Перетворення енергії в біогеоценозах
- 25-05-2021, 09:08
- 762
11 Клас , Загальна біологія 11 клас Кучеренко
§ 34. Перетворення енергії в біогеоценозах
ПРИГАДАЙТЕ
- Як відбувається фотосинтез? Що таке первинна і вторинна продуктивність біоценозів?
Які перетворення енергії відбуваються в біогеоценозах? Функціонування будь-якого біогеоценозу, як і окремого організму, пов’язане з перетворенням енергії. Енергія потрібна всім організмам для забезпечення процесів життєдіяльності: росту, розмноження, рухової активності тощо. Так само, як і окремі організми, біогеоценози - відкриті системи, тому вони потребують постійного надходження енергії ззовні. Простежимо, які саме перетворення енергії відбуваються в біогеоценозах.
Мал. 140. Перетворення енергії, яку отримують з рослинною їжею консументи І порядку
Основним джерелом енергії, що надходить до біогеоценозу ззовні, є сонячне світло. Як вам відомо, її вловлюють фотосинтезуючі організми. Гетеротрофні організми дістають необхідну їм енергію внаслідок розщеплення органічних речовин, які надійшли до них з їжею.
Лише незначну частину сонячної енергії, що досягає поверхні Землі (приблизно 1%), вловлюють зелені рослини, інша ж її частина відбивається в космос або розсіюється у вигляді тепла. Частину засвоєної енергії вони використовують на забезпечення власних процесів життєдіяльності, а частину - запасають у вигляді синтезованих ними органічних сполук.
Організми, які споживають зелені рослини, також запасають лише частину енергії, одержану з їжею (близько 10-20%), іншу - розсіюють у вигляді тепла, витрачають на забезпечення процесів життєдіяльності (мал. 140). Те саме відбувається і при поїданні рослиноїдних видів хижаками тощо. Отже, на кожному з етапів передачі енергії від одних організмів до інших, більша її частина розсіюється у вигляді тепла і лише незначна частка (10-20%) запасається у вигляді енергії хімічних зв’язків синтезованих органічних сполук.
Мал. 141. Ланцюги живлення в наземному біогеоценозі
Що таке ланцюги живлення? Ми можемо створити уявний ряд організмів, у якому особини одного виду, їхні рештки або продукти життєдіяльності слугують об’єктом живлення для представників іншого виду. Такі ряди організмів називають ланцюгами живлення (мал. 141). Кожен ланцюг живлення складається з певної кількості видів, тобто окремих ланок. При цьому кожен з цих видів займатиме в ланцюзі живлення певне положення, або трофічний рівень. На початку ланцюгів живлення, як правило, перебувають продуценти, тобто автотрофні організми. А трофічний рівень консументів (гетеротрофних організмів) визначають тією кількістю ланок, через яку вони дістають енергію від продуцентів.
Так, рослиноїдні тварини займають трофічний рівень, наступний за продуцентами. Тому їх називають консументами І порядку. Далі йде рівень хижаків, які живляться рослиноїдними видами (консументи II порядку) тощо.
Мал. 142. Потік енергії в екосистемах
Якщо консументи споживають різні види їжі, то в різних ланцюгах живлення вони можуть займати різні трофічні рівні. Наприклад, сіра ворона може поїдати зерно (консумент І порядку), пташенят зерноїдних (консумент II порядку) чи комахоїдних (консумент III порядку) птахів.
Частина біомаси відмерлих продуцентів (наприклад, листяний опад), яка до цього не була спожита консументами, а також рештки чи продукти життєдіяльності самих консументів (наприклад, трупи, екскременти тварин), складають кормову базу редуцентів. Редуценти дістають необхідну їм енергію, розкладаючи органічні сполуки до неорганічних.
Отже, в біогеоценозі енергія накопичується у вигляді хімічних зв’язків органічних сполук, синтезованих продуцентами з неорганічних речовин. Далі вона проходить через організми консументів і редуцентів, але при цьому на кожному з трофічних рівнів частково розсіюється у вигляді тепла. Наприкінці ланцюга живлення, енергія, яка зберігається в мертвій органіці, остаточно розсіюється у вигляді тепла при руйнуванні її редуцентами (мал. 142).
Оскільки під час передачі енергії з одного трофічного рівня на наступний, вищий, більша її частина втрачається для організмів, то кількість можливих ланок ланцюга живлення обмежена. Як правило, вона не перевищує чотирьох-п’яти. Можна також зробити висновок, що оскільки при передачі енергії від нижчого трофічного рівня на вищий більша її частина розсіюється у вигляді тепла, колообіг енергії в біогеоценозі, на відміну від колообігу речовин, неможливий. Для нормального функціонування біогеоценозу необхідне постійне надходження певної кількості енергії ззовні, яка компенсує її втрати живими організмами.
