If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание

Хранителни вериги и хранителни мрежи

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 трофични нива е неефективен – с 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 природните програми: единият от тях може да изяжда другия — мляс! Тоест те може да образуват една от връзките в хранителна верига.
В екологията хранителна верига е поредица от организми, които изяждат един друг, така че енергия и хранителни вещества текат от единия към следващия. Например, ако сте изяли един хамбургер за обяд, вие може да сте част от хранителна верига, която изглежда така: трева крава човек. Но какво става, ако сте яли маруля със вашия хамбургер? В този случай, вие също сте част от хранителна верига, която изглежда така: маруля човек.
Както този пример илюстрира, ние не винаги можем напълно да опишем това което един организъм — като човекът — изяжда с една линейна пътека. За ситуации като тази по-горе, ние може да искаме 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 е 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 получат храна? Някои организми, наречени автотрофи ("самохранещи се"), могат да произвеждат собствена храна – тоест, собствени органични съединения – от прости молекули, като въглероден диоксид. Има два основни вида автотрофи:
  • Фотоавтотрофи, като растения, използват енергия от слънчева светлина за да направят органични съединения — захари — от въглероден двуокис във фотосинтеза. Други примери за фотоавтотрофи включват водорасли и цианобактерии.
  • Хемоавтотрофи използват енергия от химикали за да изграждат органични съединения от въглероден диоксид или подобни молекули. Това се нарича хемосинтеза. Например, има открити водородни сулфид-окислителни хемоавтотрофни бактерии в просторни подводни общности, където никаква светлина не може да достигне).
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.
Хетероавтотрофи ("други-ги-хранят"), като хората, не могат да улавят светлина или химична енергия, за да произвеждат собствената си храна от въглероден диоксид. Вместо това те получават органични молекули като изяждат други организми или техните странични продукти. Животните, гъбичките и много бактерии са хетеротрофи. Когато говорим за тяхната роля в хранителните вериги, наричаме хетеротрофите консументи. Както ще видим след малко, има много различни видове консументи с различни екологични роли, от растителноядните насекоми до месоядните животни, до гъбички, които се хранят с останки и отпадъчни продукти.

Хранителни вериги

Сега можем да разгледаме как енергията и хранителните вещества се движат през една екологична общност. Нека започнем, като помислим за само няколко "кой кого изяжда" връзки – тоест, като разгледаме хранителна верига.
Хранителна верига е линейна последователност от организми, през която хранителни вещества и енергия преминават, когато един организъм изяде друг. Нека разгледаме частите на 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 фотосинтезиращи организми (като растения, водорасли или цианобактерии).
  • Организмите, които изяждат първичните продуценти, са наречени първични консументи. Първичните консументи обикновено са тревопасни (ядат растения), въпреки че може да ядат водорасли или бактерии.
  • Организмите, които изяждат първичните консументи, са наречени вторични консументи. Вторичните консументи по принцип ядат 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 четвъртичните консументи (месоядни, които ядат третичните консументи). Организми на върха на хранителна верига се наричат върхови консументи/хищници.
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 скулпин риба, вторичен консумент, която от своя страна е изядена от по-голяма риба, сьомга Чинук — третичен консумент.
На тази илюстрация на най-долното трофично ниво са зелените водорасли, които са първичен производител. Първичните консуматори са мекотелите, или охлювите. Вторични консуматори са дребните риби, наречени слузест скулпин. Третият и върхов консуматор е сьомгата Чинук.
Изображение на: "Ecology of ecosystems: Figure 3," by OpenStax College, Biology, CC BY 4.0.
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, като светлината. Както ще изследваме по-нататък надолу, определянето на трофичните нива на организмите не е винаги 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, която заслужава да я споменем, въпреки че не винаги се появява в чертежите на хранителни вериги. Тази група се състои от редуценти, организми, които разграждат мъртва органична материя и отпадъчни продукти.
Редуцентите понякога се считат за тяхно собствено трофично ниво. Като група те ядат мъртва материя и отпадъчни продукти, които идват от организми на различни други трофични нива; например те биха щастливо консумирали разлагаща се растителна материя, тялото на наполовина изядена катерица, или останките на починал орел. В известен смисъл нивото на микроорганизмите предизвикващи гниене е разположено успоредно на стандартната йерархия на първични, вторични и трети консуматори.
Гъбички и бактерии са ключовите редуценти в много екосистеми; те използват химическата енергия от мъртва материя и отпадъци за да захранват своите метаболични процеси. Други микроорганизми предизвикващи гниене са детриядните — 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.
Примери за организми, предизвикващи гниене: вляво – гъбички, растящи на ствол; вдясно – земен червей.
Изображение: вляво, "Decomposers," by Courtney Celley/USFWS, CC BY 2.0. Вдясно, "Earthworm," by Luis Miguel Bugallo Sánchez, CC BY-SA 3.0.
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 кой кого изяжда. Но някои проблеми възникват, когато опитаме да ги използваме, за да опишем цели екологични общности. Например един организъм може понякога да яде множество видове плючка или да бъде изяден от множество хищници, включително такива в различни трофични нива. Това се случва например, когато ядеш хамбургер (крава = първичен консумент) с маруля (маруля = първичен продуцент).
За да представим тези връзки по-точно, можем да използваме хранителна мрежа, графика, която показва всички трофични 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, а третичните консументи в лилаво.
Долното ниво на илюстрацията показва първични прдуценти, които включват диатомеи, зелени водорасли, синьо-зелени водорасли, камшичести едноклетъчни и ротатории. Следващото ниво включва първичните консументи, които ядат първични производители. Тези включват каланоиди, водни бълхи, циклоподи, ротифери и амфиподи. Скаридата също яде първични продуценти. Първични консументи на свой ред са изяждани от вторични консументи, които са обикновено малки риби. Малките риби са изяждани от големи риби, третични консументи. Жълтият костур, вторичен консумент, яде малки риби в рамките на своето собствено трофично ниво. Всички риби са изяждани от морската минога. По този начин хранителната мрежа е сложна с преплетени слоеве.
Изображение на: "Ecology of ecosystems: Figure 5," by OpenStax College, Biology, CC BY 4.0. Оригинална работа на NOAA, GLERL.
В хранителните мрежи стрелките сочат от един организъм, който бива изяден, към организма, който го изяжда. Както показва хранителната мрежа по-горе, някои видове могат да ядат организми от повече от едно трофично ниво. Например опосумовата скарида яде и първични продуценти, и първични консументи.
Бонус-въпрос: тази хранителна мрежа съдържа хранителната верига, която видяхме по-рано в статията - зелени водорасли мекотели мазен скулпин сьомга. Можеш ли да го намериш?

