Пищевая цепь — определение, типы, значение, трофические уровни и схемы

Автотрофы (продуценты)

Автотрофы – живые организмы, которые производят свою пищу, то есть собственные органические соединения, из простых молекул, таких как углекислый газ. Существует два основных типа автотрофов:

• Фотоавтотрофы (фотосинтезирующие организмы) такие, как растения, перерабатывают энергию солнечного света для получения органических соединений – сахаров – из углекислого газа в процессе фотосинтеза. Другими примерами фотоавтотрофов являются водоросли и цианобактерии.
• Хемоавтотрофы получают органические вещества благодаря химическим реакциям, в которых задействованы неорганические соединения (водород, сероводород, аммиак и т.д.). Этот процесс называется хемосинтезом.

Автотрофы являются основой каждой экосистемы на планете. Они составляют большинство пищевых цепей и сетей, а энергия, получаемая в процессе фотосинтеза или хемосинтеза, поддерживает все остальные организмы экологических систем. Когда речь идет об их роли в пищевых цепях, автотрофы можно назвать продуцентами или производителями.

Гетеротрофы (консументы)

Гетеротрофы, также известные как потребители, не могут использовать солнечную или химическую энергию, для производства собственной пищи из углекислого газа. Вместо этого, гетеротрофы получают энергию, потребляя другие организмы или их побочные продукты.

Люди, животные, грибы и многие бактерии – гетеротрофы. Их роль в пищевых цепях заключается в потреблении других живых организмов. Существует множество видов гетеротрофов с разными экологическими ролями: от насекомых и растений до хищников и грибов.

Роли организмов в сообществе

Белка — растительноядная. Она собирает все виды грибов и накалывает их на ветки деревьев, чтобы подсыхали. Чтобы уберечься от зимней бескормицы, делает запасы в дупле: орехи и желуди.

Осенью барсук начинает готовиться к зимней спячке, — отъедается, набивая внутрь все, что попадется. Барсук — всеядный, он поглощает лесные ягоды и плоды, жуков и слизней. Ящерицы, лягушки и мыши тоже служат для него едой.

Лиса — хищник, живет в лесу и ест то, что поймает. Она охотится на мышей, иногда куропаток. Бегает за зайцами. Зимой подходит близко к людским поселениям и нападает на домашнюю птицу.

Описанные 3 цепи питания животных являются наиболее простыми.

Деструкторы (редуценты)

Следует упомянуть еще одну группу потребителей, хотя она не всегда фигурирует в схемах пищевых цепей. Эта группа состоит из редуцентов, организмов, которые перерабатываю мертвые органические вещества и отходы, превращаяя их в неорганические соединения.

Редуценты иногда считаются отдельным трофическим уровнем. Как группа, они питаются отмершими организмами, поступающими на различных трофических уровнях. (Например, они способны перерабатывать разлагающееся растительное вещество, тело недоеденной хищниками белки или останки умершего орла.) В определенном смысле, трофический уровень редуцентов проходит параллельно стандартной иерархии первичных, вторичных и третичных потребителей. Грибы и бактерии являются ключевыми редуцентами во многих экосистемах.

Редуценты, как часть пищевой цепи, играют важную роль в поддержании здоровой экосистемы, поскольку благодаря им, в почву возвращаются питательные вещества и влага, которые в дальнейшем используется продуцентами.

Определение звеньев

Совокупность разных по типу организмов образует биоциноз. Стабильность этого соотношения поддерживается при распределении полезных веществ по пищевым цепям. Последовательность может содержать до 5 звеньев.

Звенья делятся на три вида:

• редуценты;
• продуценты;
• консументы.

Свойства продуцентов

Продуценты — это представители, переводящие элементы неорганического типа в органическую массу. В эту категорию входят зелёные растения, добывающие энергию с помощью фотосинтеза. В процессе фотосинтеза участвует хлорофилл, который образует в листьях растений зелёный пигмент. Автотрофы создают собственные клетки под действием света и неорганических элементов. Эти организмы занимают первую ступень пищевого цикла. Пища для продуцентов — крахмал и прочие питательные вещества из почвы, воды и света.

