Любая экосистема — бесконечный пищевой цикл между организмами. Перенос химических элементов и энергии происходит благодаря переходу между звеньями — видами, которые становятся пищей друг для друга. Такая цепь начинается продуцентом, продолжается консументами разного порядка и заканчивается гетеротрофным редуцентом. Аналогичным образом построена и пастбищная пищевая цепь. Примеры такого цикла можно встретить в повседневной жизни.
Пастбищная и детритная цепи
Продуцентом в цепи такого типа, или цепи выедания, как их иногда называют, всегда являются организмы, жизнедеятельность которых сопряжена с процессами фотосинтеза или окисления неорганических соединений. Хороший пример — луговое взаимодействие.
Во время фотосинтеза растение создаёт органические вещества. Насекомое питается нектаром цветка и попадает в поле зрения лягушки, которая его съедает. Это второе и третье звенья цепи соответственно. Амфибию съедает уж, которого, в свою очередь, хватает из травы пролетающая мимо птица. Если выстроить все объекты в виде цепочки, можно получить направление движения органических соединений и энергии.
Организация такой цепи в морях и океанах имеет ступенчатую структуру. Это объясняется тем, что водоросли представляют собой фотосинтезирующие объекты и живут исключительно там, где проникает солнечный свет — до 200 м глубины. В результате этого гетеротрофные организмы, обитающие на глубине, ради питания вынуждены каждую ночь преодолевать маршрут длиной более 500 м и утром возвращаться. Второе звено цепи — организмы, обитающие в более глубоких водах. Они, наоборот, выходят на охоту утром и питаются гетеротрофами, которые в это время спускаются с поверхности вод в свою среду.
Учёные до сих пор не смогли правильно определить, чем считать такое взаимодействие. Одни считают, что толща вод — это единый и полноценный биогеоценоз, другие — что система слишком сложна, а условия обитания на разной глубине различны, поэтому экосистемы подлежат рассмотрению раздельно.
Кроме пастбищной цепи питания, существует цепь разложения, или, как её по-другому называют, детритная. От пастбищной отличается тем, что её начальным и заключительным звеном являются редуценты, то есть сапрофиты, которые питаются исключительно органическими останками.
Детритный вид полностью исключает автотрофы, но косвенно зависит от солнечной энергии, всё потому, что детрит включает в себя разлагающиеся органические останки автотрофов и гетеротрофов пастбищной цепи.
Основные звенья
Каждую пищевую цепь можно составить из нескольких звеньев, которые представляют собой организмы с различным типом питания. Все звенья последовательности делятся на несколько групп: продуценты, консументы определённого порядка и редуценты.
- Продуценты — автотрофные организмы, способные к генерации энергии и органических соединений для жизнедеятельности (например: растения с фотосинтезом).
- Консументы — гетеротрофные организмы, питающиеся автотрофами или консументами низших уровней. В лесной цепи «древесина — жук-короед — дятел» древесина продуцент, жук-короед консумент первого порядка, а дятел — консумент второго порядка. Такие организмы имеют полноценную пищеварительную систему.
- Редуценты — микроорганизмы, тип питания которых основывается на разложении органических соединений до неорганических. Например, разлагающиеся останки совы из предыдущего пункта.
Основное правило моделирования пастбищной цепи — учесть все детали местности и особенности обитателей. Цепи в озере и смешанных лесах отличаются от лугов и полей тем, что содержат в себе больше звеньев (иногда на 5−7 больше). Такая цепь всегда начинается с растения, продолжается животными и заканчивается бактериями, активными после гибели биовида.
Начальный этап
Начальным звеном пастбищной цепи являются продуценты. Это автотрофные организмы, способные к самостоятельному синтезу органических веществ. Такая группа состоит исключительно из растений, использующих солнечную энергию.
Фотосинтез — процесс создания молекул глюкозы при участии квантов света, захваченных поверхностью листа из углекислого газа и воды. Молекулы кислорода — это побочный продукт фотосинтеза.
Растения добывают питательные вещества из крахмала и почвы. Дальнейшие компоненты, необходимые для роста и развития растения, создают самостоятельно. Они являются первым звеном пищевой последовательности, иначе говоря — находятся на первом трофическом уровне.
Помимо фотосинтеза, важную роль играет хемосинтез — высвобождение энергии химических связей. Данные сложные процессы помогают автотрофам трансформировать «сырые» компоненты питательных компонентов и неорганические соединения в энергию и органику. Растения получают питание из почвы, дождя и солнечного света. По способу добычи энергии автотрофы делятся на фотоавтотрофов (фотосинтез) и хемоавтотрофов (хемосинтез).
- Фотоавтотрофы — основоположники процесса фотосинтеза, подразумевающего создание органики из углекислого газа и воды с помощью энергии света.
- Хемоавтотрофы — процесс высвобождения энергии химических связей во время создания органики из неорганических соединений.
Основная масса автотрофов — фотоавтотрофы. Это и зелёные растения, и цианобактерии, и водоросли. Хемотрофы настолько малочисленны, что их роль в экосистеме крайне мала.
