4. Почему пищевые сети редко состоят более чем из 4-5 трофических уровней?

Любое сообщество можно представить в виде пищевой сети, в которой сложно переплетены многочисленные пищевые цепи. По пищевым цепям происходит передача веществ и энергии в экосистеме от звена к звену. Каждое звено в цепи питания называют трофическим уровнем.

Первый трофический уровень составляют продуценты, автотрофные организмы - растения и некоторые бактерии. В основном растения создают органические вещества из неорганических за счет использования энергии солнечного света (фотосинтез), а бактерии - за счет энергии химических реакций окисления минеральных веществ (хемосинтез).

Второй трофический уровень составляют растительноядные животные - консументы.

Третий уровень - плотоядные животные (хищники).

Четвертый уровень - животные, поедающие других плотоядных, и т. д. Многих животных невозможно отнести к одному уровню, так как они всеядны, могут получать энергию с нескольких разных трофических уровней. Все консументы и редуценты - гетеротрофные организмы.

Разнообразные вещества и энергия перемещаются от одного трофического уровня к другому по цепям питания по мере поедания одних организмов другими, претерпевая многочисленные превращения. На конечном этапе редуценты полностью разрушают органические вещества, превращают их в минеральные Подобные последовательные превращения веществ в экосистемах называют круговоротом. При этом вещества используются в круговороте многократно, а энергия - только один раз.

5. Как моделируются ситуации «конкуренция» и «сосуществование» в экосистеме? к каким выводам можно прейти, используя математические модели?

При сосуществовании и конкуренции различные виды не питаются одной и той же пищей, не поедают друг друга, размножаются в разных местах. Тогда уравнение для численности записывается так: dn/dt=a₁n-b₁n², dm/dt=a₂m-b₂m². Ситуация усложняется, если все виды живут или пытаются за счет одного и того же источника пищи или зависят от одних и тех же жизненных условий. Например, растения, извлекающие фосфор из почвы. При этом они закрывают листьями другие, лишая их солнечного света, или птицы, которые строят гнезда в одних и тех же дуплах и т.д. Математически это соответствует установления генерации в лазере или автокатаклической реакции между двумя группами молекул. Решение показывает, что выживает только один тип, наиболее приспособленный. Это выживание может быть доступно улучшением индивидуальных констант или адаптацией. Если перекрываются источники пищи N, M:

Dn/dt=γ₁(N₀-N)-μ₁₁n- μ₁₂m, dm/dt= γ₁₂(M₀-M)- μ₂₁m- μ₂₂n;

Где γ₁N₀ и γ₂M₀- скорость поступления пищи, а (-γ₁N) и (-γ₂M)- убыль пищи за счет внутренних причин типа гниение. Рассматривая правые части уравнения (силы) в плоскости n,m, можно найти условия, при которых возможно сосуществование. Обобщение на случай многих видов и источников пищи производится аналогично. Поэтому понятно, какую экологическую роль играют экологические ниши для выживания видов и почему виды так приспособлены к ним. Примером такого сосуществования служит распределение растительности по высоте, что изучается специально в биогеографии. Эта модель проста, но позволяет сделать оценки относительно динамики популяций при введении еще одного параметра, отвечающего за появление еще одного вида.