Пищевые цепи и сети. Правило экологической пирамиды

Питаясь друг другом, живые организмы образуют цепи питания (пищевые или трофические цепи) – ряд организмов, каждое предыдущее звено в котором служит пищей для следующего. Каждое звено цепи называется трофическим уровнем. В пищевой цепи редко бывает больше 4-5 трофических уровней. Простейшим примером пищевой цепи является следующая: осина накопила биомассу в виде ствола, ветвей и листьев (кроны) – продуцент. Зайцы объели части осины (консументы первого порядка, фитофаги). Стая волков уничтожила часть популяции зайцев (консументы второго порядка, зоофаги). Выделения волка и его труп источили жуки-мертвоеды (консументы третьего порядка, детритофаги). Окончательное разрушение органического вещества всех вышеуказанных организмов произвели бактерии (редуценты). Данная пищевая цепь упрощает действительную картину, так как одно и то же растение может быть съедено разными травоядными животными, а они, в свою очередь, могут стать жертвами разных хищников. Поэтому в природе складываются не цепи, а пищевые сети.

Различают два типа пищевых цепей: пастбищные и детритные. Наиболее распространены пастбищные пищевые цепи. В них основным источником энергии являются зеленые растения. Пример такой цепи был представлен выше. В детритных пищевых цепях, наиболее распространенных в лесах, большая часть продукции растений не потребляется непосредственно растительноядными животными, а отмирает, подвергаясь затем разложению детритофагами и редуцентами. Т.е. детритные пищевые цепи начинаются от детрита – органических остатков (опад листьев, экскременты или трупы животных).

Таким образом, все виды, образующие пищевую цепь, существуют за счет органического вещества, созданного зелеными растениями. При этом существует следующая закономерность. Когда животное поедает растение, большая часть энергии, содержащейся в пище, расходуется на различные процессы жизнедеятельности, превращаясь при этом в тепло и рассеиваясь. Только 5-15% (в среднем 10%) 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 энергии пищевые цепи не могут быть очень длинными: обычно они состоят не более чем из 3-5 звеньев. 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 закономерность называют правилом экологической пирамиды. Например, 10000 кг водорослей достаточно для накопления вещества в количестве 1000 кг водных членистоногих, а 10 кг рыбы – для накопления 1 кг вещества человека. Таким образом, пищевая цепь представлена в виде пирамиды, состоящей из нескольких трофических уровней.

Экосистемы, биогеоценозы

Впервые представления об экологических системах сформулированы в 30-е годы А. Тенсли (1935). В нашей стране близкое понятие о биогеоценозах сформулировал в 1944 г. В.Н. Сукачев (1880-1967). Под экологическими системамипонимают совокупность живых и неживых элементов на определенной территории, при этом совокупность всех совместно встречающихся видов называют биоценозом, а совокупность всех экологических факторов их местообитания – биотопом.

Различают четыре типа отношений организмов, населяющих один и тот же биотоп.

Трофические связи возникают, когда один вид питается другим – либо живыми особями, либо их мертвыми остатками, либо продуктами их жизнедеятельности. В случае конкуренции двух видов из-за объектов питания между ними возникает косвенная трофическая связь, так как деятельность одного отражается на снабжении кормом другого. Например, гусеницы бабочек-монашенок, объедая хвою сосен, облегчают короедом доступ к ослабленным деревьям.

Топические связи характеризуют любое, физическое или химическое, изменение условий обитания одного вида в результате жизнедеятельности другого. Эти связи крайне разнообразны. Они заключаются в создании одним видом среды для другого (например, внутренний паразитизм), в формировании субстрата, на котором поселяется или, наоборот, избегают селиться представители других видов, во влиянии на движение воды, воздуха, изменение температуры, освещенности окружающего пространства, в насыщении среды продуктами выделения и т.п. Ярким примером таких отношений являются растения.

Топические и трофические связи имеют наибольшее значение в биоценозе, составляют основу его существования. Именно эти типы отношений удерживают друг возле друга организмы разных видов, объединяя их в достаточно стабильные сообщества разных масштабов.

Форические связи. Это участие одного вида в расселении другого. В роли транспортировщиков выступают животные. Перенос животными семян, спор, пыльцы растений называют зоохорией, перенос других более мелких животных – форезией.

Фабрические связи. Это такой тип биоценотических отношений, в которые вступает вид, использующий для своих сооружений продукты выделения, либо мертвые остатки, либо даже живых особей другого вида. Например, птицы употребляют для постройки гнезд ветви деревьев, шерсть млекопитающих траву, листья, пух и перья других видов птиц и т.п.

Экосистема и биогеоценоз – понятия, близкие друг к другу, но не синонимы. В обоих случаях это устойчивые взаимодействующие системы живых организмов и среды, в которых совершается поток энергии и круговорот веществ, но экосистема – понятие безразмерное. Т.е. экосистема – это и капля воды с ее микробным населением, и тундра, и космическая станция, а биогеоценозы – сугубо наземные образования, имеющие четкие границы. Любой биогеоценоз является экологической системой, но не всякая экосистема может считаться биогеоценозом. Все биогеоценозы земного шара образуют биосферу – земную оболочку, населенную живыми существами.