§ 19. Цепи и сети питания. Экологические пирамиды

Определения и обозначения

Цепь питания — последовательность организмов, в которой каждый предыдущий служит пищей следующему. Она показывает направление передачи вещества и энергии: от пищевого объекта к потребителю. Это помогает проследить, откуда организм получает ресурсы и кто может зависеть от него.

Сеть питания — совокупность взаимосвязанных цепей питания одной экосистемы. Один организм может входить в несколько цепей, поскольку питается разными видами или сам становится добычей разных потребителей. Понятие сети точнее передаёт множество связей в природе, чем отдельная цепь.

Трофический уровень — положение организма в цепи, определяемое способом получения пищи. Продуценты, например растения и водоросли, создают органическое вещество; консументы первого порядка питаются продуцентами, а второго — консументами первого порядка. Уровень нужен, чтобы сравнивать роль организмов в передаче пищи и энергии.

Экологическая пирамида — графическое изображение соотношения организмов, их биомассы или энергии на последовательных трофических уровнях. Каждый уровень изображают ступенью. Вид пирамиды показывает, какой именно показатель сравнивают и как он меняется по мере перехода по цепи.

Как это устроено

Цепь начинается с продуцентов, потому что они создают органическое вещество из неорганических веществ, используя источник энергии, обычно солнечный свет. Это вещество становится пищей для консументов, которые сами не производят органику из неорганических веществ. Поэтому поток пищи и энергии идёт от продуцентов к тем, кто ими питается, а затем к хищникам. Редуценты разлагают остатки организмов и возвращают вещества в круговорот, хотя обычно их не включают в простую линейную цепь.

Трофический уровень определяют не только по названию вида, но и по его пище в рассматриваемой цепи. Продуценты занимают первый уровень, растительноядные консументы — второй, а хищники, поедающие растительноядных, — третий. Если организм всеяден, его положение зависит от того, какой пищей он питается в конкретной цепи. Поэтому один и тот же вид может оказаться на разных уровнях в разных пищевых последовательностях.

Представим, что растения поедают кузнечики и мыши, кузнечиков — лягушки, а мышей и лягушек — ужи. Здесь можно выделить цепи «растения → кузнечик → лягушка → уж» и «растения → мышь → уж». Они пересекаются на растениях и ужах, поэтому вместе образуют сеть питания. Сеть отражает разнообразие пищевых связей и показывает, что исчезновение одного источника пищи может повлиять сразу на несколько видов.

Организм использует часть полученной энергии на движение, рост, поддержание температуры и другие процессы. Значительная часть энергии рассеивается в виде тепла или остаётся в веществах, которые не были съедены либо усвоены. Поэтому следующему трофическому уровню достаётся лишь часть исходной энергии. Правило 10% описывает типичную оценку передачи, но фактическая доля зависит от организмов и условий.

Пирамида чисел считает организмы, пирамида биомассы сравнивает суммарную массу живого вещества, а пирамида энергии — энергию, поступающую или накопленную за определённое время. Числа и биомасса на нижнем уровне не всегда больше: например, одно дерево может прокормить множество насекомых, а биомасса быстро размножающегося планктона может быть меньше биомассы потребителей в момент измерения. Пирамида энергии не переворачивается, поскольку на каждом переходе часть энергии расходуется и рассеивается. Поэтому её ступени показывают последовательное уменьшение доступного запаса.

Виды экологических пирамид

Сначала определите, какой показатель дан в задаче: количество особей, масса или энергия. Затем разместите значения по трофическим уровням, начиная с продуцентов. Форма ступеней зависит от показателя и условий экосистемы.

Разбор задач

Задача 1. Составьте цепь питания из организмов: трава, лягушка, кузнечик, уж. Укажите стрелки и трофический уровень каждого организма. Стрелка должна показывать путь от пищи к тому, кто её съедает.

1. Определяем продуцента: трава создаёт органическое вещество и служит пищей кузнечику.
2. Кузнечик — пища лягушки, а лягушка — пища ужа. Записываем последовательность: трава → кузнечик → лягушка → уж.
3. Распределяем уровни: трава — продуцент; кузнечик — консумент первого порядка; лягушка — второго; уж — третьего.

