Трофічні рівні: типи, значення, схеми та визначення харчового ланцюга

Харчові ланцюжки локально переплітаються в харчову мережу, тому що більшість організмів споживають більше одного виду тварин чи рослин. Рослини, які перетворюють сонячну енергію на їжу шляхом фотосинтезу, є головним джерелом їжі.

У ланцюжку хижаків тварина, що харчується рослинами, з'їдається тваринам, які харчуються плоттю. У ланцюжку паразитів менший організм споживає частину більшого господаря і сам може бути паразитований ще дрібнішими організмами. У сапрофітному ланцюжку мікроорганізми живуть на мертвій органічній речовині.

Схема-приклад харчового ланцюжка

Потоки енергії

Наземні складові ланцюгів живлення часто включають лише 3 ланки (трава → антилопа → лев). Водні - мають 4-6 ланок (фітопланктон → дрібний зоопланктон → великий хижий зоопланктон → молодь риб → велика кістка риба → акула або головоногий молюск). Ланцюги що неспроможні містити понад шість ланок, оскільки передача енергії у ланцюгах живлення здійснюється з величезними втратами. Це пов'язано з тим, що енергія, доступна кожному рівню трофею, також використовується для нарощування біомаси або метаболічної активності, і тому вся енергія не передається наступній ланці.

Первинні виробники генерують найвищий вміст енергії, травоїдні та м'ясоїдні тварини показують лише знижену кількість. Наприклад, для виробництва 1 кг яловичини потрібно 6-8 кг зерна. Фактично, вищий рівень трофею має лише 10% енергії попередніх доступних ланок, решта втрачається як тепла.Ця втрата збільшується від рівня до рівня, так що кількість особин у тварин на різних рівнях стає дедалі меншою, в результаті біомаса зменшується все більше.

передача енергії в ланцюгах живлення

Види ланцюгів живлення

Загалом розрізняють два основні види ланцюгів живлення: ланцюг виїдання (вона ж пасовищна ланцюг харчування) і детритная ланцюг харчування, яку ще називають ланцюгом розкладання.

Пасовищний ланцюг живлення

Пасовищний ланцюг живлення в цілому простий і зрозумілий, його суть коротко описана на початку статті: рослини служать їжею для травоїдних тварин і в науковій термінології звуться продуцентами. Травоїдні рослини, що поїдають, називаються консументами (з латинського це слово перекладається як «споживачі») першого порядку. Дрібні хижаки є консументами другого порядку, а більші вже третього. У природі зустрічаються і довші ланцюги харчування, що налічують п'ять і більше ланок, такі зустрічаються в основному в океанах, де більші (і ненажерливі) риби поїдають дрібніших, ті у свою чергу їдять ще дрібніших і так аж до водоростей. Замикає ланки ланцюга живлення особлива щаслива ланка, яка вже нікому не є їжею. Зазвичай це людина, зрозуміло, за умови, що вона обережна і не намагається плавати з акулами або гуляти з левами)). А якщо серйозно, то така ланка, що замикає, харчування в біології називається редуцентом.

Детритний ланцюг живлення

А ось тут все відбувається трішечки навпаки, а саме потік енергії ланцюга живлення йде в протилежний бік: великі тварини, чи то хижаки чи травоїдні вмирають і розкладаються, їх останками харчуються дрібніші тварини, різні падальники (наприклад, гієни), які в свою черга також вмирають і розкладаються, і їх тлінні останки аналогічно служать їжею, або, для ще більше дрібних любителів мертв'ячини (наприклад, деяких видів мурах), або для різних спеціальних мікроорганізмів. Мікроорганізми, переробляючи останки, виділяють спеціальну субстанцію, яка називається детритом, звідси і назва цього ланцюга харчування.

Наочніша схема ланцюга живлення представлена ​​на картинці.

Основні рівні

Пасовищний і детрітний харчовий ланцюг завжди починається з рослин або автотрофів. Вони відрізняються від інших організмів тим, що самі виробляють собі енергію та корисні речовини. Їх поїдають травоїдні тварини, які стають кормом для хижаків та всеїдних звірів. На вершині цього взаємозв'язку стоїть людина. Він може харчуватись практично будь-якими нижчими представниками ланцюга.

