Харчові мережі і ланцюги

Харчові мережі і ланцюги

   Існування будь-якого біоценозу можливо тільки при постійному припливі енергії. По суті, все життя на Землі існує за рахунок енергії сонячного випромінювання, яка перетворюється  фотосинтезуючими організмами в хімічні зв'язки органічних речовин. Гетеротрофи отримують енергію з їжею. 

   Всі живі істоти є об'єктами харчування інших живих істот, тобто пов'язані між собою енергетичними відносинами. Харчові зв'язки в співтовариствах - це механізм передачі енергії від одного організму до іншого або інших.

    У кожному співтоваристві трофічні зв'язки переплетені в
складну мережу, так як організми будь-якого виду є потенційними об'єктами для їжі багатьох інших видів.

Наприклад, ворогами попелиць є личинки і жуки сонечок, личинки мух, павуки, комахоїдні птахи і багато інших тварин. За рахунок дубів в листяних лісах можуть жити кілька сотень форм різних членистоногих, фітонематод, паразитичних грибків і т.д.; хижаки зазвичай легко переключаються з одного виду на інший. Деякі хижаки можуть споживати в певній мірі і рослинну їжу.

    Трофічні мережі в біоценозах дуже складні. Однак перше враження про те, що енергія в трофічних мережах може довго мігрувати від одного організму до іншого, оманливе. Насправді шлях кожної конкретної порції енергії, накопиченої рослинами, короткий, він може передаватися не більш, ніж через 4 - 5 ланок, що складаються з організмів, які послідовно харчуються один одним.

   Стійкі ланцюги взаємопов'язаних видів, які послідовно витягають речовини та енергію з вихідної харчової речовини, називаються ланцюгами живлення.

Місце кожної ланки в ланцюзі харчування називають трофічним рівнем.

  Перший трофічний рівень - це завжди продуценти, рослини, творці органічної речовини, біомаси; другий трофічний рівень складають травоїдні тварини - споживачі або консументи 1 порядку; споживачі травоїдних тварин - м'ясоїдні - складають наступний трофічний рівень, є консументами 2 порядку; споживачі м'ясоїдних форм відносяться до консументів 3 порядку і т.д. по трофічному  ланцюгу. При цьому має значення харчова спеціалізація організмів-консументів. Види з широким спектром харчування можуть включатися в харчовий ланцюг на різних трофічних рівнях. Наприклад, людина в раціон якої входять і рослинна і тваринна їжа, може з'явитися в різних харчових ланцюгах консументом першого, другого і третього порядків.

   Кількість енергії, що витрачається на підтримку власної життєдіяльності, в ланцюзі трофічних рівнів зростає, а продуктивність падає. 

  Енергетичний баланс консументів складається таким чином. Поглинена їжа зазвичай засвоюється не повністю. Незасвоєна їжа знову повертається у зовнішнє середовище у вигляді екскрементів і в подальшому може бути залучена в інші ланцюга живлення. Відсоток засвоюваності залежить від складу їжі і набору травних ферментів організму. У тварин засвоюваність варіює від 12 - 20% (деякі сапрофаги) до 75% у м'ясоїдних видів.

  Велика частина енергії засвоєної їжі використовується на підтримання фізіологічних процесів в організмі, а продукти обміну видаляються з організму в складі сечі, поту, виділень залоз і вуглекислого газу, що утворюється при диханні. Енергетичні витрати на підтримку метаболічних процесів в організмі називають тратою на дихання.

  Менша частина засвоєної енергії йде власне на асиміляцію, тобто на утворення тканин, біомаси самого організму або на запасання поживних речовин. Зазвичай продуктивність кожного наступного трофічного рівня не більше, як вже було сказано, 5 - 20% від продуктивності попереднього. Витрати на подих у багато разів більше енергетичних витрат на збільшення маси організму. Конкретні співвідношення залежать від стадії розвитку і фізіологічного стану особин. У молодих витрати на зростання досягають великих величин, тоді як дорослі особини використовують енергію їжі в основному на підтримку обміну речовин і дозрівання статевих клітин.

   Таким чином, більша частина енергії в ланцюзі харчування при переході з одного рівня на інший втрачається. До наступної ланки в ланцюзі живлення надходить тільки та енергія, яка укладена в масі попередньої трофічної ланки. Втрати енергії становлять близько 90% при кожному переході через трофічний ланцюг. Наприклад, якщо енергія рослинного організму становить 1000 Дж, то при повному поїданні його травоїдною твариною в тілі останньої асимілюється всього 100 Дж, в тілі хижака 10 Дж, а якщо цей хижак буде з'їдений іншим, то в його тілі асимілюється тільки 1 Дж енергії, то є 0,1%.

В результаті енергія, накопичена зеленими рослинами в ланцюгах харчування, стрімко вичерпується. Тому харчовий ланцюг не може включати більш 4 - 5 ланок. Втрачена в ланцюгах харчування енергія може бути відновлена тільки за рахунок надходження нових її порцій. В екосистемах не може бути кругообігу енергії, подібно круговороту речовин. Життя і функціонування будь екологічної системи можливі тільки при односторонньо направленому потоці енергії у вигляді сонячного випромінювання або при припливі запасів готової органічної речовини.