Все живые существа нашей планеты связаны между собой одной из самых прочных связей – пищевой. То есть кто-то для кого-то является пищей или говоря научным языком – кормовой базой. Травоядные едят растения, самих травоядных едят хищники, которых также в свою очередь могут поедать другие, более крупные и сильные хищники. Эти своеобразные пищевые связи в биологии принято называть цепями питания. Понимание того, как работает экосистема цепи питания, дает ученым биологам представление о различных нюансах живых организмов, помогает объяснить поведение некоторых животных, понять, откуда растут ноги у тех или иных повадок наших четвероногих друзей.
Виды цепей питания
В целом различают два основных вида цепей питания: цепь выедания (она же пастбищная цепь питания) и детритная цепь питания, которую еще называют цепью разложения.
Пастбищная цепь питания
Пастбищная цепь питания в целом проста и понятна, ее суть кратко описана в начале статьи: растения служат пищей для травоядных животных и в научной терминологии зовутся продуцентами. Травоядные, поедающие растения называются консументами (из латинского это слово переводится как «потребители») первого порядка. Мелкие хищники являются консументами второго порядка, а более крупные уже третьего. В природе встречаются и более длинные цепи питания, насчитывающие пять и больше звеньев, такие встречаются в основном в океанах, где более крупные (и прожорливые) рыбы поедают более мелких, те в свою очередь едят еще более мелких и так вплоть до водорослей. Замыкает звенья цепи питания особенное счастливое звено, которое уже никому не служит пищей. Обычно это человек, разумеется, при условии, что он осторожен и не пытается плавать с акулами или гулять со львами)). А если серьезно, то такое замыкающее звено питание в биологии называется редуцентом.
Детритная цепь питания
А вот тут все происходит немножечко наоборот, а именно поток энергии цепи питания идет в противоположную сторону: крупные животные, будь-то хищники или травоядные умирают и разлагаются, их останками питаются более мелкие животные, различные падальщики (например, гиены), которые в свою очередь также умирают и разлагаются, и их бренные останки аналогично служат пищей, или, для еще более мелких любителей мертвячины (например, некоторых видов муравьев), или же для разных специальных микроорганизмов. Микроорганизмы, перерабатывая останки, выделяют специальную субстанцию, называемую детритом, отсюда и название этой цепи питания.
Более наглядная схема цепи питания представлена на картинке.
О чем говорит длина цепи питания
Исследование длины цепи питание дает ученых ответы на многие вопросы, например, о том, насколько благоприятна среда обитания животных. Чем благоприятнее среда обитания, тем длиннее будет природная цепь питания в силу обилия различных животных, служащих пищей друг другу. Но самая длинная цепь питания у рыб, и других обитателей океанических глубин.
Что лежит в основе цепи питания
В основе любой цепи питания лежат пищевые связи и энергия, которая передается с поеданием одного представителя фауны (или флоры) другим. Благодаря полученной энергии потребители могут продолжать свою жизнедеятельность, но в свою очередь также становятся зависимыми от своей пищи (кормовой базы). Например, когда происходит знаменитая миграция леммингов, служащих пищей для различных арктических хищников: лис, сов, происходит сокращение популяции не только самих леммингов (массово погибающих во время этих самых миграций) но и хищников, питающихся леммингами, а часть из них даже мигрирует вместе с ними.
Цепи питания, видео фильм
И в дополнение предлагаем вам образовательное видео о значении цепей питания в биологии.
Пищевая цепь - это сложная структура звеньев, в которой каждое из них взаимосвязано с соседним или же каким-либо другим звеном. Этими составляющими цепочки являются различные группы организмов флоры и фауны.
В природе пищевая цепь - это способ движения вещества и энергии в среде. Все это необходимо для развития и "строительства" экосистем. Трофическими уровнями называется сообщество организмов, которое располагается на определенном уровне.
