Пищевые связи. Круговорот веществ и энергии в экосистемах. Дидактический материал
план-конспект урока по биологии (11 класс) по теме

Урок     Пищевые связи. Круговорот веществ  и энергии в экосистемах. §5.5

Практическая работа   №8  «Составление схем передачи веществ и энергии в экосистемах (пищевых цепей)»

Пищевая (трофическая) цепь - это последовательность организмов, в которой каждый из них поедает или разлагает другой. Она представляет собой  путь движущегося через живые организмы однонаправленного потока поглощенной  при фотосинтезе малой части высокоэффективной солнечной энергии, поступившей на Землю. В конечном итоге эта цепь возвращается в окружающую природную среду в виде низкоэффективной тепловой энергии. По ней также движутся питательные вещества от продуцентов к консументам и далее к редуцентам, а затем обратно к продуцентам.

Пищевая цепь - система передачи вещества и энергии от организма к организму, в которой каждый предыдущий организм истребляется последующим.

 Каждое звено пищевой цепи называют трофическим уровнем. Первый трофический уровень занимают автотрофы, иначе именуемые первичными продуцентами, организмы второго трофического уровня называют первичными консументами (гетеротрофами, то есть «питающиеся другими), третьего - вторичными консументами и т.д. Обычно бывают четыре или пять трофических уровней и редко более шести.

Различают: пастбищные пищевые цепи, детритные пищевые цепи, паразитические пищевые цепи

Пастбищные пищевые цепи (цепи выедания) - пищевые цепи, которые начинаются с автотрофных фотосинтезирующих или хемосинтезирующих организмов. 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,

соснатлябожья коровкапаукнасекомоядная птицахищная птица.  

     Растение – кузнечик – лягушка – уж -      ястреб

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.
Пример пищевой цепи пресного водоёма: фитопланктон - веслоногие ракообразные - плотва - щука

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. 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. .

Например: опад клёнадождевой червьпочвенные грибыбактерии.

мертвые ткани растений - грибы - многоножки кивсяки - их экскременты - грибы - ногохвостики - хищные клещи - хищные многоножки - бактерии.

Листовой опад -> Дождевой червь (Lumbricusspp.) -> Черный дрозд (Tardus) —> Ястреб-перепелятник (Accipiternisus)

Труп животного —> Падальная муха и ее личинки (Calliphora vomitoria) ->Травяная лягушка (Rana temporaria)->Уж (Natrix natrix)

Детрит дождевой червь крот лиса

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.

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.

Паразитические пищевые цепи - пищевые цепи, которые начинаются свободноживущим организмом, на котором паразитируют паразиты первого порядка, на них, в свою очередь, паразиты второго порядка и т.д.

Аскариды, паразитирующие на пойкилотермных организмах, являются паразитами первого порядка, паразитирующие в клетках аскарид одноклеточные эукариоты - паразитами второго порядка, обитающие в них бактерии - паразитами третьего порядка, паразитирующие в бактериях вирусы (бактериофаги) - паразиты четвертого порядка и т.д.

Аскарида- одноклеточные эукариоты – бактерии – бактериофаги

Обычно для каждого звена цепи можно указать не одно, а несколько других звеньев, связанных с ним отношением «пища — потребитель». Так, траву едят не только коровы, но и другие животные, а коровы являются пищей не только для человека. Установление таких связей превращает пищевую цепь в более сложную ... — трофическую сеть. 

                                                             Экологические пирамиды. 

Для наглядности представления взаимоотношений между организмами различных видов в биоценозе принято использовать экологические пирамиды:  пирамиды численности, биомассы и энергии
-с одного трофического уровня на другой, более высокий уровень переходит, в среднем, около 10  % энергии, поступившей на предыдущий уровень экологической пирамиды. . Остальная часть энергии теряется в виде теплового излучения, на движение и т.д. Организмы в результате процессов обмена теряют в каждом звене пищевой цепи около 90% всей энергии, которая расходуется на поддержание их жизнедеятельности.

1. пирамиды чисел - на каждом уровне откладывается численность отдельных организмов
2. пирамиды биомасс - характеризует общую сухую или сырую массу организмов на данном трофическом уровне, например, в единицах массы на единицу площади - г/м2, кг/га, т/км2 или на объем - г/м3. 
3. пирамиды энергии - показывает величину потока энергии или продуктивности на последовательных уровнях

Если заяц съел 10 кг растительной массы, то его собственная масса может увеличиться на 1 кг. Лисица или волк, поедая 1 кг зайчатины, увеличивают свою массу уже только на 100 г. У древесных растений эта доля много ниже из-за того, что древесина плохо усваивается организмами. Для трав и морских водорослей эта величина значительно больше, поскольку у них отсутствуют трудноусвояемые ткани. Однако общая закономерность процесса передачи энергии остается: через верхние трофические уровни ее проходит значительно меньше, чем через нижние.

 Практическая работа   №8   «Составление схем передачи веществ и энергии (цепей питания)»

Цель: научиться составлять пищевые цепи, строить экологические пирамиды

Ход работы.

1.Назовите организмы, которые должны быть на пропущенном месте следующих пищевых цепей:

2. 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.

3. Зная правило перехода энергии с одного трофического уровня на другой (около10%), постройте пирамиду биомассы третьей пищевой цепи (задание 1). Биомасса растений составляет 40 тонн.

4. Вывод: что отражают правила экологических пирамид?