Цель: расширить знания о биотических факторах среды.
Оборудование: гербарные растения, чучела хордовых (рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц, млекопитающих), коллекции насекомых, влажные препараты животных, иллюстрации различных растений и животных.
Ход работы:
1. Используйте оборудование и составьте две цепи питания. Помните, что цепь всегда начинается продуцентом и заканчивается редуцентом.
Растения → насекомые → ящерица → бактерии
Растения → кузнечик → лягушка → бактерии
Вспомните свои наблюдения в природе и составьте две цепи питания. Подпишите продуценты, консументы (1 и 2 порядков), редуценты.
Фиалка → Ногохвостки → хищные клещи → хищные многоножки → бактерии
Продуцент- консумент1- консумент2 - консумент2 - редуцент
Капуста → слизень → лягушка → бактерии
Продуцент – консумент1 - консумент2 - редуцент
Что такое цепь питания и что лежит в её основе? Чем определяется устойчивость биоценоза? Сформулируйте вывод.
Вывод:
Пищева́я (трофи́ческая ) цепь - ряды видов растений, животных, грибов и микроорганизмов, которые связаны друг с другом отношениями: пища - потребитель (последовательность организмов, в которой происходит поэтапный перенос вещества и энергии от источника к потребителю). Организмы, последующего звена поедают организмы предыдущего звена, и таким образом осуществляется цепной перенос энергии и вещества, лежащий в основе круговорота веществ в природе. При каждом переносе от звена к звену теряется большая часть (до 80-90 %) потенциальной энергии, рассеивающейся в виде тепла. По этой причине число звеньев (видов) в цепи питания ограничено и не превышает обычно 4-5. Устойчивость биоценоза определяется разнообразием его видового состава. Продуце́нты - организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических, то есть, все автотрофы. Консументы - гетеротрофы, организмы, потребляющие готовые органические вещества, создаваемые автотрофами (продуцентами). В отличие от редуцентов
, консументы не способны разлагать органические вещества до неорганических.Редуце́нты - микроорганизмы (бактерии и грибы), разрушающие отмершие остатки живых существ, превращающие их в неорганические и простейшие органические соединения.3. Назовите организмы, которые должны быть на пропущенном месте следующих пищевых цепей.
1) Паук, лиса
2) древоед-гусеница, ястреб-змеед
3) гусеница
4. Из предложенного списка живых организмов составить трофическую сеть:
трава, ягодный кустарник, муха, синица, лягушка, уж, заяц, волк, бактерии гниения, комар, кузнечик. Укажите количество энергии, которое переходит с одного уровня на другой.
1. Трава (100%) -- кузнечик (10%) -- лягушка (1%) -- уж (0,1%) -- бактерии гниения (0,01%).
2. Кустарник (100%) -- заяц (10%) -- волк (1%) -- бактерии гниения (0,1%).
3. Трава (100%) -- муха (10%) -- синица (1%) -- волк (0,1%) -- бактерии гниения (0,01%).
4. Трава (100%) -- комар (10%) -- лягушка (1%) -- уж (0,1%) -- бактерии гниения (0,01%).
5. Зная правило перехода энергии с одного трофического уровня на другой (около10%), постройте пирамиду биомассы третьей пищевой цепи (задание 1). Биомасса растений составляет 40 тонн.
Трава (40 тонн) -- кузнечик (4 тонны) -- воробей (0,4 тонны) -- лиса (0,04).
6. Вывод: что отражают правила экологических пирамид?
Правило экологических пирамид очень условно передает закономерность передачи энергии с одного уровня питания на следующий, в пищевой цепочке. Впервые эти графические модели были разработаны Ч. Элтоном в 1927 году. По этой закономерности суммарная масса растений должна быть на порядок больше растительноядных животных, а суммарная масса растительноядных животных на порядок больше хищников первого уровня и т.д. до самого конца пищевой цепи.
Лабораторная работа № 1
Тема: Изучение строения растительной и животной клеток под микроскопом
Цель работы: ознакомиться с особенностями строения клеток растений и животных организмов, показать принципиальное единство их строения.
Оборудование: микроскоп, кожица чешуи луковицы, эпителиальные клетки из полости рта человека, чайная ложечка, покровное и предметное стекла,синие чернила, йод, тетрадь, ручка, простой карандаш, линейка
Ход работы:
1. Отделите от чешуи луковицы кусочек покрывающей её кожицы и поместите его на предметное стекло.
2. Нанесите капельку слабого водного раствора йода на препарат. Накройте препарат покровным стеклом.
3. Снимите чайной ложечкой немного слизи с внутренней стороны щеки.
4. Поместите слизь на предметное стекло и подкрасьте разбавленными в воде синими чернилами. Накройте препарат покровным стеклом.
5. Рассмотрите оба препарата под микроскопом.
6. Результаты сравнения занесите в таблицу 1 и 2.
7. Сделайте вывод о проделанной работе.
Вариант № 1.
Таблица №1 «Сходства и отличия растительной и животной клетки».
| Особенности строения клетки | Растительная клетка | Животная клетка |
| Рисунок | ||
| Черты сходства | Ядро, цитоплазма, клеточная мембрана, митохондрий, рибосом, комплекс Гольджи, лизосомы, способности к самообнавлению, саморегуляции. | Ядро, цитоплазма, клеточная мембрана, митохондрий, рибосомы, лизосомы, коплекс Гольджи, способности к самообнавлению, саморегуляции. |
| Черты отличия | Присутствуют пластиды (хролопласты, лейкопласты, хромопласты), вакуоль, толстая клеточная стенка состоящая из целлюлозы, способны к фотозинтезу. Вакуоль – содержит клеточный сок и в ней накапливаются токсичные вещества (листья растений). | Центриоль, клеточная стенка эластичная, гликокаликс, реснички, жгутики, гетеротрофы, запасное вещество - гликоген, целостные реакции клетки (пиноцитоз, эндоцитоз, экзоцитоз, фагоцитоз). |
Вариант № 2.