Совокупность хемосинтеза и фотосинтеза трансформируют сырые вещества в клетки. Различают два вида продуцентов, которые называются: хемоавтотрофы и фотоавтотрофы. Первый вид относится к водной экосистеме (водоросли, фитопланктоны), поступление неорганических веществ происходит за счёт взаимодействия неорганических элементов. Фотоавтотрофы под действием света — источника питания, производят полезные вещества. Это представители наземной экосистемы — бо́льшая часть растений, деревья, прочие виды, произрастающие в лесах, степях, саваннах и на полях.

Особенности консументов

Это организмы, потребляющие вещества в готовом виде. Сюда относят: бактерии, животные, паразитирующие растения, хищные виды и человека. Представители этой группы не могут переводить неорганические соединения в органику. У них присутствует животный тип питания. Есть разделение на травоядных и плотоядных.

Присутствует и отдельная группа — всеядные, которые питаются в равной степени растениями и животными организмами.

Это класс потребителей. Учёные выделяют два подтипа этого вида: хемогетеротрофы и фотогетеротрофы. Первый тип во время окисления и взаимосвязи неорганических соединений выделяет энергию (животные и человек). Второй подтип получает энергию из света. Их рост и развитие возможен только при использовании органики и под лучами света.

Виды редуцентов

Этот класс относят к деструкторам-разрушителям. Организмы перерабатывают неживую органическую материю. В природе они занимают отдельную трофическую нишу. Во время переработки мёртвой материи организмы насыщают почву питательными веществами и водой.

Каждое звено этой цепи занимает определённый трофический уровень:

• На первом уровне находятся продуценты, образующие органическую массу.
• На втором звене консументы растительноядного типа.
• Третий — плотоядные, употребляющие растительноядных представителей.
• Четвёртые — виды, живущие за счёт других плотоядных.

Разложение органики происходит по нескольким путям: перевод углеводов в аммиак, диоксид углерода и воду, разложение с помощью микроорганизмов, что в результате образует гумус в почве.

Уровни пищевой (трофической) цепи

Схема уровней пищевой (трофической) цепи
Пищевая цепь представляет собой линейную последовательность организмов, которые передают питательные вещества и энергию начиная с продуцентов и к высшим хищникам.

Трофический уровень организма – это положение, которое он занимает в пищевой цепи.

Первый трофический уровень

Пищевая цепь начинается с автотрофного организма или продуцента, производящего собственную пищу из первичного источника энергии, как правило, солнечной или энергии гидротермальных источников срединно-океанических хребтов. Например, фотосинтезирующие растения, хемосинтезирующие бактерии и археи.

Второй трофический уровень

Далее следуют организмы, которые питаются автотрофами. Эти организмы называются растительноядными животными или первичными потребителями и потребляют зеленые растения. Примеры включают насекомых, зайцев, овец, гусениц и даже коров.

Третий трофический уровень

Следующим звеном в пищевой цепи являются животные, которые едят травоядных животных – их называют вторичными потребителями или плотоядными (хищными) животными (например, змея, которая питается зайцами или грызунами).

Четвертый трофический уровень

В свою очередь, этих животных едят более крупные хищники – третичные потребители (к примеру, сова ест змей).

Пятый трофический уровень

Третичных потребителей едят четвертичные потребители (например, ястреб ест сов).

Каждая пищевая цепь заканчивается высшим хищником или суперхищником – животным без естественных врагов (например, крокодил, белый медведь, акула и т.д.). Они являются “хозяевами” своих экосистем.

Когда какой-либо организм умирает, его в конце концов съедают детритофаги (такие, как гиены, стервятники, черви, крабы и т.д.), а остальная часть разлагается с помощью редуцентов (в основном, бактерий и грибов), и обмен энергией продолжается.

Стрелки в пищевой цепи показывают поток энергии, от солнца или гидротермальных источников до высших хищников. По мере того, как энергия перетекает из организма в организм, она теряется на каждом звене цепи. Совокупность многих пищевых цепей называется пищевой сетью.

Положение некоторых организмов в пищевой цепи может варьироваться, поскольку их рацион отличается. Например, когда медведь ест ягоды, он выступает как растительноядное животное. Когда он съедает грызуна, питающегося растениями, то становиться первичным хищником. Когда медведь ест лосося, то выступает суперхищником (это связано с тем, что лосось является первичным хищником, поскольку он питается селедкой, а она ест зоопланктон, который питается фитопланктоном, вырабатывающим собственную энергию благодаря солнечному свету). Подумайте о том, как меняется место людей в пищевой цепи, даже часто в течение одного приема пищи.