Ответ: трава → кузнечик → лягушка → уж. Стрелки направлены к потребителю, а уровни консументов последовательно возрастают.

Задача 2. По цепи «водоросли → рачки → мелкая рыба → крупная рыба» постройте пирамиду чисел, если на уровнях соответственно 10 000, 1 000, 100 и 10 организмов. Нужно представить численность в виде ступеней и определить, как меняется количество особей.

1. Располагаем организмы по трофическим уровням: водоросли — продуценты, рачки — консументы первого порядка, мелкая рыба — второго, крупная — третьего.
2. Записываем число особей для каждого уровня: 10 000, 1 000, 100 и 10. Каждое следующее значение в десять раз меньше предыдущего.
3. Изображаем широкую нижнюю ступень для водорослей и последовательно сужающиеся ступени для рачков, мелкой и крупной рыбы.

Ответ: пирамида чисел прямая; её ступени соответствуют 10 000, 1 000, 100 и 10 организмам снизу вверх. Здесь показана именно численность, а не масса организмов или запас энергии.

Задача 3. На каждом следующем уровне сохраняется 10% энергии. Продуценты накопили 50 000 кДж. Найдите энергию консументов второго порядка и объясните, почему она меньше исходной.

1. Консументы первого порядка получают около 10% энергии продуцентов: 50 000 × 0,1 = 5 000 кДж.
2. Консументы второго порядка получают около 10% от энергии предыдущего уровня: 5 000 × 0,1 = 500 кДж.
3. Проверяем, что применили долю дважды: от продуцентов до второго порядка есть два перехода. Значительная часть энергии расходуется организмами или рассеивается при каждом переходе.

Ответ: около 500 кДж. Значение является оценкой по условному правилу 10%, а не неизменной величиной для всех экосистем.

Типичные ошибки

Стрелку иногда направляют от хищника к добыче, потому что мысленно показывают, кто кого ловит. Но в цепи она показывает передачу вещества и энергии, значит, идёт от пищи к потребителю. Проверьте запись вопросом: «Кто получает пищу от предыдущего организма?» — стрелка должна указывать на него.

Трофический уровень могут ошибочно приписать виду раз и навсегда. Это происходит, когда забывают, что всеядный организм способен питаться разными организмами. Проверьте себя: проследите конкретную цепь от продуцента и определите роль вида именно в ней.

Пирамиды чисел, биомассы и энергии иногда трактуют как один и тот же показатель. Их ступени могут выглядеть похоже, поэтому легко не заметить, что сравниваются разные величины. Перед выводом подпишите показатель и единицы: особи, масса или энергия за время.

Правило 10% принимают за точное универсальное значение или считают, что вся энергия переходит дальше. Причина ошибки — превращение удобной оценки в обязательный закон для каждой цепи. Проверьте, учли ли вы потери на каждом переходе, и называйте 10% приблизительным ориентиром, если задача не задаёт точную долю.

Связь с другими темами

Для понимания пищевых связей нужно различать продуцентов, консументов и редуцентов, а также органические и неорганические вещества. Эти понятия объясняют, кто создаёт органическое вещество, кто его потребляет и как остатки возвращаются в круговорот. Тема цепей и пирамид помогает изучать потоки вещества и энергии в экосистемах, устойчивость сообществ и последствия изменений пищевых связей. Если один вид исчезает или становится многочисленнее, последствия могут затронуть несколько звеньев сети.

Что запомнить

• Цепь питания показывает последовательную передачу пищи, вещества и энергии.
• Стрелка в цепи направлена от пищевого объекта к потребителю.
• Несколько связанных цепей образуют сеть питания.
• Трофический уровень определяется ролью организма в конкретной цепи.
• При передаче энергии между уровнями значительная её часть рассеивается.
• Экологические пирамиды отражают численность, биомассу или энергию на трофических уровнях.
• Пирамида энергии не бывает перевёрнутой.