Энергетический обмен

Химическая энергия, накопленная в глюкозе, используется продуцентами, консументами и редуцентамии для поддержания жизнедеятельности. Это является частью одностороннего движения энергии через организмы в экосистеме.

Аэробные (кислородпотребляющие) организмы преобразуют часть глюкозы, которую они синтезируют (продуценты), получают с пищей (консументы) или разлагают (редуценты) в углекислый газ и воду, с помощью процесса, называемого клеточным дыханием. При этом они получают энергию, необходимую для жизнедеятельности. Процесс клеточного дыхания заключается в постепенном сгорании (полном окислении) органических соединений, находящихся в клетках живых организмов с выделением энергии, часть которой превращается в теплоту:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ = 6СО₂ + 6Н₂О + Q

Анаэробные (некислородпотребляющие) получают необходимую энергию в процессе неполного окисления (брожения) в отсутствии кислорода, например динитрифицирующие бактерии окисляют органические соединения, используя нитриты.

В ыживание любого конкретного организма зависит от движения материи и энергии через его тело. Однако изначально сообщество живых организмов в экосистеме существует благодаря сочетанию круговорота вещества и однонаправленного движения энергии. С помощью солнечной энергии питательные неорганические вещества перерабатываются продуцентами в химическую энергию, и передаются через ряды консументов к редуцентам, которые разлагают органическую материю на простые неорганические соединения, которые вновь используются продуцентами (Рис.2).

Рис.2 Схема потока энергии в экосистеме

Из Рис. 2 видно, что деструкторы (редуценты) являются завершающим звеном в круговороте веществ, также видно, что экосистема может существовать и без консументов.

Пищевые цепи и сети

В нормально функционирующей природной экосистеме не существует отходов. Все организмы, живые или мертвые, потенциально являются пищей для других организмов: гусеница ест листву, дрозд питается гусеницами, ястреб способен съесть дрозда. Когда растения, гусеница, дрозд и ястреб погибают, они в свою очередь перерабатываются редуцентами.

Пищевая цепь - последовательность организмов, в которой каждый из них съедает или разлагает другой. Пищевые цепи - это также движение питательных веществ от продуцентов, консументов (травоядных, плотоядных и всеядных) к редуцентам и обратно к продуцентам.

Все организмы, пользующиеся одним типом пищи, принадлежат к одному трофическому уровню (от греческого слова trophos - «питающиеся»). Трофическим уровнем называют каждое звено пищевой цепи. Первый трофический уровень занимают автотрофы (первичные продуценты), второй уровень – первичные консументы, третий – вторичные консументы и т.д. Обычно бывает до пяти трофических уровней, очень редко – более шести.

Движение энергии в экосистемах происходит посредством двух связанных типов пищевых цепей: пастбищной (или «выедания») и детритной (или «разложения»).

В пастбищной пищевой цепи живые растения поедаются фитофагами, а сами фитофаги являются пищей для хищников и паразитов. Пример такой цепи:

НЕКТАР > ТЛЯ > БОЖЬЯ КОРОВКА > ПАУК > ЗЕМЛЕРОЙКА > СОВА.

В детритной пищевой цепи используются отходы жизнедеятельности и мертвые организмы – детрит, который поедается детритофагами или разлагается деструкторами до простых неорганических соединений. Характерный пример:

ОПАВШАЯ ЛИСТВА > ДОЖДЕВОЙ ЧЕРВЬ > ДРОЗД > ЯСТРЕБ.

Концепция пищевых цепей помогает проследить круговорот химических элементов и потоки энергии в экосистеме, хотя простые пищевые цепи, редко существуют в природе. Лишь небольшое число фитофагов, или консументов 1-го порядка, питаются одним видом растений, либо поедаются одним типом хищников или консументов 2-го порядка. Эврифаги питаются и консументами, и продуцентами. Кроме того, паразиты используют в качестве пищи несколько различных видов растений и животных из разных трофических уровней.

Организмы природных экосистем вовлечены в сложную сеть многих связанных между собой пищевых цепей. Такая сеть, называемая пищевой сетью, образуется при перекрывании нескольких пищевых цепей, когда живой организм использует в качестве пищи растения и животных разных звеньев, входящих в одну и ту же пищевую цепь или различные цепи, и сам служит пищей организмам разных уровней.

С вязь между пастбищной и детритной пищевыми цепями хорошо иллюстрирует предложенная Ю. Одумом модель потока энергии (Рис. 3).

Рис. 3 Схема потоков энергии в пищевых сетях