Таблица №2 «Сравнительная характеристика растительной и животной клетки».
| Клетки | Цитоплазма | Ядро | Плотная клеточная стенка | Пластиды |
| Раститель-ная | Цитоплазма, состоит из густого тягучего вещества, в котором располагаются все другие части клетки. Она имеет особый химический состав. В ней протекают различные биохимичес-кие процессы, обеспе-чивающие жизнедеятель-ность клетки. В живой клетке цитоплазма постоянно движется, перетекает по всему объему клетки; она может увеличиваться в объеме. | содержит генетическую информацию, осуществляющий основные функции: хранение, передача и реализация наследственной информации с обеспечением син-теза белка. | Присутствует, толстая клеточная стенка состоящая из целлюлозы. | Присутствуют пластиды (хролопласты, лейкопласты, хромопласты). Хлоропла́сты - зелёные пластиды, которые встречаются в клетках фотосинтезирующих эукариот. С их помощью происходит фотосинтез. Хлоропласты содержат хлорофилл, образование крахмала с выделение кислорода. Лейкопла́сты -синтезируют и накапливают крахмал (так называемые амилопласты), жиры, белки. Встречаются в семенах растений, корнях, стеблях и лепестках цветов (привлекают насекомых для опыления). Хромопла́сты - содержат лишь жёлтые, оранжевые и красноватые пигменты из ряда каротинов. Встречаются в плодах растений, придают цвет овощам, фруктам, ягодам и лепестках цветов (привлекают насекомых и животных для опыления и распространения в природе). |
| Животная | Присутствует, она состоит из коллоидного раствора белков и других органических веществ 85 % этого раствора - вода, 10 % - белки и 5 % - другие соединения. | содержащий генетическую информацию (молекулы ДНК), осуществляющий основные функции: хранение, передача и реализация наследственной информации с обеспечением синтеза белка. | Присутствует, клеточная стенка эластичная, гликаликс | Нет. |
4. Сформулируйте вывод.
Вывод: _Все растения и животные состоят из клеток. Клетка - элементарная единица строения и жизнедеятельности всех живых организмов. В растительной клетке имеется толстая целлюлозная мембрана, вакуоль и пластиды, у животных в отличие от растений имеется тонкая гликогенная мембрана (осуществляет пиноцитоз, эндоцитоз, экзоцитоз, фагоцитоз),и отсутствуют вакуоли (кроме простейших).
Лабораторная работа № 2
Огромную роль в воспроизводстве жизни играет энергия Солнца. Количество этой энергии очень велико (примерно 55 ккал на 1 см 2 в год). Из этого количества продуценты — зеленые растения — в результате фотосинтеза фиксируют не более 1-2 % энергии, а пустыни и океан — сотые доли процента.
Число звеньев в пищевой цепи может быть различным, но обычно их 3-4 (реже 5). Дело в том, что к конечному звену пищевой цепи поступает так мало энергии, что ее не хватит в случае увеличения числа организмов.
Рис. 1. Пищевые цепи в наземной экосистеме
Совокупность организмов, объединенных одним типом питания и занимающих определенное положение в пищевой цепи, носит название трофический уровень. К одному трофическому уровню принадлежат организмы, получающие свою энергию от Солнца через одинаковое число ступеней.
Простейшая пищевая цепь (или цепь питания) может состоять из фитопланктона, затем идут более крупные травоядные планктонные ракообразные (зоопланктон), а заканчивается цепь китом (или мелкими хищниками), которые фильтруют этих ракообразных из воды.
Природа сложна. Все ее элементы, живые и неживые, — одно целое, комплекс приспособленных друг к другу, взаимодействующих и взаимосвязанных явлений и существ. Это звенья одной цепи. И если удалить из общей цепочки хотя бы одно такое звено, результаты могут быть непредвиденными.
Особенно негативно разрыв цепей питания может сказаться на леса — будь то лесные биоценозы умеренной зоны либо отличающиеся богатым видовым разнообразием биоценозы тропического леса. Многие виды деревьев, кустарников или травянистых растений пользуются услугами определенного опылителя — пчелы, осы, бабочки или колибри, обитающих в пределах ареала данного растительного вида. Как только погибнет последнее цветущее дерево или травянистое растение, опылитель вынужден будет покинуть данное местообитание. В результате погибнут питающиеся этими растениями или плодами дерева фитофаги (травоядные). Без пиши останутся охотившиеся на фитофагов хищники, а далее изменения последовательно коснутся остальных звеньев пищевой цепи. В итоге они скажутся и на человеке, поскольку у него есть свое определенное место в пищевой цепи.
Пищевые цепи можно разделить на два основных типа: пастбищную и детритную. Пищевые цени, которые начинаются с автотрофных фотосинтезирующих организмов, называются пастбищными, или цепями выедания. На вершине пастбищной цепи стоят зеленые растения. На втором уровне пастбищной цепи обычно находятся фитофаги, т.е. животные, питающиеся растениями. Примером пастбищной пищевой цепи могут служить взаимоотношения между организмами на пойменном лугу. Начинается такая цепь с лугового цветкового растения. Следующее звено — бабочка, питающаяся нектаром цветка. Затем идет обитатель влажных местообитаний — лягушка. Ее покровительственная окраска позволяет ей подстеречь жертву, но не спасает от другого хищника — обыкновенного ужа. Цапля, поймав ужа, замыкает пищевую цепь на пойменном лугу.
Если пищевая цепь начинается с отмерших остатков растений, трупов и экскрементов животных — детрита, она называется детритной , или цепью разложения. Термин «детрит» означает продукт распада. Он позаимствован из геологии, где детритом называют продукты разрушения горных пород. В экологии детрит — это органическое вещество, вовлеченное в процесс разложения. Такие цепи характерны для сообществ дна глубоких озер, океанов, где многие организмы питаются за счет оседания детрита, образованного отмершими организмами верхних освещенных слоев водоема.
В лесных биоценозах детритная цепь начинается с разложения мертвого органического вещества животными-сапрофагами. Наиболее активное участие в разложении органики здесь принимают почвенные беспозвоночные животные (членистоногие, черви) и микроорганизмы. Присутствуют и крупные сапрофаги — насекомые, которые готовят субстрат для организмов, осуществляющих процессы минерализации (для бактерий и грибов).