Биотический круговорот
Пищевая цепь является биотическим круговоротом, который объединяет живые организмы и компоненты неживой природы. Данное явление также называется биогеоценозом и включает в себя три группы: 1. Продуценты. Группа состоит из организмов, которые производят пищевые вещества для других существ в результате фотосинтеза и хемосинтеза. Продуктом данных процессов являются первичные органические вещества. Традиционно, продуценты являются первыми в пищевой цепи. 2. Консументы. Пищевая цепь располагает данную группу над продуцентами, поскольку они потребляют те питательные вещества, которые произвели продуценты. В данную группу входят различные гетеротрофные организмы, к примеру, животные, съедающие растения. Различают несколько подвидов консументов: первичные и вторичные. В разряду первичных потребителей можно отнести травоядных животных, а ко вторичным - плотоядных, которые поедают описанных ранее травоядных. 3. Редуценты. Сюда относятся организмы, которые разрушают все предыдущие уровни. Наглядным примером может стать случай, когда беспозвоночные и бактерии разлагают остатки растений или мертвые организмы. Таким образом, пищевая цепь завершается, но круговорот веществ в природе продолжается, поскольку в результате данных превращений образуются минеральные и другие полезные вещества. В дальнейшем образованные компоненты используются продуцентами для образования первичной органики. Пищевая цепьсложная структура, поэтому вторичные консументы запросто могут стать пищей для других хищников, которых причисляют к третичным консументам.
Классификация
таким образом, принимает непосредственное участие в круговороте веществ в природе. Различают два типа цепей: детритные и пастбищные. Как видно из названий, первая группа наиболее часто встречается в лесных массивах, а вторая - на открытых пространствах: поле, луг, пастбище.Такая цепь имеет более сложную структуру связей, там даже возможно появление хищников четвертого порядка.
Пирамиды
одна или несколько, существующие в конкретной среде обитания, образуют пути и направления движения веществ и энергии. Все это, то есть организмы и их места обитания, образуют функциональную систему, которая носит название экосистемы (экологической системы). Трофические связи достаточно редко бывают прямолинейными, обычно они имеют вид сложной и запутанной сети, в которых каждый компонент взаимосвязан с остальными. Переплетение пищевых цепей образует пищевые сети, которые в основном служат для построения и рассчетов экологических пирамид. В основе каждой пирамиды находится уровень продуцентов, наверх которого настраиваются все последующие уровни. Различают пирамиду чисел, энергии и биомассы. 
Назад
Вперёд
Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.
Цель урока: Формировать знания о составных компонентах биологического сообщества, об особенностях трофической структуры сообщества, о пищевых связях, которые отображают путь круговорота веществ, формировать понятия пищевая цепь, пищевая сеть.
Ход урока
1. Организационный момент.
2. Проверка и актуализация знаний по теме “Состав и структура сообщества”.
На доске: Наш мир – не случайность, не хаос, - есть система во всем.
Вопрос. О какой системе в живой природе говориться в данном высказывании?
Работа с терминами.
Задание. Вставьте пропущенные слова.
Сообщество организмов разных видов тесно взаимосвязанных между собой называют …………. . В его состав входят: растения, животные, …………. , …………. . Совокупность живых организмов и компонентов неживой природы, объединенных обменом веществ и энергии на однородном участке земной поверхности называют …………….. или …………… .
Задание. Выберите четыре компонента экосистемы: бактерии, животные, консументы, грибы, абиотический компонент, климат, редуценты, растения, продуценты, вода.
Вопрос. Каким образом связаны между собой живые организмы в экосистеме?
3. Изучение нового материала. Объяснение с использованием презентации.
4. Закрепление нового материала.
Задание № 1. Слайд № 20.
Определите и подпишите: продуцентов, консументов и редуцентов. Сравните цепи питания и установите сходство между ними. (в начале каждой цепи растительный корм, далее идет растительноядное животное, а в конце – хищное животное). Назовите способ питания растений и животных. (растения – автотрофы, т.е сами производят органическое вещество, животные – гетеротрофы – потребляют готовое органическое вещество).
Вывод: цепь питания – ряд последовательно питающихся друг другом организмов. Цепи питания начинаются с автотрофов – зеленых растений.
