ТРОФИЧЕСКИЕ УРОВНИ И ОРГАНИЗМЫ, ИХ СОСТАВЛЯЮЩИЕ (ПРИМЕРЫ) - БИОЛОГИЯ - 2025

В трофических уровнях представляют собой набор организмов - или виды организмов - они имеют ту же позицию в потоке питательных веществ и энергии в экосистеме. Как правило, существует три основных трофических уровня: первичные продуценты, вторичные продуценты и деструкторы.

Основными продуцентами являются хемосинтетические растения, водоросли и прокариоты. Внутри потребителей есть разные уровни, травоядные и плотоядные. Наконец, деструкторы - это большая группа грибов и прокариот.

Кошки - потребители. Источник: pixabay.com

В большинстве экосистем эти различные трофические уровни переплетаются в сложные и взаимозависимые пищевые сети. То есть у каждого хищника есть более одной жертвы, и каждая жертва может использоваться более чем одним хищником. На участке может быть до 100 различных видов.

Эти цепочки характеризуются своей короткостью, поскольку передача энергии с одного уровня на другой весьма неэффективна - примерно 10% энергии переходит с одного уровня на другой.

Изучение трофических уровней и того, как они собираются в сложные пищевые сети, является центральной темой в экологии популяций, сообществ и экосистем. Взаимодействие между уровнями и цепочками влияет на динамику и устойчивость популяций и доступность ресурсов.

Автотроф и гетеротроф

Чтобы понять, что такое трофический уровень, необходимо понимать два основных понятия в биологии: автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы - это организмы, способные производить свою собственную «пищу», используя солнечную энергию, а также ферментативные и структурные механизмы, необходимые для фотосинтеза или посредством хемосинтеза.

Между тем у гетеротрофов нет этих механизмов, и они должны активно искать пищу - как и мы, люди.

Грибы часто путают с автотрофными организмами (из-за их неспособности двигаться и образа жизни, внешне сходного с растениями). Однако эти организмы гетеротрофны и разлагают питательные вещества, которые их окружают. Позже мы увидим роль, которую грибы играют в цепочках.

Трофические уровни и их характеристики

Родделгадо

Прохождение энергии происходит последовательно, через мощность. Таким образом, один организм потребляется другим, последний - третьим, и таким образом система продолжает работать. Каждая из этих «ссылок» - это то, что мы называем трофическим уровнем.

Таким образом экологи распределяют организмы в зависимости от их основного источника питания и энергии.

Формально трофический уровень включает все организмы, которые находятся в аналогичном положении с точки зрения потока энергии в экосистеме. Есть три категории: производители, потребители и разлагатели. Ниже мы подробно разберем каждый из упомянутых уровней.

-Первый трофический уровень: производители

Первый трофический уровень в цепочке всегда состоит из первичного производителя. Идентичность этих организмов варьируется в зависимости от экосистемы. Этот этаж поддерживает остальные трофические уровни.

Например, в наземных средах основными продуцентами являются различные виды растений. В водных экосистемах это водоросли. Метаболически продуценты могут быть фотосинтетическими (большинство) или хемосинтетическими.

Используя энергию солнечного света, фотосинтезирующие организмы синтезируют органические соединения, которые они позже включают в процесс клеточного дыхания и в качестве строительных блоков для продолжения своего роста.

Как и следовало ожидать, этих организмов больше, чем потребителей. Фактически, почти все (99%) органического вещества в живом мире состоит из растений и водорослей, в то время как гетеротрофы занимают только оставшийся 1%.

С другой стороны, хемосинтетические первичные продуценты встречаются в основном в гидротермальных источниках воды, расположенных глубоко в океане, где эти прокариотические организмы очень многочисленны.

Гипотеза зеленого мира

Вы наверняка заметили, что большинство природных экосистем зеленого цвета. Фактически, в растительной биомассе наземных экосистем хранится в общей сложности 83,10 ¹⁰ тонн углерода - чрезвычайно большое количество.

Этот факт кажется любопытным, поскольку очень много основных потребителей употребляют в пищу растительные вещества.