В отличие от пастбищной цепи размеры организмов при движении вдоль детритной цепи не возрастают, а, наоборот, уменьшаются. Так, на втором уровне могут стоять насекомые-могильщики. Но наиболее типичными представителями детритной цепи являются грибы и микроорганизмы, питающиеся мертвым веществом и довершающие процесс разложения биоорганики до состояния простейших минеральных и органических веществ, которые затем в растворенном виде потребляются корнями зеленых растений на вершине пастбищной цепи, начиная тем самым новый круг движения вещества.
В одних экосистемах преобладают пастбищные, в других — детритные цепи. Например, лес считается экосистемой с преобладанием детритных цепей. В экосистеме гниющего пня пастбищная цепь вообще отсутствует. В то же время, например, в экосистемах поверхности моря практически все продуценты, представленные фитопланктоном, потребляются животными, а их трупы опускаются на дно, т.е. уходят изданной экосистемы. В таких экосистемах преобладают пастбищные пищевые цепи, или цепи выедания.
Общее правило , касающееся любой пищевой цепи, гласит: на каждом трофическом уровне сообщества большая часть поглощаемой с пищей энергии тратится на поддержание жизнедеятельности, рассеивается и больше не может быть использована другими организмами . Таким образом, потребленная пища на каждом трофическом уровне ассимилируется не полностью. Значительная ее часть расходуется на обмен веществ. При переходе к каждому последующему звену пищевой цепи общее количество пригодной для использования энергии, передаваемой на следующий, более высокий трофический уровень, уменьшается.
Основное условие существования экосистемы — это поддержание круговорота веществ и превращения энергии. Оно обеспечивается благодаря трофическим (пищевым) связям между видами, относящимися к разным функциональным группам. Именно на основе этих связей органические вещества, синтезированные продуцентами из минеральных веществ с поглощением солнечной энергии, передаются консументам и претерпевают химические превращения. В результате жизнедеятельности преимущественно редуцентов атомы основных биогенных химических элементов переходят из органических веществ в неорганические (СО 2 , NH 3 , H 2 S, H 2 O). Затем неорганические вещества используются продуцентами для создания из них новых органических веществ. А они снова с помощью продуцентов вовлекаются в круговорот. Если бы эти вещества не использовались многократно, жизнь на Земле была бы невозможна. Ведь запасы веществ, поглощаемых продуцентами, в природе не безграничны. Для осуществления полноценного круговорота веществ в экосистеме должны быть в наличии все три функциональные группы организмов. И между ними должно происходить постоянное взаимодействие в виде трофических связей с образованием трофических (пищевых) цепей, или цепей питания.
Цепь питания (пищевая цепь) — последовательность организмов, в которой происходит поэтапный перенос вещества и энергии от источника (предыдущего звена) к потребителю (последующему звену).
При этом один организм может поедать другой, питаться его отмершими остатками или продуктами жизнедеятельности. В зависимости от вида исходного источника вещества и энергии цепи питания подразделяют на два типа: пастбищные (цепи выедания) и детритные (цепи разложения).
Пастбищные цепи (цепи выедания) — пищевые цепи, которые начинаются с продуцентов и включают консументов разных порядков. В общем виде пастбищную цепь можно показать следующей схемой:
Продуценты -> Консументы I порядка -> Консументы II порядка -> Консументы III порядка
Например: 1) пищевая цепь луга: клевер луговой — бабочка — лягушка — змея; 2) пищевая цепь водоема: хламидомонада — дафния — пескарь — судак. Стрелки в схеме показывают направление переноса вещества и энергии в цепи питания.
Каждый организм в цепи питания относится к определенному трофическому уровню.
Трофический уровень — совокупность организмов, которые в зависимости от способа их питания и вида корма составляют определенное звено пищевой цепи.
Трофические уровни принято нумеровать. Первый трофический уровень составляют автотрофные организмы — растения (продуценты), на втором трофическом уровне находятся растительноядные животные (консументы I порядка), на третьем и последующих уровнях — плотоядные животные (консументы II, III и т. д. порядков).
В природе почти все организмы питаются не одним, а несколькими видами корма. Следовательно, любой организм может находиться на разных трофических уровнях в одной и той же пищевой цепи в зависимости от характера корма. Например, ястреб, питаясь мышами, занимает третий трофический уровень, а поедая змей — четвертый. Кроме того, один и тот же организм может быть звеном разных пищевых цепей, связывая их между собой. Так, ястреб может съесть ящерицу, зайца или змею, которые входят в состав разных цепей питания.
В природе пастбищные цепи в чистом виде не встречаются. Они связаны между собой общими пищевыми звеньями и образуют пищевую сеть , или сеть питания . Ее наличие в экосистеме способствует выживанию организмов при недостатке определенного вида корма благодаря возможности использовать другой корм. И чем шире видовое разнообразие особей в экосистеме, тем больше пищевых цепей в составе пищевой сети и тем устойчивее экосистема. Выпадение одного звена из цепи питания не нарушит всей экосистемы, так как могут быть использованы источники питания из других пищевых цепей.
Детритные цепи (цепи разложения) — пищевые цепи, которые начинаются с детрита, включают детритофагов и редуцентов и заканчиваются минеральными веществами. В детритных цепях происходит перенос вещества и энергии детрита между детритофагами и редуцентами через продукты их жизнедеятельности.
Например: погибшая птица — личинки мух — плесневые грибы — бактерии — минеральные вещества. Если детрит не требует механического разрушения, то он сразу превращается в перегной с последующей минерализацией.
Благодаря детритным цепям в природе замыкается круговорот веществ. Отмершие органические вещества в детритных цепях превращаются в минеральные, которые поступают в среду, а из нее поглощаются растениями (продуцентами).
Пастбищные цепи преимущественно располагаются в надземных, а цепи разложения — в подземных ярусах экосистем. Взаимосвязь пастбищных цепей с детритными осуществляется через детрит, попадающий в почву. Детритные цепи связаны с пастбищными через минеральные вещества, извлекаемые из почвы продуцентами. Благодаря взаимосвязи пастбищных и детритных цепей в экосистеме формируется сложная пищевая сеть, обеспечивающая постоянство процессов превращения вещества и энергии.
