы и мёртвую органику. Также к этой группе относят растения-сапрофаги, которые разлагают листовой опад.
Ещё к уровню деструктуров относят гетеротрофные микроорганизмы, способные превращать органические вещества в неорганические (минеральные), образуя окончательные продукты - двуокись углерода и воду, которые возвращаются в экологическую систему и вновь вступают в природный круговорот веществ.
Значение пищевых взаимосвязей
Основное условие существования экосистемы — это поддержание круговорота веществ и превращения энергии. Оно обеспечивается благодаря трофическим (пищевым) связям между видами, относящимися к разным функциональным группам. Именно на основе этих связей органические вещества, синтезированные продуцентами из минеральных веществ с поглощением солнечной энергии, передаются консументам и претерпевают химические превращения. В результате жизнедеятельности преимущественно редуцентов атомы основных биогенных химических элементов переходят из органических веществ в неорганические (СО 2 , NH 3 , H 2 S, H 2 O). Затем неорганические вещества используются продуцентами для создания из них новых органических веществ. А они снова с помощью продуцентов вовлекаются в круговорот. Если бы эти вещества не использовались многократно, жизнь на Земле была бы невозможна. Ведь запасы веществ, поглощаемых продуцентами, в природе не безграничны. Для осуществления полноценного круговорота веществ в экосистеме должны быть в наличии все три функциональные группы организмов. И между ними должно происходить постоянное взаимодействие в виде трофических связей с образованием трофических (пищевых) цепей, или цепей питания.
Цепь питания (пищевая цепь) — последовательность организмов, в которой происходит поэтапный перенос вещества и энергии от источника (предыдущего звена) к потребителю (последующему звену).
При этом один организм может поедать другой, питаться его отмершими остатками или продуктами жизнедеятельности. В зависимости от вида исходного источника вещества и энергии цепи питания подразделяют на два типа: пастбищные (цепи выедания) и детритные (цепи разложения).
Пастбищные цепи (цепи выедания) — пищевые цепи, которые начинаются с продуцентов и включают консументов разных порядков. В общем виде пастбищную цепь можно показать следующей схемой:
Продуценты -> Консументы I порядка -> Консументы II порядка -> Консументы III порядка
Например: 1) пищевая цепь луга: клевер луговой — бабочка — лягушка — змея; 2) пищевая цепь водоема: хламидомонада — дафния — пескарь — судак. Стрелки в схеме показывают направление переноса вещества и энергии в цепи питания.
Каждый организм в цепи питания относится к определенному трофическому уровню.
Трофический уровень — совокупность организмов, которые в зависимости от способа их питания и вида корма составляют определенное звено пищевой цепи.
Трофические уровни принято нумеровать. Первый трофический уровень составляют автотрофные организмы — растения (продуценты), на втором трофическом уровне находятся растительноядные животные (консументы I порядка), на третьем и последующих уровнях — плотоядные животные (консументы II, III и т. д. порядков).
В природе почти все организмы питаются не одним, а несколькими видами корма. Следовательно, любой организм может находиться на разных трофических уровнях в одной и той же пищевой цепи в зависимости от характера корма. Например, ястреб, питаясь мышами, занимает третий трофический уровень, а поедая змей — четвертый. Кроме того, один и тот же организм может быть звеном разных пищевых цепей, связывая их между собой. Так, ястреб может съесть ящерицу, зайца или змею, которые входят в состав разных цепей питания.
В природе пастбищные цепи в чистом виде не встречаются. Они связаны между собой общими пищевыми звеньями и образуют пищевую сеть , или сеть питания . Ее наличие в экосистеме способствует выживанию организмов при недостатке определенного вида корма благодаря возможности использовать другой корм. И чем шире видовое разнообразие особей в экосистеме, тем больше пищевых цепей в составе пищевой сети и тем устойчивее экосистема. Выпадение одного звена из цепи питания не нарушит всей экосистемы, так как могут быть использованы источники питания из других пищевых цепей.
Детритные цепи (цепи разложения) — пищевые цепи, которые начинаются с детрита, включают детритофагов и редуцентов и заканчиваются минеральными веществами. В детритных цепях происходит перенос вещества и энергии детрита между детритофагами и редуцентами через продукты их жизнедеятельности.
