Підручник Біологія 9 клас - С. В. Межжерін - Підручники і посібники 2017

Тема 8. НАДОРГАНІЗМОВІ БІОЛОГІЧНІ СИСТЕМИ

§ 54. Потоки речовини та енергії. Ланцюги живлення й трофічні рівні

Терміни й поняття: трофічний ланцюг, трофічна мережа, консументи першого, другого і третього порядків, первинна і вторинна продукція, біомаса, правило екологічної піраміди.

Ланцюги живлення. Трофічні рівні. Головний процес, який протікає в екосистемах, — перенесення речовин та енергії. Цей потік спрямований від продуцентів до консументів, а потім — до редуцентів. У природі перенесення речовин та енергії — це поїдання одними організмами інших. При цьому вибудовується певна послідовність із об'єктів живлення й тих, хто їх поїдає, тому що останні, у свою чергу, стають жертвами хижаків або слугують господарями для паразитів. Усю цю послідовність живих організмів, що складається з ланок, — видів рослин, тварин, грибів і бактерій, пов'язаних один з одним відношеннями «їжа — споживач», називають трофічним ланцюгом.

Зазвичай між ланками трофічного ланцюга немає поодиноких зв'язків, тому що той самий вид рослин може бути об'єктом живлення для різних видів тварин, а будь-який вид гризунів, наприклад хом'як, живиться рослинною й тваринною їжею. У даному випадку трофічний ланцюг перетворюється у більш складну структуру — трофічну мережу.

Таким чином, навіть найбільш просто влаштований харчовий ланцюг представлений декількома трофічними рівнями. Перший трофічний рівень формують зелені рослини (продуценти): другий рівень займають тварини, що живляться рослинами (консументи першого порядку); третій рівень представляють хижаки, що поїдають рослиноїдних тварин (консументи другого порядку), четвертий і п'ятий трофічні рівні (консументи третього та четвертого порядків), які трапляються не так уже й часто — це хижаки, жертвами яким стають дрібніші хижаки.

Типи трофічних ланцюгів. Трофічні ланцюги ділять на два типи: ланцюги виїдання (форзац 2) й ланцюги розкладання. Типовий трофічний ланцюг виїдання можна легко проілюструвати на прикладі пасовища лугового типу, основу якого становлять автотрофні організми — трав'янисті рослини та їх насіння, якими живляться рослиноїдні та насіноїдні тварини (комахи, птахи, гризуни, копитні). Вони, у свою чергу, служать об'єктами живлення для сов, яструбів, тхорів, лисиць, вовків. Цікаво, але багато хижаків і самі стають об'єктами полювання: вовки часто поїдають лисиць, а пугачі полюють на ласок, горностаїв і дрібних сов.

Дуже довгі ланцюги виїдання існують в океанічних екосистемах, у яких завжди є консументи четвертого порядку й навіть можуть траплятися консументи п'ятого порядку. Основу цих ланцюгів також становлять автотрофні організми, але цього разу — одноклітинні водорості, які плавають у товщі води (фітопланктон). Вони є об'єктом живлення для зоопланктону. Ці невеликі рачки, у свою чергу, є чудовою їжею для дрібної риби (хамса й шпроти), а ця риба — вже їжа більших за розмірами хижих риб, наприклад, оселедців. Оселедці — це вже їжа для ще більших хижих риб (акули, тунці), а також дельфінів і тюленів. Але й тюлені — головний об'єкт полювання косаток.

Через те що більша частина рослин, яку не споживають рослиноїдні тварини, просто відмирає, то в грунті, у товщі води й на дні водойм утворюється детрит (від лат. детритус — стертий) — дрібні частинки мінералізованої органічної речовини, що залишилася від померлих організмів. Ці частинки стають їжею для бактерій, які є їжею для багатьох найпростіших (інфузорії, саркодові), й багатоклітинних тварин-детритофагів (кліщі, малощетинкові черви, личинки комах). Найпростіші й тварини-детритофаги становлять трофічну базу для більш дрібних м'ясоїдних тварин, які, у свою чергу, теж виявляються жертвами хижаків.

Ланцюги розкладання поширені переважно в лісах, але відіграють певну роль й у водних екосистемах, особливо у водоймах з високим умістом органічних речовин (іл. 54.1). Підраховано, що в масштабах Землі завдяки ланцюгам розкладання у кругообіг включаються близько 90 % енергії й речовин, запасених автотрофами, тоді як у колообіг за допомогою ланцюгів виїдання — лише 10 %.

Біологічна продукція. Первинним джерелом речовини та енергії для будь-якої екосистеми є продуценти: на суші — це вищі рослини, а у водному середовищі — нижчі (водорості). Саме на першому трофічному рівні виробляється первинна продукція — органічна речовина, яка утворилася в результаті фотосинтезу. Отже, первинна продукція — це маса синтезованої рослинами органічної речовини. Оцінюють первинну продуктивність як швидкість накопичення органічної речовини рослинами. Одна частина первинної продукції витрачається на обслуговування самих рослин (в основному на дихання), а друга частина органічної речовини, так звана чиста продукція, стає доступною для консументів. Органічні речовини, вироблені на другому та більш високих трофічних рівнях, утворюють вторинну продукцію. По суті, це консументи й редуценти — тварини й сапротрофні мікроорганізми.

