Содержание
Питание живых организмов
Все живые организмы по способу питания разделяются на три категории — автотрофов (от греч. аутос – сам и трофа – питание), гетеротрофов (от греч. гетерос – другой) и редуцентов.
Автотрофы или продуценты – это организмы, производящие (продуцирующие) органическое вещество. Автотрофам для их существования достаточно наличие воды, двуокиси углерода, неорганических солей и подходящего источника энергии. По источнику используемой энергии автотрофы в свою очередь делятся на фотоавтотрофы и хемоавтотрофы.
Фотосинтезирующие автотрофы для синтеза органических веществ используют солнечную энергию. К ним относятся зелёные растения и пурпурные бактерии.
Процесс фотосинтеза начинается с того, что солнечные лучи поглощаются пигментом растений хлорофиллом, который и придаёт им зелёный цвет. Растения используют солнечную энергию для получения углеводородов (глюкозы, крахмала, целлюлозы) из углекислого газа (который они получают из атмосферы или воды) и воды (полученной из почвы или окружающих их источников воды). При этом выделяется кислород, являющийся побочным продуктом фотосинтеза. По сути, этот сложный процесс заключается в преобразовании лучистой энергии Солнца в химическую энергию, хранящуюся в сложных молекулярных структурах глюкозы и других углеводородов. Накопленная химическая энергия, созданная путём фотосинтеза, является прямым или косвенным источником питания для большинства организмов. Высокое содержание кислорода в атмосфере также является результатом фотосинтеза. Фотосинтез происходит практически на всей поверхности Земли и создаёт огромный геохимический эффект, который может быть выражен в количестве масс углекислоты и воды, ежегодно вовлекаемых растениями земного шара в построение органического живого вещества (табл. 1).
Таким образом, ежегодно 480 млрд. т вещества потребляется в процессе фотосинтеза зелёных растений. При этом создаётся 232 млрд. тонн органического вещества и выделяется в атмосферу 248 млрд. тонн свободного кислорода.
Таблица 1
| Среда обитания | Используется и поглощается млрд. тонн/год | Создаётся и выделяется млрд. тонн/год | ||
| СО2 | Н2О | СпН2пОп | О2 | |
| Суша | 253 | 103 | 172 | 184 |
| Океан | 88 | 36 | 60 | 64 |
| Всего | 341 | 139 | 232 | 248 |
Пурпурные бактериисодержат пигменты, которые могут использовать солнечную энергию для фиксации двуокиси углерода в виде углеводов. Однако у них эта реакция не приводит к образованию молекулярного кислорода, и источником водорода служит не вода, как при фотосинтезе, а сероводород, молекулярный водород или другие соединения.
Хемосинтезирующие автотрофы – это некоторые виды бактерий, которые образуют органические вещества, используя химическую энергию при окислении соединений серы и железа. Например, в некоторых районах дна океана гидротермальные выходы служат источником огромных количеств горячей соленой морской воды и сероводорода. В этой абсолютной темноте, в условиях высоких температур специальные бактерии-продуценты преобразуют неорганический сероводород в необходимые им органические вещества.
Только продуценты способны сами производить для себя пищу, Более того, они непосредственно или косвенно обеспечивают питательными элементами все другие виды организмов. Большинство же животных получают питательные вещества, потребляя в пищу растения или растительноядных животных; образно говоря, любое мясо – это трава.
Организмы, получающие питательные вещества и необходимую энергию, питаясь напрямую или косвенно продуцентами, называются консументами или гетеротрофами («питающиеся другими»). Консументы – это самые разнообразные организмы: простейшие, насекомые, пресмыкающиеся, рыбы, птицы, млекопитающие. Для них характерны утилизация, перестройка и разложение сложных органических веществ. Консументы, потребляющие живые организмы (растения и животных), называются биофагами, а использующие в качестве пищи мёртвое органическое вещество — сапрофагами.
