Пищевые сети и поток энергии

Изучая особенности питания живых организмов, составляющих ту или иную экосистему, можно построить пищевую сеть, показывающую потоки энергии и элементов питания от одного организма к другим (рис. 5.8).

Энер-


Рис. S.8. Пищевая сеть соленого марша. Эта лунь поедает крыс. Все изображенные на схеме схема показывает, в частности, что полевки, организмы поставляют пищу различным реду- крысы, воробьи и пастушки питаются наземны- центам. (R. F. Johnson, Wilson Bulletin, 68, 91, ми растениями; крысы поедают воробьев 19S6)
(главным образом яйца и птенцов), а полевой


гия и элементы питания поступают в пищевую сеть одновременно в результате фотосинтеза, когда растения запасают энергию солнечного света, синтезируя из простых соединений (двуокиси углерода и воды) сложные органические соединения. Растения становятся пищей для растительноядных животных, а растительноядные в свою очередь-для плотоядных. Так происходит пере-

нос энергии в пищевой сети. Каждый организм использует большую часть энергии, содержащейся в его пище, на поддержание собственных процессов жизнедеятельности, и на долю хищника остается очень немного.
Разные уровни питания в экосистеме называют трофическими уровнями (от греч. трофе- питание, пища). Первый трофический уровень образуют продуценты (растения), второй-первичные консументы (растительноядные животные), третий-вторичные консументы (плотоядные, поедающие растительноядных) и так далее. Многие животные питаются более чем на одном трофическом уровне, поедая как растения, так и первичных консументов или как первичных, так и вторичных консументов (см. рис. 5.8).
Поток энергии через экосистему можно измерить в разных ее точках, установив тем самым, какое количество солнечной энергии получает данная система; сколько энергии содержится в органических веществах, образованных в процессе фотосинтеза; какую часть энергии, заключенной в растительном материале, может использовать растительноядное животное; какую часть этой энергии успевает использовать растительноядное, прежде чем его съедает плотоядное, и так далее, от одного трофического уровня к другому. Разберем ответы на некоторые из этих вопросов.
Суммарная скорость, с которой растения данной экосистемы запасают энергию солнечного света в виде создаваемых ими органических веществ, называют общей первичной продуктивностью этой экосистемы. Примерно половина энергии, запасенной в процессе фотосинтеза, почти немедленно используется самим растением для дыхания; остальная энергия составляет чистую первичную продукцию:
Чистая продукция Общая продукция Затраты на дыхание
Поскольку энергия и элементы питания поступают в живые системы вместе, чистую первичную продуктивность (чистый прирост энергии в единицу времени) можно определить как скорость увеличения веса растения (т.е. как количество вещества, добавляемое в единицу времени; это количество эквивалентно количеству энергии, но его легче измерить). Чистая первичная продукция (новообразовавшийся растительный материал) - это пища, доступная растительноядным животным; она бывает различной в разных сообществах или в разных биомах (табл. 5.2).
Таблица 5.2. Чистая первичная продуктивность некоторых крупных сообществ1 (R. Н. Whittaker, Communities and Ecosystems, N. Y. 1975)

Тип сообщества	Продуктивность, г сухого тельного материала на 1	растим 2/год
Коралловые рифы	2500
Тропический дождевой лес	2200
Лес умеренного пояса	1250
Саванна	900
Тайга (северный лес)	800
Возделываемые земли	650
Континентальный шельф	360
Тундра	140
Открытый океан	125
Голая пустыня	3
1 Перечисленные в таблице	сообщества охарактеризованы в	4.

ния влагой в течение всего долгого засушливого периода. Б. Искусственное орошение значительно повышает продуктивность на этой площадке для игры р гольф, находящейся в Долине Смерти. (Б-William Camp)
Почему продуктивность так сильно варьирует в разных местах? Как уже говорилось, растениям для их роста необходим ряд ресурсов. Если одного из них в данной среде недостаточно, то он становится лимитирующим фактором. Например, в пустыне таким лимитирующим фактором обычно бывает недостаток воды (рис. 5.9), а в тундре-низкая температура. (Температура имеет важное значение, потому что процессы, такие, как фотосинтез, дыхание и рост, у большинства живых организмов протекают быстрее при температуре от 20 до 40°С.) Продуктивность океанов зависит от наличия элементов питания, солнечного света и тепла. Коралловые рифы, образующиеся только в теплых мелководных морях, в изобилии получают биогенные элементы, высвобождающиеся из мертвых растений и животных, живущих на рифах. Большая часть открытого океана, если даже он и теплый, бедна элементами питания. Континентальные шельфы (материковые отмели)-относительно узкие полосы мелководья, окаймляющие материковые массивы,-более продуктивны, потому что биогенные элементы приносятся в них реками.