Перша ланка — це автотрофи (виробники). Вони є джерелами харчування наступних споживачів. А їх поїдають вторинні. Положення, яке займає організм у послідовності, називається трофічним рівнем.

Приклад харчового ланцюжка: гнилий лист - хробак - землерийка - сова - хижак. Від першої ланки до останньої передаються енергія та поживні елементи. Усі послідовності поділяються на п'ять рівнів. Перший займають автотрофи, другий — травоїдні тварини, інші — хижаки.

Ознаки першого ступеня

Початковий рівень складається із автотрофів.Тут переважають зелені рослини, організми-прокаріоти та деякі бактерії. Вони фотосинтезують, тобто видобувають енергію під час переробки сонячних променів. А також створювати поживні елементи їм допомагає вода. Основу їх клітин мають становити молекули органічного походження, створені з допомогою хімічних сполук.

Другий тип — хемосинтезуючі бактерії, вони теж роблять внесок у перший рівень. Вони здатні трансформувати поживні елементи неорганічні компоненти. Автотрофи самі створюють свої тканини та основу для харчування інших споживачів.

Основні продуценти у водних екосистемах – це водорості. Зазвичай це одноклітинні створення, що проживають у рифах та поверхневих шарах морів та інших водойм. На суші перший рівень представлений розвиненішими формами життя. Це рослини сімейства голонасінних і покритонасінних, які ростуть на луках і лісах.

Автотрофи служать їжею для інших ланок ланцюжка. Самі вони нікого не поїдають, тому що їм достатньо органічних сполук, які вони виробляють. Інші ланки повністю залежить саме від представників першого рівня ланцюга.

Види другої групи

У другій групі послідовності знаходяться первинні консументи - тварини, які віддають перевагу траві. На суші вони представлені хробаками, птахами та рептиліями, деякими ссавцями. Консументи складаються з двох великих підвидів — копитних та дрібних гризунів. У першу входять велика рогата худоба, коні та вівці. Усі вони їдять виключно рослинну їжу.

У прісних водоймах та океанах водорості вживають молюски, річкові та морські ракоподібні:

Вони всмоктують воду та фільтрують її за допомогою спеціальних органів.Рідина йде назад у водойму, а їх організмах виявляються залишки рослин. Окрім найпростіших представників фауни, на другому рівні знаходиться і зоопланктон. З нього починаються практично всі ланцюги живлення у водній екосистемі.

Але не всі живі організми вживають рослини в їжу в прямому значенні. Деякі виживають як паразити. Вони обвивають дерева, поселяються під корою і живуть доти, доки існує джерело живлення. Паразити мешкають також на грибах та тваринах. Як тільки гине їхній носій, самі вони намагаються знайти іншого або вмирають разом із ним.

Інші представники

На третьому рівні перебувають м'ясоїдні тварини, котрим характерно поїдання травоїдних. Ці хижаки можуть харчуватися паділлю або стають паразитами на тілі живих організмів, або нападають на своїх жертв у разі голоду.

Четвертий рівень представлений тваринами, які їдять слабших. Наприклад, у голодні періоди вовки нападають на лисиць, хоча зазвичай вони вбивають лише хворих звірів. На кожному рівні ланцюга виявляються організми сильніші за попередні. Остання ланка завжди займає найміцніший хижак. Це господарі природних умов, адже вони практично не мають конкурентів. Вони відрізняються зростанням, масою, витривалістю та іншими фізичними можливостями.

П'ятий рівень представлений сапрофітами – грибами та бактеріями. Але деякі тварини також можуть поїдати своїх померлих побратимів.

Найбільший ланцюг може складатися лише з п'яти ланок. Це пов'язано з тим, кожен рівень отримує лише 10% енергії від попереднього. Решта втрачається у процесі передачі як теплоти.

Види харчових взаємин

Усередині екосистем органічні речовини виробляються автотроф (продуцентами). Рослини, своєю чергою, поїдаються рослиноїдними тваринами (консументами першого порядку), яких потім з'їдають хижі тварини (консументами другого порядку). Цей ланцюг живлення з 3 ланок є прикладом правильного харчового ланцюга.

