Основно съдържание
Курс: Биология за напреднали/колеж > Раздел 4
Урок 2: Енергиен поток през екосистемите- Скорост на метаболизма
- Хомотермни (ендотермни) и пойкилотермни (ектотермни ) животни
- Методи за регулация на телесната температура
- Стратегии от житейската история и плодовитост
- Стратегии от житейската история
- Поток на енергия и материя през звената на екосистемите
- Хранителни вериги и хранителни мрежи
- Енергиен поток през екосистемите
© 2024 Khan AcademyУсловия за ползванеДекларация за поверителностПолитика за Бисквитки
Хранителни вериги и хранителни мрежи
Как хранителните вериги и хранителните мрежи представляват потока на енергия и материя. Трофични нива и ефективност на енергийния трансфер.
Ключови точки:
- Организмите продуценти, или автотрофи, синтезират сами нужните им органични молекули. Организмите консументи, или хетеротрофи, получават органични молекули чрез изяждане на други организми.
- Хранителна верига е линейна поредица от организми, през която преминават хранителни вещества и енергия когато един организъм изяжда друг.
- В една хранителна верига всеки организъм заема различно трофично ниво, определено от това колко енергийни трансфери го отделят от началото на веригата.
- Хранителните мрежи се състоят от много взаимосвързани хранителни вериги и са по-реалистично представяне на консуматорските взаимоотношения в екосистемите.
- Енергийният трансфер между трофичните нива е неефективен – има типична ефективност от около 10 %. Тази неефективност ограничава дължината на хранителните вериги.
Въведение
Организми от различни видове може да си взаимодействат по много начини. Те може да се конкурират или може да бъдат симбионти — дългосрочни партньори в близка връзка. Или, разбира се, те може да правят това, което толкова често виждаме в научнопопулярните филми: единият от тях може да изяжда другия — мляс! Тоест те може да образуват една от връзките в хранителна верига.
Екологията разглежда хранителната верига като поредица от организми, които изяждат един друг, така че енергия и хранителни вещества текат от единия към следващия. Например, ако си изял/а един хамбургер за обяд, може да си част от хранителна верига, която изглежда така: трева
Както този пример илюстрира, ние не винаги можем напълно да опишем това, което изяжда един организъм като човека, с една линейна пътека. За ситуации като тази по-горе е по-удобно да използваме хранителна мрежа, която се състои от много пресичащи се хранителни вериги и представя различните неща, които един организъм може да яде и от които може да бъде изяден.
В тази статия ние ще разгледаме по-отблизо хранителни вериги и хранителни мрежи, за да видим как те представят потока от енергия и хранителни вещества през екосистеми.
Съпоставка на автотрофи и хетеротрофи
Какви основни стратегии използват организмите, за да си набавят храна?
Някои организми, наречени автотрофи, известни също като себе-хранещи се, може сами да синтезират храната си — тоест техни собствени органични съединения – от прости молекули като въглероден диоксид. Има два основни типа автотрофи:
- Фотоавтотрофи, например като растенията, които използват енергия от слънчева светлина за да синтезират органични съединения — захари — от въглероден двуокис в процеса фотосинтеза. Други примери за фотоавтотрофи са водораслите и цианобактериите.
- Хемоавтотрофи, които използват енергия от различни вещества, за да изграждат органични съединения от въглероден диоксид или подобни молекули. Това се нарича хемосинтеза. Например има открити хемоавтотрофни бактерии, които окисляват сероводород и се развиват около подводни хидротермални комини, където не достига никаква светлина.
Автотрофите са основата на всяка екосистема на планетата. Това може да звучи драматично, но не е преувеличение! Автотрофите формират основата на хранителни вериги и хранителни мрежи и енергията, която те улавят от светлина или химикали, поддържа всички други организми в общността. Когато говорим за тяхната роля в хранителните вериги, можем да наречем автотрофите продуценти.