Биофаги в свою очередь подразделяются на три основных класса:
- фитофаги (растительноядные) — это консументы 1-го порядка, питающиеся исключительно живыми растениями;
- зоофаги (хищники, плотоядные) – это консументы 2-го порядка, которые питаются исключительно растительноядными животными (фитофагами), а также консументы 3-го и более высоких порядков, питающиеся только плотоядными животными;
- эврифаги (всеядные), которые могут поедать как растительную, так и животную пищу.
Консументы, питающиеся остатками мёртвых растений или животных (детритом), называются сапрофагами (детритофагами). Примерами могут служить гиены, грифы, раки, земляные черви, многоножки, термиты, муравьи, личинки ряда мух и т.д.
Редуценты – это организмы (грибы и микроскопические одноклеточные бактерии), которые питаются мёртвым органическим веществом и при этом превращают его в неорганические соединения.
Уровни пищевой (трофической) цепи
Схема уровней пищевой (трофической) цепи
Пищевая цепь представляет собой линейную последовательность организмов, которые передают питательные вещества и энергию начиная с продуцентов и к высшим хищникам.
Трофический уровень организма — это положение, которое он занимает в пищевой цепи.
Первый трофический уровень
Пищевая цепь начинается с автотрофного организма или продуцента, производящего собственную пищу из первичного источника энергии, как правило, солнечной или энергии гидротермальных источников срединно-океанических хребтов. Например, фотосинтезирующие растения, хемосинтезирующие бактерии и археи.
Второй трофический уровень
Далее следуют организмы, которые питаются автотрофами. Эти организмы называются растительноядными животными или первичными потребителями и потребляют зеленые растения. Примеры включают насекомых, зайцев, овец, гусениц и даже коров.
Третий трофический уровень
Следующим звеном в пищевой цепи являются животные, которые едят травоядных животных — их называют вторичными потребителями или плотоядными (хищными) животными (например, змея, которая питается зайцами или грызунами).
Четвертый трофический уровень
В свою очередь, этих животных едят более крупные хищники — третичные потребители (к примеру, сова ест змей).
Пятый трофический уровень
Третичных потребителей едят четвертичные потребители (например, ястреб ест сов).
Каждая пищевая цепь заканчивается высшим хищником или суперхищником — животным без естественных врагов (например, крокодил, белый медведь, акула и т.д.). Они являются «хозяевами» своих экосистем.
Когда какой-либо организм умирает, его в конце концов съедают детритофаги (такие, как гиены, стервятники, черви, крабы и т.д.), а остальная часть разлагается с помощью редуцентов (в основном, бактерий и грибов), и обмен энергией продолжается.
Стрелки в пищевой цепи показывают поток энергии, от солнца или гидротермальных источников до высших хищников. По мере того, как энергия перетекает из организма в организм, она теряется на каждом звене цепи. Совокупность многих пищевых цепей называется пищевой сетью.
Положение некоторых организмов в пищевой цепи может варьироваться, поскольку их рацион отличается. Например, когда медведь ест ягоды, он выступает как растительноядное животное. Когда он съедает грызуна, питающегося растениями, то становиться первичным хищником. Когда медведь ест лосося, то выступает суперхищником (это связано с тем, что лосось является первичным хищником, поскольку он питается селедкой, а она ест зоопланктон, который питается фитопланктоном, вырабатывающим собственную энергию благодаря солнечному свету). Подумайте о том, как меняется место людей в пищевой цепи, даже часто в течение одного приема пищи.
Типы пищевых цепей
В природе, как правило, выделяют два типа пищевых цепей: пастбищную и детритную.
Пастбищная пищевая цепь
Схема пастбищной пищевой цепи
Этот тип пищевой цепи начинается с живых зеленых растений, предназначенных для питания растительноядных животных, которыми питаются хищники. Экосистемы с таким типом цепи напрямую зависят от солнечной энергии.
Таким образом, пастбищный тип пищевой цепи зависит от автотрофного захвата энергии и перемещения ее по звеньям цепи. Большинство экосистем в природе следуют этому типу пищевой цепи.
Примеры пастбищной пищевой цепи:
- Трава → Кузнечик → Птица → Ястреб;
- Растения → Заяц → Лиса → Лев.
