Пищевые цепи, пищевые сети трофические уровни

4 вариант «Пищевые цепи, пищевые сети трофические уровни»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3

1. Модели пищевых цепей……………………………………………………4
2. Роль продуцентов в динамике пищевой цепи…………………………....5
3. Экологическая эффективность……………………………………………7
4. Детритная пищевая цепь…………………………………………………..9

Заключение………………………………………………………………………11

Список литературы………………………………………………………………12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Организмы в природе связаны  общностью энергии и питательных  веществ. Всю экосистему можно уподобить  единому механизму, потребляющему  энергию и питательные вещества для совершения работы. Питательные  вещества первоначально происходят из абиотического компонента системы, в который, в конце концов, и  возвращаются либо в качестве отходов  жизнедеятельности, либо после гибели и разрушения организмов.

Внутри экосистемы содержащие энергию органические вещества создаются  автотрофными организмами и служат пищей (источником вещества и энергии) для гетеротрофов. Типичный пример: животное поедает растения. Это животное в свою очередь может быть съедено  другим животным, и таким путем  может происходить перенос энергии  через ряд организмов - каждый последующий  питается предыдущим, поставляющим, поставляющим ему сырье и энергию. Такая  последовательность называется пищевой  цепью, а каждое ее звено - трофическим  уровнем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Модели пищевых цепей

Пищевая цепочка описывает иерархию живых организмов в экосистеме. Например, рассмотрим очень простую абстрактную  пищевую цепочку, которая состоит  из трех особей:

1. Хищник - мигрирующие агенты, поедающие травоядных.
2. Травоядное - мигрирующие агенты, поедающие растения.
3. Растение - представляют собой неподвижный источник еды для травоядных животных.

В нижней части цепочки находятся  растения. Они получают энергию из окружающей среды (дождя, почвы и  солнца). Следующий уровень занимают травоядные животные, — для выживания  они поедают растения. На верхней  ступени находятся хищники. В  этой модели хищники поедают травоядных животных, чтобы выжить. Мёртвые  травоядные и хищники удаляться  из модели.

Между особями существует четко  выраженный баланс. Что произойдет, если вдруг в результате засухи или  по другой причине исчезнут все растения? При этом нарушится баланс выживания  травоядных животных в среде, что  приведет к сокращению их популяции. Это отразится на всей цепочке  и повлияет на популяцию хищников.

Данный баланс может моделироваться и изучаться в сфере искусственной  жизни и науки о поведении.

Если какой-либо агент живет  в среде определённое время и  не получает еды, он сам погибает от голода. Когда агент поглощает  достаточное количество пищи, он может  размножаться. Таким образом, в среде  создаётся новый агент определенного  типа. Происходит эволюция, при которой  мутирует мозг агента.

Следует отметить, что агенты изначально не знают, как нужно выживать в  среде. Они не знают, что поедание пищи позволит им прожить дольше, что  нужно избегать тех, кто их ест, что  нужно охотиться, агенты должны познать  всё это в процессе эволюции.

Чтобы смоделировать пищевую цепочку, необходимо определить некоторые параметры:

А) Окружающую среду (физическое пространство, в котором взаимодействуют агенты);

Б) Самих агентов (а также их восприятие и поведение в среде);

В) Группу правил, которые определяют, как и когда происходит действие.

Травоядные животные являются мигрирующими агентами, которые определенным образом  воспринимают окружающую среду и  едят растения. Другими мигрирующими агентами в среде являются хищники, поедающие травоядных животных. Хищники  могут есть только травоядных, а  травоядные могут есть только растения. Если какой-либо агент живет в  среде определённое время и не получает еды, он сам погибает от голода. Когда агент поглощает достаточное  количество пищи, он может размножаться. Таким образом, в среде создается  новый агент определенного типа. Происходит эволюция, при которой  мутирует мозг агента (нейронная сеть).

 

2. Роль продуцентов в динамике пищевой цепи

 

Каждый вид использует лишь часть содержащейся в органическом веществе энергии. Непригодные для  данного вида, но еще богатые энергией вещества используют другие организмы. Таким образом, в процессе эволюции в биогеоценозах сложились цепи взаимосвязанных видов, последовательно  извлекающих материалы и энергию  из исходного пищевого вещества. Такие  связи между особями видов  называются пищевыми. Примеры пищевых  цепей можно видеть всюду. Самый  простой пример: травоядные животные поедают растения, а выделениями  животных и их трупами питаются различные  навозные и трупоядные насекомые  и гнилостные бактерии. Но в естественной обстановке цепи состоят из большего числа звеньев, так как в них  включаются плотоядные животные - хищники и паразиты. Органические остатки образуются в результате жизнедеятельности всех членов цепи.