Экологические пирамиды
Процесс превращения вещества и энергии в пастбищных цепях имеет определенные закономерности. На каждом трофическом уровне пастбищной цепи не вся съеденная биомасса идет на образование биомассы консументов данного уровня. Значительная ее часть затрачивается на процессы жизнедеятельности организмов: движение, размножение, поддержание температуры тела и т. д. Кроме того, часть корма не усваивается и в виде продуктов жизнедеятельности попадает в окружающую среду. Другими словами, большая часть вещества и содержащейся в нем энергии при переходе от одного трофического уровня к другому теряется. Процент усвояемости сильно варьирует и зависит от состава пищи и биологических особенностей организмов. Многочисленные исследования показали, что на каждом трофическом уровне пищевой цепи теряется в среднем около 90 % энергии, и только 10 % переходит на следующий уровень. Американский эколог Р. Линдеман в 1942 г. сформулировал эту закономерность как правило 10 % . Используя это правило, можно рассчитать количество энергии на любом трофическом уровне цепи питания, если ее показатель известен на одном из них. С некоторой степенью допущения это правило используют и для определения перехода биомассы между трофическими уровнями.
Если на каждом трофическом уровне пищевой цепи определить число особей, или их биомассу, или количество заключенной в ней энергии, то станет очевидным уменьшение этих величин по мере продвижения к концу цепи питания. Эту закономерность впервые установил английский эколог Ч. Элтон в 1927 г. Он назвал ее правилом экологической пирамиды и предложил выражать графически. Если любую из вышеуказанных характеристик трофических уровней изобразить в виде прямоугольников с одинаковым масштабом и расположить их друг над другом, то получится экологическая пирамида .
Известны три типа экологических пирамид. Пирамида чисел отражает численность особей в каждом звене пищевой цепи. Однако в экосистеме второй трофический уровень (консументы I порядка ) численно может быть богаче первого трофического уровня (продуцентов ). В этом случае получается перевернутая пирамида чисел. Это объясняется участием в таких пирамидах особей, не равноценных по размерам. Примером может служить пирамида чисел, состоящая из лиственного дерева, листогрызущих насекомых, мелких насекомоядных и крупных хищных птиц. Пирамида биомассы отражает количество органического вещества, накопленного на каждом трофическом уровне пищевой цепи. Пирамида биомассы в наземных экосистемах правильная. А в пирамиде биомассы для водных экосистем биомасса второго трофического уровня, как правило, больше биомассы первого при определении ее в конкретный момент. Но поскольку водные продуценты (фитопланктон) имеют высокую скорость образования продукции, то в конечном итоге их биомасса за сезон все равно будет больше биомассы консументов I порядка. А это значит, что в водных экосистемах также соблюдается правило экологической пирамиды. Пирамида энергии отражает закономерности расходования энергии на разных трофических уровнях.
Таким образом, запас вещества и энергии, накопленный растениями в пастбищных пищевых цепях, быстро расходуется (выедается), поэтому эти цепи не могут быть длинными. Обычно они включают от трех до пяти трофических уровней.
В экосистеме продуценты, консументы и редуценты связаны трофическими связями и образуют цепи питания: пастбищные и детритные. В пастбищных цепях действует правило 10 % и правило экологической пирамиды. Можно построить три типа экологических пирамид: чисел, биомассы и энергии.
ТРОФИЧЕСКИЕ ЦЕПИ
Цель работы : получение навыков составления и анализа пищевых (трофических) цепей.
Общие сведения
Между живыми организмами экосистем существуют разнообразные связи. Одной из центральных связей, которая как бы цементирует самые разные организмы в одну экосистему, является пищевая, или трофическая. Пищевые связи объединяют между собой организмы по принципу пища - потребитель. Это ведет к возникновению пищевых, или трофических цепей. Внутри экосистемы содержащие энергию вещества создаются автотрофными организмами и служат пищей для гетеротрофов. Пищевые связи - это механизмы передачи энергии от одного организма к другому. Типичный пример – животное поедает растения. Это животное, в свою очередь, может быть съедено другим животным. Таким путем может происходить перенос энергии через ряд организмов
Каждый последующий питается предыдущим, поставляющим ему сырье и энергию.
Такая последовательность переноса энергии пищи в процессе питания от ее источника через последовательный ряд живых организмов называется пищевой (трофической) цепью, или цепью питания.Трофические цепи - это путь однонаправленного потока солнечной энергии, поглощенной в процессе фотосинтеза, через живые организмы экосистемы в окружающую среду, где неиспользованная часть ее рассеивается в виде низкотемпературной тепловой энергии.
ные мыши, воробьи, голуби. Иногда в экологической литературе любую пищевую связь называют связью «хищник – жертва», понимая под хищником поедателя. Стабильность системы «хищник-жертва» обеспечивается следующими факторами:
- неэффективность хищника, бегство жертвы;
- экологические ограничения, налагаемые внешней средой на численность популяции;
- наличие у хищников альтернативных пищевых ресурсов;
- уменьшение запаздывания в реакции хищника.
Место каждого звена в цепи питания являетсятрофическим уровнем. Первый трофический уровень занимают автотрофы, или так называемыепервичные продуценты. Организмы второго трофического уровня называютсяпер-
вичными консументами, третьего - вторичными консументамии т. д.
Трофические цепи делятся на два основных типа: пастбищные (цепи выедания, цепи потребления) идетритные (цепи разложения).
Растение → заяц → волк Продуцент → травоядное животное → плотоядное животное
Широко распространены и такие пищевые цепи:
Растительный материал (например, нектар) → муха → паук → землеройка → сова.
Сок розового куста → тля → божья коровка → паук → насекомоядная птица → хищная птица.
В водных, в частности, морских экосистемах пищевые цепи хищников длиннее, чем в наземных.
