Підручник Біологія 9 клас - Л.І. Остапченко - Генеза 2017

ТЕМА 8. НАДОРГАНІЗМОВІ БІОЛОГІЧНІ СИСТЕМИ

§49. ХАРЧОВІ ЗВ'ЯЗКИ. ПОТОКИ ЕНЕРГІЇ В ЕКОСИСТЕМАХ. ПРОДУКТИВНІСТЬ ЕКОСИСТЕМ

Пригадайте, які організми належать до автотрофів, а які - до гетеротрофів. Що таке паразитизм?

Взаємозв’язки між організмами в екосистемах. Усі популяції організмів, які входять до складу певної екосистеми, пов’язані між собою більш-менш тісними прямими та непрямими взаємозв’язками. Прямі зв’язки безпосередньо зв’язують популяції двох видів (наприклад, популяції хижака та його здобичі, популяції рослин і рослиноїдних видів тварин). У разі непрямих зв’язків популяція одного виду впливає на популяцію іншого опосередковано, через популяції третього. Наприклад, хижаки, регулюючи чисельність здобичі, водночас впливають і на популяції організмів, якими живляться їхні жертви. Зв’язки між популяціями різних видів бувають антагоністичними, нейтральними та мутуалістичими.

Мал. 275. Бурі ведмеді та вовки - хижаки, які можуть конкурувати за здобич

Запам'ятаємо: конкуренція (від лат. конкурента - стикатись) - такі взаємозв'язки між популяціями одного (внутрішньовидова) або різних (міжвидова) видів, за яких використання певного ресурсу навколишнього середовища одними з них зменшує його доступність для інших (мал. 275).

За антагоністичних взаємозв’язків (наприклад, конкуренція, паразитизм, хижацтво) кожна із взаємодіючих популяцій різних видів відчуває негативний вплив іншої.

Найгострішу конкуренцію спостерігають між представниками одного виду або різних видів з подібними екологічними вимогами (див. мал. 207). Прикладом внутрішньовидової конкуренції може слугувати одновіковий сосновий ліс (див. мал. 199, 2).

За нейтральних взаємозв’язків жоден з видів, що мешкають на спільній території, не відчуває на собі безпосереднього негативного чи позитивного впливу іншого. Наприклад, популяції хижаків різних видів, які живляться різними видами здобичі, можуть не конкурувати між собою. Але стан їхніх популяцій опосередковано залежить від густоти популяцій рослин, які є кормовою базою для популяцій здобичі - різних рослиноїдних видів.

За мутуалістичних (взаємовигідних) взаємозв’язків кожний із взаємопов’язаних видів отримує певну користь (пригадайте взаємозв’язки бульбочкових бактерій і бобових рослин, одноклітинних тварин - джгутикових - і комах, у кишечнику яких вони мешкають тощо). На малюнку 276 наведено приклади мутуалістичних відносин. Завдання: охарактеризуйте, яку користь від таких відносин отримує кожен з організмів.

Біотичну частину екосистеми складають різні групи організмів, об’єднані між собою просторовими і харчовими (трофічними) зв’язками (мал. 277):

продуценти (від лат. продуцентіс - той, що створює) - популяції автотрофних організмів, здатних синтезувати органічні речовини з неорганічних (фототрофні або хемотрофні організми);

консументи (від лат. консумо - споживаю) - популяції гетеротрофних організмів, які живляться живими істотами чи мертвою органічною речовиною (фітофаги, хижаки, паразити, сапротрофи);

редуценти (від лат. редуцентіс - той, що повертає, відновлює) - популяції організмів, які, споживаючи мертву органічну речовину, розкладають її до неорганічних сполук (різноманітні бактерії, гриби).

Мал. 276. Приклади мутуалістичних відносин: 1 - рак-самітник та актинія; 2 - мікориза (гриби і коренева система дерева)

Мал. 277. Різні трофічні групи організмів, що входять до складу екосистеми

Пригадайте: колообіг речовин - це обмін речовинами між абіотичною (неживою) і біотичною (живою) частинами екосистем.

Перетворення енергії в біогеоценозах. Функціонування будь-якої екосистеми пов’язане з перетворенням енергії та колообігом речовин, тобто хімічними та фізичними процесами, які забезпечують життєдіяльність біологічних систем. Основним джерелом енергії є сонячне світло. Фототрофи вловлюють його і перетворюють на енергію хімічних зв’язків органічної речовини, яку вони синтезують. Частину накопиченої енергії рослини витрачають на забезпечення власних процесів життєдіяльності, інша - переходить до організмів, які споживають зелені рослини або їхні рештки.

Гетеротрофи отримують необхідну їм енергію внаслідок ферментативного розщеплення органічних речовин. Вони засвоюють для побудови речовин свого тіла лише незначну частину енергії х імічних зв’язків їжі (10-20 %), а решта розсіюється у вигляді тепла, витрачаючись на процеси життєдіяльності. Подібне спостерігають і під час поїдання фітофагів хижаками і т. п. Отже, на кожному етапі передачі енергії від одних організмів до інших більша частина її витрачається (розсіюється у вигляді тепла); і лише незначна частка перетворюється в потенційну енергію хімічних зв’язків синтезованих ними сполук (див. мал. 277).

Послідовності, у яких особини одного виду, їхні рештки або продукти життєдіяльності слугують об’єктом живлення для організмів іншого, називають ланцюгами живлення. Кожний ланцюг живлення складається з певної кількості ланок (мал. 278). Оскільки під час переходу від попередньої ланки до наступної значна частина енергії втрачається, то кількість ланок обмежена і, зазвичай, не перевищує 4-5.

