Движение энергии в экосистеме

Все жизненные процессы живых организмов требуют затрат энергии.

В современной биосфере главнейшим источником энергии служит солнечное излучение. В экосистемах происходит превращение солнечной энергии в энергию химических связей и перераспределение ее по трофическим цепям.

Трофическая (пищевая) цепь – это группы организмов, связанные между собой отношениями «пища-потребитель».

Первый этап использования и преобразования энергии в экосистемах – фотосинтез. Энергия солнечного излучения в процессе фотосинтеза преобразуется в энергию химических связей:

 

nСО₂ + nН₂О + cолнечная энергия C_nH_2nO_n + nО₂

углевод

 

Процесс накопления энергии в организме фотосинтетиков (растений) сопряжен с увеличением массы организма.

Часть энергии, накопленной в виде биомассы растений, расходуется на процессы их жизнедеятельности. Остальная часть биомассы растений может использоваться в качестве пищи консументами 1-го порядка.

Энергия, поглощенная консументами (гетеротрофами) 1-го порядка в виде биомассы растений, расходуется ими на процессы жизнедеятельности и накапливается в виде биомассы.

Энергия, накопленная в виде биомассы консументами 1-го порядка, может использоваться в качестве пищи консументами (гетеротрофами) 2-го порядка.

Таким же образом энергия расходуется консументами 3-го, 4-го порядка и т.д. на всех трофических уровнях.

В любой экосистеме растительноядные животные поедают растения, плотоядные поедают растительноядных, другие плотоядные – этих плотоядных и так далее через ряд звеньев, образующих в целом пищевую цепь. Каждое звено такой пищевой цепи соответствует одному трофическому уровню (рис.4).

Трофический уровень – это совокупность организмов, объединенных одним типом питания:

1-й трофический уровень – продуценты;

Рис.4. Упрощенная наземная пищевая цепь,
показывающая последовательность трофических
уровней (по Риклефс Р.)

 

2-й трофический уровень – консументы 1-го порядка;

3-й трофический уровень – консументы 2-го порядка и т.д.

В схеме пищевой цепи (рис.4) многое упрощено по сравнению с природой. Во-первых, лишь очень немногие плотоядные ограничиваются питанием на каком-то одном трофическом уровне; во-вторых, гибель многих организмов вызывается не хищниками, а иными причинами и их останки поедаются детритофагами; в-третьих, большая часть энергии, накопленной на данном трофическом уровне, рассеивается в виде тепла, а также вследствие того, что организмы расходуют энергию не только на рост и размножение, но и на поддержание своего существования. Энергия, «включающаяся» в процессе роста и размножения в биомассу, т.е. в пищу следующего, более высокого трофического уровня, соответствует лишь небольшому проценту всей съеденной пищи.

В результате движения по трофическим уровням экосистемы количество энергии, доступной для потребления живыми организмами, прогрессивно падает по ходу повышения трофического уровня. Это связано с тем, что, во-первых, консументы не могут съедать пищи (т.е. потреблять энергии) больше, чем производят продуценты; во-вторых, часть поглощенной консументами энергии в виде биомассы расходуется на процессы жизнедеятельности, рассеивается в виде тепла и лишь часть накапливается в виде их биомассы.

Таким образом, на фоне биологического круговорота веществ потоки энергии однонаправленны: первично аккумулированная в тканях продуцентов энергия продвигается по трофическим уровням, постепенно расходуясь на процессы жизнедеятельности и рассеиваясь в виде тепла.