Хетеротрофи, известни също като хранещи-се-с-други, не могат да улавят светлина или химическа енергия, за да направят своя собствена храна от въглероден диоксид. Хората са хетеротрофи. Вместо това хетеротрофите получават органични молекули чрез изяждане на други организми или техните вторични продукти. Животни, гъбички и много бактерии са хетеротрофи. Когато говорим за ролята на хетеротрофите в хранителни вериги, ние можем да ги наричаме консументи. Както ще видим скоро, има много различни видове консументи с различни екологични роли, от растителноядни насекоми до ядящи-месо животни, до гъбички, които се хранят с останки и отпадъци.
Хранителни вериги
Сега можем да разгледаме как енергия и хранителни вещества се движат из една екологична общност. Да започнем, като обсъдим само няколко взаимоотношения кой-изяжда-кого чрез разглеждане на една хранителната верига.
Хранителна верига е линейна поредица от организми, през която преминават хранителни вещества и енергия, когато един организъм изяжда друг. Нека да разгледаме частите на една типична хранителна верига, като започнем от дъното – продуцентите – и се движим нагоре.
- В основата на хранителната верига лежат първичните продуценти. Първичните продуценти са автотрофи и най-често са фотосинтезиращи организми като растения, водорасли или цианобактерии.
- Организмите, които изяждат първичните продуценти, се наричат първични консументи. Първичните консументи са обикновено тревопасни, хранят се с растения, въпреки че може да използват за храна и водорасли и бактерии.
- Организмите, които изяждат първичните консументи, се наричат вторични консументи. Вторичните консументи обикновено са ядящи-месо — месоядни.
- Организмите, които изяждат вторичните консументи, се наричат третични консументи. Те се хранят с месоядни, такива например могат да са орлите или големите риби.
- Някои хранителни вериги имат допълнителни нива, като четвъртични консументи – месоядни, които изяждат третичните консументи. Организмите на самия връх на една хранителна верига се наричат върхови консументи.
Можем да видим примери за тези нива в диаграмата по-долу. Зелените водорасли са първични продуценти, които биват изяждани от мекотели — първични консументи. Мекотелите след това стават обяд на слузестата риба скулпин, вторичен консумент, която от своя страна е изядена от по-голяма риба, сьомга Чинук — третичен консумент.
Всяка от горните категории се нарича трофично ниво и то отразява колко трансфери на енергия и хранителни вещества — колко консуматорски стъпки — отделят един организъм от оригиналния енергиен източник на хранителната верига – светлината. Както ще изследваме по-нататък, определянето на трофичните нива на организмите не винаги е ясно. Например хората са всеядни същества, които може да се хранят и с растения, и с животни.
Микроорганизми, които предизвикват гниене (редуценти)
Една друга група консументи заслужава да се спомене, въпреки че тя не винаги се появява в схемите на хранителни вериги. Тази група се състои от микроорганизми, които предизвикват гниене. Това са организми, които разграждат мъртви органични материали и отпадъци.
Микроорганизмите, които предизвикват гниене, понякога се считат за отделно трофично ниво. Като група те ядат мъртва материя и отпадъчни продукти, които идват от организми на различни други трофични нива; например те щастливо биха консумирали разлагаща се растителна материя, тялото на наполовина изядена катерица или останките на починал орел. В известен смисъл нивото на микроорганизмите, които предизвикват гниене, е разположено успоредно на стандартната йерархия на първични, вторични и трети консументи.
Гъбичките и бактериите са ключовите микроорганизми, предизвикващи гниене в много екосистеми; те използват химическата енергия от мъртвата материя и отпадъци, за да захранват своите метаболитни процеси.
Други микроорганизми, предизвикващи гниене, са детритофаги — ядящи детрит или ядящи остатъци. Това са обикновено многоклетъчни животни като земни червеи, раци, охлюви или лешояди. Те не само се хранят с мъртва органична материя, но често я разкъсват на части, правейки я по-достъпна за бактериалните или гъбични микроорганизми, предизвикващи гниене.
Организмите, предизвикващи гниене, като група играят важна роля в поддържането на здрави екосистеми. Когато те разлагат мъртъв материал и отпадъци, те освобождават хранителни вещества, които може да бъдат рециклирани и използвани като строителни блокове от първичните продуценти.
Хранителни мрежи
Хранителните вериги ни дават ясна картина на това кой кого изяжда. Въпреки това се появяват някои проблеми, когато се опитваме да ги използваме, за да опишат цели екологични общности.