Задание № 2. Сравните две цепи питания, определите черты сходства и различия.
- Клевер - кролик - волк
- Растительный опад – дождевой червь – черный дрозд – ястреб - перепелятник (Первая пищевая цепь начинается с продуцентов – живых растений, вторая с растительных остатков – мертвой органики).
В природе существует два основных типа пищевых цепей: пастбищные (цепи выедания), которые начинаются с продуцентов, детритные (цепи разложения), которые начинаются с растительных и животных остатков, экскрементов животных.
Вывод: Следовательно первая цепь питания – пастбищная, т.к. начинается с продуцентов, вторая – детритная, т.к. начинается с мертвой органики.
Все компоненты пищевых цепей распределяются на трофические уровни. Трофический уровень – это звено в цепи питания.
Задание № 3. Составьте цепь питания, включив в нее перечисленные организмы: гусеница, кукушка, дерево с листьями, канюк, почвенные бактерии. Укажите продуцентов, консументов, редуцентов. (дерево с листьями - гусеница- кукушка-канюк – почвенные бактерии). Определите сколько трофических уровней содержит данная цепь питания (данная цепь состоит из пяти звеньев, следовательно пять – трофических уровней). Определите какие организмы расположены на каждом трофическом уровне. Сделайте вывод.
- Первый трофический уровень – зеленые растения (продуценты),
- Второй трофический уровень – растительноядные животные (консументы 1 порядка)
- Третий трофический уровень – мелкие хищники (консументы 2 порядка)
- Четвертый трофический уровень – крупные хищники (консументы 3 порядка)
- Пятый трофический уровень – организмы, потребляющие мертвое органическое вещество – почвенные бактерии, грибы (редуценты)
В природе каждый организм использует не один источник питания, а несколько, то в биогеоценозах пищевые цепи переплетаются и образуют пищевую сеть . Для любого сообщества можно составить схему всех пищевых взаимосвязей организмов и эта схема будет иметь вид сети (пример пищевой сети рассмотрим на рис. 62 в учебнике биологии автора А.А.Каменского и др.)
5. Отработка полученных знаний.
Практическая работа в группах.
Задание №1. Решение экологических ситуаций
1. В одном из канадских заповедников уничтожили всех волков, чтобы добиться увеличения стада оленей. Удалось ли таким образом достичь цели? Ответ объясните.
2. На определённой территории живут зайцы. Из них маленькие зайчата- 100 шт массой – 2 кг, и их родители 20 шт – массой 5 кг. Масса 1 лисы – 10 кг. Найдите количество лисиц в этом лесу. Сколько растений должно вырасти в лесу, чтобы зайцы выросли.
3. В водоеме с богатой растительностью обитает 2000 водяных крыс, каждая крыса потребляет в сутки 80г растений. Сколько бобров сможет прокормить этот водоем, если бобр в сутки потребляет в среднем 200 г растительного корма.
4. Приведенные в беспорядке факты изложите в логически правильной последовательности (в виде цифр).
1. Нильский окунь стал поедать много растительноядных рыб.
2. Сильно размножившись, растения стали загнивать, отравляя воду.
3. Для копчения нильского окуня требовалось много дров.
4. В 1960 г. британские колонисты запустили в воды озера Виктория нильского окуня, который быстро размножался и рос, достигая веса 40 кг и длины 1,5 м.
5. Леса на берегах озера интенсивно вырубались – поэтому началась водная эрозия почв.
6. В озере появились мертвые зоны с отравленной водой.
7. Численность растительноядных рыб сократилась, и озеро стало зарастать водными растениями.
8. Эрозия почв привела к снижению плодородия полей.
9. Скудные почвы не давали урожая, и крестьяне разорялись.
6. Самопроверка полученных знаний в виде теста.
