§ 23. Пищевые связи в экосистеме

Определения и обозначения

Пищевая (трофическая) связь — передача вещества и энергии между организмами, когда одни организмы служат пищей другим. Она помогает проследить, откуда живые существа получают материал для построения тела и энергию для жизнедеятельности. Поэтому пищевые связи описывают не просто соседство видов, а их взаимное влияние.

Пищевая цепь — последовательность организмов, в которой каждый предыдущий организм служит пищей следующему. В ней удобно рассматривать передачу вещества и энергии по одному пути. Стрелки направляют от того, кого съедают, к тому, кто ест.

Трофический уровень — положение организма в пищевой цепи, определяемое способом получения пищи и энергии. Номер уровня показывает, сколько шагов передачи отделяет организм от исходного источника органического вещества. Это понятие нужно, чтобы сравнивать организмы по их роли в питании, а не только по названиям видов.

Пищевая сеть — совокупность взаимосвязанных пищевых цепей экосистемы. Она показывает, что организм может питаться несколькими видами и сам становиться пищей для разных потребителей. Сеть точнее цепи описывает реальные отношения в сообществе.

Как это устроено

Пищевые связи начинаются с продуцентов — организмов, создающих органическое вещество из неорганических веществ. Растения и водоросли используют энергию света, а некоторые бактерии — энергию химических реакций. Продуценты становятся начальным источником пищи для большинства других организмов, потому что консументы не могут самостоятельно создавать органическое вещество из неорганического.

Консументы получают органическое вещество, поедая растения или других животных, а редуценты разлагают остатки и отходы. В результате деятельности бактерий и грибов сложные органические соединения превращаются в минеральные вещества. Эти вещества снова могут поглощаться продуцентами, поэтому разложение связывает пищевые отношения с круговоротом веществ.

В цепи выедания пища передаётся от живых растений к растительноядным животным, а затем к хищникам. Например, растение может быть съедено насекомым, которое станет добычей птицы. В цепи разложения исходным материалом служат мёртвые организмы и отходы: ими питаются детритофаги или их перерабатывают микроорганизмы. Такие цепи важны, потому что органические остатки образуются на всех уровнях экосистемы.

Каждое звено цепи соответствует определённому трофическому уровню, однако энергия не передаётся дальше полностью. Организм расходует её на движение, рост, поддержание жизненных процессов, а часть рассеивается в виде тепла. Поэтому к следующему уровню поступает меньше энергии, чем было запасено на предыдущем, и длинные цепи поддерживать трудно.

В экосистеме отдельные цепи переплетаются: один организм может использовать разные источники пищи, а сам служить пищей нескольким видам. Например, мышь может есть растения и насекомых, а хищник — охотиться на мышей и птиц. Поэтому пищевая сеть точнее отражает реальные отношения, чем единственная линейная цепь, и помогает предсказать последствия изменения численности видов.

Типы организмов и их положение в пищевых связях

Чтобы определить роль организма, выясните, откуда он получает органическое вещество: создаёт сам, ест продуцента, охотится на консумента или разлагает остатки. Один и тот же вид может занимать разные места в сети в зависимости от конкретной цепи. Редуценты перерабатывают остатки организмов разных уровней, поэтому их роль не сводится к одному положению в линейной цепи.

Разбор задач

Трофические уровни в цепи

Для цепи «трава → кузнечик → лягушка → уж» определим уровень каждого организма. Стрелки уже показывают, кто кому служит пищей, поэтому цепь можно читать слева направо. Начинать отсчёт нужно с продуцента, а не с первого животного.

1. Трава сама создаёт органическое вещество, значит, это продуцент и первый трофический уровень.
2. Кузнечик питается травой, поэтому он консумент первого порядка и занимает второй уровень.
3. Лягушка ест кузнечика, а уж ест лягушку; каждый из них оказывается на следующем уровне.

Ответ: трава — первый уровень, кузнечик — второй, лягушка — третий, уж — четвёртый. Проверка простая: при переходе от пищи к потребителю номер уровня увеличивается на единицу. Речь идёт о положении организмов именно в этой цепи.