Детритная цепь начинается с мертвого органического вещества - детрита, который разрушается детритофагами, поедаемыми мелкими хищниками, и заканчивается работой редуцентов, минерализующих органические остатки. В детритных пищевых цепях наземных экосистем важную роль играют лиственные леса, большая часть листвы которых не употребляется растительноядными животными в пищу и входит в состав лесной подстилки. Листья измельчаются многочисленными детритофагами (грибами, бактериями, насекомыми), далее заглатываются дождевыми червями, которые осуществляют равномерное распределение гумуса в поверхностном слое почвы, образуя мулль. Разлагающие
микроорганизмы, завершающие цепь, производят окончательную минерализацию мертвых органических остатков (рис. 1).
В целом типичные детритные цепи наших лесов можно представить следующим образом:
листовая подстилка → дождевой червь → черный дрозд → ястребперепелятник;
мертвое животное → личинки падальных мух → травяная лягушка → уж.
Рис. 1. Детритная пищевая цепь (по Небелу, 1993)
В качестве исходного органического материала, который подвергается в почве биологической переработке организмами, населяющими почву, можно для примера рассмотреть древесину. Древесина, попадающая на поверхность почвы, прежде всего, подвергается переработке личинками насекомых усачей, златок, сверлил, которые используют ее в пищу. Им на смену приходят грибы, мицелий которых в первую очередь поселяется в ходах, проделанных в древесине насекомыми. Грибы еще сильнее разрыхляют и разрушают древесину. Такая рыхлая древесина и сам мицелий оказываются пищей для личинок огнецветки. На следующем этапе в уже сильно разрушенной древесине поселяются муравьи, которые уничтожают почти всех личинок и создают условия для поселения в древесине новой генерации грибов. Такими грибами начинают кормиться улитки. Завершают же разрушение и гумификацию древесины микробы-редуценты.
Аналогично идет гумификация и минерализация навоза диких и домашних животных, поступающего в почву.
Как правило, пища каждого живого существа более или менее разнообразна. Только все зеленые растения «питаются» одинаково: углекислым газом и ионами минеральных солей. У животных случаи узкой специализации питания довольно редки. В результате возможной смены питания животных все организмы экосистем вовлечены в сложную сеть пищевых взаимоотношений. Пищевые цепи тесно переплетаются друг с другом, образуя пищевые, или трофические сети. В трофической сети каждый вид прямо или косвенно связан со многими. Пример трофической сети с размещением организмов по трофическим уровням представлен на рис. 2.
Пищевые сети в экосистемах весьма сложные, и можно сделать вывод, что поступающая в них энергия долго мигрирует от одного организма к другому.
Рис. 2. Трофическая сеть
В биоценозах пищевые связи играют двоякую роль. Во-первых, они
обеспечивают передачу вещества и энергии от одного организма к другому.
Вместе, таким образом, уживаются виды, которые поддерживают жизнь друг друга. Во-вторых, пищевые связислужат механизмом регуляции численно-
Представление трофических сетей может быть традиционным (рис.2) или с использованием ориентированных графов (орграфов).
Геометрически ориентированный граф можно представить в виде набора вершин, обозначаемых кружками с номерами вершин, и дуг, соединяющих эти вершины. Дуга задаёт направление от одной вершины к другой.Путём в графе называется такая конечная последовательность дуг, в которой начало каждой последующей дуги совпадает с концом предыдущей. Дуги можно обозначать парой вершин, которые она соединяет. Путь записывается в виде последовательности вершин, через которые он проходит.Контуром называется путь, начальная вершина которого совпадает с конечной.
НАПРИМЕР:
Вершины; |
||||||
А – дуги; | ||||||
В – контур, проходящий через вершины 2, 4, |
||||||
В 3;
1, 2 или 1, 3, 2 – пути от вершины
к вершине | |||
В сети питания вершиной графа отображаются объекты моделирования; дуги, обозначаемые стрелками, проводят от жертвы кхищнику.
Любой живой организм занимает определённую экологическую нишу . Экологическая ниша – это совокупность территориальных и функциональных характеристик среды обитания, соответствующих требованиям данного вида. Никакие два вида не имеют в экологическом фазовом пространстве одинаковых ниш. Согласно принципу конкурентного исключения Гаузе, два вида с близкими экологическими требованиями длительное время не могут занимать одну экологическую нишу. Эти виды конкурируют, и один из них вытесняет другой. На основе сетей питания можно построитьграф конкуренции. Живые организмы в графе конкуренции отображаются в виде вершин графа, между вершинами проводится ребро (связь без направления) в том случае, если существуетживой организм , который служит пищей для организмов, отображаемых вышеуказанными вершинами.
Разработка графа конкуренции позволяет выделить конкурирующие виды организмов и проанализировать функционирование экосистемы и её уязвимость.
Широко распространён принцип соответствия роста сложности экосистемы и увеличения её устойчивости. Если экосистема представлена сетью питания, можно использовать разные способы измерения сложности:
- определить число дуг;
- найти отношение числа дуг к числу вершин;
Для измерения сложности и разнообразия сети питания используется также трофический уровень, т.е. место организма в цепи питания. Трофический уровень можно определять как по наиболее короткой, как и по наиболее длинной цепи питания от рассматриваемой вершины, имеющей трофический уровень, равный «1».
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Задание 1
Составьте сеть для 5 участников: трава, птицы, насекомые, зайцы, лисы.
Задание 2
Установите цепи питания и трофический уровень по наиболее короткому и наиболее длинному пути сети питания из задания «1».
Трофический уровень и пищевая цепь | |||||
сети питания | по кратчайшему пути | по наиболее длинному пути |
|||
4 . Насекомые
Примечание: пастбищная пищевая цепь начинается с продуцентов . Организм, указанный в колонке 1, является верхним трофическим уровнем. Для консументов I порядка длинный и короткий пути трофической цепи совпадают.
Задание 3
Предложите трофическую сеть согласно варианта задания (табл. 1П) и составьте таблицу трофических уровней по наиболее длинному и наиболее короткому пути. Пищевые предпочтения консументов приведены в табл. 2П.
Задание 4
Составьте трофическую сеть по рис. 3 и разместите ее участников по трофическим уровням
ПЛАН ОТЧЕТА
1. Цель работы.
