§ 41. Пищевые связи в экосистеме

Определения и обозначения

Пищевая цепь — последовательность организмов, в которой каждый предыдущий организм служит пищей следующему. Например, растение может быть съедено растительноядным животным, а оно — хищником. Цепь помогает проследить передачу вещества и энергии между участниками экосистемы. Это не просто список видов: каждый переход должен обозначать пищевую связь.

Трофический уровень — положение организма в пищевой цепи, определяемое его способом питания. Производители обычно находятся на первом уровне, а питающиеся ими растительноядные животные — на следующем. Положение нужно учитывать, чтобы понять, откуда организм получает пищу и энергию. У всеядного организма уровень может различаться в разных цепях.

Пищевая сеть — совокупность взаимосвязанных пищевых цепей одной экосистемы. В ней один и тот же организм может участвовать в нескольких последовательностях питания. Сеть точнее описывает природные отношения, чем отдельная цепь. Она помогает увидеть, как изменение численности одного вида может затронуть других.

Экологическая пирамида показывает соотношение организмов, их биомассы или энергии на разных трофических уровнях. Её ступени соответствуют уровням питания, начиная обычно с производителей. Такая схема позволяет сравнить, сколько организмов или ресурсов приходится на каждую ступень. По пирамиде энергии также видно, почему её количество уменьшается вверх по цепи.

Как это устроено

Большинство пищевых цепей начинается с производителей — растений, водорослей и некоторых бактерий. Они создают органические вещества из неорганических, обычно используя энергию света при фотосинтезе. Благодаря этому в экосистеме появляется запас органического вещества, которым могут питаться другие организмы. Без производителей большинство цепей не получало бы первоначального источника пищи и энергии.

Далее вещество и энергия передаются от производителей к растительноядным животным, а от них — к хищникам. Например, растение поедает гусеница, а гусеницу — птица. Стрелка в схеме направлена от пищи к тому, кто её потребляет, поэтому показывает направление передачи вещества и энергии. Если изобразить связь наоборот, смысл питания будет прочитан неправильно.

В природе у животного часто не один источник пищи, а у самого животного может быть несколько врагов. Например, лиса питается и зайцами, и мышами, а зайцы и мыши могут поедать разные растения. Поэтому цепи пересекаются и образуют пищевую сеть. Сеть нужна, чтобы описывать реальные связи, а не сводить их к одной упрощённой последовательности.

Разрушители, к которым относятся многие бактерии и грибы, разлагают мёртвые организмы и их остатки. При этом сложные органические вещества превращаются в более простые, возвращающиеся в почву и воду. Производители могут снова использовать эти вещества для образования органики. Так разрушители связывают остатки организмов с круговоротом веществ и разными участками экосистемы.

При переходе от одного трофического уровня к следующему доступной энергии становится меньше. Организмы используют её на движение, рост и другие процессы, а часть рассеивается в виде тепла. Поэтому до следующего потребителя доходит лишь часть энергии, заключённой в пище. В экологической пирамиде энергии это отражается уменьшением запаса энергии на более высоких уровнях; сходное уменьшение часто наблюдается и для биомассы.

Участники пищевых связей и их роль

Сначала определите, чем питается организм, и только потом выбирайте его группу. Потребителей различают по тому, какого порядка организмы служат им пищей. Разрушителей удобнее выделять отдельно: они используют остатки разных участников экосистемы.

Разбор задач

1. Составить цепь из травы, кузнечика, лягушки и ужа

Условие. Нужно расположить траву, кузнечика, лягушку и ужа в пищевую цепь. Стрелки должны обозначать направление передачи пищи. Для этого выясним, кто кого ест.

1. Кузнечик питается травой, поэтому трава должна стоять перед кузнечиком.
2. Лягушка может питаться кузнечиком, а уж — лягушкой, значит, они следуют в таком порядке.
3. Проведём стрелки от каждого пищевого объекта к его потребителю.

Ответ. Трава → кузнечик → лягушка → уж. Стрелки показывают передачу вещества и энергии от пищи к тому, кто её ест.

2. Определить уровень карася в цепи

Условие. Дана цепь: водоросли → дафния → карась → щука. Нужно назвать трофический уровень карася и его пищу. Считать уровни следует от производителя, а не от выбранного животного.

1. Водоросли — производители и первый трофический уровень.
2. Дафния питается водорослями, поэтому занимает второй уровень.
3. Карась ест дафнию и следует за ней: это третий уровень.

Ответ. Карась находится на третьем трофическом уровне; его пища в данной цепи — дафния.

3. Составить фрагмент пищевой сети

Условие. Лисица питается зайцами и мышами, а заяц и мышь — растениями. Нужно изобразить связи и объяснить, почему одного списка недостаточно. Каждая стрелка должна идти от пищи к потребителю.

1. Сначала запишем две связи: растения → заяц и растения → мышь.
2. Добавим отношения хищника с добычей: заяц → лисица и мышь → лисица.
3. Получились пересекающиеся цепи: растения → заяц → лисица и растения → мышь → лисица.
4. Один вид пищи может связывать цепи, поэтому все отношения лучше показать вместе.

Ответ. Фрагмент сети состоит из указанных четырёх связей. Его нельзя представить одной цепью, потому что лисица питается несколькими видами добычи, а растения служат пищей разным потребителям.

Типичные ошибки

Стрелку иногда направляют от потребителя к его пище. Так происходит, если воспринимать её как указание, кто кого ест, а не как передачу вещества и энергии. Проверка простая: найдите организм, который служит пищей, — стрелка должна идти от него к едоку. Например, верно: трава → кузнечик.

Ошибочно считать, что организм всегда занимает только один трофический уровень. Это заблуждение возникает, если не учитывать всеядность и разные варианты питания. Проверьте себя: спросите, какой именно пищей организм питается в рассматриваемой цепи. Если пища меняется, может измениться и его положение.

Список видов сам по себе ещё не является пищевой цепью. Перечисление растений, животных и грибов не показывает, кто кому служит пищей. Чтобы проверить схему, проследите каждый переход и назовите пищевую связь. Если последовательность питания не прослеживается, стрелки или их обоснование нужно исправить.

Нельзя считать, что вся энергия одного уровня полностью переходит на следующий. Такая ошибка появляется, когда пищевую цепь представляют как простую передачу всей пищи целиком. На деле организмы расходуют энергию на жизнедеятельность, а часть рассеивается. Проверка: помните, что на каждом переходе доступной энергии становится меньше.

Связь с другими темами

Для понимания пищевых связей нужно различать производителей, потребителей и разрушителей, а также знать, откуда организмы получают энергию. Производители создают органические вещества, потребители используют их или поедают других потребителей, а разрушители перерабатывают остатки. Эти роли помогают определить место вида в цепи и сети. Без них трудно правильно прочитать направление стрелок.

Пищевые связи дополняют тему круговорота веществ: вещества переходят между организмами и средой, а затем снова используются. Одновременно цепи показывают поток энергии и её уменьшение при переходах. Эти знания нужны, чтобы объяснять устойчивость экосистем и возможные последствия изменений численности видов. Например, исчезновение одного звена может повлиять сразу на несколько связанных цепей.

Что запомнить

• Пищевая цепь показывает последовательность передачи пищи и энергии.
• Стрелка в пищевой цепи направлена от пищевого объекта к потребителю.
• Первый трофический уровень обычно образуют производители.
• Пищевые цепи одной экосистемы переплетаются в пищевую сеть.
• Разрушители разлагают органические остатки и участвуют в круговороте веществ.
• При переходе между трофическими уровнями доступная энергия уменьшается.