Согласно этой гипотезе, травоядные животные потребляют мало растительного вещества, поскольку они контролируются множеством факторов, ограничивающих их популяцию, такими как присутствие хищников, паразитов и других видов болезней. Кроме того, растения содержат токсичные химические вещества, препятствующие употреблению.

По оценкам, проведенным на данный момент, травоядные животные потребляют около 17% от общей чистой продукции производителей ежегодно - остальное потребляется детритофагами.

Теперь, имея в виду эти цифры, мы можем сделать вывод, что травоядные животные не являются заметной неприятностью для растений. Однако есть очень специфические исключения, когда травоядные животные способны уничтожить целые популяции за очень короткое время (некоторые вредители).

-Второй трофический уровень: потребители

Трофические уровни выше первичных продуцентов образуются гетеротрофными организмами и прямо или косвенно зависят от автотрофных продуцентов. Внутри группы потребителей мы также находим несколько уровней.

Основные потребители: травоядные.

Энергия поступает через первичных потребителей. Они состоят из животных, которые потребляют растения или водоросли. В каждой экосистеме мы найдем определенную группу животных, которые составляют уровень основных потребителей.

Одна из самых ярких характеристик травоядных животных - это то, что большая часть материала выводится непереваренной. Перевариваемая энергия направляется на повседневную деятельность травоядных, а другая часть превращается в биомассу животных.

Первый часто называют «потерей» от дыхания. Однако дыхание - это жизненно важная деятельность, которую должно выполнять животное.

Вторичные потребители: плотоядные животные.

Следующий уровень состоит из вторичных потребителей или плотоядных животных: животных, которые питаются другими животными. Только небольшая часть тела травоядного входит в состав тела хищника.

Некоторые вторичные потребители могут придерживаться смешанной диеты, включая в свой рацион растения и животных. Поэтому их классификация обычно не очень ясна, и они присутствуют более чем на одном трофическом уровне.

Третичные и четвертичные потребители

Некоторые трофические цепи характеризуются третичными и четвертичными потребителями, что указывает на то, что они потребляют животных вторичного и третичного уровней, соответственно.

Детритофаги или падальщики

Особый тип потребителей - это люди, известные как мусорщики. Для этого типа кормления характерно поедание мертвой, а не живой добычи.

В рацион мусорщика входит детрит: разлагающиеся части овощей, такие как листья, корни, ветви и стволы, а также мертвые животные, экзоскелеты и скелеты.

-Третий трофический уровень: разлагатели

Как и детритофаги предыдущей группы, организмы третьего трофического уровня действуют на разлагающийся материал. Однако они не являются биологическими сущностями, которые частично совпадают, поскольку функции каждого из них сильно различаются.

Основная функция деструкторов - преобразование органического вещества в неорганическое, что замыкает круговорот вещества в экосистемах. Таким образом, овощи получают возможность избавляться от них. За выполнение этой важной заключительной работы отвечают бактерии и грибки.

Грибы - это организмы, которые выделяют ферменты, субстратом которых являются окружающие их органические вещества. После ферментативного пищеварения грибки могут поглощать продукты для еды.

Большинство деструкторов - это микроскопические агенты, которые мы не видим невооруженным глазом. Однако его значение выходит за рамки его размера, поскольку, если мы устраним все деструкторы на планете, жизнь на Земле прекратится из-за нехватки ингредиентов для образования новых органических веществ.

Примеры

Луг

Наш первый пример сфокусирован на лугу. В практических целях мы будем использовать простые цепочки, чтобы продемонстрировать, как связаны трофические уровни и как они меняются в зависимости от экосистемы. Однако читатель должен учитывать, что реальная цепочка более сложная и с большим количеством участников.

Трава и другие растения образуют уровень первичных производителей. Различные насекомые, населяющие наш гипотетический луг (например, сверчок), будут основными потребителями травы.

Сверчка будет потреблять вторичный потребитель, в нашем примере это будет небольшой грызун. Мышь, в свою очередь, будет поглощена третьим потребителем: змеей.

В случае, если на луге обитают хищные птицы, такие как орлы или совы, они потребляют мышь и выступают в качестве четвертичных потребителей.

Океан

Теперь давайте проделаем те же гипотетические рассуждения, но для водной экосистемы. В океане основным продуцентом является фитопланктон, растительные организмы, обитающие в воде. Последние будут потребляться основным потребителем - зоопланктоном.