2. Граф трофической сети и граф конкуренции по учебному примеру (задания 1, 2).
3. Таблица трофических уровней по учебному примеру (задание 3).
4. Граф сети питания, граф конкуренции, таблица трофических уровней согласно варианту задания.
5. Схема трофической сети с размещением организмов по трофическим уровням (по рис.3).
Рис. 3. Биоценоз тундры.
Первый ряд: мелкие воробьиные, различные двукрылые насекомые, мохноногий канюк. Второй ряд: песец, лемминги, полярная сова. Третий ряд: белая куропатка, зайцы-беляки. Четвертый ряд: гусь, волк, северный олень.
Литература
1. Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. – М.: Мысль, 1990. 637 с.
2. Жизнь животных в 7-ми томах. М.: Просвещение, 1983-1989.
3. Злобин Ю.А. Общая экология. Киев.: Наукова думка, 1998. – 430 с.
4. Степановских А.С. Экология: Учебник для вузов. – М.: ЮНИТИДАНА,
5. Небел Б. Наука об окружающей среде: как устроен мир. – М.: Мир, 1993.
–т.1 – 424 с.
6. Экология: Учебник для технических вузов/ Л.И. Цветкова, М.И. Алексеев, и др.; Под ред. Л.И. Цветковой. –М.: АСВ; СПб: Химиздат, 2001.-552с.
7. Гирусов Э.В. и др. Экология и экономика природопользования: Учебник для вузов/Под ред. Проф. Э.В. Гирусова. – М.: Закон и право, ЮНИТИ,
Таблица 1П |
|||
Видовая структура биоценоза |
|||
Название био- | Видовой состав биоценоза | ||
Кедровник | Кедр корейский, береза желтая, лещина разнолистная, | ||
осока, заяц-беляк, белка летяга, белка обыкновенная, | |||
волк, бурый медведь, гималайский медведь, соболь, | |||
мышь, кедровка, дятел, папоротник. | |||
Заболоченный | Осоки, ирис, тростник обыкновенный.Заходят волк, лиса, | ||
бурый медведь, косуля, мышь. Амфибии – углозуб сибир- | |||
вейниковый | ский, квакша дальневосточная, лягушка сибирская. Улит- | ||
ка, земляной червь. Птицы – дальневосточный белый | |||
аист, пегий лунь, фазан, японский журавль, даурский жу- | |||
равль. Бабочки махаоны. | |||
Белоберезовый | Осина, береза плосколистная (белая) осина, ольха, дио- | ||
скорея ниппонская (травянистая лиана), злаки, осоки, | |||
разнотравье (клевер, чина). Кустарники – леспедеца, ря- | |||
бинник, таволга. Грибы – подберезовики, подосиновики. | |||
Животные - енотовидная собака, волк, лиса, медведь бу- | |||
рый, колонок, изюбрь, косуля, углозуб сибирский, лягуш- | |||
ка сибирская, мышь. Птицы – подорлик большой, синица, | |||
Ельник травя- | Растения – пихта, лиственница, кедр корейский, клен, ря- | ||
бинник рябинолистный, жимолость, ель, осоки, злаки. | |||
кустарниковый | Животные – заяц-беляк, белка обыкновенная, белка летя- | ||
га, волк, медведь бурый, медведь гималайский, соболь, | |||
харза, рысь, изюбрь, лось, рябчик, сова, мышь, бабочка | |||
Растения - дуб монгольский, осина, береза плосколистная, | |||
липа, ильм, маакия (единственное на Дальнем Востоке | |||
дерево, относящееся к семейству бобовых), кустарники – | |||
леспедеца, калина, рябинник рябинолистный, шиповник, | |||
травы – ландыш, осоки, чемерица, черемша, бубенчики, | |||
колокольчики. Животные – бурундук, енотовидная соба- | |||
ка, волк, лиса, медведь бурый, барсук, колонок, рысь, ка- | |||
бан, изюбрь, косуля, заяц, углозуб сибирский, квакша | |||
дальневосточная, лягушка сибирская, мышь, ящерица жи- | |||
вородящая, сойка, дятел, поползень, жук-дровосек, кузне- | |||
Растения - осина, береза плосколистная, боярышник, ши- | |||
повник, спирея, пион, злаки. Животные – енотовидная | |||
собака, волк, лиса, медведь бурый, колонок, изюбрь, ко- | |||
суля, углозуб сибирский, лягушка сибирская, мышь, яще- | |||
рица живородящая, сойка, дятел, поползень, подорлик, | |||
жук-дровосек, кузнечик, | |||
Таблица 2П |
|||||
Спектр питания некоторых видов | |||||
Живые организмы | Пищевые пристрастия - «меню» | ||||
Трава (злаки, осоки); кора осины, липы, лещины; ягоды (земляни- | |||||
Семена злаков, насекомые, черви. | |||||
Белка летяга | |||||
и их личинки. | |||||
Растения | Потребляют солнечную энергию и минеральные вещества, воду, | ||||
кислород, углекислый газ. | |||||
Грызуны, зайцы, лягушки, ящерицы, мелкие птицы. | |||||
Белка обыкновен- | Кедровые орехи, орехи лещины, желуди, семена злаков. | ||||
Семена кустарников (элеутерококк), ягоды (брусника), насекомые | |||||
и их личинки. | |||||
Личинки насеко- | Личинки комаров – водоросли, бактерии. | ||||
мых комаров, | Личинки стрекоз – насекомые, мальки рыб. | ||||
Сок трав. | |||||
Грызуны, зайцы, лягушки, ящерицы. | |||||
Орлан белоплечий | Рыба, мелкие птицы. | ||||
Медведь бурый | Эврифаг, предпочтение отдает животной пище: кабаны (подсвин- | ||||
ки), рыба (лосось). Ягоды (малина, черемуха, жимолость, голуби- | |||||
ка), коренья. | |||||
Медведь гималай- | Дудник (медвежья дудка), лесные ягоды (брусника, малина, чере- | ||||
муха, голубика), мед (осы, пчелы), лилейные (луковицы), грибы, | |||||
орехи, желуди, личинки муравьев. | |||||