Съпоставка на пасищни и детритни хранителни мрежи

Хранителните мрежи обикновено не показват редуцентите (например, хранителната мрежа за езерото Онтарио по-горе не ги показва). И все пак всички екосистеми имат нужда от начини да рециклират мъртъв материал и отпадъчни продукти. Това означава, че редуценти са налични, дори ако не получават признание.
Например в долинната екосистема, показана по-долу, има пасищна хранителна мрежа на растения и животни, която предоставя информация за детритална хранителна мрежа от бактерии, гъбички и детритовори. Детриталната мрежа е показана в опростен вид в кафявата лента по дъното на диаграмата. реалността тя би се състояла от различни видове, свързани от специфични хранителни взаимодействия (тоест, свързани от стрелки, както в пасищната хранителна мрежа над земята). Детриталните хранителни мрежи могат да допринесат с енергия за пасищните хранителни мрежи, както когато червеношийка изяде земен червей.
Долното ниво на илюстрацията показва организмите, предизвикващи гниене, които включват гъбички, земни червеи и бактерии в почвата. Следващото ниво над тях показва продуцентите: растенията. Нивото над продуцентите показва първичните консументи, които изяждат продуцентите. Някои примери са катерици, мишки, семеядни птици и бръмбари. Първичните консументи на свой ред биват изяждани от вторични консументи като месоядни птици, стоножки, паяци и костенурки. Третичните консументи като лисици, сови и змии изяждат вторичните и първичните консументи. Всички консументи и продуценти стават храна за организмите, които предизвикват гниене.
Изображение, модифицирано от "Energy flow through ecosystems: Figure 5," by OpenStax College, Biology, CC BY 4.0. За повече информация за оригиналните изображения, моля, виж изскачащия прозорец по-горе.

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 енергията навлезе в трофично ниво, част от нея бива съхранена като биомаса (като част от телата на организмите). Това е енергията, която е налична за следващото трофично ниво, тъй като само енергията, съхранена като биомаса, може да бъде изядена. Като правило, само около 10% от енергията, която е съхранена като биомаса в едно трофично ниво (на единица обем) бива съхранена като биомаса в следващото трофично ниво (на същата единица обем. Това е 10%-ното правило за енергиен трансфер, което е добре да запомниш.
Като пример, да предположим, че първичните продуценти в една екосистема съхраняват 20 000 kcal/m2/година енергия като биомаса. Това също е количеството енергия на година, което става налично за първичните консументи, които ще изядат първичните продуценти. 10%-ното правило ще прогнозира, че първичните консументи ще съхранят само 2000 kcal/m2/година енергия в телата си, правейки енергията, налична за хищниците им (вторични консументи) по-ниска по количество.
Този модел на фракционен трансфер ограничава дължината на хранителните вериги: след определен брой трофични нива (по принцип 3 - 6), има твърде малко енергиен поток, че да подкрепа популация на по-високо ниво.
Трофична пирамида, илюстрираща правилото на 10-те% за преноса на енергия.
Светлинна енергия се улавя от първични продуценти.
Количество енергия натрупана като биомаса:
Първични продуценти – 20 000 kcal на квадратен метър на година
Първични консументи – 2000 kcal на квадратен метър на година
Вторични консументи – 200 kcal на квадратен метър на година
Третични консументи – 20 kcal на квадратен метър на година
Четвъртични консументи – 2 kcal на квадратен метър на година
На всяко ниво енергия бива изгубена директно като топлина или под формата на отпадъчни продукти и мъртва материя, която отива при редуцентите. В крайна сметка, редуцентите метаболизират отпадъчните вещества и мъртвата материя, освобождавайки и нейната енергия като топлина.
Изображение, модифицирано от "Ecological pyramid," by CK-12 Foundation, CC BY-NC 3.0.
Защо в хранителната верига толкова малко енергия преминава между един трофично ниво и следващото? Ето някои от основните причини за неефективно прехвърляне на енергия 1,2:
  • При всяко трофично ниво значително количество енергия бива разсеяно като топлина, докато организмите извършват клетъчно дишане и живеят ежедневния си живот.
  • Някои от органичните молекули, които един организъм изяжда, не могат да бъдат смлени и излизат от тялото като фекалии (ако), 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.
Фекалиите и неизядените, мъртви организми стават храна за редуцентите, които ги метаболизират и преобразуват енергията им в топлина чрез клетъчно дишане. Така че никаква част от енергията не изчезва – цялата се преобразува в топлина накрая.

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Все още няма публикации.
Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.