• Пасовищні харчові ланцюжки;
• Детритні харчові ланцюжки;
• Паразитичні харчові ланцюжки.

Пасовищні ланцюги

Трофічні ланцюги починаються з авто- чи хемотрофів (продуцентів) і включають гетеротрофів у вигляді консументів різних порядків. Такі харчові ланцюги поширені в сухопутних і морських екосистемах. Їх можна намалювати та скласти у вигляді схеми:

Продуценти -> Консументи I порядку -> Консументи I. I. порядку -> Консументи III порядку.

Типовим прикладом є харчовий ланцюг луки (це може бути і лісова зона, і пустеля, в цьому випадку відрізнятимуться лише біологічні види різних учасників трофічного ланцюга та розгалуженість мережі харчових взаємодій).

Отже, квітка за допомогою енергії Сонця виробляє собі поживні речовини, тобто є продуцентом і першою ланкою в ланцюзі. Метелик, який харчується нектаром цієї квітки — консумент I порядку та друга ланка. Жаба, що також живе на лузі і є комахоїдною твариною, з'їдає метелика — третю ланку в ланцюзі, консумент II порядку. Жабу ковтає вже - четверта ланка і консумент III порядку, вже з'їдає яструб - консумент IV порядку і п'ята, як правило, остання ланка в харчовому ланцюжку. Людина може бути у цьому ланцюгу також у ролі консументу.

У водах Світового океану автотрофи, представлені одноклітинними водоростями, можуть існувати лише доти, доки крізь товщу води здатне проникати сонячне світло. Це глибина 150-200 метрів. Гетеротрофи можуть жити і в глибших шарах, у нічний час піднімаючись до поверхні для підживлення водоростями, а вранці знову йдучи на звичайну глибину, здійснюючи вертикальні міграції до 1 кілометра на добу. У свою чергу, гетеротрофи, які є консументами наступних порядків, що мешкають ще глибше, вранці піднімаються до рівня проживання консументів I порядку, щоб харчуватися ними.

Таким чином, ми бачимо, що в глибоких водоймах, як правило, морях і океанах, існує таке поняття, як харчові сходи. Його сенс полягає в тому, що органічні речовини, які створюються водоростями в поверхневих шарах землі, переносяться харчовим ланцюжком до самого дна. Враховуючи цей факт, можна вважати обґрунтованою думку деяких екологів про те, що все водоймище можна вважати єдиним біогеоценозом.

Детритні трофічні взаємозв'язки

Щоб зрозуміти, що таке детритний харчовий ланцюг, потрібно почати з самого поняття «детрит». Детрит - це сукупність залишків відмерлих рослин, трупів та кінцевих продуктів обміну тварин.

Детритні ланцюги є типовими для угруповань внутрішньоконтинентальних вод, дна озер, що мають велику глибину, і океанів, багато представників яких харчуються саме детритом, утвореним залишками мертвих організмів з верхніх шарів або випадково потрапили у водойму з екологічних систем, що знаходяться на суші, у вигляді, наприклад , листового опаду.

Донні екологічні системи океанів і морів, де немає продуцентів через відсутність сонячного світла, можуть існувати лише рахунок детриту, загальна маса якого у Світовому океані за календарний рік може сягати сотні мільйонів тонн.

Також детрітні ланцюги поширені в лісах, де чимала частина щорічного приросту біомаси продуцентів не може бути вжита безпосередньо першою ланкою консументів. Тому вона відмирає, утворюючи опад, який, своєю чергою, розкладається сапротрофами, та був мінералізується редуцентами. Важливу роль у освіті детриту лісових угруповань грають гриби.

Визначення поняття

Їжа складається з вітамінів і мікроелементів, яких потребує кожен живий організм. Стабільний біоценоз можливий лише за розподілу корисних речовин за допомогою ланцюжків. У їхньому складі може бути до 5 ланок, їх ділять на три групи:

Продуцентами (або автотрофами) називаються організми, здатні самостійно виробляти органічні з неорганічних елементів. Найчастіше це рослини – вони видобувають енергію шляхом фотосинтезу.

Остання ланка послідовності – редуценти. Це мікроскопічні організми, які є для того, щоб брати участь у процесі розкладання органіки.