1. Производители органических веществ в экосистеме
А) продуценты
Б) консументы
В) редуценты
Г) хищники
2. К какой группе относятся микроорганизмы, обитающие в почве
А) продуценты
Б) консументы I порядка
В) консументы II порядка
Г) редуценты
3. Назовите животное, которое следует включить в пищевую цепь: трава -> ... -> волк
Б) ястреб
4. Определите верно составленную пищевую цепь
А) еж -> растение -> кузнечик -> лягушка
Б) кузнечик -> растение -> еж -> лягушка
В) растение -> кузнечик -> лягушка -> еж
Г) еж -> лягушка -> кузнечик -> растение
5. В экосистеме хвойного леса к консументам 2-го порядка относят
А) ель обыкновенную
Б) лесных мышей
В) таежных клещей
Г) почвенных бактерий
6. Растения производят органические вещества из неорганических, поэтому играют в пищевых цепях роль
А) конечного звена
Б) начального звена
В) организмов-потребителей
Г) организмов-разрушителей
7. Бактерии и грибы в круговороте веществ выполняют роль:
А) производителей органических веществ
Б) потребителей органических веществ
В) разрушителей органических веществ
Г) разрушителей неорганических веществ
8. Определите правильно составленную пищевую цепь
А) ястреб -> синица -> личинки насекомых -> сосна
Б) сосна -> синица -> личинки насекомых -> ястреб
В) сосна -> личинки насекомых -> синица -> ястреб
Г) личинки насекомых -> сосна -> синица -> ястреб
9. Определите, какое животное надо включить в пищевую цепь: злаки -> ? -> уж -> коршун
А) лягушка
Г) жаворонок
10. Определите правильно составленную пищевую цепь
А) чайка -> окунь -> мальки рыб -> водоросли
Б) водоросли -> чайка -> окунь -> мальки рыб
В) мальки рыб -> водоросли -> окунь -> чайка
Г) водоросли -> мальки рыб -> окунь -> чайка
11. Продолжите цепь питания: пшеница -> мышь -> ...
Б) суслик
В) лисица
Г) тритон
7. Общие выводы урока.
Ответьте на вопросы:
- Как взаимосвязаны организмы в биогеоценозе (пищевыми связями)
- Что такое пищевая цепь (ряд последовательно питающихся друг другом организмов)
- Какие типы пищевых цепей выделяют (пастбищные и детритные цепи)
- Как называется звено в цепи питания (трофический уровень)
- Что такое пищевая сеть (переплетающиеся цепи питания)
Цель: расширить знания о биотических факторах среды.
Оборудование: гербарные растения, чучела хордовых (рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц, млекопитающих), коллекции насекомых, влажные препараты животных, иллюстрации различных растений и животных.
Ход работы:
1. Используйте оборудование и составьте две цепи питания. Помните, что цепь всегда начинается продуцентом и заканчивается редуцентом.
Растения → насекомые → ящерица → бактерии
Растения → кузнечик → лягушка → бактерии
Вспомните свои наблюдения в природе и составьте две цепи питания. Подпишите продуценты, консументы (1 и 2 порядков), редуценты.
Фиалка → Ногохвостки → хищные клещи → хищные многоножки → бактерии
Продуцент- консумент1- консумент2 - консумент2 - редуцент
Капуста → слизень → лягушка → бактерии
Продуцент – консумент1 - консумент2 - редуцент
Что такое цепь питания и что лежит в её основе? Чем определяется устойчивость биоценоза? Сформулируйте вывод.
Вывод:
Пищева́я (трофи́ческая ) цепь - ряды видов растений, животных, грибов и микроорганизмов, которые связаны друг с другом отношениями: пища - потребитель (последовательность организмов, в которой происходит поэтапный перенос вещества и энергии от источника к потребителю). Организмы, последующего звена поедают организмы предыдущего звена, и таким образом осуществляется цепной перенос энергии и вещества, лежащий в основе круговорота веществ в природе. При каждом переносе от звена к звену теряется большая часть (до 80-90 %) потенциальной энергии, рассеивающейся в виде тепла. По этой причине число звеньев (видов) в цепи питания ограничено и не превышает обычно 4-5. Устойчивость биоценоза определяется разнообразием его видового состава. Продуце́нты - организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических, то есть, все автотрофы. Консументы - гетеротрофы, организмы, потребляющие готовые органические вещества, создаваемые автотрофами (продуцентами). В отличие от редуцентов
Консументы не способны разлагать органические вещества до неорганических.Редуце́нты - микроорганизмы (бактерии и грибы), разрушающие отмершие остатки живых существ, превращающие их в неорганические и простейшие органические соединения.