Отже, основу будь-якого біогеоценозу складають зелені рослини, здатні вловлювати енергію сонячного світла і переводити її в енергію хімічних зв’язків синтезованих ними органічних сполук.
Тому мешканці дна морів і печер, тобто місцеіснувань, куди не доходить сонячне світло, не формують окремих біогеоценозів. Вони - лише компоненти більших біогеоценозів і функціонують за рахунок надходження органічної речовини з тих їхніх частин, де є продуценти.
Мал. 143. Стійкість біогеоценозів підвищується завдяки використанню видами різних джерел харчування
З чого формується трофічна сітка? Чи всі ланцюги живлення беруть початок від продуцентів? Звичайно ж, ні. Енергія в біогеоценозах ніби поділяється на два потоки: один починається з живих організмів - продуцентів, другий - від мертвої органіки. Внаслідок цього в біогеоценозах формуються два типи ланцюгів живлення: пасовищного (ланцюги виїдання) і детритного* (ланцюги розкладання).
Ланцюги живлення пасовищного типу (мал. 141) починаються з продуцентів і включають послідовно ланки консументів I, II та ін. порядків і завершуються редуцентами. Ланцюги живлення детритного типу починаються зі споживачів мертвої органіки, далі ведуть до видів, які ними живляться, і завершуються також редуцентами.
У будь-якому біогеоценозі різні ланцюги живлення не існують окремо один від одного, а переплітаються між собою. Це відбувається тому, що організми певного виду можуть бути ланками різних ланцюгів живлення. Наприклад, особини одного виду птахів можуть споживати як рослиноїдні (консументи II порядку), так і хижі види комах (консументи III порядку) тощо. Отже, переплітаючись, різні ланцюги живлення формують трофічну сітку біогеоценозу. Розгалужені трофічні сітки забезпечують стійкість біогеоценозів, оскільки при зменшенні чисельності певних видів (чи, навіть, за умови їхнього зникнення з даного біогеоценозу), види, які ними живляться можуть переключатись на інші об’єкти живлення. Внаслідок цього сумарна продуктивність біогеоценозу залишається стабільною (мал. 143).
* Детрит (від лат. детритус - подрібнений) - подрібнені рештки організмів.
Що таке правило екологічної піраміди? Різні біогеоценози відрізняються за своєю продуктивністю. Ви вже знаєте, що є різні ланцюги живлення. Але всім їм властиві певні співвідношення продукції (тобто біомаси з енергією, що витрачаються і запасаються на кожному з трофічних рівнів). Ці закономірності дістали назву правила екологічної піраміди: на кожному попередньому трофічному рівні кількість біомаси і енергії, які запасаються організмами за одиницю часу, значно більші, ніж на наступному (в середньому в 5-10 разів).
Графічно це правило можна зобразити у вигляді піраміди, складеної з окремих блоків. Кожен блок такої піраміди відповідає продуктивності організмів на кожному з трофічних рівнів певного ланцюга живлення. Отже, екологічна піраміда є графічним зображенням трофічної структури ланцюга живлення.
Розрізняють різні типи екологічних пірамід, залежно від того, який показник покладено в її основу. Так, піраміда біомаси (мал. 144) відображає кількісні закономірності передачі ланцюгом живлення маси органічної речовини; піраміда енергії - відповідні закономірності передачі енергії від однієї ланки ланцюга живлення до наступного. Розроблена і піраміда чисел, яка відображає кількість особин на кожному з трофічних рівнів ланцюга живлення.
Мал. 144. Екологічна піраміда біомаси
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1. Чому біогеоценози потребують надходження енергії ззовні? 2. Яка подальша доля світлової енергії, яку засвоюють автотрофні організми? 3. Що таке ланцюги живлення? Завдяки чому вони формуються? 4. Чим визначається трофічний рівень, який займають організми певного виду в ланцюзі живлення? 5. Чому кількість ланок у певному ланцюзі живлення не перевищує 4-5? 6. Які ви знаєте типи ланцюгів живлення? 7. Що таке трофічна сітка? Завдяки чому вона формується? 8. Сформулюйте правило екологічної піраміди. Яка її біологічна основа?
ПОМІРКУЙТЕ
Чому біогеоценози не можуть існувати без продуцентів?
Чому стабільність біогеоценозів залежить від ступеня розгалуженості трофічної сітки?
Коментарі (0)