Автотрофи (продуценти)

Автотрофи формують свої клітини на основі неорганічних компонентів та сонячного світла. Так прийнято називати рослини. Вони входять у першу ланку харчової послідовності і перебувають у її початковому рівні. Харчуються продуценти крохмалем та іншими речовинами, які надходять із ґрунту, підземних вод та світла.

Під час фотосинтезу та хемосинтезу рослини перетворюють сирі елементи на клітини, які можуть трансформувати сонячні промені на енергію. У біології відомо два види продуцентів:

Перші - це живі істоти, які використовують для харчування сонячне світло. За допомогою фотосинтезу вони виробляють корисні речовини. До цієї групи належить більшість рослин, морські водорості та ціанобактерії, які входять до наземної екосистеми. Фотоавтотрофами називають дерева, високі трави та інші організми, що ростуть у лісах, саванах, степах та на полях.

Хемоавтотрофи одержують поживні сполуки завдяки тому, що неорганічні компоненти взаємодіють. Це продуценти водної екосистеми — фітопланктони, ціанобактерії та водорості, але їхня роль на планеті надзвичайно мала.

Особливості гетеротрофів

Консументи (гетеротрофи) - це тип організмів, які потребують речовин у готовому вигляді. До них відносяться тварини, бактерії, рослини-паразити та хижаки, а також людина. Ця група не може самостійно створювати з органічних неорганічних сполук.

Гетеротрофи в харчовому ланцюзі займають місце споживачів. Для харчування їм необхідні тваринні та рослинні тканини. Такої їжі потребують всі тварини, гриби та археї. Деякі рослини тільки наполовину вважаються гетеротрофами, оскільки вони поїдають м'ясо, щоб видобути азот, а інші елементи одержують завдяки сонячному світлу.

Вчені виділили два види цієї групи:

До першого відносяться організми, які отримують енергію зі світла. Більшість фотогетеротрофів - це пурпурові несерні бактерії. Вони можуть рости тільки під сонячними променями та за наявності готових органічних речовин.

Типи деструкторів

Значну роль ланцюга харчування грають деструктори (руйнівники). Вони вміють переробляти неживу органіку на неорганічні речовини. У дикій природі їм виділено окрему трофічну нішу.

Роль руйнівників полягає у переробці мертвих тварин та рослин, які почали розкладатися. Сюди відносяться класи деяких грибів та бактерій. Вони насичують ґрунт водою та поживними компонентами.

Елементи, що виникають у результаті діяльності руйнівників, необхідні продуцентів. Ці мікроорганізми, бактерії та гриби можна також віднести до гетеротрофів. А в екосистемі вони наближені до детрітофагів, оскільки самі харчуються мертвою органікою.

Енергія, отримана від рослин і тварин, що розкладаються, необхідна руйнівникам — сапрофагам і бактеріям. У цьому випадку вони поглинають максимальну кількість поживних елементів, які живі організми нагромадили за час свого життя.

Органічну масу вони розкладають двома шляхами: перетворюють вуглеводи на аміак, воду та діоксид вуглецю, а також за допомогою мікроорганізмів утворюють у ґрунті гумус. Ґрунт одержує біогенні компоненти, і це завершує біохімічний процес. Оскільки руйнівники також вважаються гетеротрофами, їх ще називають мікроконсументами.

Основні ланки

У кожній послідовності необхідно встановити кілька ланок, які поділяються на продуцентів, консументів та редуцентів. Розрізняються вони способом харчування – видобутком органіки та енергії для забезпечення процесів життєдіяльності. Відмінність двох видів таких послідовностей у цьому, що пасовищний тип завжди починається продуцентом, детритний — редуцентом. Але обидва в будь-якому випадку закінчуються редуцентом.Кожна ланка характеризується своїм способом отримання енергії:

