Что такое экосистема?
Экосистема — это часть природы, где живые существа взаимодействуют друг с другом и с неживой природой вокруг. Лес, пруд, озеро, луг и пустыня — естественные экосистемы. Сад, поле и аквариум — искусственные (созданные человеком) экосистемы, потому что люди их планируют и ухаживают за ними.
Биотические и абиотические компоненты
Биотические компоненты — это живые части: растения, животные, грибы и бактерии. Абиотические компоненты — это неживые части: солнечный свет, температура, вода, воздух, почва и минералы. Нельзя убрать одно, не изменив другое. Уберите свет — растения погибнут; уберите растения — животные будут голодать.
Продуценты, консументы и редуценты
Продуценты — это зелёные растения и некоторые бактерии (например, сине-зелёные водоросли), которые создают пищу при фотосинтезе. Их называют автотрофами.
Консументы не умеют делать пищу, поэтому едят других. Их делят на травоядных (едят растения, например коза), хищников (едят животных, например лев), всеядных (едят и то и другое, например ворона, человек) и паразитов (живут на хозяине, например вши).
Редуценты — это бактерии и грибы, которые разлагают мёртвые растения и животных на простые вещества. Так минералы возвращаются в почву, и продуценты снова могут их использовать. Без редуцентов мёртвые остатки копились бы, а в почве кончились бы питательные вещества.
Пищевые цепи, пищевые сети и трофические уровни
Пищевая цепь — это ряд живых существ, где каждое ест предыдущее. Пример: трава → кузнечик → лягушка → змея → орёл. В воде: водоросли → мелкая рыба → крупная рыба → цапля.
Каждое звено пищевой цепи — это трофический уровень: T1 = продуценты, T2 = консументы первого порядка (травоядные), T3 = консументы второго порядка, T4 = консументы третьего порядка.
В природе большинство животных едят не одну пищу и у них не один враг. Поэтому много цепей соединяются в сеть, которая называется пищевой сетью. Пищевая сеть делает экосистему устойчивее: если одной пищи не хватает, животные переходят на другую.
Поток энергии и правило 10%
Зелёные растения улавливают лишь около 1% солнечного света, падающего на листья. Когда травоядное ест растение, оно получает только около 10% энергии, запасённой в растении. Остальное тратится на жизнь самого растения, уходит в тепло или остаётся в частях, которые не съедены и не перевариваются. Это правило 10 процентов (его сформулировал Линдеман).
Почему поток энергии односторонний (однонаправленный)
Энергия идёт так: Солнце → продуценты → травоядные → хищники. Назад она не возвращается: энергию, потерянную как тепло, растения снова использовать не могут. Поэтому поток энергии однонаправленный. А минералы, наоборот, ходят по кругу с помощью редуцентов.
Почему в пищевой цепи только 3–4 уровня
На каждом шаге энергии становится в десять раз меньше. К четвёртому или пятому уровню её остаётся так мало, что она не прокормит популяцию. Поэтому верхних хищников мало, а вегетарианская еда (на уровне 2) тратит меньше солнечной энергии.
Биологическая магнификация
Пестициды вроде ДДТ распыляют на поля. Часть смывается в почву и воду и попадает в растения. Эти химикаты не разрушаются и не выводятся из тела, а накапливаются в жире. Животное, которое ест много растений, собирает всё их количество. Следующее животное ест много таких животных, и так далее.
Поэтому количество химиката на килограмм тела растёт на каждом трофическом уровне. Это и есть биологическая магнификация. Высшие консументы, включая человека, получают самую большую дозу. Поэтому в зерне, овощах, рыбе и даже молоке могут быть следы пестицидов.
Главные формулы и определения
- Энергия на следующем уровне = 10% энергии этого уровня = E ÷ 10
- Энергия на уровне n = E₁ × (0.1)ⁿ⁻¹ (E₁ — энергия продуцентов)
- Энергия на нижнем уровне = энергия верхнего уровня × 10 (при движении вниз)
- Трофические уровни: T1 продуценты → T2 травоядные → T3 хищники → T4 верхние хищники
- Поток энергии: односторонний (Солнце → продуценты → консументы → потеря в виде тепла). Питательные вещества: круговорот.
- Биомагнификация: концентрация химиката растёт вверх по трофическим уровням
Разобранные примеры
1. Назовите два биотических и два абиотических компонента пруда.
Биотические: водные растения (элодея, водоросли), рыбы, лягушки, бактерии. Абиотические: вода, солнечный свет, растворённый кислород, донный грунт, температура.
2. В пищевой цепи продуценты содержат 20,000 J энергии. Сколько энергии дойдёт до консумента второго порядка?
Продуцент → консумент первого порядка: 20,000 × 10% = 2,000 J. Консумент первого → второго порядка: 2,000 × 10% = 200 J. Ответ: 200 J.
3. Ястреб (4-й трофический уровень) получает 5 J энергии. Сколько энергии было у продуцентов его цепи?
Спуск на один уровень вниз умножает на 10. Уровень 3: 50 J, уровень 2: 500 J, уровень 1: 5,000 J. У продуцентов было 5,000 J.
4. В цепи трава → олень → тигр у травы 1,00,000 kJ. Сколько энергии получает тигр и какая это доля энергии травы?
Олень: 1,00,000 × 0.1 = 10,000 kJ. Тигр: 10,000 × 0.1 = 1,000 kJ. Доля = 1,000 / 1,00,000 = 1/100 = 1%.
5. Почему у человека, который ест рыбу из озера, загрязнённого ДДТ, ДДТ окажется больше, чем у рыбы?
ДДТ не разрушается и остаётся в жире. Человек со временем съедает много рыб, и весь их ДДТ копится в нём. Находясь на более высоком трофическом уровне, человек получает самую высокую концентрацию: это биологическая магнификация.
6. Почему пищевая сеть устойчивее одной пищевой цепи?
В сети у каждого животного несколько вариантов пищи. Если одной добычи становится мало, хищник ест другую, и экосистема не рушится.
Частые ошибки
- Стрелки в обратную сторону. Стрелка указывает на того, кто ест: трава → олень значит, что олень ест траву (энергия идёт по стрелке).
- Фраза «на каждом уровне теряется 10% энергии». Всё наоборот: теряется около 90%, а передаётся только 10%.
- Мысль, что редуценты — трофический уровень цепи. Они действуют на мёртвые остатки всех уровней и показываются отдельно.
- Путаница двух закономерностей: энергия УМЕНЬШАЕТСЯ вверх по цепи, а концентрация пестицида УВЕЛИЧИВАЕТСЯ вверх по цепи.