Например един организъм понякога може да яде многобройни типове плячка или да бъде изяден от многобройни хищници, включително такива от различни трофични нива. Точно това се случва, когато ядеш кюфтето в хамбургера! Кравата е първичен консумент, и листото от маруля върху кюфтето е първичен продуцент.
За да представим тези отношения по-точно, можем да използваме хранителна мрежа – схема, която показва всички трофични – свързани с яденето — взаимодействия между различните видове в една екосистема.
Диаграмата по-долу показва пример за хранителна мрежа от езерото Онтарио. Първичните продуценти са отбелязани в зелено, първичните консументи в оранжево, вторичните консументи в синьо и третичните консументи в лилаво.
В хранителните мрежи стрелки сочат от организма, който е изяждан, към организма, който го яде. Както хранителната мрежа по-горе показва, някои видове могат да ядат организми от повече от едно трофично ниво. Например скаридата яде както първични продуценти, така и първични консументи.
Допълнителен въпрос: тази хранителна мрежа съдържа хранителната верига, която видяхме по-рано в статията - зелени водорасли
Съпоставка на пасищни и детритни хранителни мрежи
Хранителните мрежи обикновено не показват организмите, които предизвикват гниене – вероятно ти е направило впечатление, че в хранителната мрежа на езерото Онтарио по-горе те не са показани. Все пак всички екосистеми се нуждаят от начини за рециклиране на мъртва материя и отпадъци. Това означава, че организми които предизвикват гниене, присъстват със сигурност, дори да не са обект на внимание.
Например в екосистемата на поляната, показана по-долу, има пасищна хранителна мрежа от растения и животни, която предоставя изходни материали за редуцентска хранителна мрежа от бактерии, гъбички и редуценти. Редуцентската мрежа е показана в опростена форма в кафявата лента в долната част на диаграмата. В реалността тя би се състояла от различни видове, свързани от специфични хранителни взаимодействия – тоест, свързани от стрелки, както в пасищната хранителна мрежа по-горе. Редуцентските хранителни мрежи могат да принесат енергия към пасищните хранителни мрежи, както когато птица изяде земен червей.
Ефективността на енергийния трансфер ограничава дължината на хранителната верига
Енергията се пренася между трофичните нива, когато един организъм изяжда друг и получава богатите на енергия молекули от тялото на неговата плячка. Обаче този пренос на енергия е неефективен и тази неефективност ограничава дължината на хранителните вериги.
Когато в дадено трофично ниво навлиза енергия, част от нея се натрупва под формата на биомаса като част от телата на организмите. Това е енергията, която е на разположение на следващото трофично ниво, тъй като само енергията, натрупана като биомаса, може да се изяде. Емпирично е установено, че само около 10 % от енергията, която се натрупва като биомаса в едно трофично ниво за единица време, се натрупва като биомаса в следващото трофично ниво за същото време. Това правило на 10-те процента при преноса на енергия е добре да се запомни.
Като пример, да предположим, че първичните продуценти на една екосистема натрупват като биомаса 20 000 ккал/м
Този модел на частично прехвърляне ограничава дължината на хранителните вериги; след определен брой трофични нива — обикновено три до шест, има твърде малък поток на енергия, за да поддържа популация на по-високо ниво.
Защо в хранителната верига толкова малко енергия преминава между един трофично ниво и следващото? Ето някои от основните причини за неефективно прехвърляне на енергия
- Във всяко трофично ниво значително количество енергия се разсейва като топлина, докато организмите извършват клетъчно дишане и провеждат техния ежедневен живот.
- Някои от органичните молекули, които един организъм изяжда, не може да се усвоят и излизат от тялото като изпражнения, вместо да бъдат използвани.
- Не всички отделни организми от едно трофично ниво ще бъдат изядени от организми от следващото по-горно ниво. Някои ще умрат, без да бъдат изядени.
Изпражненията и неизядените мъртви организми стават храна за организмите, които предизвикват гниене, които ги метаболизират и преобразуват тяхната енергия в топлина чрез клетъчно дишане. Така че нищо от енергията всъщност не изчезва — всичко от нея завършва като топлина накрая.
Искаш ли да се присъединиш към разговора?
Все още няма публикации.