Биогеоценозы очень сложны. В них всегда имеется много  параллельных и сложно переплетенных  цепей питания, а общее число  видов часто измеряется сотнями  и даже тысячами. Почти всегда разные виды питаются несколькими разными  объектами и сами служат пищей  нескольким членам экосистемы. В результате получается сложная сеть пищевых  связей.

Каждое звено пищевой  цепи называется трофическим уровнем. Первый трофический уровень занимают автотрофы, или так называемые первичные  продуценты. Организмы второго трофического уровня называются первичными консументами, третьего – вторичными консументами и т. д. Обычно бывает четыре или пять трофических уровней и редко  больше шести.

Первичными продуцентами являются автотрофные организмы, в  основном зеленые растения. Некоторые  прокариоты, а именно сине-зеленые  водоросли и немногочисленные виды бактерий, тоже фотосинтезируют, но их вклад относительно невелик. Фотосинтетики  превращают солнечную энергию (энергию  света) в химическую энергию, заключенную  в органических молекулах, из которых  построены ткани. Небольшой вклад  в продукцию органического вещества вносят и хемосинтезирующие бактерии, извлекающие энергию из неорганических соединений.

В водных экосистемах главными продуцентами являются водоросли –  часто мелкие одноклеточные организмы, составляющие фитопланктон поверхностных  слоев океанов и озер. На суше большую часть первичной продукции  поставляют более высокоорганизованные формы, относящиеся к голосеменным и покрытосеменным. Они формируют  леса и луга. 

Первичные консументы питаются первичными продуцентами, т. е. это травоядные животные. На суше типичными травоядными  являются многие насекомые, рептилии, птицы и млекопитающие. Наиболее важные группы травоядных млекопитающих  – это грызуны и копытные. К  последним относятся пастбищные животные, такие, как лошади, овцы, крупный рогатый скот, приспособленные к бегу на кончиках пальцев. 

В водных экосистемах (пресноводных и морских) травоядные формы представлены обычно моллюсками и мелкими ракообразными. Большинство этих организмов – ветвистоусые и веслоногие раки, личинки крабов, усоногие раки и двустворчатые моллюски (например, мидии и устрицы) –  питаются, отфильтровывая мельчайших первичных продуцентов из воды. Вместе с простейшими многие из них составляют основную часть зоопланктона, питающегося  фитопланктоном. Жизнь в океанах  и озерах практически полностью  зависит от планктона, так как  с него начинаются почти все пищевые  цепи.

К первичным консументам  относятся также паразиты растений (грибы, растения и животные). 

Вторичные консументы питаются травоядными; таким образом, это  уже плотоядные животные, так же как и третичные консументы, поедающие  консументов второго порядка. Консументы второго и третьего порядка могут  быть хищниками и охотиться, схватывать и убивать свою жертву, могут питаться падалью или быть паразитами. В  последнем случае они по величине меньше своих хозяев. Пищевые цепи паразитов необычны по ряду параметров. В типичных пищевых цепях хищников плотоядные животные оказываются крупнее  на каждом следующем трофическом  уровне.

 

3. Экологическая эффективность

Экологическая эффективность  – относительное количество энергии, передающейся от одного трофического уровня к другому. Экологическая эффективность обычно выражается в процентах.

 Некоторые основные  типы экологической эффективности приведены в таблице, где даны определения, основанные на представлениях об энергетических потоках.

 

Таблица 1

Различные типы экологической  эффективности

Отношение	Название и объяснение
I. Отношения между трофическими  уровнями:	+
I t over I { t – 1 }	Эффективность поглощения энергии  трофическим уровнем. Для первичного уровня это P G over L или P G over L A
A t over A { t – 1 }	Эффективность ассимиляции  трофического уровня.
P t over P { t – 1 }	Эффективность продукции  трофического уровня.
I t over P { t – 1 }	Эффективность использования.
II. Отношения внутри трофических  уровней	+
P t over A t	Эффективность роста тканей и продукции.
P t over I t	Экологическая эффективность  роста.
A t over I t	Эффективность ассимиляции.