Насекомые | Травянистые растения, листья деревьев. | ||||
Мышь, белка, зайчата, рябчик. | |||||
Хищник. Зайцы, белка, подсвинки. | |||||
трава (хвощ зимующий), бобовые (вика, чина), | |||||
кора лещины, ив, подрост берез, корни кустарников (ле- | |||||
щина, малина). | |||||
Почки берез, ольхи, липы; злаки; ягоды рябины, калины; хвоя пих- | |||||
ты, ели, лиственницы. | |||||
Мышь, бурундук, зайчата, лисята, змеи (уж, полоз), ящерица, бел- | |||||
ка, летучая мышь. | |||||
Мыши, зайцы, косуля, стаей могут убить оленя, лося, кабана. | |||||
Уховертка | Хищник. Блохи, жуки (мелкие), слизни, дождевые черви. | ||||
Жук -дровосек | Кора березы, кедра, липы, кленов, лиственницы. | ||||
Пыльца растений. | |||||
павлиноглазка | |||||
Мышь, зайчата, бурундук, углозуб сибирский, птенцы журавлей, | |||||
аиста, уток; квакша дальневосточная, фазанята, черви, | |||||
крупные насекомые. | |||||
Кора лещины, березы, ив, дуба, осока, вейник, тростник; листья бе- | |||||
резы, ивы, дуба, лещины. | |||||
Хищник. Рачки, личинки комара. | |||||
Квакша дальнево- | Водные беспозвоночные. |
|
Травы (вейник), осока, грибы, растительные остатки и почва. |
||
Растения, рыба и ее икра во время нереста, насекомые и их личин- |
||
Земляной червяк | Отмершие растительные остатки. |
|
Дальневосточный | Улитка, квакша, сибирская лягушка, рыба (вьюн, ротан), змеи, |
|
белый аист | мыши, саранча, птенцы воробьиных птиц. |
|
Журавль японский | Корневища осок, рыба, лягушки, мелкие грызуны, птенцы. |
|
Лунь пегий | Мышь, мелкие птицы (овсянки, камышевки, воробья), лягушки, |
|
ящерицы, крупные насекомые. |
||
Почки березы, ольхи, вейник. |
||
Бабочки махаоны | Пыльца растений (фиалки, хохлатки). |
|
Плотояден предпочтение отдает животной пище – зайцы, молодые |
||
лосята, косули, олени, кабаны. |
||
Енотовидная со- | Рыба тухлая, птицы (жаворонки, овсяницы, камышевки). |
|
Веточный корм (береза, осина, ива, лещина; листья дуба, липы), |
||
желуди, кора дуба, водоросли на мелководьях, вахта трехлистная. |
||
Комар, пауки, муравьи, кузнечики. |
||
Ящерица живоро- | Насекомые и их личинки, черви дождевые. |
|
Подорлик | Хищник. Мелкие млекопитающие, фазан, мыши, зайцы, лисята, |
|
птицы, рыба, грызуны. |
||
Белки, бурундуки, птицы. |
||
Бурундук | Семена яблони, шиповника, калины, рябинника, рябины; грибы; |
|
орехи; желуди. |
||
Корни, черви дождевые, мыши, насекомые (муравьи и их личинки). |
||
Хищник. Мыши. |
||
Семена злаков, орехи. |
||
Орехи кедровые, желуди, ягода (рябина), яблоня. |
||
Жуки дровосеки, насекомые древоточцы. |
||
Кабан, заяц, косуля, лосята, оленята, лось, олень (подранки). |
||
Поползень | Насекомые; семена древесных, ягоды, орехи. |
|
Лемминги | Зерноядные. Осоки, шикша, злаки. |
|
Зерноядные. |
||
Хищник. Лемминги, птенцы куропаток, чаек. |
||
Полярная сова | Лемминги, мыши полевки, зайцы, утки, фазаны, тетерева. |
|
Белая куропатка | Растительноядные. Семена злаков; почки берез, ив, ольхи. |
|
Травоядные, листья и кора деревьев, мох – ягель. |
||
Заяц-беляк | Зимой – кора; летом – ягоды, грибы. |
|
Травоядные. Осоки, злаки, водоросли, побеги водных растений. |
||
Северный олень | Ягель, злаки, ягоды (морошка, клюква), мыши. |
|
Косуля, изюбр, пятнистый олень, кабан. |
||
Дафнии, циклопы | Одноклеточные водоросли. |
|
Введение
1. Пищевые цепи и трофические уровни
2. Пищевые сети
3. Пищевые связи пресного водоема
4. Пищевые связи леса
5. Потери энергии в цепях питания
6. Экологические пирамиды
6.1 Пирамиды численности
6.2 Пирамиды биомассы
Заключение
Список литературы
Введение
Организмы в природе связаны общностью энергии и питательных веществ. Всю экосистему можно уподобить единому механизму, потребляющему энергию и питательные вещества для совершения работы. Питательные вещества первоначально происходят из абиотического компонента системы, в который, в конце концов, и возвращаются либо в качестве отходов жизнедеятельности, либо после гибели и разрушения организмов.
Внутри экосистемы содержащие энергию органические вещества создаются автотрофными организмами и служат пищей (источником вещества и энергии) для гетеротрофов. Типичный пример: животное поедает растения. Это животное в свою очередь может быть съедено другим животным, и таким путем может происходить перенос энергии через ряд организмов – каждый последующий питается предыдущим, поставляющим, поставляющим ему сырье и энергию. Такая последовательность называется пищевой цепью, а каждое ее звено – трофическим уровнем.
Цель реферата – дать характеристику пищевым связям в природе.
1. Пищевые цепи и трофические уровни
Биогеоценозы очень сложны. В них всегда имеется много параллельных и сложно переплетенных цепей питания, а общее число видов часто измеряется сотнями и даже тысячами. Почти всегда разные виды питаются несколькими разными объектами и сами служат пищей нескольким членам экосистемы. В результате получается сложная сеть пищевых связей.