Запам'ятаємо: завдяки взаємодії популяцій різних видів організмів з неживою природою всередині екосистем виникають колообіг речовин і потоки енергії, які зв'язують усі їхні складові в єдину цілісну систему (див. мал. 277).

Запам'ятаємо: між популяціями різних видів, які входять до складу екосистеми, виникають складні й різноманітні взаємозв'язки. Їхня сукупність забезпечує функціонування екосистеми та її саморегуляцію. Що різноманітніші та розгалуженіші взаємозв'язки, то стабільніша екосистема.

Мал. 278. Приклади ланцюгів живлення: І - наземної екосистеми; ІІ - водної екосистеми. Завдання. Охарактеризуйте характер живлення організмів, які задіяні в цих ланцюгах живлення, і визначте їхній трофічний рівень

Популяція кожного виду займає в певному ланцюзі живлення певне положення - трофічний рівень. Здебільшого, першою ланкою слугують продуценти. Наступні трофічні рівні належать консументам, вони і визначають кількість ланок, через яку до них надходить енергія продуцентів.

Так, рослиноїдні тварини займають наступний, після продуцентів, трофічний рівень (консументи І порядку), далі йде рівень хижаків, які живляться рослиноїдними видами (консументи ІІ порядку) тощо.

Якщо консументи споживають різні види їжі, вони можуть перебувати на різних трофічних рівнях. Наприклад, сіра ворона може живитися зерном (консумент І порядку); пташенятами зерноїдних (консумент ІІ порядку) чи комахоїдних видів птахів (консумент ІІІ порядку). Відмерлі продуценти або їхні частини, як-от листяний опад, рештки чи продукти життєдіяльності організмів, становлять кормову базу консументів і редуцентів, які в кілька етапів розкладають органічні сполуки до неорганічних.

Таким чином, в екосистемі енергія у вигляді хімічних зв’язків органічних сполук накопичується на рівні продуцентів, проходить через організми консументів і редуцентів, але на кожному з послідовних трофічних рівнів частково розсіюється у вигляді тепла. Енергія, яка зберігається в мертвій органічній речовині, значною мірою переходить у тепло внаслідок діяльності редуцентів.

Оскільки під час передачі енергії від нижчого трофічного рівня до вищого більша її частина втрачається у вигляді тепла, колообіг енергії, на відміну від колообігу речовини, неможливий. Для функціонування екосистеми потрібне постійне надходження енергії ззовні, тому незаперечною умовою існування будь-якої екосистеми є наявність зелених рослин, які вловлюють сонячну енергію.

У будь-якій екосистемі ланцюги живлення тісно переплетені завдяки тому, що представники одного й того самого виду можуть бути ланками різних ланцюгів живлення. Переплітаючись, вони формують трофічну сітку (мал. 279). Її існування забезпечує стійкість екосистеми, бо в разі коливань чисельності популяцій певних видів і навіть зникнення певних кормових об’єктів вони замінюються організмами на інші, і сумарна продуктивність екосистеми майже не змінюється. Отже, що розгалуженіша трофічна сітка, то стійкіший біогеоценоз.

Продуктивність екосистем. Кожна екосистема характеризується певною продуктивністю. Її виражають в одиницях маси або енергії. Розрізняють продуктивність первинну та вторинну, створену відповідно автотрофними та гетеротрофними організмами. Для всіх екосистем характерні певні закономірності передачі енергії та біомаси між трофічними рівнями. Їх відображає правило екологічної піраміди: на кожному попередньому трофічному рівні кількість біомаси та енергії, що запасаються організмами за одиницю часу, значно більша, ніж на наступних. Графічно це можна зобразити у вигляді піраміди, складеної з окремих блоків. Кожен із блоків відповідає продуктивності організмів на відповідному трофічному рівні ланцюга живлення. Так, кількісні закономірності передачі маси органічної речовини від одного трофічного рівня ланцюга живлення до іншого (продуктивність організмів при цьому виражають у одиницях маси сухої речовини) відбиває піраміда біомаси (мал. 280).

Мал. 279. Приклад трофічної сітки. Завдання. Простежте за малюнком ланцюги живлення, які на ньому представлені; відзначте місця, де вони перетинаються

Мал. 280. Приклад екологічної піраміди біомаси. Завдання. Відзначте трофічні рівні, на яких розміщені організми, що входять до цього ланцюга живлення

Піраміда біомаси демонструє ту закономірність, що консументи І порядку запасають у 5-10 разів меншу біомасу, ніж біомаса продуцентів, яку вони споживають. І так далі: з кожною наступною ланкою ланцюга живлення біомаса, яку запасають організми вищого трофічного рівня, зменшується в 5-10 разів порівняно з тією, яку вони споживають.

Відповідні закономірності передачі енергії від однієї ланки ланцюга живлення до іншої демонструє піраміда енергії. Кожний її блок відповідає кількості хімічної енергії, яка запасається на відповідному трофічному рівні. Вона показує, що більша частина енергії під час передачі з нижчого трофічного рівня на вищий витрачається у вигляді тепла, а запасається лише 10-20 % порівняно з попереднім.

Ключові терміни та поняття:

продуценти, консументи, редуценти, трофічний рівень, правило екологічної піраміди.

Перевірте здобуті знання

1. Яка роль в екосистемах продуцентів, консументів і редуцентів?

2. Що таке продуктивність? 3. На які екологічні групи поділяють організми за типом живлення? 4. Які типи взаємозв'язків виникають між популяціями організмів, які входять до складу певної екосистеми? 5. Як відбуваються перетворення енергії в екосистемах? 6. Що таке ланцюги живлення та трофічні рівні? 7. Що таке екологічна піраміда біомаси?

Поміркуйте

Наведіть приклади первинної та вторинної продукції екосистеми.




Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити