§ 22. Трофическая структура экосистемы

Определения и обозначения

Трофическая структура экосистемы — распределение организмов по пищевым связям и трофическим уровням. Она показывает, кто служит пищей другим организмам и как передаются вещество и энергия. По ней можно проследить взаимозависимость обитателей экосистемы.

Трофический уровень — положение организма в пищевой цепи, определяемое источником его питания. Этот термин помогает сравнивать роль организмов, а не просто перечислять виды. Один организм может занимать разные уровни, если питается пищей из разных звеньев.

Пищевая цепь — последовательность организмов, в которой каждый предыдущий служит пищей следующему. Стрелка направлена от пищи к потребителю и обозначает перенос вещества и энергии. Цепь позволяет разобрать отдельный путь питания.

Пищевая сеть — совокупность взаимосвязанных пищевых цепей одной экосистемы. Всеядность и общие пищевые ресурсы связывают цепи между собой: один организм может питаться несколькими видами и сам быть пищей для разных потребителей. Поэтому сеть точнее отражает разнообразие связей в природе.

Как это устроено

Трофическая структура начинается с продуцентов — организмов, образующих органическое вещество из неорганических. Например, растения используют энергию света, чтобы создавать вещества, которые могут стать пищей для других организмов. Без этого первичного источника органического вещества консументы не получили бы необходимый материал и энергию. Поэтому продуценты образуют основу большинства пищевых цепей.

Консументы получают органическое вещество, поедая другие организмы. Первичные консументы питаются продуцентами, а консументы более высоких порядков — животными, которые сами могут быть потребителями. Такое деление зависит от того, что именно съедает организм, а не только от его внешнего вида или названия вида. Например, травоядное животное обычно является консументом первого порядка.

Редуценты, к которым относятся многие бактерии и грибы, разлагают остатки организмов и продукты их жизнедеятельности до неорганических веществ. Так вещества возвращаются в окружающую среду и снова могут использоваться продуцентами. Редуценты получают органический материал из остатков организмов разных трофических уровней, а не только от последнего консумента. Поэтому их нельзя представить лишь как финальное звено одной линейной цепи.

Пищевая цепь описывает отдельный путь передачи вещества и энергии: например, от растения к травоядному, а затем к хищнику. В реальной экосистеме у большинства организмов есть несколько источников пищи и несколько потребителей. Из-за этих пересечений отдельные цепи связываются в пищевую сеть. Сеть помогает увидеть, что изменение численности одного вида способно повлиять сразу на несколько связей.

При переходе между трофическими уровнями организмы расходуют значительную часть энергии на жизнедеятельность, а часть рассеивается в виде тепла. Поэтому следующему уровню достаётся меньше энергии, чем было доступно предыдущему. В результате биомасса и число организмов обычно уменьшаются к верхним уровням, хотя конкретное соотношение зависит от экосистемы. Это объясняет, почему длинные пищевые цепи встречаются реже, чем короткие.

Основные звенья трофической структуры экосистемы

Чтобы пользоваться таблицей, сначала определите, откуда организм получает органическое вещество, а затем установите его роль. Уровень консумента считают от продуцента: тот является первым уровнем, его потребитель — вторым. Редуцентов рассматривайте отдельно от линейного счёта, поскольку они разлагают остатки организмов разных уровней.

Разбор задач

Задача 1. В цепи «трава — заяц — лисица» определите трофический уровень зайца и лисицы.

Считайте уровни от источника органического вещества. Трава — продуцент, поэтому занимает первый уровень. Далее выясните, кто и чем питается: такой порядок не позволяет ошибочно принять всех животных за один и тот же уровень.

1. Трава образует органическое вещество и относится к первому трофическому уровню.
2. Заяц питается травой, значит, он консумент первого порядка и занимает второй уровень.
3. Лисица питается зайцем, поэтому она консумент второго порядка и занимает третий уровень.

Ответ: заяц — второй трофический уровень, лисица — третий. В обозначениях по порядку консументов это соответственно консумент первого и второго порядка.