Каждое звено пищевой цепи называется трофическим уровнем. Первый трофический уровень занимают автотрофы, или так называемые первичные продуценты. Организмы второго трофического уровня называются первичными консументами, третьего – вторичными консументами и т. д. Обычно бывает четыре или пять трофических уровней и редко больше шести.
Первичными продуцентами являются автотрофные организмы, в основном зеленые растения. Некоторые прокариоты, а именно сине-зеленые водоросли и немногочисленные виды бактерий, тоже фотосинтезируют, но их вклад относительно невелик. Фотосинтетики превращают солнечную энергию (энергию света) в химическую энергию, заключенную в органических молекулах, из которых построены ткани. Небольшой вклад в продукцию органического вещества вносят и хемосинтезирующие бактерии, извлекающие энергию из неорганических соединений.
В водных экосистемах главными продуцентами являются водоросли – часто мелкие одноклеточные организмы, составляющие фитопланктон поверхностных слоев океанов и озер. На суше большую часть первичной продукции поставляют более высокоорганизованные формы, относящиеся к голосеменным и покрытосеменным. Они формируют леса и луга.
Первичные консументы питаются первичными продуцентами, т. е. это травоядные животные. На суше типичными травоядными являются многие насекомые, рептилии, птицы и млекопитающие. Наиболее важные группы травоядных млекопитающих – это грызуны и копытные. К последним относятся пастбищные животные, такие, как лошади, овцы, крупный рогатый скот, приспособленные к бегу на кончиках пальцев.
В водных экосистемах (пресноводных и морских) травоядные формы представлены обычно моллюсками и мелкими ракообразными. Большинство этих организмов – ветвистоусые и веслоногие раки, личинки крабов, усоногие раки и двустворчатые моллюски (например, мидии и устрицы) – питаются, отфильтровывая мельчайших первичных продуцентов из воды. Вместе с простейшими многие из них составляют основную часть зоопланктона, питающегося фитопланктоном. Жизнь в океанах и озерах практически полностью зависит от планктона, так как с него начинаются почти все пищевые цепи.
Растительный материал (например, нектар) → муха → паук →
→ землеройка → сова
Сок розового куста → тля → божья коровка → паук → насекомоядная птица → хищная птица
Существуют два главных типа пищевых цепей – пастбищные и детритные. Выше были приведены примеры пастбищных цепей, в которых первый трофический уровень занимают зеленые растения, второй – пастбищные животные и третий – хищники. Тела погибших растений и животных еще содержат энергию и «строительный материал», так же как и прижизненные выделения, например, моча и фекалии. Эти органические материалы разлагаются микроорганизмами, а именно грибами и бактериями, живущими как сапрофиты на органических остатках. Такие организмы называются редуцентами. Они выделяют пищеварительные ферменты на мертвые тела или отходы жизнедеятельности и поглощают продукты их переваривания. Скорость разложения может быть различной. Органические вещества мочи, фекалий и трупов животных потребляются за несколько недель, тогда как упавшие деревья и ветви могут разлагаться многие годы. Очень существенную роль в разложении древесины (и других растительных остатков) играют грибы, которые выделяют фермент целлюлозу, размягчающий древесину, и это дает возможность мелким животным проникать внутрь и поглощать размягченный материал.
Кусочки частично разложившегося материала называют детритом, и многие мелкие животные (детритофаги) питаются им, ускоряя процесс разложения. Поскольку в этом процессе участвуют как истинные редуценты (грибы и бактерии), так и детритофаги (животные), и тех и других иногда называют редуцентами, хотя в действительности этот термин относится только к сапрофитным организмам.
Детритофагами могут в свою очередь питаться более крупные организмы, и тогда создается пищевая цепь другого типа – цепь, цепь, начинающаяся с детрита:
Детрит → детритофаг → хищник
К детритофагам лесных и прибрежных сообществ относятся дождевой червь, мокрица, личинка падальной мухи (лес), полихета, багрянка, голотурия (прибрежная зона).
Приведем две типичные детритные пищевые цепи наших лесов:
Листовая подстилка → Дождевой червь → Черный дрозд → Ястреб-перепелятник
Мертвое животное → Личинки падальных мух → Травяная лягушка → Обыкновенный уж
Некоторые типичные детритофаги - это дождевые черви, мокрицы, двупарноногие и более мелкие (<0,5 мм) животные, такие, как клещи, ногохвостки, нематоды и черви-энхитреиды.
2. Пищевые сети
В схемах пищевых цепей каждый организм бывает представлен как питающийся другими организмами какого-то одного типа. Однако реальные пищевые связи в экосистеме намного сложнее, т. к. животное может питаться организмами разных типов из одной и той же пищевой цепи или даже из разных пищевых цепей. Это в особенности относится к хищникам верхних трофических уровней. Некоторые животные питаются как другими животными, так и растениями; их называют всеядными (таков, в частности, и человек). В действительности пищевые цепи переплетаются таким образом, что образуется пищевая (трофическая) сеть. В схеме пищевой сети могут быть показаны только некоторые из многих возможных связей, и она обычно включает лишь одного или двух хищников каждого из верхних трофических уровней. Такие схемы иллюстрируют пищевые связи между организмами в экосистеме и служат основой для количественного изучения экологических пирамид и продуктивности экосистем.
3. Пищевые связи пресного водоема
Цепи питания пресного водоема состоят из нескольких последовательных звеньев. Например, растительными остатками и развивающимися на них бактериями питаются простейшие, которых поедают мелкие рачки. Рачки, в свою очередь, служат пищей рыбам, а последних могут поедать хищные рыбы. Почти все виды питаются не одним типом пищи, а используют разные пищевые объекты. Пищевые цепи сложно переплетены. Отсюда следует важный общий вывод: если какой-нибудь член биогеоценоза выпадает, то система не нарушается, так как используются другие источники пищи. Чем больше видовое разнообразие, тем система устойчивее.
Первичным источником энергии в водном биогеоценозе, как и в большинстве экологических систем, служит солнечный свет, благодаря которому растения синтезируют органическое вещество. Очевидно, биомасса всех существующих в водоеме животных полностью зависит от биологической продуктивности растений.
