Пищевые или трофические цепи
В отличие от растений животные не способны к реакциям фото - или хемосинтеза, поэтому вынуждены использовать солнечную и, в очень незначительной степени, химическую энергию опосредованно, питаясь органическим веществом, созданным растениями. Животные — консументы 1-го уровня питаются растительной пищей и одновременно служат пищей животным-консументам 2-го уровня и т. д. Таким образом, в экосистемах образуется цепь последовательной передачи вещества и эквивалентной ему энергии от одних организмов к другим, которая называется трофической или пищевой.
Трофическая цепь — это путь однонаправленного потока солнечной высокоэффективной энергии, поглощённой растениями в процессе фотосинтеза, через живые организмы экосистемы в окружающую среду в виде низкоэффективной тепловой энергии. При каждом переносе большая часть (80–90 %) потенциальной энергии пищи теряется, переходя в тепло, что является причиной ограничения возможного числа звеньев пищевой цепи, обычно не более 4–5. Чем ближе к началу пищевой цепи место, занимаемое данным организмом, тем больше доступной пищи и энергии. Возможны два основных типа пищевых цепей:
пастбищные цепи: растения — травоядные животные — хищники 1-го уровня — хищники 2-го уровня и т. д.;
детритные цепи: мёртвое органическое вещество (детрит) — микроорганизмы-детритофаги (питающиеся детритом) — хищники детритофагов (хищники 1-го уровня) — хищники 2-го уровня и т. д.
Все организмы, пользующиеся одним типом пищи, принадлежат к одному трофическому уровню: все продуценты относятся к первому уровню, консументы, питающиеся продуцентами, — ко второму уровню, хищники растительноядных консументов — к третьему и т. д. Трофические цепи бывают простыми и короткими, например «осина — заяц — лиса» (рис. 5), и более сложными и длинными. Различные трофические цепи могут быть связаны между собой общими звеньями, образуя сложные трофические сети. Пищевые цепи помогают проследить движение химических элементов и потоки энергии в экосистемах, хотя простые пищевые цепи в природе возникаю очень редко. Обычно в природных экосистемах движение пищевой органики происходит в сложных пищевых сетях.
Зелёные растения частично или полностью сбрасывают листву, значительная часть организмов постоянно отмирает. В конечном счёте, созданное органическое вещество частично или полностью заменяется. Эта замена происходит благодаря особому звену трофической цепи — звену организмов-редуцентов («редуцио», — возврат, лат.). Это звено составляют бактерии, грибы, простейшие, мелкие беспозвоночные организмы. Редуценты разлагают органические остатки всех трофических уровней продуцентов и консументов на минеральные компоненты. Минеральные вещества и выделяющийся при дыхании редуцентов диоксид углерода (CO2) вновь возвращаются к продуцентам (рис.5).
Следует иметь в виду, что популяции многих видов организмов могут быть вовлечены в трофические сети не на одном, а на нескольких трофических уровнях (в природе часто именно так и бывает). Например, лисы обычно часть своей пищи получают от растений (плоды, семена и т. п.), а часть их пищи составляют травоядные животные (зайцы, полевые мыши и т. п.). Кроме того, пастбищные пищевые цепи, начинающиеся с живой растительной органики, и детритные пищевые цепи, начинающиеся с мёртвой органики, могут объединяться на следующих трофических уровнях. Например, карась может питаться как живой растительной органикой, так и бентосом, питающимся мёртвой органикой. Таким образом, в данном случае карась на своём трофическом уровне объединяет пастбищные и детритные начала пищевых цепей. Подобное объединение пастбищных и детритных пищевых цепей может осуществляться на различных трофических уровнях пищевых сетей.
Рис. 5. Структура простой пищевой цепи
На рис. 6 в качестве примера показана часть пищевой сети экосистемы небольшого ручья [10].
Рис. 6. Часть схемы трофической сети небольшого ручья
1— фрагменты листьев; 2 — зелёные водоросли; 3 — детрит;
4 — диатомовые водоросли; 5 — веснянка (насекомое — Protonemura);
6— подёнки (насекомые — Boetis, Ephemerella);
7 — ручейник (насекомое — Phitopotamus);
8 — подёнка (насекомое — Ecdyonirus);
9 — веснянка (насекомое — Perla); 10 — ручейник (насекомое — Dinocros);
11 — ручейник (насекомое — Rhyacophila)
Наземные растения продуцируют большие количества неперевариваемой опорной ткани, которая после их отмирания в основном потребляется организмами-разрушителями, обитающими в почве. Более 90 % чистой первичной продукции леса потребляется детритоядными организмами и менее 10 % — растительноядными. Водяные растения лучше перевариваются растительноядными животными, и соответственно детритный путь энергии играет в водной среде менее важную роль.
