Что такое цепи питания в биологии, какие они бывают и из чего состоят
. Примеры цепей питания леса, пустыни, водоема
Баланс — важная часть экосистемы. Каждый организм участвует в одной или нескольких пищевых цепях, образуя сеть. Рассказываем, как построена система питания и передачи энергии в животном мире.
В природе все устроено гармонично: каждый вид занимает свое место в сети трофических связей, где энергия передается от одного организма к другому. Понимание того, как работают пищевые цепи и почему они не бывают бесконечно длинными, помогает осознать хрупкость экосистем и важность каждого звена в поддержании природного баланса. Разбираемся, из чего состоят пищевые цепи, какие они бывают, сколько в них звеньев и что будет, если одно убрать.
Что такое цепь питания?
Цепь питания — это последовательность живых организмов, где каждый предыдущий служит пищей для следующего [1]. Еще одно их название — трофические цепи, от греческого τροφή (trophē) — «еда» или «питание». В биологии оба термина обозначают процессы, связанные с питанием и передачей энергии между разными организмами.
Каждый участник цепи питания (звено) занимает свое положение — так называемый трофический уровень, который определяет его роль в потоке энергии:
- продуценты (растения) — первый уровень;
- консументы, поедающие их — второй;
- далее хищники — третий и последующие уровни;
- замыкают цепь редуценты, разлагающие органику.
Каждый уровень через поедание предыдущего получает энергию, однако большая ее часть теряется в процессе — рассеивается в виде тепла. Поэтому длина цепи, как правило, не превышает 4–5 звеньев.
В пищевой цепи есть несколько звеньев, но, как правило, не более пяти
Благодаря разнообразию видов существует трофическая сеть — это взаимоотношения по цепи разных видов. Например, тигр может питаться оленями и зайцами, те, в свою очередь, — разными видами растений, которыми также питаются птицы и белки. Таким образом формируется пищевая сеть.
Трофическая цепь является частью трофических сетей
Виды цепей питания
Выделяют две основные пищевые цепи. Они различаются по тем процессам, которые их запускают.
Пастбищная цепь (цепь выедания)
Пастбищные цепи начинаются с продуцентов — автотрофных организмов (зеленых растений, водорослей), которые с помощью фотосинтеза создают органические вещества из неорганических, используя солнечную энергию.
Следующее звено — консументы первого порядка (травоядные животные), которые поедают растения. Затем идут консументы второго и более высоких порядков — это хищники и всеядные, поедающие травоядных.
Пример: Трава -> Кузнечик -> Лягушка -> Змея.
Для пастбищных цепей характерно то, что они лежат в основе надземных экосистем и зависят от способности растений аккумулировать солнечную энергию.
Детритная цепь (цепь разложения)
Детритные пищевые цепи, также называемые цепями разложения, формируются на основе мертвых органических остатков: опад листьев, древесина мертвых деревьев, трупы животных, экскременты. Первое звено в такой цепи занимают организмы-детритофаги. Это, например, мокрицы, термиты или личинки жуков, которые питаются разлагающимся материалом. Следующий уровень — хищники, охотящиеся на детритофагов, а замыкают процесс бактерии и грибы-редуценты, разлагая остатки до минеральных веществ.
Пример: Навоз -> Жук-скарабей -> Крот -> Куница -> Почвенные бактерии и грибы.
В подобной системе энергия, накапливаемая когда-то живыми организмами, постепенно передается по цепи, а конечные звенья возвращают минеральные вещества в почву. Благодаря этому замыкается круговорот веществ и поддерживается плодородие экосистемы.
В чистом виде цепи встречаются редко, чаще всего они сочетаются [2]. Связано это с тем, что в природе довольно мало организмов-монофагов, то есть тех, кто питается одним видом. Именно поэтому разные цепи смешиваются и складываются в пищевую сеть.
Один из классических примеров цепи, сочетающей пастбищный и детритный тип, можно наблюдать в лесной экосистеме. Такая комбинированная цепь начинается с живого растения (пастбищная часть), а на некоторых этапах использует детрит и детритофагов (детритная часть):
Пример: Листья дерева -> гусеница (ест листья) -> погибшая гусеница (детрит) -> муравей (ест остатки гусеницы) -> птица (ест муравья) -> бактерии (разлагают остатки).
Составляющие цепей питания
Любая цепь питания состоит из разных групп организмов — каждый играет свою роль [3]:
- Продуценты — организмы, создающие органические вещества из неорганических (в основном — зеленые растения и водоросли).
- Консументы первого порядка — травоядные животные, питающиеся продуцентами.
- Консументы второго и следующего порядка — всеядные и хищники, питающиеся другими животными.
- Редуценты (деструкторы) — бактерии и грибы, разлагающие остатки и возвращающие неорганику в окружающую среду.
