📘 CodingMarble Learn

Экосистема, пищевые цепи и поток энергии

Экосистема — это все живые существа в одном месте плюс неживая природа вокруг них, которые работают вместе. Энергия приходит от солнца, идёт по пищевой цепи только вверх, и на каждый следующий уровень переходит лишь около 10%.

🎬 История по шагам

  1. Этот пруд — экосистема. Растения, рыбы и лягушка живые (биотические). Солнечный свет, вода, почва, воздух и камни неживые (абиотические). Посчитайте их: все они работают вместе.
  2. У каждого живого существа своя роль. Зелёные растения делают пищу из солнечного света: это продуценты. Животные едят других: это консументы. Грибы и бактерии разлагают мёртвые остатки: это редуценты.
  3. Теперь смотрите, как растёт пищевая цепь: трава → кузнечик → лягушка → змея → орёл. Каждая стрелка значит «его съедает». Каждое звено цепи — это трофический уровень.
  4. Энергия передаётся не вся. Наверх уходит только около 10%, остальное теряется в виде тепла. Смотрите на пирамиду: 10,000 J → 1,000 J → 100 J → 10 J. Поэтому цепи обрываются после 3–4 уровней.
  5. Теперь красные точки: это пестицид, например ДДТ. В траве его немного. Каждое животное съедает много животных снизу, а химикат не разрушается. Поэтому у орла на вершине его больше всего. Это биологическая магнификация.
  6. Ваш ход. Двигайте ползунок начальной энергии и читайте энергию каждого уровня внизу. Отметьте «Показать пестицид», чтобы увидеть, где копится яд. Тяните мышкой, чтобы повернуть сцену.

Совет: тяни 3D-сцену, чтобы повернуть её. Двумя пальцами можно приблизить.

🤔 Частые сомнения — разобраны

Сад или аквариум — это правда экосистема, если их сделал человек?

Да. В них всё равно есть живые части (растения, рыбы), которые взаимодействуют с неживыми (вода, свет, почва). Такую экосистему называют искусственной, потому что её создал и поддерживает человек.

Где в пищевой цепи место редуцентов?

Они не отдельное звено: они работают с мёртвыми остатками всех уровней и возвращают минералы в почву для продуцентов. В пруду грибы стоят у края, а не в общей линии.

Куда должна указывать стрелка в пищевой цепи?

От пищи к тому, кто ест, так, как движется энергия: трава → кузнечик. Смотрите, как цепь собирается блок за блоком.

Куда деваются потерянные 90% энергии?

Большая часть тратится на жизнь самого животного (дыхание, движение, согревание) и уходит в виде тепла; немного остаётся в костях, шерсти или непереваренных остатках. Смотрите на оранжевые облачка тепла, уходящие от пирамиды.

Почему энергия не может вернуться к растениям, как минералы?

Энергия, потерянная как тепло, рассеивается в окружающей среде, а растения не могут использовать тепло, чтобы делать пищу. Работает только солнечный свет. Поэтому пирамида никогда не пополняется сверху.

Если энергия убывает вверх по цепи, почему ДДТ растёт?

Энергия тратится и теряется, а ДДТ не разрушается и не выводится. Каждый едок собирает ДДТ из многих обедов, поэтому он накапливается. Сравните красные точки на каждом блоке.

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

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

Тренировочный тест

1. Что из этого является абиотическим компонентом?
2. Аквариум — это:
3. Если у продуцентов 5,000 J, консументы первого порядка получат примерно:
4. Какой организм в цепи трава → насекомое → лягушка → змея будет иметь самую высокую концентрацию ДДТ?
5. Поток энергии в экосистеме:

Практика: отвечай сам

Введи или выбери ответ и нажми «Проверить». Если застрял, возьми подсказку; полное решение появится после ответа.

Частые вопросы

Что такое правило 10% простыми словами?

Когда одно живое существо съедает другое, оно получает только около одной десятой энергии, которая была запасена в его пище. Остальные 90% тратятся или теряются в виде тепла.

Почему в пищевых цепях обычно только 3–4 уровня?

Потому что на каждом уровне энергии становится в десять раз меньше. После 4 уровней её остаётся слишком мало, чтобы прокормить ещё одну группу животных.

Эта тема есть в экзамене CBSE за 10 класс?

Да. Она входит в главу «Our Environment» раздела «Природные ресурсы». Вопросы про пищевые цепи, задачи на правило 10% и биологическую магнификацию часто попадаются в ответах на 2–3 балла.

Где это изучают

Canada (Ontario)Grade 9B. Biology
NetherlandsVWO 2 (onderbouw)Organisms and environment
PolandSzkoła podstawowa, klasa VIIIVII. Ecology and environmental protection
RomaniaClasa a IX-aEnvironmental protection
Spain2º ESOEcology and sustainability
Ukraine9 класHumans and the biosphere
CBSE (India)Class 8How Nature Works in Harmony
CBSE (India)Class 10Natural Resources
England (GCSE, A level)Year 9Biology: Interactions and interdependencies
England (GCSE, A level)Year 114.7 Ecology
England (GCSE, A level)Year 114.7 Ecology
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 8MS-LS2 Ecosystems
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 10Ecosystems: interactions, energy and dynamics
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12The Living World: Ecosystems
Japan中学3年Field 2 (7): Nature and humans
Japan高校1年Biodiversity and ecosystems
South Korea고등학교 1학년Environment and energy
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 9Soil ecosystem
FranceTroisièmeEarth, environment and human action
FrancePremièreContemporary environmental issues
FrancePremièreContemporary issues
FranceTerminaleContemporary environmental issues
Russia8 классEvolution and ecology of animals
Russia8 классAnimals in communities
China八年级(初二)U5 Ch.1 Ecosystems
China高二Sel.2 Ch.3 Ecosystems

Дальше изучай

Похожие уроки

Все уроки: Biology