§ 46. Функциональные блоки сообщества. Энергетические связи и трофические сети

Определения и обозначения

Функциональные блоки сообщества — группы организмов, различающиеся ролью в создании, потреблении и разложении органического вещества. Это деление показывает, как разные виды участвуют в работе сообщества. По нему можно понять, откуда берётся органическое вещество и что с ним происходит дальше.

Трофический уровень — положение организма в цепи питания, определяемое тем, откуда он получает пищу и энергию. Уровень помогает описать передачу пищи от одного звена к другому. Его определяют не только по названию вида, но и по конкретному рациону.

Пищевая цепь — последовательность организмов, в которой каждый предыдущий служит пищей следующему. Она упрощённо показывает один путь передачи вещества и энергии. По цепи можно проследить, кто является пищевым ресурсом для каждого организма.

Трофическая сеть — совокупность взаимосвязанных пищевых цепей сообщества. Она отражает пищевые связи точнее, чем одна цепь, потому что у большинства организмов несколько источников пищи или потребителей. Сеть помогает оценить последствия изменения численности отдельных видов.

Как это устроено

Организмы объединяют в функциональные блоки, потому что их существование связано с поступлением, передачей и преобразованием вещества и энергии. Одни виды производят органическое вещество, другие используют уже созданное, а третьи разлагают остатки. Если рассматривать только отдельные виды, общая работа сообщества останется неясной. Функциональное деление помогает увидеть, как пищевые связи связывают организмы в систему.

Продуценты создают органическое вещество из неорганического. Большинство использует энергию света, а некоторые организмы получают её за счёт химических реакций. Созданное вещество содержит энергию и становится пищевым ресурсом для других организмов. Поэтому продуценты образуют начальное звено большинства пищевых цепей и обеспечивают сообщество органической пищей.

Консументы получают готовое органическое вещество, поедая продуцентов или других консументов. Растительноядные животные питаются продуцентами, а хищники — другими животными, поэтому они занимают разные трофические уровни. Порядок уровней зависит от пути передачи пищи: чем дальше организм от продуцента в цепи, тем выше его уровень. Всеядный организм может питаться и растениями, и животными, а значит, его положение зависит от конкретного источника пищи.

Редуценты используют органические остатки и разлагают сложные вещества до минеральных. Эти вещества возвращаются в среду и могут снова поглощаться продуцентами, поэтому вещество участвует в круговороте. Энергия, заключённая в органическом веществе, при жизнедеятельности организмов рассеивается в виде тепла. Следовательно, редуценты возвращают в оборот вещества, но не восстанавливают исходный поток энергии.

Пищевые цепи переплетаются, потому что животные часто используют несколько источников пищи, а сами могут становиться добычей разных видов. Один вид поэтому оказывается общим звеном нескольких цепей. Если представить сообщество одной длинной последовательностью, часть этих связей потеряется. Трофическая сеть показывает несколько возможных путей передачи вещества и энергии и помогает понять, почему изменение одного звена способно затронуть разные популяции.

Функциональные блоки сообщества и их роль

Сначала определите, откуда организм получает пищу или энергию, затем сопоставьте это с его ролью. Консументы первого порядка питаются продуцентами, а последующих — другими консументами. При этом таблица описывает функциональные роли, а не неизменный список видов: питание некоторых организмов зависит от ситуации.

Разбор задач

Задача 1. В цепи «трава → заяц → лисица» определите продуцента и консументов, укажите трофический уровень каждого организма. Стрелка показывает, к кому переходит пища от предыдущего звена. Проследим цепь от её начала, чтобы не перепутать роли.

1. Трава создаёт органическое вещество, поэтому это продуцент и первый трофический уровень. Она служит пищей зайцу. Начало цепи задаёт точку отсчёта для следующих уровней.

2. Заяц питается травой, значит, это консумент первого порядка. Он занимает второй трофический уровень. Так определяется его место относительно продуцента.

3. Лисица получает пищу, поедая зайца, поэтому она консумент второго порядка. Её трофический уровень — третий. Каждый переход к следующему потребителю добавляет уровень в данной цепи.

Ответ: трава — продуцент, первый уровень; заяц — консумент первого порядка, второй уровень; лисица — консумент второго порядка, третий уровень.

Задача 2. Составьте две пищевые цепи из организмов: злаки, мышь, сова, кузнечик, лягушка, уж; затем найдите общее звено. Нужно выбрать такие связи, при которых следующий организм действительно может питаться предыдущим. Запись начинайте с источника пищи и направляйте стрелки к потребителю.

