Природа экологической пирамиды

Совокупность разных организмов и неживых компонентов среды, тесно связанных между собой потоками вещества и энергии, называется экосистемой (от греч. «ойкос» — «жилище», «местопребывание» и «система» — «сочетание», «объединение»). Примерами экосистем могут быть озеро, массив леса, участок степи, отдельный гниющий пень и даже содержимое желудка жвачных. Изучая их, учёные основной упор делают именно на процессы превращения вещества и энергии, а не просто устанавливают присутствие каких-то организмов или выясняют особенности изменения их численности. Если же экологи имеют дело только с совокупностью совместно обитающих популяций разных видов, то они для этого используют такие термины, как сообщество, или биоценоз (от греч. «биос» — «жизнь» и «кой-нос» — «общий»).

1. ПРОДУЦЕНТЫ, КОНСУМЕНТЫ И РЕДУЦЕНТЫ

Разные группы организмов, входящие в состав одной экосистемы, выполняют в ней разные функции. Так, продуценты (от лат. — producentis «производящий», «создающий») образуют органическое вещество из неорганических компонентов. Очевидно, что все продуценты обязательно должны быть автотрофами. Основные продуценты как в океане, так и во всех крупных внутренних водоёмах (как солёных, так и пресных) — это организмы фитопланктона, т. е. микроскопические водоросли, взвешенные в водной толще. Именно фитопланктон даёт жизнь всем существам в океане, и именно поэтому уровень развития фитопланктона в том или ином районе океана определяет количество откармливающейся там рыбы и морских млекопитающих.

В водоёмах продуценты представлены также крупными водорослями (например, ламинарией) и некоторыми высшими цветковыми растениями (обычными в пресных водах элодеей или рдестами). Их роль в создании органического вещества, как правило, незначительна, за исключением узкой прибрежной полосы в морях или мелких заросших озёр. На суше основные продуценты — это крупные высшие растения: травы, кустарники, деревья.

Две другие важные группы организмов, входящие в состав любой экосистемы, — консументы (от лат. consumo — «потребляю») и редуценты (от лат. reducentis — «возвращающий», «восстанавливающий»). К консументам обычно относят всех животных, а к редуцентам — грибы и бактерии. И те и другие являются гетеротрофами, т. е. живут за счёт органического вещества, созданного продуцентами. Граница между консу-ментами и редуцентами очень условна, поскольку они в процессе своей жизнедеятельности осуществляют процесс разложения сложных органических веществ, а продукты их жизнедеятельности могут быть усвоены растениями.

Рис. 1. Состав экосистемы.

На данном рисунке представлены разные группы организмов, входящие в состав экосистемы.

2. ПИЩЕВЫЕ ЦЕПИ

В экосистемах группы видов последовательно связаны между собой как хищник и жертва. В любой экосистеме есть первичные консументы (производители) органического вещества – организмы-автотрофы (в основном это зеленые растения). Они в свою очередь служат пищей для разнообразных организмов-гетеротрофов – всех животных, грибов, некоторых микроорганизмов. Среди них выделяют первичных консументов (потребителей) – растительноядных животных (например, кузнечики среди насекомых, копытные среди млекопитающих) и вторичных консументов, или собственно хищников, разных рангов, разного порядка, поедающих других животных. Получается, что живые существа, относящиеся к самым разным систематическим группам, могут играть в экосистемах одну и ту же роль, так как принадлежат к одному и тому же пищевому, или трофическому, уровню.

Взятые все вместе, они и образуют пищевую цепь экосистемы, или, точнее, пищевую сеть.

Взаимоотношение организмов разного трофического уровня в экосистемах для наглядности можно представить в виде так называемых экологических пирамид: пирамиды чисел, пирамиды биомасс и пирамиды энергии.

Рис 2. Упрощенная пирамида чисел, или экологическая пирамида: кузнечики поедают зеленые растения, лягушки - кузнечиков, змеи – лягушек, орел – змей.

Рис. 3. Пирамиды чисел (а), биомасс (б) и энергии (в) для модельной, упрощенной экосистемы: люцерна – телята – мальчик 12 лет.