Примеры цепей питания
Цепей питания может быть множество. На одной поляне их будут десятки.
Лес
- Листва деревьев -> Гусеница -> Синица -> Куница
- Ягоды -> Мышь -> Лиса
- Опавшие листья -> Дождевой червь -> Дрозд
Пустыня
- Злаковые растения -> Саранча -> Ящерица -> Змея
- Опавшие остатки растений -> Термит -> Сурикат
Степь
- Трава -> Кузнечик -> Богомол -> Паук -> Змея
- Трава -> Заяц степной -> Волк степной
- Зерно (злаковые растения) -> Мышь полевая -> Филин
Пруд
- Водоросли -> Дафния (мелкие рачки, зоопланктон) -> Мелкая рыба (окунь) -> Щука
- Ряска (водное растение) -> Личинки комаров -> Водомерка (насекомое) -> Лягушка -> Цапля
- Водоросли -> Улитка -> Лягушка -> Цапля
Море
- Фитопланктон -> Зоопланктон (мирный) -> Хищный зоопланктон -> Мелкая рыба (анчоус) -> Крупная рыба (тунец) -> Дельфин
- Фитопланктон -> Зоопланктон -> Кальмары -> Хищные рыбы -> Морские млекопитающие (например, кашалот)
- Фитопланктон -> Зоопланктон -> Усчатые киты (киты-фуражиры)
Под землей
- Опавшие листья -> Дождевой червь -> Еж -> Лиса
- Корни растений -> Тля (питается соком корней) -> Муравьи (питаются тлей) -> Паук
- Мертвые останки животных и растений -> Мелкие почвенные насекомые (например, мокрицы) -> Жужелица (жук-хищник)
Частые вопросы
Что будет, если в цепи питания исчезнет одно звено?
Если исчезает одно звено, может разрушиться вся цепь: животным следующего уровня будет нечем питаться, а предыдущие могут размножиться чрезмерно, вызывая дисбаланс в экосистеме.
Примеров таких случаев в природе немало. В середине ХХ века на остров Гуам в Тихом океане случайно завезли инвазивных змей бойги. Естественных врагов в новом месте у них не оказалось [4]. Бойги начали стремительно размножаться и уничтожили множество видов птиц, млекопитающих и рептилий, которые никогда раньше не встречались со змеями и не могли защититься от хищников. Как результат, исчезновение птиц сильно повлияло на экосистему:
- Лес стал тише из-за отсутствия птичьих голосов.
- Птицы, которые опыляли цветы и распространяли семена, исчезли, что снизило размножение и рост растений.
- Появилось изобилие змей и пауков, так как их естественные враги исчезли.
- Экосистема лишилась своей природной стабильности и разнообразия.
Люди предпринимают усилия по борьбе со змеями, но экосистема острова уже утратила свое биоразнообразие.
Почему в пустыне цепь питания короче, чем в лесу?
В пустыне меньше пищи (растительности и воды), поэтому цепочки обычно короче и состоят из меньшего числа звеньев [5]. Детритные цепи более энергоемки, как в лесах, а в пустынях продукция растений и животных ограничена, что сокращает количество уровней в пищевых цепях.
Трофическая цепь в пустыне может быть короче из-за ограниченности ресурсов
Чем отличается пищевая цепь от пищевой сети?
Цепь питания — это одна линейка организмов, а пищевая сеть — это множество пересекающихся цепей: один вид может быть звеном сразу в нескольких цепях.
Какая самая длинная цепь питания бывает в природе?
Длина пищевых цепей обусловлена их особенностью потери энергии на каждом звене. Это свойство подтверждено правилом Линдемана, которое гласит, что в среднем каждое следующее звено в пищевой цепи получает на 10% меньше энергии [6]. Поэтому обычно цепь не превышает 4–5 звеньев. Реже встречаются более длинные цепи, и они, как правило, включают паразитов, которые питаются также энергией хозяина, а не тратят свою на переваривание пищи.
Главное о цепи питания
- Это последовательность организмов в соответствии с тем, кто для кого представляет пищевую ценность.
- Различают продуценты, консументы, хищников и редуценты в зависимости от уровня организма в цепи.
- Существует два типа цепей — пастбищная (начинается с живых растений) и детритная (основана на мертвой органике), которые в природе обычно сочетаются.
- Исчезновение одного звена разрушает цепь и вызывает дисбаланс экосистемы.
- Длина цепей зависит от доступности ресурсов: в пустынях они короче из-за ограниченности пищи и воды, в лесах — длиннее и сложнее.
- Правило Линдемана ограничивает длину цепей передачей только 10% энергии следующему звену, хотя паразиты могут формировать более длинные цепи.