Для тех, кого интересуют цифры, укажем, что чистая первичная продуктивность всего земного шара составляет примерно 170 млрд, тонн (по сухой массе) нового растительного материала в год; из них 115 млрд, тонн дает суша и 55 млрд, тонн-мировой океан (несмотря на то что он занимает почти 70% поверхности земного шара).
Это может показаться удивительным, но процесс фотосинтеза, в результате которого образуются такие огромные количества растительного материала, связывает лишь около 0,5% всей энергии, излучаемой Солнцем на Землю в форме видимого света. Кроме того, как и следовало ожидать, исходя из второго закона термодинамики, лишь небольшая доля из этих 0,5% передается консументам и редуцентам. Всякий раз, когда происходит превращение энергии-энергии солнечных лучей в химическую энергию пищи, этой последней-в энергию, необходимую для поддержания жизнедеятельности организма,-некоторая доля полезной энергии рассеивается в виде бесполезной тепловой энергии. Помимо этого потери энергии имеют место на каждом этапе ее прохождения по пищевой сети: каждый организм использует некоторое количество энергии на поддержание собственного существования и на рост, оставляя все
меньше энергии, доступной организмам следующего трофического уровня, а организмы на каждом из этих уровней удивительно неэффективны в смысле улавливания даже этого малого количества энергии. Примерно половина энергии, связываемой растениями и высвобождаемой затем в процессе дыхания, расходуется ими на поддержание собственного существования и лишь оставшаяся половина идет на рост и размножение (т. е. на создание нового растительного материала) (рис. 5.10). Растительноядные организмы потребляют до 10% создаваемого каждый год растительного материала, и далеко не вся их пища идет на создание новых растительноядных организмов. Так, например, у гусеницы, питающейся листьями, в кишечнике всасывается только половина съеденного ею растительного материала; остальное выделяется в виде экскрементов. Кроме того, большая часть питательных веществ, всасываемых в кишечнике, расходуется на дыхание и лишь около 15% в конечном счете идет на построение новых тканей гусеницы. Другие животные превращают пищу в новые ткани с большей или меньшей эффективностью, чем гусеницы; в общем животные расходуют на рост примерно 0,5-12% энергии, получаемой ими с пищей (рис. 5.11).
Потеря энергии на каждом трофическом уровне означает, что на высших трофических уровнях количество ее невелико (см. рис. 5.10). Поэтому пищевые сети редко состоят более чем из 4-5 трофических уровней: растения, растительноядные и два или три уровня плотоядных. Такие животные, как, например, волки или тигры, находятся на самой вершине пищевой сети, питаясь растительноядными или мелкими плотоядными животными. Волку иногда приходится проделывать по 30 км в день, чтобы добыть себе пищу, а площадь индивидуальной территории тигра может достигать 300 кв.км. Любому животному, которое оказалось бы на еще более высоком трофическом уровне, поедая волков или тигров, пришлось бы покрывать в несколько раз большую площадь, чтобы отыскать свою сильно рассеянную добычу; при этом количество энергии, затрачиваемое на поиски пищи, значительно превышало бы то ее количество, которое животное могло бы получить из этой пищи. Организмы, питающиеся на этих хищниках высшего порядка-паразитические черви и блохи,-фактически получают только жалкие крохи от «энергетического пирога» экосистемы.





Значение связей между организмами, образующими пищевую сеть, на первый взгляд, не всегда очевидно. Один из примеров скрытой связи в пищевой сети разобрал в пятидесятых годах эколог Ламонт Коул (Lamont Cole). Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) пыталась бороться с малярией на Калимантане (один из островов в Индонезии), опрыскивая местность ин-

сектицидом ДДТ. Как и ожидали, ДДТ убил комаров, которые служат переносчиками малярии, однако при этом возникли серьезные осложнения: ДДТ попадал также в организм тараканов, которые крупнее комаров и более устойчивы к этому инсектициду; тараканы не погибали, но становились такими медлительными, что ящерицы поедали их в значительно большем количестве, чем обычно; ДДТ вызвал у ящериц нервные расстройства и ослабление рефлексов, и они чаще оказывались жертвой кошек; такое массовое истребление ящериц-хищников, питающихся гусеницами, которые выедают тростниковые крыши хижин местных жителей,- повлекло за собой неограниченное размножение этих гусениц, и крыши стали проваливаться. Кроме того, вскоре началась гибель кошек в результате отравления ДДТ, вызванного поеданием отравленных тараканов и ящериц, и поселки наводнили крысы, пришедшие из леса и принесшие на себе блох, зараженных чумной палочкой. Большинство людей, конечно, предпочитают малярию чуме, а поэтому Всемирная организация здравоохранения прекратила опрыскивание ДДТ, а также сбросила в джунгли на парашютах большую партию кошек. Этот дорогостоящий урок убедительно показал, как важно отчетливо представлять себе всю пищевую сеть, прежде чем начинать «дергать за веревочки»! 

Еще по теме Пищевые сети и поток энергии:

1. БИОМАССА И ПОТОК ЭНЕРГИИ
2. Ценотическая система в изменчивом окружении — меняется поток энергии через ценотическую систему
3. 2.3.3. Поток информации
4. Влияние гидрографической сети на процесс заболачивания
5. 2.3.5. Внутриклеточный поток веществ
6. ВЛИЯНИЕ РАСТИТЕЛЬНОСТИ БЕРМ И ОТКОСОВ КАНАВ НАСОСТОЯНИЕ ЛЕСНОЙ ОСУШИТЕЛЬНОЙ СЕТИ
7. ПОСТОЯННЫЙ ПОТОК ГРУНТОВЫХ вод
8. ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗВЛИЯНИЯ ТРАНСПОРТНОЙ СЕТИ НЕФТЕДОБЫЧИНА БОЛОТНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ М.              Н. Алексеева
9. Экспертиза пищевых отравлений.
10. Баланс энергии и микроклимат
11. Расход энергии на жизнедеятельность. 
12. Радиация и бюджет энергии
13. 3.5. Закон сохранения материи и энергии
14. Энергия световой волны
15. ПОТОКИ, ГЕНЕРИРОВАНИЕ И ЭМИССИЯ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВВ ЗАБОЛОЧЕННЫХ ПОЧВАХ
16. ПИЩЕВЫЕ КОНТАКТЫ
17. Выявление фальсификации пищевых продуктов.
18. 14. Изменение роли солнечной энергии