Например: погибшая птица — личинки мух — плесневые грибы — бактерии — минеральные вещества. Если детрит не требует механического разрушения, то он сразу превращается в перегной с последующей минерализацией.
Благодаря детритным цепям в природе замыкается круговорот веществ. Отмершие органические вещества в детритных цепях превращаются в минеральные, которые поступают в среду, а из нее поглощаются растениями (продуцентами).
Пастбищные цепи преимущественно располагаются в надземных, а цепи разложения — в подземных ярусах экосистем. Взаимосвязь пастбищных цепей с детритными осуществляется через детрит, попадающий в почву. Детритные цепи связаны с пастбищными через минеральные вещества, извлекаемые из почвы продуцентами. Благодаря взаимосвязи пастбищных и детритных цепей в экосистеме формируется сложная пищевая сеть, обеспечивающая постоянство процессов превращения вещества и энергии.
Экологические пирамиды
Процесс превращения вещества и энергии в пастбищных цепях имеет определенные закономерности. На каждом трофическом уровне пастбищной цепи не вся съеденная биомасса идет на образование биомассы консументов данного уровня. Значительная ее часть затрачивается на процессы жизнедеятельности организмов: движение, размножение, поддержание температуры тела и т. д. Кроме того, часть корма не усваивается и в виде продуктов жизнедеятельности попадает в окружающую среду. Другими словами, большая часть вещества и содержащейся в нем энергии при переходе от одного трофического уровня к другому теряется. Процент усвояемости сильно варьирует и зависит от состава пищи и биологических особенностей организмов. Многочисленные исследования показали, что на каждом трофическом уровне пищевой цепи теряется в среднем около 90 % энергии, и только 10 % переходит на следующий уровень. Американский эколог Р. Линдеман в 1942 г. сформулировал эту закономерность как правило 10 % . Используя это правило, можно рассчитать количество энергии на любом трофическом уровне цепи питания, если ее показатель известен на одном из них. С некоторой степенью допущения это правило используют и для определения перехода биомассы между трофическими уровнями.
Если на каждом трофическом уровне пищевой цепи определить число особей, или их биомассу, или количество заключенной в ней энергии, то станет очевидным уменьшение этих величин по мере продвижения к концу цепи питания. Эту закономерность впервые установил английский эколог Ч. Элтон в 1927 г. Он назвал ее правилом экологической пирамиды и предложил выражать графически. Если любую из вышеуказанных характеристик трофических уровней изобразить в виде прямоугольников с одинаковым масштабом и расположить их друг над другом, то получится экологическая пирамида .
Известны три типа экологических пирамид. Пирамида чисел отражает численность особей в каждом звене пищевой цепи. Однако в экосистеме второй трофический уровень (консументы I порядка ) численно может быть богаче первого трофического уровня (продуцентов ). В этом случае получается перевернутая пирамида чисел. Это объясняется участием в таких пирамидах особей, не равноценных по размерам. Примером может служить пирамида чисел, состоящая из лиственного дерева, листогрызущих насекомых, мелких насекомоядных и крупных хищных птиц. Пирамида биомассы отражает количество органического вещества, накопленного на каждом трофическом уровне пищевой цепи. Пирамида биомассы в наземных экосистемах правильная. А в пирамиде биомассы для водных экосистем биомасса второго трофического уровня, как правило, больше биомассы первого при определении ее в конкретный момент. Но поскольку водные продуценты (фитопланктон) имеют высокую скорость образования продукции, то в конечном итоге их биомасса за сезон все равно будет больше биомассы консументов I порядка. А это значит, что в водных экосистемах также соблюдается правило экологической пирамиды. Пирамида энергии отражает закономерности расходования энергии на разных трофических уровнях.
Таким образом, запас вещества и энергии, накопленный растениями в пастбищных пищевых цепях, быстро расходуется (выедается), поэтому эти цепи не могут быть длинными. Обычно они включают от трех до пяти трофических уровней.
В экосистеме продуценты, консументы и редуценты связаны трофическими связями и образуют цепи питания: пастбищные и детритные. В пастбищных цепях действует правило 10 % и правило экологической пирамиды. Можно построить три типа экологических пирамид: чисел, биомассы и энергии.