18. Пищевые (трофические) цепи. Компоненты и звенья пищевой цепи. Функциональное значение пищевых цепей.

Пищевая (трофическая) цепь — последовательность организмов и их производных, в которой один организм использует предыдущий в качестве пищи.

Цепь питания обычно состоит из трех основных компонентов. Этими компонентами выступают продуценты, консументы и редуценты. Однако звеньев пищевой цепи обычно значительно больше. Это число увеличивается за счет консументов.

Продуценты — производители первичного органического вещества из неорганических веществ.

Такие организмы производят органическое вещество и обеспечивают им не только себя, но и другие организмы в биоценозе.

К ним относятся фотосинтезирующие растения и бактерии, а также хемосинтезирующие бактерии.

Консументы — потребители органического вещества.

Эти организмы потребляют и перераспределяют органическое вещество между собой. Консументы могут сами синтезировать органические вещества, но только уже на основе готовых органических веществ, которые они получают от других организмов. Они не могут производить органические вещества только из неорганических компонентов. К консументам относятся растительноядные животные, хищные животные, растения и грибы, питающиеся падалью животные, паразитические бактерии, грибы, растения и животные и др.

Редуценты — разрушители мертвого органического вещества до неорганических веществ. Минерализуя мертвую органику, редуценты способствуют возвращению исходных неорганических веществ в окружающую среду, что крайне важно для поддержания процесса круговорота веществ в экосистеме. К редуцентам относятся главным образом бактерии и грибы, разрушающие мертвую органику (гнилостные бактерии, плесневые грибы и др.). Некоторые авторы относят к ним и ряд видов беспозвоночных.

Все звенья пищевой цепи взаимосвязаны и взаимозависимы. Между ними от первого к последнему звену осуществляется передача вещества и энергии. При передаче энергии с одного трофического уровня на другой происходит ее потеря. В результате цепь питания не может быть длинной. Обычно в состав пищевой цепи входят четыре-восемь звеньев. Например: дуб  дубовая тля  божья коровка семиточечная  травяная лягушка  уж  ястреб-тетеревятник  гнилостные бактерии.

Дуб является продуцентом, преобразующим неорганические вещества в органические, запасая в них энергию солнечного света, поступающего в экосистему дубравы. Дубовая тля является консументом первого порядка и потребляет первичное органическое вещество продуцента. В свою очередь это насекомое-фитофаг является пищей консументу второго порядка — божьей коровке — и т. п. Ястреб тетеревятник (консумент пятого порядка) после смерти является источником пищи для редуцентов — гнилостных бактерий.

В состав пищевой цепи могут не входить консументы. Примером может служить следующая последовательность: дуб (опавшая листва)  сапротрофные бактерии.

Опавшая листва дуба в данном случае не потребляется консументами (фитофагами), а отмирает и перерабатывается редуцентами (бактериями).

Пищевые цепи являются очень важными для обеспечения стабильности и динамики экосистемы, так как любая из них выполняет свою функциональную роль.

Функциональное значение пищевых цепей заключается в трех основных аспектах:

 обеспечение процесса саморегуляции и, соответственно, устойчивости экосистемы;

 перенос вещества и энергии;

 обеспечение круговорота веществ в экосистеме.

Саморегуляция численности отдельных популяций в составе экосистемы осуществляется благодаря пищевым взаимоотношениям в трофических цепях. В них каждое последующее звено регулирует численность предыдущего. Гомеостаз экосистем (биоценозов) основан на межвидовых трофических отношениях. Так, консументы первого порядка регулируют численность продуцентов, не позволяя одному виду, продуцирующему первичное органическое вещество, захватить все жизненное пространство в экосистеме, что негативно отразится на устойчивости последней. Численность консументов первого порядка регулируют консументы второго порядка и т.д.

Перенос энергии и вещества. Основа функционирования большинства наземных и океанических экосистем - солнечная энергия. Из общего количества поступающей на Землю солнечной энергии растения и микроорганизмы утилизируют лишь небольшую часть ее. Однако часть фотосинтетически фиксированной энергии расходуется на дыхание, поддержание клеточной структуры, транспирацию воды и т.д. В результате в процессах фотосинтеза в растениях и микроорганизмах в химическую энергию преобразуется лишь около 0,03% солнечной энергии.

При дальнейшем переносе с одного трофического уровня на другой часть энергии рассеивается в виде тепла при дыхании и лишь небольшая часть энергии (в среднем 10%) суммарной продукции нижестоящего трофического уровня переходит в продукцию вышестоящего. Остальная часть фиксированной энергии (первичной продукции фотосинтезирующих организмов) теряется в результате естественного отмирания организмов.

По мере ее продвижения по пищевой цепи доступное количество пищи сокращается, и уже для пятого трофического уровня почти не остается пищи и энергии. Поэтому пищевые цепи состоят не более чем из 4-5 звеньев. 

Чем короче пищевая цепь и чем ближе организм к ее началу, тем больше энергии доступно для популяции, тем больше биомасса популяции и ниже занимаемый ею трофический уровень.

Круговорот веществ. В результате дыхания, разложения трупов животных и растительных остатков органические вещества превращаются в неорганические соединения, которые возвращаются снова в природную среду и могут опять использоваться автотрофами.

Таким образом, в биогеоценозе в результате жизнедеятельности организмов непрерывно осуществляется поток атомов из неживой природы в живую и обратно, замыкаясь в круговорот. Для круговорота веществ необходим приток энергии извне. Источником внешней энергии является Солнце. Движение вещества, вызываемое деятельностью организмов, происходит циклически, в то время как поток энергии в этом процессе имеет однонаправленный характер. Из всего сказанного ясно, что круговорот веществ в биогеоценозе – необходимое условие существования жизни.