Особенности переноса энергии в сообществе

Основным каналом переноса энергии в сообществе является пищевая цепь. По мере удаления от первичного продуцента поток энергии резко ослабевает ― количество энергии уменьшается. Это объясняется рядом причин.

Перенос энергии с одного уровня на другой никогда не бывает полным, так как не вся энергия, содержащаяся в любом данном виде пищи, бывает доступна хищнику. Часть энергии теряется в процессе преобразования тканей жертвы (при поедании ее хищником) в ткани хищника, а часть вообще не усваивается организмом хищника и выводится из него с экскрементами;

Эффективность переноса энергии от жертвы к хищнику ослаблена выработанной в процессе эволюции тактикой избегания хищника;

Много энергии, полученной с пищей, тратится на работу, которую выполняет животное, перемещаясь, охотясь, строя гнездо или производя иные действия, в результате которых происходит выделение тепла.

Падение количества энергии при переходе с одного трофического уровня на другой (более высокий) определяет число этих уровней и соотношение хищников и жертв. Подсчитано, что на любой данный трофический уровень поступает лишь около 10 % (или чуть более) энергии предыдущего уровня. Поэтому общее число трофических уровней редко превышает три-четыре.

Пирамиды численности и биомассы

Большой интерес для экологии представляет не только поток энергии, но и её общее количество, накопленное в форме живого вещества на каждом трофическом уровне экосистемы.

Соотношение количества живого вещества на разных уровнях подчиняется в целом тому же правилу, что и соотношение количества поступающей энергии: чем выше уровень, тем ниже общая биомасса и численность составляющих его организмов. Такие пирамиды (показывающие разное положение организмов в пищевой цепи) называют пирамидами численности или биомассы.

Пирамиды численности отражают только плотность населения организмов на каждом трофическом уровне, но не скорость самовозобновления (оборота) организмов. Если скорость воспроизводства популяции жертвы высока, то даже при низкой биомассе такая популяция может быть достаточным источником пищи для хищников, имеющих более высокую биомассу, но более низкую скорость воспроизводства.

По этой причине пирамиды численности могут быть перевернутыми, то есть плотность организмов в данный момент времени может быть на более низком трофическом уровне, чем плотность организмов на более высоком трофическом уровне.

Например, перевернутая пирамида численности может быть в том случае, если на одном дереве может жить и кормиться множество насекомых.

Рис. 76. Экологическая пирамида численности

 

Пищевой цепью называется перенос энергии, заключенной в растительной пище, через ряд организмов в процессе их поедания друг другом.

Организмы, получающие свою энергию от Солнца через одинаковое число ступеней, принадлежат к одному трофическому уровню.

Рис. 77. Трофические уровни пищевых цепей

Зелёные растения (автотрофы) занимают первый трофический уровень (уровень продуцентов); травоядные ― второй (уровень первичных консументов); первичные хищники, поедающие травоядных, ― третий (уровень вторичных консументов).

Различают два типа пищевых цепей: пастбищную и детритную.

Пастбищная цепь (цепь выедания) может рассматриваться как процесс синтеза и трансформации органического вещества, например, зеленое растение → растительные животные.

Детритная цепь (цепь разложения) представляет собой процесс поэтапной деструкции и минерализации органических веществ. Например:

 

Пищевые цепи не изолированы одна от другой, а тесно переплетены. Они составляют так называемые пищевые сети. Принцип образования пищевых сетей состоит в следующем. Каждый продуцент имеет не один, а несколько консументов. В свою очередь, консументы, среди которых преобладают полифаги (от греч. poly ― много), пользуются не одним, а несколькими источниками питания.

Поток энергии, идущий от растений через растительноядных (пасущихся) животных можно считать пастбищной пищевой цепью.

Не использованные консументами остатки потребляемых ими организмов пополняют собой мертвое органическое вещество. Оно состоит из фекалий, содержащих часть неусвоенной пищи, а также трупов животных, остатков растительности (листьев, веток, водорослей) и называется детритом.

Поток энергии, берущий начало от мертвого органического вещества и проходящий через систему разлагателей, называют детритной пищевой цепью.

Находящиеся в системе редуцентов бактерии, грибы и другие организмы, разрушающие омертвевшие ткани, по своей роли напоминают растительноядных животных консументнойной системы. Сходным образом микроорганизмы, разлагающие животные останки, могут быть подобны вторичным консументам, или плотоядным. Таким образом, возможные «маршруты энергии» в системах консументов и редуцентов одни и те же. Однако есть и разница между этими системами.

Глубокое различие в функционировании пастбищной и детритной пищевых цепей состоит в том, что в консументной системе фекалии и мертвые организмы теряются, а в редуцентной ― нет.

Рано или поздно энергия, заключенная в мертвом органическом веществе, будет полностью использована разлагателями и рассеяна в виде тепла при дыхании, даже если для этого ей потребуется несколько раз пройти через систему редуцентов. Исключением являются лишь те случаи, когда местные абиотические условия очень неблагоприятны для процесса разложения (высокая влажность, мерзлота). В этих случаях накапливаются залежи не полностью переработанного высокоэнергоемкого вещества, превращающиеся со временем и при подходящих условиях в горючие ископаемые ― нефть, уголь, торф.