• Продуценти. Ця ланка характеризується автотрофним типом харчування. Автотрофи - Форми життя, здатні до синтезу органічних молекул з неорганіки. Таким способом харчування характеризуються рослинний світ (у тому числі водорості, представники водної флори) та ціанобактерії. За рахунок фотосинтетичних процесів (або хемосинтетичних) вони здатні синтезувати органічні молекули з вуглецевого діоксиду та води.
• Консументи. Беруть участь у обох типах харчування. Вони займають три середні трофічні рівні і ніколи не бувають початковою або завершальною ланкою. Тип живлення консументів – гетеротрофний. Джерелом органічних компонентів і всіх необхідних елементів є готові поживні речовини. Це різні фітофаги та хижі тварини різних розмальовок.
• Редуценти (деструктори). За способом харчування вони сапротрофи. Подібні з гетеротрофами, але харчуються мертвою органікою (мертві тварини, опале листя, екскременти). Їхня особливість у тому, що під час метаболічних процесів організму вони сприяють розкладанню органічних сполук до неорганічних, ніж завершують круговий енергетичний цикл (включаючи різні елементи). Тому є завершальним сегментом будь-якого ланцюга. Однак у деструкції вони відіграють роль першої ланки, будучи об'єктом харчування для гетеротрофів-консументів.

Перший трофічний рівень, зазвичай, займають або продуценти з автотрофним типом харчування, або деструктори. До другого сегменту належать консументи першого порядку, зазвичай представлені фітофагами (у детритній вони можуть бути хижаками). Третій та четвертий завжди займають консументи-хижаки.Останній, п'ятий рівень закріплений за деструкторами-сапрофагами, які руйнують зв'язки в органічних сполуках, сприяючи їх поверненню до категорії неорганічних елементів.

Трофічні рівні дозволяють відстежити циркуляцію енергії в екосистемі та виявити певні залежності. Залежність, що спостерігається під час переходу енергії з рівня до рівня, називається законом 10%. Таке співвідношення виникає у зв'язку з тим, що частина енергії витрачається забезпечення життєдіяльності організму рівня. При переході з рівня до рівня втрачається 80-90% енергії проти попереднім.

первинної енергії, що утворилася у продуцентах, становить 300 ккал/кв. м, при переході до рівня первинних консументів відбувається втрата 90% енергії і залишок становить 30 ккал/кв. м, що становить 10% порівняно з попереднім трофічним рівнем. При переході до консументів другого порядку губиться ще 80% енергії від попереднього рівня і залишається 6 ккал/кв. м. Це універсальна модель, яку можна застосувати до будь-якого потоку надходження та витрачання енергії.

За такими даними можна намалювати графіки, які відображатимуть усі зміни під час переходів і чітко покажуть енергетичну залежність харчового ланцюга. При поєднанні кількох моделей у точках взаємозв'язку можна побудувати схему переміщення енергії між ланками всіх ланцюжків, утворених у конкретній екосистемі та побачити повноцінний малюнок біоенергетичної моделі циркуляції.

Трофічні рівні

Ланки харчового ланцюжка інакше називають трофічними рівнями. За визначенням, це група організмів, яка займає конкретне місце в харчовому ланцюжку і представляє для кожного з наступних рівнів джерело енергії - їжу.

Організмами I трофічного рівня у пасовищних харчових ланцюгах є первинні продуценти, автотрофи, тобто рослини, та хемотрофи – бактерії, які використовують енергію хімічних реакцій для синтезу органічних речовин. У детритних системах автотрофи відсутні, а I трофічний рівень детритной трофічної ланцюга утворює власне детрит.

II трофічний рівень харчового ланцюжка формують консументи I порядку — рослиноїдні організми, які називаються фітофагами. Сюди ж відносять вищих і нижчих рослин-паразитів, а також представників зоопланктону, які вживають фітопланктон.

III трофічний рівень утворюють консументи II порядку - хижі тварини - зоофаги, які вживають як їжу фітофагів. Це хижаки I порядку - невеликі ссавці та птахи, основний раціон яких становлять комахи. До цієї групи також відносять ендо- та ектопаразити зоофагів, а також тих фітофагів, які харчуються рослинами-паразитами.

IV трофічний рівень формується консументами III порядку – більшими хижаками II порядку, а також тваринами, які паразитують на хижаках I порядку.

Останній, V трофічний рівень представлений організмами, які споживають мертві органічні речовини та кінцеві продукти розпаду. Ці організми називають деструкторами чи редуцентами. Редуценти в основному представлені безхребетними тваринами, які є некро-, сапро-і копрофагами, які використовують залишки, відходи і мертву органіку. Також до цієї групи належать рослини-сапрофаги, які розкладають листовий опад.