 

Обозначения символов: L — свет (общий); L _A — поглощенный свет (на уровне продуцентов); P _G — общий фотосинтез (валовая продукция); P — продукция биомассы на каждом трофическом уровне; I — поступление энергии на трофический уровень; R — дыхание; A — ассимиляция; t — трофический уровень; t–1 — предыдущий трофический уровень.

Обычно сравниваются безразмерные величины эффективности, т.е. такие, в  которых и числитель, и знаменатель  дроби выражены в одних и тех  же единицах. Чаще всего экологическая эффективность выражают в кал/кал. На первом трофическом уровне поглощается около 50% падающего света, а превращается в энергию пищи всего 1—5% поглощенной энергии. Вторичная продуктивность на каждом последующем трофическом уровне консументов составляет около 10% от предыдущей, хотя на уровне хищников эффективность может достигать 20%. Новые исследования океанических пищевых цепей показали, что в тех случаях, когда в системе существуют так называемые "концентраторы", например пелагические оболочники (сальпы), отфильтровывающие из воды мелкие организмы и взвешенные частицы и производящие фекальные комочки, которые затем многократно проходят через кишечники более крупных организмов, могут достигаться трофические эффективности выше 20%. У теплокровных животных, постоянно поддерживающих высокую температуру тела, доля ассимилированной энергии, которая должна идти на дыхание, как минимум в 10 раз больше, чем у холоднокровных. Поэтому у первых эффективная продукция Р/А должна быть ниже.

 

5. Детритная пищевая цепь

 

Существуют два главных  типа пищевых цепей – пастбищные и детритные. Тела погибших растений и животных еще содержат энергию  и «строительный материал», так  же как и прижизненные выделения, например, моча и фекалии. Эти органические материалы разлагаются микроорганизмами, а именно грибами и бактериями, живущими как сапрофиты на органических остатках. Такие организмы называются редуцентами. Они выделяют пищеварительные  ферменты на мертвые тела или отходы жизнедеятельности и поглощают  продукты их переваривания. Скорость разложения может быть различной. Органические вещества мочи, фекалий и трупов животных потребляются за несколько  недель, тогда как упавшие деревья  и ветви могут разлагаться  многие годы. Очень существенную роль в разложении древесины (и других растительных остатков) играют грибы, которые выделяют фермент целлюлозу, размягчающий древесину, и это дает возможность мелким животным проникать  внутрь и поглощать размягченный материал.

Кусочки частично разложившегося материала называют детритом, и многие мелкие животные (детритофаги) питаются им, ускоряя процесс разложения. Поскольку в этом процессе участвуют  как истинные редуценты (грибы и  бактерии), так и детритофаги (животные), и тех и других иногда называют редуцентами, хотя в действительности этот термин относится только к сапрофитным организмам. 

Детритофагами могут в  свою очередь питаться более крупные  организмы, и тогда создается  пищевая цепь другого типа – цепь, цепь, начинающаяся с детрита.

К детритофагам лесных и  прибрежных сообществ относятся  дождевой червь, мокрица, личинка падальной  мухи (лес), полихета, багрянка, голотурия (прибрежная зона).

Некоторые типичные детритофаги - это дождевые черви, мокрицы, двупарноногие  и более мелкие (<0,5 мм) животные, такие, как клещи, ногохвостки, нематоды и черви-энхитреиды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Функциональная система, включающая в себя сообщество живых  существ и их среду обитания, называется экологической системой (или экосистемой). В такой системе связи между  ее компонентами возникают прежде всего  на пищевой основе. Пищевая цепь указывает путь движения органических веществ, а также содержащихся в  ней энергии и неорганических питательных веществ.

В экологических системах в процессе эволюции сложились цепи взаимосвязанных видов, последовательно  извлекающих материалы и энергию  из исходного пищевого вещества. Такая  последовательность называется пищевой  цепью, а каждое ее звено - трофическим  уровнем. Первый трофический уровень  занимают организмы автотрофы, или  так называемые первичные продуценты. Организмы второго трофического уровня называются первичными консументами, третьего - вторичными консументами и  т. д. Последний уровень обычно занимают редуценты или детритофаги.