Пастбищная связь

Пастбищная цепочка начинается с растений. Звенья переходят от травоядных животных к хищникам. При этом теряется до 90% энергии при ее передаче к последующим потребителям. Такие формы делятся на цепи хищников и паразитов.

Пример последовательности: злаки — суслик — лиса — жук-мертвоед. Необходимо указать, что каждое следующее звено не может идти по другим ответвлениям. Цепь единая, она оканчивается только одним хищником. Количество последующих членов всегда меньше тех, что были до него. Пример, который можно предложить: сосна — тля — божьи коровки — пауки — насекомоядные птицы — хищники.

Правильно построенные цепи паразитов отличаются от последовательностей плотоядных. В них последующие звенья вырастают по количеству, но в размерах они уменьшаются. Можно привести пример: трава — травоядные — блохи — жгутиконосцы.

Правильный процесс обмена энергией всегда должен продолжаться. Любой организм даже после смерти становится источником питания детритофагов. А остатки уничтожают редуценты. Но не вся энергия переходит к потребителям, так как они не могут усвоить большое количество за один раз. Детритные цепи можно наблюдать в любой экосистеме.

Типы пищевых цепей

В природе, как правило, выделяют два типа пищевых цепей:

• пастбищную
• детритную

Пастбищная пищевая цепь

Схема пастбищной пищевой цепи

Этот тип пищевой цепи начинается с живых зеленых растений, предназначенных для питания растительноядных животных, которыми питаются хищники. Экосистемы с таким типом цепи напрямую зависят от солнечной энергии.

Таким образом, пастбищный тип пищевой цепи зависит от автотрофного захвата энергии и перемещения ее по звеньям цепи. Большинство экосистем в природе следуют этому типу пищевой цепи.

Примеры пастбищной пищевой цепи:

Трава → Кузнечик → Птица → Ястреб;

Растения → Заяц → Лиса → Лев.

Детритная пищевая цепь

Схема детритной пищевой цепи

Этот тип пищевой цепи начинается с разлагающегося органического материала – детрита – который употребляют детритофаги. Затем, детритофагами питаются хищники. Таким образом, подобные пищевые цепи меньше зависят от прямой солнечной энергии, чем пастбищные. Главное для них – приток органических веществ, производимых в другой системе.

К примеру, такой тип пищевой цепи встречается в разлагающейся подстилке умеренного леса.

Детритные звенья

Детритная последовательность начинается с мертвых организмов. Эту органику поедают беспозвоночные животные или ее разлагают бактерии и грибы. В цепочке присутствует три типа организмов:

• детриты — мертвые компоненты;
• детритофаги — те, кто их поедает;
• деструкторы — разрушители.

Характерные черты цепи — присутствие в двух экосистемах, наличие сразу нескольких консументов, связь с пастбищной последовательностью. Обычно одна форма доминирует над другой. Но под землей, куда не попадает солнечный свет, присутствует только детритная система.

Пищевые цепи не изолированы, они разветвленные. У одного продуцента может быть сразу несколько консументов. Последние иногда имеют по 2−3 источника питания. И только они сами могут определить, какой выбрать сегодня.

Типичный пример детритной пищевой цепи: мертвые животные — муха — лягушка — уж. В последовательности образуются трофические уровни. На первом здесь находится мертвая органика, на втором более слабое плотоядное животное, следующие занимают сильные хищники. Чаще других использует детритные цепи питания человек. Он стоит во главе последовательности, так как может поедать практически любых животных.

Энергия в пищевой цепи

Энергия переносится между трофическими уровнями, когда один организм питается другим и получает от него питательные вещества. Однако это движение энергии неэффективное, и эта неэффективность ограничивает протяженность пищевых цепей.

Когда энергия входит в трофический уровень, часть ее сохраняется как биомасса, как часть тела организмов. Эта энергия доступна для следующего трофического уровня. Как правило, только около 10% энергии, которая хранится в виде биомассы на одном трофическом уровне, сохраняется в виде биомассы на следующем уровне.