Цепь выедания в водоёме

Составим цепь выедания из водорослей, карася, щуки и дафнии. Нужно расположить организмы так, чтобы каждый следующий мог питаться предыдущим. Направление стрелок должно соответствовать передаче вещества и энергии от пищи к потребителю.

1. Водоросли — продуценты, поскольку создают органическое вещество.
2. Дафния питается водорослями, а карась может питаться дафниями.
3. Щука охотится на рыбу, в том числе на карася, поэтому ставим её последней.

Ответ: водоросли → дафния → карась → щука. Вещество и энергия переходят от водорослей к дафнии, затем к карасю и щуке. Если направить стрелку от щуки к карасю, получится указание на хищника, а не направление пищевой передачи.

Фрагмент пищевой сети

Есть растения, гусеница, мышь, синица и сова. Гусеница питается растениями, мышь — растениями и гусеницами, синица — гусеницами, а сова — мышами и синицами. Чтобы получить сеть, нужно показать все перечисленные отношения, а не выбрать только одну цепочку.

1. Проведём стрелки от растений к гусенице и от растений к мыши.
2. Покажем, что гусеница служит пищей мыши и синице.
3. Добавим стрелки от мыши и синицы к сове, поскольку сова поедает оба вида.

Ответ: растения → гусеница, растения → мышь, гусеница → мышь, гусеница → синица, мышь → сова, синица → сова. В этой сети видны, например, цепи «растения → мышь → сова» и «растения → гусеница → синица → сова». Общие звенья показывают, почему несколько цепей переплетаются.

Типичные ошибки

Стрелку иногда направляют от хищника к добыче, потому что мысленно показывают, куда нападает хищник. Но в пищевой цепи стрелка обозначает передачу вещества и энергии, поэтому идёт от пищи к потребителю. Проверьте себя вопросом «кто кого ест?» и поставьте стрелку в том же направлении: от ответа на «кого?» к едоку.

Ошибочно считать, что каждый вид входит только в одну пищевую цепь. Так кажется, если рассматривать лишь один пример питания, но многие организмы используют несколько видов пищи и сами имеют разных потребителей. Для проверки попробуйте перечислить другие пищевые связи вида: если их больше одной, цепи могут пересекаться в сети.

Растительноядных животных иногда называют продуцентами, поскольку они связаны с растениями. Однако продуценты сами создают органическое вещество, а растительноядные получают его, поедая готовую пищу. Чтобы проверить классификацию, выясните, создаёт ли организм органическое вещество или потребляет его.

Можно предположить, что запас энергии при переходе между уровнями не меняется. На самом деле организм расходует энергию на жизнедеятельность, а часть рассеивает в виде тепла, поэтому следующему уровню достаётся меньше. Проверяйте понимание, прослеживая путь энергии: она передаётся дальше не целиком, а с потерями на каждом переходе.

Связь с другими темами

Для изучения пищевых связей нужно различать продуцентов, консументов и редуцентов, а также понимать, что такое органическое вещество в экосистеме. Эти понятия объясняют, откуда берётся пища для участников цепи и что происходит с остатками организмов. Связи питания дополняют представление о круговороте веществ и потоке энергии: вещество может возвращаться в цикл, а энергия постепенно рассеивается.

Пищевые сети помогают объяснять устойчивость экосистем и последствия исчезновения либо резкого сокращения численности вида. Если у потребителя есть несколько источников пищи, он может частично переключиться на другой, но изменение всё равно способно повлиять на другие звенья. Так пищевые связи позволяют проследить последствия вмешательства по всей сети.

Что запомнить

• Пищевые связи показывают, кто кем питается.
• Пищевая цепь — линейная последовательность передачи пищи.
• Пищевая сеть объединяет множество взаимосвязанных цепей.
• Первый трофический уровень занимают продуценты.
• Редуценты разлагают органические остатки и участвуют в возвращении веществ в круговорот.
• При переходе между трофическими уровнями часть энергии теряется.