Лекция №9. Пищевые цепи. Экологические пирамиды

В процессе питания энергия и вещество, содержащиеся в организмах одного трофического уровня, потребляют­ся организмами другого уровня. Перенос энергии и веще­ства от продуцентов через ряд гетеротрофных организмов в процессе питания называется пищевой цепью. Рассмотрим некоторые примеры. Простейшая океанская пищевая цепь содержит фитопланктон (первое звено), планктонных ракообразных (второе звено) и заканчивается китом (третье звено), который добывает их из воды путем ее фильтрации. Интересна пищевая цепь лугового биоцено­за. Бабочка, питающаяся нектаром цветка (первое звено), представляет собой второе звено в цепи питания и, в свою очередь, служит пищей для стрекозы (третье звено). Стре­козу ловит лягушка (четвертое звено), которая является добычей для ужа (пятое звено), а уж может стать шестым звеном в цепи питания — пищей для змееяда (семейство ястребиных). Чаще всего кит и змееяд умирают естествен­ной смертью (если не вмешается человек) и затем являются пищей для заключительного звена цепи — редуцентов.

Деление биоценоза на трофические уровни представля­ет собой довольно упрощенную схему. В действительности взаимоотношения более сложные. Существует много видов со смешанным питанием. Они одновременно относятся к различным трофическим уровням. Видовое разнообразие биоценозов — явление не случайное. Благодаря этому стан­овится возможным более полное использование ресурсов на каждом трофическом уровне, что обеспечивает надеж­ность и полноту биогенного круговорота веществ.

В природе организмы, питающиеся одним видом пищи (монофаги), встречаются крайне редко. Немногочисленны олигофаги, набор питания которых представлен неболь­шим набором видов. Большинство консументов являются полифагами, так как используют в пищу широкий набор кормовых объектов. В результате формируются пищевые сети, содержащие множество цепей питания. Этим обеспечивается непрерывность круговорота веществ, так как всегда возможны нарушения отдельных пищевых цепей.

Различают два основных типа пищевых цепей: выедания (пастбищная) и разложения (детритная). Пастбищная цепь начинается с зеленых растений. Следующим звеном являются растительноядные животные, затем идут хищни­ки и последние — редуценты. Как известно, значительная часть хлорофиллоносных элементов растений в течение года отмирает. Это опад лиственных и хвойных деревьев, трава. Разложение данной мертвой органики происходит в детритных цепях с помощью особых групп консумен­тов — сапрофагов.

Для наземных биоценозов этот процесс сосредоточен в почве и в подстилке, при этом разложение происходит последовательно. Группы сапрофагов сменяют друг друга в соответствии с присущим им типом питания. Среди жи­вотных сапрофагами являются жуки-мертвоеды, кожееды, навозники, личинки некоторых мух, дождевые черви. Неко­торые насекомые только механически разрушают мертвые ткани. Все эти организмы готовят субстрат для следующей группы организмов — грибов и бактерий, которые заверша­ют процесс деструкции, разлагая значительно переработан­ную органику до минералов.

Многие авторы считают, что пастбищная цепь заканчи­вается консументами, а детритная цепь начинается с разло­жения любой мертвой органики. Следуя логике рассужде­ний крупнейших экологов, рассматривающих биотический круговорот как последовательное преобразование и про­хождение вещества из неживой среды через живые орга­низмы опять в неживую среду, рассмотренные уже цепи следует выстроить следующим образом. Пастбищная цепь: продуценты — консументы — редуценты, а детритная цепь: продуценты — редуценты.

Экологические пирамиды. Переход вещества и энергии с одного трофического уровня на другой связан с потерями. На каждом трофическом уровне большая часть поглощае­мой энергии используется на поддержание температурного баланса организма и на обеспечение протекания биохими­ческих реакций в самом организме. Следующему организму в пищевой цепи будет передано примерно 10% энергии, по­лученной от предыдущего. Аналогичные явления наблюда­ются и при преобразовании биомассы.

Эта закономерность сформулирована американским зоо­логом Ч. Элтоном в 1927 г. и изображена графически в виде экологических пирамид. Различают три типа экологических пирамид: пирамида чисел, пирамида биомасс и пирамида энергий).

Пирамида чисел отражает численность организмов на каждом трофическом уровне. В экологии эта пирамида используется редко из-за сложности, а порой и невозмож­ности выбора масштаба.

Пирамида биомасс - это графическая модель последо­вательного расположения биомасс популяций естественных экологических систем на каждом трофическом уровне (про­дуценты, консументы I порядка и т.д.).

Пирамида энергии численно характеризует энерге­тические процессы в пищевых цепях. Она позволяет под­считать КПД каждого перехода потока энергии с одного трофического уровня на другой и КПД всей трофической цепи в целом. Так, Известно, что максимальное значение КПД межурон-него перехода энергии может достигать 30%, но во многих случаях эта величина равна всего 1 - 2 %. В 1942 г. Р. Линдеман сформулировал закон, согласно которому только часть энергии (=10%), поступившей на определенный тро­фический уровень биоценоза, передается на следующий уровень. Остальная энергия расходуется на обеспечение процессов жизнедеятельности организмов и в конечном итоге превращается в тепловую энергию. Этим объясняется ограниченное число звеньев (5-6) в пищевой цепи любых биоценозов.