Як найкраще оцінити продукцію конкретної екосистеми? Найпростіше — це вимірювати біомасу, тобто визначати сукупну масу всіх живих організмів, що живуть у даній екосистемі. Звичайно, зважити всі організми, що живуть у біогеоценозі, неможливо. Тому оцінити масу всіх організмів, що входять до екосистеми, можливо лише непрямим шляхом — за якоюсь її частиною (наприклад, маса всього живого з 1 м2 луки, поверхні або дна водойми), а потім отримане значення множать на всю площу.

Іл. 54.1. Принципова схема ланцюга розкладання

Оскільки клітини на 80 % складаються з води, то для одержання більш точних показників продуктивності використовують значення маси сухої речовини.

Екологічні піраміди. Цілком очевидно, що як рослини не здатні вловити всю сонячну енергію, яка на них падає, так і тварини не можуть засвоїти всю потенційну енергію, яку вони одержують, поїдаючи рослини й одне одного. Значний відсоток цієї енергії розсіюється у вигляді тепла. Крім того, частина органічних речовин, синтезованих клітинами рослин, залишається неперетравленими. Наприклад, травна система більшості тварин не здатна розщепити клітковину на молекули глюкози — для цього в них немає спеціальних ферментів. До того ж значна частина енергії поживних речовин, які організм тварини засвоює, витрачається на дихання та інші процеси життєдіяльності. Підраховано, що лише 10-15 % використовується на побудову нових клітин і тканин. Тому під час переходу від одного трофічного рівня до іншого відбуваються постійні втрати речовини та енергії, а їх потоки стають дедалі біднішими. У результаті навіть для четвертого трофічного рівня вже майже не залишається ані речовини, ані енергії, які були накопичені рослинами на першому рівні. Відповідно до зменшення речовини й енергії на кожному трофічному рівні падає й число особин, що входять до його складу.

У такий спосіб між трофічними рівнями існують певні кількісні закономірності, які вперше встановив та сформулював у положення британський учений Чарлз Сазерленд Елтон (1900-1991): «Число особин, що утворює послідовний ланцюг живлення, неухильно зменшується». Оскільки ця закономірність зазвичай зображується графічно у вигляді піраміди, то її називають пірамідою Елтона. Пояснити схему екологічної піраміди нескладно. Нехай один дельфін за рік з'їдає 1 000 оселедців, які, у свою чергу, поїдають 15 тис. шпротів, а для їжі останніх знадобилося 2,5 т зоопланктону, для якого необхідно не менше 30 тис. т фітопланктону. Це співвідношення в продуктивності різних трофічних рівнів екосистеми одержало назву правило екологічної піраміди, яке можна сформулювати так: маса кожної подальшої ланки ланцюга живлення прогресивно зменшується, причому продукція організмів кожного наступного трофічного рівня завжди менша в середньому до 10 разів за продукцію попереднього.

Розрізняють три типи екологічних пірамід: піраміда чисел, що відображає співвідношення між числом особин на кожному трофічному рівні; піраміда біомаси — кількість органічної речовини, що синтезована на кожному з рівнів; піраміда енергії — величина потоку енергії. Завдяки правилу екологічної піраміди можна оцінити кількість речовини та енергії на кожному із трофічних рівнів, порівняти різні екосистеми між собою. За допомогою цього підходу можна й оцінити максимальні розміри популяцій видів, що входять до конкретної екосистеми. Слід зазначити, що кожний тип екологічної піраміди має свої переваги й недоліки.

Будь-який біоценоз є багаторівневою системою — трофічною мережею, по якій пересуваються потоки речовини та енергії. Перший трофічний рівень утворюють продуценти — зелені рослини, другий — четвертий формують консументи (тварини).

Під час переміщення речовини й енергії по ланцюгах живлення відбувається їх втрата. У результаті кожний наступний рівень характеризується приблизно десятикратними скороченням речовини й енергії. Такою ж мірою зменшується число організмів на кожному з рівнів. Ця закономірність графічно описується у вигляді піраміди, а тому одержала назву «правило екологічної піраміди».

1. До якого трофічного рівня відносять рослини, а до яких можна віднести хижих тварин? 2. Які ланцюги харчування: виїдання чи розкладання більш енергоємні? 3. Як можна вимірювати біомасу в екосистемі заплавної луки площею 20 км2? 4. Які причини того, що під час переходу з одного трофічного рівня на іншій відбуваються зменшення потоку речовини й енергії? 5. Як формулюють правило екологічної піраміди?

• Яких видів тварин у біоценозі більше: тих, що живляться рослинною їжею, всеїдних, хижих чи взагалі жодної закономірності не існує?





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