1. Злаки служат пищей мыши, а мышь может быть добычей совы. Получаем цепь «злаки → мышь → сова». В ней стрелки направлены от пищи к тому, кто её ест.

2. Злаками может питаться кузнечик, кузнечиком — лягушка, а лягушка может стать добычей ужа. Получаем цепь «злаки → кузнечик → лягушка → уж». Это второй возможный путь передачи пищи.

3. Сравним цепи по организмам, а не по их порядку. В обеих есть злаки, с которых начинается передача органического вещества. Это общее звено связывает цепи в часть трофической сети.

Ответ: «злаки → мышь → сова» и «злаки → кузнечик → лягушка → уж»; общее звено — злаки.

Задача 3. В сообществе уменьшилось число растительноядных насекомых. Предскажите возможные изменения численности растений и насекомоядных птиц, объяснив связи. Одного прямого эффекта недостаточно: следует проследить, как меняется доступность пищи для разных звеньев сети. Результат будет зависеть и от других источников пищи, поэтому вывод не всегда однозначен.

1. Меньше растительноядных насекомых — меньше потребителей растений. При прочих равных растения могут увеличиться, поскольку их съедают реже. Однако на численность растений влияют также другие растительноядные виды и условия среды.

2. Насекомоядным птицам становится доступно меньше привычной пищи. Если заменить её нечем, численность птиц может снизиться или им придётся искать другие источники пищи. Возможность переключения зависит от рациона конкретного вида.

3. Проверьте, какие связи ещё есть в сети: птицы могут питаться другими насекомыми, а растения — поедаться другими животными. Поэтому изменение исходного звена влияет на популяции не изолированно. Следует говорить о возможных последствиях, а не о неизбежном росте или сокращении каждой группы.

Ответ: численность растений может возрасти, а насекомоядных птиц — уменьшиться при нехватке альтернативной пищи. Точный результат зависит от других пищевых связей сообщества.

Типичные ошибки

Ошибка: считать редуцентов обычными консументами. Её допускают, потому что редуценты тоже используют органическое вещество, но их особая роль — разложение остатков и возвращение минеральных веществ в среду. Проверьте себя вопросом: что происходит с мёртвым органическим веществом? Если оно разлагается и минеральные вещества высвобождаются, речь идёт о редуцентной роли.

Ошибка: определять трофический уровень только по виду организма. Так делают, когда запоминают готовую схему и не учитывают, что рацион может меняться. Уровень определяется тем, чем именно организм питается в рассматриваемой цепи. Проверьте, от какого звена поступает пища и сколько переходов отделяет организм от продуцента.

Ошибка: представлять пищевую цепь как передачу энергии в обе стороны. Причина обычно в том, что стрелку воспринимают как связь между двумя организмами без указания направления. На самом деле она идёт от пищевого ресурса к потребителю. Для проверки прочитайте цепь словами: «это съедается следующим».

Ошибка: считать, что энергия замыкается в круговорот вместе с веществом. Путаница возникает потому, что редуценты возвращают минеральные вещества, и кажется, будто возвращается всё. Вещество действительно снова используют продуценты, а энергия при передаче рассеивается. Проверьте себя, разделив вопрос на два: что возвращается в среду и что проходит через сообщество?

Связь с другими темами

Для понимания пищевых связей нужно различать органические и минеральные вещества: первые служат пищей, а вторые могут использоваться продуцентами при создании органического вещества. Также важно знать основы фотосинтеза и питания организмов, чтобы проследить, откуда поступают вещество и энергия. Без этих представлений трудно объяснить роль продуцентов и редуцентов.

Трофические уровни и пищевые сети служат основой для изучения потока энергии и экологических пирамид. По ним можно разбирать, как меняется количество энергии на разных ступенях питания и почему устойчивость экосистемы зависит от связей между видами. Эти знания помогают оценивать последствия изменений численности отдельных популяций.

Что запомнить

• Продуценты создают органическое вещество из неорганического.
• Консументы получают органическое вещество, потребляя другие организмы.
• Редуценты разлагают органические остатки.
• Трофический уровень показывает положение организма в питательной последовательности.
• Пищевые цепи сообщества связаны в трофическую сеть.
• Вещество может участвовать в круговороте, а энергия проходит через сообщество и рассеивается.