Задача 2. Постройте пищевую цепь для экосистемы пруда из водорослей, дафний и окуня и укажите направление передачи вещества и энергии.

Начните с организма, который сам образует органическое вещество, а не питается готовой пищей. Затем расположите его потребителя и следующего потребителя. Стрелки ставьте в направлении переноса вещества и энергии — от пищи к тому, кто её ест.

1. Водоросли являются продуцентами и создают органическое вещество.
2. Дафнии питаются водорослями, поэтому следуют за ними и выступают консументами первого порядка.
3. Окунь питается дафниями, поэтому становится следующим звеном цепи.
4. Проверьте направление стрелок: каждая должна идти от съедаемого организма к потребителю.

Ответ: водоросли → дафнии → окунь. Вещество и энергия передаются от водорослей к дафниям, а затем к окуню.

Задача 3. В пищевой сети есть цепи «трава — кузнечик — лягушка — уж» и «трава — мышь — уж». Определите положение ужа и объясните, почему его нельзя однозначно отнести к одному трофическому уровню.

Уж встречается в конце обеих цепей, но положение его добычи в них различается. Поэтому нужно отдельно проследить каждый путь, начиная с травы. Нельзя определять уровень ужа только по названию вида или по одному из возможных рационов.

1. В первой цепи трава — первый уровень, кузнечик — второй, лягушка — третий.
2. Уж поедает лягушку, значит, в этой цепи он занимает четвёртый уровень.
3. Во второй цепи мышь поедает траву и занимает второй уровень.
4. Уж поедает мышь, значит, во второй цепи он занимает третий уровень.

Ответ: уж занимает третий или четвёртый трофический уровень в зависимости от цепи. Его положение определяется тем, каким уровнем представлена добыча в конкретном пути питания.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что трофический уровень закреплён за видом раз и навсегда. Так думают, когда классифицируют организм по одному привычному примеру питания, но всеядный вид может получать пищу из разных уровней. Проверьте себя: проследите каждую цепь отдельно и определите, что съедает организм именно в ней.

Ошибка: путать пищевую цепь с пищевой сетью. Цепь описывает один путь передачи пищи, а сеть объединяет несколько связанных путей; путаница возникает, когда сложные отношения сводят к одной линии. Для проверки спросите себя, рассматриваете ли вы одну последовательность или множество пересечений.

Ошибка: направлять стрелку от потребителя к пище. Обычно стрелку ошибочно воспринимают как указатель, кто на кого охотится, но в цепи она обозначает передачу вещества и энергии. Проверьте направление вопросом: откуда вещество переходит и к кому оно поступает?

Ошибка: считать, что редуценты получают энергию только от последнего консумента. Это заблуждение возникает, если представить цепь строго линейно и поставить редуцентов после её последнего звена. На деле они разлагают остатки организмов разных уровней, поэтому проверяйте, какие именно остатки могут поступать в экосистеме.

Связь с другими темами

Для понимания трофических связей нужно различать автотрофов, самостоятельно образующих органическое вещество, и гетеротрофов, потребляющих готовое. Также важно знать, что вещества участвуют в круговороте, а энергия проходит через экосистему и рассеивается. Эти представления объясняют, почему вещества возвращаются в среду благодаря редуцентам, а доступная энергия при переходе между уровнями уменьшается.

Трофическая структура служит основой для изучения экологических пирамид, которые сравнивают уровни по числу организмов, биомассе или энергии. Она также помогает оценивать устойчивость экосистем и предвидеть последствия исчезновения либо сокращения численности видов. Если меняется одно звено, могут измениться доступность пищи и связи сразу для нескольких организмов.

Что запомнить

• Трофический уровень определяется способом получения пищи.
• Продуценты образуют органическое вещество из неорганического.
• Консументы питаются готовым органическим веществом.
• Редуценты разлагают органические остатки и возвращают вещества в круговорот.
• Пищевая сеть состоит из взаимосвязанных пищевых цепей.
• Стрелка в пищевой цепи направлена от пищи к потребителю.
• При передаче энергии между уровнями её доступное количество уменьшается.