Если бы мальчик в течение года питался только телятиной, то для этого потребовалось бы съесть 4,5 теленка. Для пропитания этих телят необходим урожай люцерны с площади 4 га . В пирамиде биомассы все эти цифры заменены величинами биомассы. В пирамиде энергии добавлена солнечная энергия, необходимая для выращивания люцерны.

3. ПУТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ

Солнечную энергию, связанную в процессе фотосинтеза, в виде биомассы растений поедают травоядные животные, а сами в свою очередь служат пищей для хищников. Так вещество и энергия передаются от одних организмов к другим, объединяя экосистему в единое целое. Последовательность живых существ, передающих друг другу эту энергию, называется пищевой, или трофической, цепью (от греч. «троф» — «пища»). По тому положению, которое занимают организмы в пищевой цепи, их можно объединить в несколько групп, или трофических уровней (См. рис.4). Первый из них, образующий фундамент всей экосистемы, — это уровень растений, или продуцентов. За ним идут уровни, занимаемые консументами. Первый уровень консументов — растительноядные животные (иначе, фитофаги), второй — хищники, третий — хищники второго порядка. Например, питающиеся зоопланктоном мелкие рыбы являются хищниками первого порядка, а поедающие их хищные рыбы (судак, щука) — это уже хищники второго порядка.

Поскольку в процессе своей жизнедеятельности все организмы расходуют ту энергию, которую получили с пищей (а все зелёные растения — с солнечным светом), её количество с каждым последующим уровнем уменьшается. Соответственно и суммарная продукция (прирост биомассы за единицу времени) всех организмов какого-либо уровня всегда меньше продукции предыдущего уровня (См. рис. 5).

Рис. 4. Обмен веществ и энергии.

Вещество и энергия с пищей передаются от продуцентов к консументам первого, второго, третьего порядка, затем – к редуцентам. Но при переходе от одного трофического уровня к другому часть энергии теряется, превращаясь в тепловую (включая затраты на дыхание и другие жизненно важные процессы). Существование экосистемы поддерживается благодаря непрерывному притоку энергии солнца к продуцентам – зеленым растениям.

Рис.5. Пищевая пирамида биомасс.

Травоядные животные в наземных экосистемах съедают только часть растений. Некоторое количество энергии, полученной с пищей теряется в виде тепла, поэтому биомасса консументов всегда меньше массы продуцентов.

Хищникам тоже достаются не все возможные жертвы, а часть энергии тоже рассеивается.

Так образуется пищевая пирамида биомасс: чем выше трофический уровень, занимаемый организмом, тем меньше его численность и масса (в расчете на единицу площади).

продуцент консумент экосистема пирамида

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В наземных экосистемах биомасса продуцентов больше, чем биомасса консументов первого порядка, консументов второго порядка больше, чем консументов второго порядка, и т. д. В водных экосистемах пирамида биомасс может иметь обратный вид.

Пищевые цепи бывают короткие и длинные. Пример короткой цепи с одним продуцентом и двумя консументами: трава — кролик — лисица. Пример длинной цепи, включающей консументов 5-го порядка: обыкновенная сосна — тля — божья коровка — пауки — насекомоядные птицы — хищные птицы. Иногда в пищевой цепи происходит уменьшение размеров особей и увеличение их численности на каждом трофическом уровне: травоядное млекопитающее — обитающие на нем паразиты (например, блохи) — лептомонады (простейшие в крови блох).

ЛИТЕРАТУРА:

1. Аксенова М.Д. – Энциклопедия для детей. Т. 2. Биология. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Аванта+, 2003. – 704 с.: ил.

2. Аспиз М.Е. – Энциклопедический словарь юного биолога – М.: Педагогика, 1986. – 352 с.: ил.

3. Батуев А.С. – Биология: Большой справочник для школьников и поступающих в вузы/ Батуев А.С., Гуленкова М.А., Еленевский А.Г. и др. – 2-е изд. – М.: Дрофа, 1999. – 668 с.: ил.

4. Володин В.А. – Энциклопедия для детей. Т. 19. Экология. – М.: Аванта+, 2001. – 448 с.: ил.