Ще до рівня деструктурів відносять гетеротрофні мікроорганізми, здатні перетворювати органічні речовини на неорганічні (мінеральні), утворюючи остаточні продукти - двоокис вуглецю та воду, які повертаються в екологічну систему і знову вступають у природний кругообіг речовин.

Особливості ланцюгів живлення у хвойних лісах

Такі ліси розташовані на півночі Євразії та Північної Америки. Вони складаються з таких дерев, як сосна, ялина, ялиця, кедр, модрина та інші.

Тут все значно відрізняється від змішаних та листяних лісів

Першою ланкою в цьому випадку буде не трава, а мох, чагарники чи лишайники. Це з тим, що у хвойних лісах недостатньо світла у тому, щоб міг існувати густий трав'яний покрив.

Відповідно, тварини, які стануть консументами першого порядку, будуть іншими — вони повинні харчуватися не травою, а мохом, лишайниками чи чагарниками. Це може бути деякі види оленів

Незважаючи на те, що найбільш поширені чагарники і мохи, у хвойних лісах все ж таки зустрічаються трав'янисті рослини і кущі. Це кропива, чистотіл, суниця, бузина. Такою їжею зазвичай харчуються зайці, лосі, білки, які теж можуть стати консументами першого порядку.

Споживачами другого порядку будуть, як і в змішаних лісах, хижаки. Це норка, ведмідь, росомаха, рись та інші.

Дрібні хижаки, такі як норка, можуть стати здобиччю консументів третього порядку

Замикаючою ланкою будуть мікроорганізми гниття.

Крім того, у хвойних лісах дуже поширені детрітні харчові ланцюги

. Тут першою ланкою буде найчастіше рослинний перегній, яким харчуються ґрунтові бактерії, стаючи, своєю чергою, їжею для одноклітинних тварин, яких їдять гриби. Такі ланцюжки зазвичай довгі і можуть складатися з більш ніж п'яти ланок.

Приклади харчових ланцюжків у хвойному лісі:

• кедрові горіхи – білка – норка – редуценти;
• перегній рослин (детрит) – бактерії – найпростіші – гриби – ведмідь – редуценти.

На землі існує безліч рослин і тварин. Усі вони змушені забезпечувати свою життєдіяльність, харчуючись та переробляючи життєву енергію. Таким чином, їх взаємодія завжди поєднує істоти в ланках яких від одного до іншого переходять і енергія.

Пасовищний та детрітний ланцюги

Продуцентом у ланцюгу такого типу, або ланцюга виїдання, як їх іноді називають, завжди є організми, життєдіяльність яких пов'язана з процесами фотосинтезу чи окислення неорганічних сполук. Хороший приклад – лучна взаємодія.

Під час фотосинтезу рослина створює органічні речовини. Комаха харчується нектаром квітки і потрапляє в поле зору жаби, яка його з'їдає. Це друга і третя ланки ланцюга відповідно. Амфібію з'їдає вже, якого, у свою чергу, вистачає з трави птах, що пролітає повз. Якщо вибудувати всі об'єкти у вигляді ланцюжка, можна отримати напрямок руху органічних сполук та енергії.

Організація такого ланцюга в морях та океанах має східчасту структуру. Це пояснюється тим, що водорості є фотосинтезуючими об'єктами і живуть виключно там, де проникає сонячне світло — до 200 м глибини.Внаслідок цього гетеротрофні організми, що мешкають на глибині, заради харчування змушені щоночі долати маршрут довжиною понад 500 м та вранці повертатися. Друга ланка ланцюга - організми, що живуть у глибших водах. Вони, навпаки, виходять на полювання вранці та харчуються гетеротрофами, які в цей час спускаються з поверхні вод у своє середовище.

Крім пасовищного ланцюга живлення, існує ланцюг розкладання, або, як його по-іншому називають, детритний. Від пасовищної відрізняється тим, що її початковою та заключною ланкою є редуценти, тобто сапрофіти, які харчуються виключно органічними останками.

Детритний вигляд повністю виключає автотрофи, але опосередковано залежить від сонячної енергії, все тому, що детрит включає органічні останки автотрофів і гетеротрофів пасовищного ланцюга.