Детритная пищевая цепь
Схема детритной пищевой цепи
Этот тип пищевой цепи начинается с разлагающегося органического материала — детрита — который употребляют детритофаги. Затем, детритофагами питаются хищники. Таким образом, подобные пищевые цепи меньше зависят от прямой солнечной энергии, чем пастбищные. Главное для них — приток органических веществ, производимых в другой системе.
К примеру, такой тип пищевой цепи встречается в разлагающейся подстилке умеренного леса.
Энергия в пищевой цепи
Энергия переносится между трофическими уровнями, когда один организм питается другим и получает от него питательные вещества. Однако это движение энергии неэффективное, и эта неэффективность ограничивает протяженность пищевых цепей.
Когда энергия входит в трофический уровень, часть ее сохраняется как биомасса, как часть тела организмов. Эта энергия доступна для следующего трофического уровня. Как правило, только около 10% энергии, которая хранится в виде биомассы на одном трофическом уровне, сохраняется в виде биомассы на следующем уровне.
Этот принцип частичного переноса энергии ограничивает длину пищевых цепей, которые, как правило, имеют 3-6 уровней.
На каждом уровне, энергия теряется в виде тепла, а также в форме отходов и отмершей материи, которые используют редуценты.
Почему так много энергии выходит из пищевой сети между одним трофическим уровнем и другим? Вот несколько основных причин неэффективной передачи энергии:
- На каждом трофическом уровне значительная часть энергии рассеивается в виде тепла, поскольку организмы выполняют клеточное дыхание и передвигаются в повседневной жизни.
- Некоторые органические молекулы, которыми питаются организмы, не могут перевариваться и выходят в виде фекалий.
- Не все отдельные организмы в трофическом уровне будут съедены организмами со следующего уровня. Вместо этого, они умирают, не будучи съеденными.
- Кал и несъеденные мертвые организмы становятся пищей для редуцентов, которые их метаболизируют и преобразовывают в свою энергию.
Итак, ни одна из энергий на самом деле не исчезает — все это в конечном итоге приводит к выделению тепла.
Види ланцюгів живлення
В цілому розрізняють два основних види ланцюгів живлення: ланцюг виїдання (він же пасовищний ланцюг живлення) і детритний ланцюг живлення, який ще називають ланцюгом розкладання.
Пасовищний ланцюг живлення
Пасовищний ланцюг живлення в цілому простий та зрозумілий, його суть коротко описана на початку статті: рослини служать їжею для травоїдних тварин і в науковій термінології звуться продуцентами. Травоїдні, що поїдають рослини називаються консументами (з латинської це слово перекладається як «споживачі») першого порядку. Дрібні хижаки є консументами другого порядку, а більші вже третього. У природі зустрічаються і більш довгі ланцюги живлення, що налічують п’ять і більше ланок, такі зустрічаються в основному в океанах, де більші (і ненажерливі) риби поїдають дрібніших, ті в свою чергу їдять ще дрібніших і так аж до водоростей. Замикає ланки ланцюга живлення особливо щаслива ланка, яке вже нікому не служить їжею. Зазвичай це людина, зрозуміло, за умови, що вона обережна і не, намагається плавати з акулами або гуляти з левами )). А якщо серйозно то така замикаюча ланка живлення в біології називається редуцентом.
Детритний ланцюг живлення
А ось тут все відбувається трішечки навпаки, а саме потік енергії ланцюга живлення йде в протилежну сторону: великі тварини, будь-то хижаки або травоїдні вмирають і розкладаються, їх останками харчуються більш дрібні тварини, різні падальщики (наприклад, гієни), які в свою чергу також вмирають і розкладаються, і їх тлінні останки аналогічно служать їжею, або, для ще більш дрібних любителів мертвого (наприклад, деяких видів мурах), або ж для різних спеціальних мікроорганізмів. Мікроорганізми, переробляючи останки, виділяють спеціальну речовину, яка називається детритом, звідси і назва цього ланцюга живлення.
Більш наочна схема ланцюга живлення представлена на зображенні.