3. Назовите организмы, которые должны быть на пропущенном месте следующих пищевых цепей.
1) Паук, лиса
2) древоед-гусеница, ястреб-змеед
3) гусеница
4. Из предложенного списка живых организмов составить трофическую сеть:
трава, ягодный кустарник, муха, синица, лягушка, уж, заяц, волк, бактерии гниения, комар, кузнечик. Укажите количество энергии, которое переходит с одного уровня на другой.
1. Трава (100%) -- кузнечик (10%) -- лягушка (1%) -- уж (0,1%) -- бактерии гниения (0,01%).
2. Кустарник (100%) -- заяц (10%) -- волк (1%) -- бактерии гниения (0,1%).
3. Трава (100%) -- муха (10%) -- синица (1%) -- волк (0,1%) -- бактерии гниения (0,01%).
4. Трава (100%) -- комар (10%) -- лягушка (1%) -- уж (0,1%) -- бактерии гниения (0,01%).
5. Зная правило перехода энергии с одного трофического уровня на другой (около10%), постройте пирамиду биомассы третьей пищевой цепи (задание 1). Биомасса растений составляет 40 тонн.
Трава (40 тонн) -- кузнечик (4 тонны) -- воробей (0,4 тонны) -- лиса (0,04).
6. Вывод: что отражают правила экологических пирамид?
Правило экологических пирамид очень условно передает закономерность передачи энергии с одного уровня питания на следующий, в пищевой цепочке. Впервые эти графические модели были разработаны Ч. Элтоном в 1927 году. По этой закономерности суммарная масса растений должна быть на порядок больше растительноядных животных, а суммарная масса растительноядных животных на порядок больше хищников первого уровня и т.д. до самого конца пищевой цепи.
Между автотрофами и гетеротрофами в экосистемах существуют сложные пищевые взаимодействия. Одни организмы поедают другие, и таким образом осуществляют перенос веществ и энергии - основу функционирования экосистемы.
Внутри экосистемы органические вещества создаются автотрофными организмами, например, растениями. Растения поедают животные, которых, в свою очередь, поедают другие животные. Такая последовательность называется пищевой цепью (рис.1), а каждое звено пищевой цепи называется трофическим уровнем.
Различают
Пастбищные пищевые цепи (цепи выедания) - пищевые цепи, которые начинаются с автотрофных фотосинтезирующих или хемосинтезирующих организмов (рис. 2.). Пастбищные пищевые цепи распространены преимущественно в сухопутных и морских экосистемах.
Примером может служить пастбищная пищевая цепь луга. Начинается такая цепь с улавливания солнечной энергии растением. Бабочка, питающаяся нектаром цветка, представляет собой второе звено в этой цепи. Стрекоза - хищное летающее насекомое - нападает на бабочку. Спрятавшаяся среди зеленой травы лягушка ловит стрекозу, но сама служит добычей для такого хищника, как уж. Целый день уж мог бы переваривать лягушку, но еще не успело зайти солнце, как сам стал добычей другого хищника.
Пищевая цепь, идущая от растения через бабочку, стрекозу, лягушку, ужа к ястребу, указывает путь направления движения органических веществ, а также содержащейся в них энергии.
В океанах и морях автотрофные организмы (одноклеточные водоросли) существуют только до глубины проникновения света (максимум до 150-200 м). Гетеротрофные организмы, обитающие в более глубоких слоях воды, ночью поднимаются к поверхности, чтобы питаться водорослями, а утром вновь уходят на глубину, совершая суточные вертикальные миграции протяженностью до 500-1000 м. В свою очередь, с наступлением утра гетеротрофные организмы из еще более глубоких слоев поднимаются наверх, чтобы питаться за счет опускающихся из поверхностных слоев других организмов.