Вторичными потребителями будут различные виды рыб, населяющих экосистему.

Потребителями третичного уровня, которые едят рыбу, могут быть тюлени или другие хищники.

Наша цепочка в океане заканчивается хорошо известным четвертичным потребителем: большой белой акулой, которая будет питаться печатью предыдущего уровня.

Передача энергии между трофическими уровнями

Как правило, было установлено, что чистый перенос энергии между каждым из трофических уровней достигает максимальной эффективности всего 10% и широко известен как «правило 10%». Однако внутри каждого сообщества этот подход может значительно отличаться.

Это означает, что, например, из общей энергии, запасенной травоядными животными, она составляет только 10% от общей энергии, которая была у первичного производителя, которую они потребляли. Таким же образом у вторичных потребителей мы находим 10% энергии, сохраняемой первичными потребителями.

Если мы хотим увидеть это в количественном выражении, рассмотрим следующий пример: предположим, у нас есть 100 калорий солнечной энергии, захваченных фотосинтезирующими организмами. Из них только 10 калорий перейдут на травоядные и только 1 - на плотоядные.

Пищевые цепи не просты

Когда мы думаем о пищевых цепочках, мы можем предположить, что составляющие их уровни расположены в линейных наборах, идеально отделенных друг от друга. Однако в природе мы обнаруживаем, что один уровень взаимодействует с несколькими уровнями, благодаря чему цепочка выглядит как сеть.

Пищевые цепи короткие

Глядя на пищевые цепи, мы поймем, что они состоят всего из нескольких уровней - в большинстве случаев из пяти звеньев или меньше. Некоторые специальные цепи, как в антарктической сети, имеют более семи звеньев.

Поэтому исследователи подвергли сомнению существование нескольких трофических уровней. Гипотезы, относящиеся к предмету, следующие:

Гипотеза энергии

Есть две гипотезы, объясняющие это ограничение длины. Первая - это так называемая «энергетическая гипотеза», где основным ограничением цепочки является неэффективность передачи энергии с одного уровня на другой. Здесь стоит вспомнить гипотезу 10%, упомянутую в предыдущем разделе.

Следуя предположению предыдущей гипотезы, мы должны обнаружить, что в экосистемах с высокой первичной продуктивностью фотосинтезирующих организмов в этом районе цепи длиннее, так как энергия, с которой они начинаются, больше.

Гипотеза динамической устойчивости

Вторая гипотеза связана с динамической стабильностью и предполагает, что цепи короткие, потому что они обладают большей стабильностью, чем более длинные цепи. Если резкие колебания популяции происходят на нижних уровнях, мы можем обнаружить локальное вымирание или уменьшение верхних трофических уровней.

В средах, которые более подвержены изменчивости окружающей среды, хищники более высокого уровня должны обладать пластичностью, чтобы находить новую добычу. Кроме того, чем длиннее цепь, тем сложнее будет восстановить систему.

Свидетельство

Принимая во внимание данные, собранные исследователями, наиболее вероятной гипотезой является энергетическая гипотеза. Путем экспериментов с манипуляциями был сделан вывод, что первичная продуктивность пропорционально влияет на длину пищевой цепи.

Ссылки

1. Кертис, Х., и Барнс, Н.С. (1994). Приглашение в биологию. Macmillan.
2. Левин, С.А., Карпентер, С.Р., Годфрей, Х.С., Кинциг, А.П., Лоро, М., Лосос, Дж. Б.,… и Уилков, Д.С. (ред.). (2009). Принстонское руководство по экологии. Издательство Принстонского университета.
3. Мейнард-Смит, Дж. (1978). Модели в экологии. КУБОК Архив.
4. Парга, штат Мэриленд, и Ромеро, Р.К. (2013). Экология: влияние текущих экологических проблем на здоровье и окружающую среду. Ecoe Editions.
5. Рис, Дж. Б., Урри, Л. А., Каин, М. Л., Вассерман, С. А., Минорский, П. В., и Джексон, Р. Б. (2014). Кэмпбелл Биология. Пирсон.
6. Роквуд, LL (2015). Введение в популяционную экологию. Джон Вили и сыновья.