Этот принцип частичного переноса энергии ограничивает длину пищевых цепей, которые, как правило, имеют 3-6 уровней.

На каждом уровне, энергия теряется в виде тепла, а также в форме отходов и отмершей материи, которые используют редуценты.

Почему так много энергии выходит из пищевой сети между одним трофическим уровнем и другим? Вот несколько основных причин неэффективной передачи энергии:

• На каждом трофическом уровне значительная часть энергии рассеивается в виде тепла, поскольку организмы выполняют клеточное дыхание и передвигаются в повседневной жизни.
• Некоторые органические молекулы, которыми питаются организмы, не могут перевариваться и выходят в виде фекалий.
• Не все отдельные организмы в трофическом уровне будут съедены организмами со следующего уровня. Вместо этого, они умирают, не будучи съеденными.
• Кал и несъеденные мертвые организмы становятся пищей для редуцентов, которые их метаболизируют и преобразовывают в свою энергию.

Итак, ни одна из энергий на самом деле не исчезает – все это в конечном итоге приводит к выделению тепла.

Примеры

В лиственных лесах

Здесь чаще всего встречается детритный трофический тип, известная часть энергообмена происходит за счет переработки микробактериями лесной подстилки.

Обычная цепь питания в широколиственных лесах составлена из трех-четырех ниш:

1. Семена деревьев — лесная мышь — филин. В такой схеме дерево — продуцент, консумент первого порядка — мышь поедает продукт, производимый им — семя, а ее в свою очередь ловит филин, чья кормовая база на 60 % состоит из мелких грызунов.
2. Кора дерева или кустарника — жук-короед — воробей — ястреб. Подобный вид сложнее — здесь присутствуют консументы трех разрядов. Растительная пища — кора — идет на корм членистоногому короеду. Он становится добычей маленькой насекомоядной пташки — такой, как воробей. Тот попадает в когти крупной хищной птицы — ястреба, питающегося маленькими собратьями и млекопитающими.
3. Травянистое растение — гусеница — большой жук (красотел пахучий) — синица — кобчик. Представленная линейка — одна из сложнейших в лесу. В ней находятся два типа насекомых — гетеротрофов, один из которых плотоядный.

Чем богаче видовое разнообразие в природной зоне, тем сложнее будут трофические пирамиды, обнаруженные на ее территории.

В смешанных лесах

Эта зона отличается широким ареалом обитания множества разновидностей живых существ.

Вот пара примеров:

1. Гриб — лось — медведь. Короткая, но вполне отражающая особенности местной флоры и фауны взаимосвязь. Грибы-автотрофы поглощаются фитофагом-лосем. В природе на столь мощного копытного осмеливается охотиться лишь еще более мощный зверь – медведь. Именно косолапый является венцом этой экосистемы, не имея естественных врагов.
2. Ель — жук-древоточец — дятел — сокол — клещ. В данном случае цепь замыкается на редуценте – паразите, питающемся кровью сокола. Первая часть последовательности схожа с предыдущей, вторая содержит насекомое-деструктора, относящегося к группе паразитирующих организмов. Их участие в круговороте веществ весьма характерно для лесных территорий.

Напоследок стоит отметить, что наличие в пищевой сети бактерий-сапрофагов — обычное явление для практически любого типа трофических связей в упомянутых экосистемах.

В хвойных лесах

Такие леса встречаются большей частью в природной зоне тайги и тундры.

Трофические связи здесь похожи на предыдущие:

1. Сосна – белка – лиса — блоха. Четырехуровневая цепь изображает типичную для тайги взаимосвязь: белка питается семенами из сосновых шишек, и сама становится добычей для крупного млекопитающего – рыжей лисицы. А на шкуре хищницы заводятся паразиты – блохи, сосущие кровь.
2. Лишайник – олень – рысь. В северных лесах произрастают мхи и лишайники. Эти растения являются основой рациона оленей. На последних часто охотятся большие таежные кошки – рыси.
3. Перегной – детритные бактерии – одноклеточные – грибы – кабан – медведь. Подобные длинные цепочки характерны для хвойных угодий. В них участвуют микроскопические организмы в качестве консументов.

Кроме того, в такой экосистеме распространены именно детритные последовательности, поскольку процесс гниения животных и растительных останков крайне важен для нормальной жизнедеятельности лесов.