Таким образом, в глубоких морях и океанах существует своеобразная "пищевая лестница", благодаря которой органическое вещество, созданное автотрофными организмами в поверхностных слоях воды, переносится по цепочке живых организмов до самого дна. В этой связи некоторые морские экологи считают всю водную толщу единым биогеоценозом. Другие полагают, что условия среды в поверхностных и придонных слоях воды настолько различны, что их нельзя рассматривать как единый биогеоценоз.
Детритные пищевые цепи (цепи разложения) - пищевые цепи, которые начинаются с детрита - отмерших остатков растений, трупов и экскрементов животных (рис.2).
Детритные цепи наиболее характерны для сообществ континентальных водоемов, дна глубоких озер, океанов, где многие организмы питаются детритом, образованным отмершими организмами верхних освещенных слоев водоема или попавшим в водоем из наземных экосистем, например, в виде листового опада.
Экосистемы дна морей и океанов, куда не проникает солнечный свет, существуют только за счет постоянного оседания туда отмерших организмов, обитающих в поверхностных слоях воды. Общая масса этого вещества в Мировом океане за год достигает не менее нескольких сотен миллионов тонн.
Распространены детритные цепи также и в лесах, где большая часть ежегодного прироста живой массы растений не потребляется непосредственно растительноядными животными, а отмирает, образуя опад, и разлагается затем сапротрофными организмами с последующей минерализацией редуцентами. Большое значение в разложении отмерших остатков растительного происхождения, особенно древесины, имеют грибы.
Гетеротрофные организмы, питающиеся непосредственно детритом, называются детритофагами. В наземных экосистемах ими являются многие виды насекомых, червей и др. Крупные детритофаги, к которым относятся некоторые виды птиц (грифы, вороны и т.д.) и млекопитающих (гиены и пр.) называют падальщиками.
В водных экосистемах наиболее распространенными детритофагами являются членистоногие - водные насекомые и их личинки, и ракообразные. Детритофагами могут питаться другие, более крупные гетеротрофные организмы, которые могут сами служить пищей для хищников.
Трофические уровни
Обычно различные трофические уровни в экосистемах не разделены в пространстве. Однако в некоторых случаях они достаточно четко дифференцированы. Например, в геотермальных источниках автотрофные организмы - сине-зеленые водоросли и автотрофные бактерии, образующие специфические водорослево-бактериальные сообщества ("маты") распространены при температуре свыше 40-45° С. При более низких температурах они не выживают.
С другой стороны, гетеротрофные организмы (моллюски, личинки водных насекомых и др.) в геотермальных источниках не встречаются при температурах более 33-36° С, поэтому они питаются фрагментами мата, сносимого течением в зоны с более низкой температурой.
Таким образом, в таких геотермальных источниках четко выделяется автотрофная зона, где распространены только автотрофные организмы, и гетеротрофная зона, где автотрофные организмы отсутствуют и встречаются только гетеротрофные организмы.
Трофические сети
В экологических системах, несмотря на существование ряда параллельных пищевых цепей, например,
травянистая растительность -> грызуны -> мелкие хищники
травянистая растительность -> копытные -> крупные хищники,
которые объединяют обитателей почвы, травянистого покрова, древесного яруса, существуют и другие взаимосвязи. В большинстве случаев один и тот же организм может служить источником пищи для многих организмов и тем самым являться составной частью различных пищевых цепей и жертвой разных хищников. Например, дафнию может съесть не только мелкая рыба, но и хищный рачок циклоп, а плотву - не только щука, но и выдра.
Трофическая структура сообщества отражает соотношение между продуцентами, консументами (отдельно первого, второго и т.д. порядков) и редуцентами, выраженное или количеством особей живых организмов, или их биомассой, или заключенной в них энергией, рассчитанными на единицу площади в единицу времени.