Существенное отличие водных экосистем от наземных в том, что в первых продуцентами являются микроорганизмы, цианобактерии и водоросли. Во вторых преобладают крупные растения, начиная травами и заканчивая деревьями.
Гетеротрофные организмы
Гетеротрофные организмы называют консументами, тип питания которых — поглощение готовых органических соединений. К этой группе относятся все животные (в том числе и человек), некоторые паразитические, хищные растения, бактерии и грибы. Эти организмы неспособны к самостоятельной генерации органических соединений.
Они бывают нескольких уровней. Консументы 1 порядка питаются автотрофными продуцентами, а консументы 1+n порядка — консументами предыдущего уровня (лиса ест мышей, хищная птица ест амфибий). Последний в цепочке — питание для редуцента.
Некоторые паразитические растения тоже частично перешли на гетеротрофный способ питания. А вот хищные растения (венерина мухоловка) используют мясо как источник азота, но в остальном — автотрофы. Гетеротроф — организм, получающий углерод из органики. Если организм из органики получает исключительно азот, а к генерации органических соединений, необходимых для потребления углерода, способен сам, то он автотроф.
Гетеротрофы тоже делятся на две группы — фотогетеротрофов и хемогетеротрофов:
- Фотогетеротрофы — организмы (преимущественно бактерии разных видов), нуждающиеся в энергии света для роста и развития. Отличие от фотоавтотрофов в том, что им необходимы готовые органические соединения, и сами они их создать не могут. Хороший пример — несерная группа пурпурных бактерий.
- Хемогетеротрофы также нуждаются в готовой органике, но вместо энергии солнца они используют энергию окислительно-восстановительных реакций (ОВР) неорганики. Это все животные (включая человека) и многие микроорганизмы.
Завершающая стадия
Любую пищевую цепь завершают редуценты или деструкторы. Это организмы, способные к разложению органических соединений в ходе своей жизнедеятельности до первоначальной неорганики. Переработка разлагающихся растений и останков животных. Представители этой группы — бактерии и некоторые грибы.
Роль редуцентов в экосистеме огромна. Именно благодаря их работе, трофические цепи завершаются, происходит циклическое движение энергии и круговорот веществ. С их помощью в почву попадает вода, микро- и макроэлементы неорганики, которые потом используют продуценты.
Деструкторы, или же сапрофаги (бактерии и грибы), используют энергию распада химических связей мёртвой органики. Они потребляют больше всего энергии, запасённой и дошедшей до этого уровня, в ходе всей цепи. Как правило, распад органики происходит до углекислого газа, аммиака, воды, металлов и водорода. Переработанная органика в почве называется гумус. Технически деструкторы — это те же гетеротрофы, потому иногда их называют микроконсументами.
Трофические уровни
Продуценты не зависят от деятельности других организмов (в отличие от гетеротрофов и сапрофагов). Они начинают пастбищную цепь питания и никогда не бывают на других позициях. Это первый трофический уровень.
Консументы первого порядка питаются продуцентами и занимают второй трофический уровень. Это насекомые и травоядные животные.
Дальше идут консумент 1+n порядка, которые относительно всеядны и питаются консументами предыдущего уровня. Занимают они трофические уровни от второго до предпоследнего (зависит от количества звеньев в цепи).
Венец цепи питания — человек. Человек использует для питания как продуцентов, так и консументов разных уровней.
Завершает эту цепочку редуцент, который питается мёртвой органикой и находится на последнем трофическом уровне.
Поток энергии такой цепи определяет движение микро- и макроэлементов внутри экосистемы.
Энергия переходит по линейной последовательности, которая иногда может иметь разветвления, но это необязательно. Такие цепочки можно рассматривать как отдельные, с одним продуцентом (или консументом, в зависимости от момента разветвления).
Представители одного и того же конкретного вида в зависимости от цепочки могут находиться на разных уровнях. Если мы рассматриваем схему цепи питания в лесу: пшеница — мышь — лиса, то лиса занимает третий трофический уровень и является консументом второго порядка. А в цепочке цветок — бабочка — лягушка — уж — лиса этот же организм находится уже на пятом уровне и является консументом четвёртого порядка.
Можно сказать, что каждый новый член цепи, где один поглощает другого, — новый трофический уровень. Первый всегда принадлежит автотрофам-продуцентам, а последний — редуцентам-деструкторам. Обычно цепи состоят из 5−6 таких уровней.
Пищевая цепь — основа благосостояния экологии и экосистемы в целом. Это и контроль численности популяции (чем больше лис — тем меньше зайцев, чем меньше лис — тем больше зайцев), баланса органических веществ и нормальной циркуляции энергии. Если нарушится цепь или исчезнет хоть одно звено, она разорвётся, и каждый биологический вид попадёт под угрозу. Начнётся вымирание одних и бесконтрольное размножение других. Это негативно скажется на всей экосистеме, начнут страдать все её члены. Вот почему забота об экологии и вымирающих видах, безусловно, важны.
