Энергетические потоки в экосистемах: путь энергии по трофическим уровням

Энергетические потоки в экосистемах

Жизнь любого сообщества держится на непрерывном движении энергии от одного организма к другому. Этот поток начинается с растений и постепенно затухает, проходя через ряд звеньев питания. Чтобы понять, как устроена эта система, важно разобраться, какие пути переноса энергии существуют и что происходит с её запасом на каждой ступени.

Трофические уровни и трофическая структура экосистем

В природном сообществе организмы, которые получают пищу от растительности через равное количество этапов, объединяют в один трофический уровень. Стоит подчеркнуть, что подобная классификация группирует не сами биологические виды, а типы их жизнедеятельности. Одна и та же популяция способна занимать сразу несколько ступеней - всё зависит от того, какие источники энергии она задействует.

Значимость отдельных пищевых цепей определяется тем, сколько энергии поступает в каждую из них и насколько эффективно эту энергию используют трофические уровни. Так, в планктонных сообществах ведущую роль в переносе энергии, а вместе с тем и в высвобождении минеральных соединений, играют консументы пастбищной цепи. В наземных же системах преобладает детритный путь. Например, в лесах через пастбищную пищевую цепь проходит не более 10 % чистой первичной продукции, тогда как оставшиеся 90 % движутся по детритной. На лугах и пастбищах в пастбищную цепь вовлекается до 20-30 % чистой первичной продукции, но и здесь детритный перенос энергии остаётся главным.

Иная картина наблюдается в планктонных сообществах: там почти вся первичная продукция - 90 % и более - проходит именно по пастбищному пути. Разумеется, встречаются и такие экосистемы, где оба потока вносят примерно равный вклад.

Объём энергии, поступающей в ту или иную цепь, формирует трофическую структуру сообщества. К её характеристикам относят число ступеней питания, то есть длину цепи, соотношение пастбищного и детритного путей переноса энергии, устойчивые величины биомассы и детрита, а также скорость круговорота минеральных соединений в системе.

Однако итоговая картина зависит не только от количества энергии на входе в цепь, но и от того, насколько рационально она расходуется при движении по уровням. Поэтому, прежде чем выяснять, от чего зависит эффективность переноса энергии с одной ступени на другую, разумно рассмотреть, как распоряжается энергией отдельное звено пищевой цепи.

Энергетические потоки в экосистемах

Судьба энергии, заключённой в пище, складывается по-разному уже после того, как корм проглочен. Прежде всего стоит учесть, что съеденное никогда не переваривается и не усваивается полностью. Большинство травоядных не способны расщепить лигнин и целлюлозу растительных тканей, а хищники не справляются с шерстью, перьями, костями, рогами и копытами животной добычи. Непереваренные соединения либо покидают организм с экскрементами, либо отрыгиваются в виде погадок - комочков остатков, которые затем поступают в детритную пищевую цепь.

Другая доля корма всё же ассимилируется. Бо́льшая часть усвоенной энергии тратится на собственные нужды организма - на разнообразную работу: выработку тепла, движение, функционирование органов. При этом из-за низкой эффективности биологических превращений значительная часть энергии, высвобождаемой при дыхании, бесполезно рассеивается в форме тепла. Здесь уместно сравнение с двигателем: большая доля энергии бензина теряется именно как тепло, а не переходит в движение автомобиля. Кроме того, некоторое количество потенциальной химической энергии уходит с продуктами белкового обмена - мочевой кислотой и мочевиной у наземных животных, аммиаком у водных организмов.

Та энергия, которая не была утрачена при дыхании и выделении, направляется на синтез новой биомассы - через рост и размножение. Именно поэтому при каждом переходе с одного трофического уровня на следующий часть энергии неизбежно теряется, и до верхних ступеней её доходит всё меньше. Эффективность такого переноса определяется тем, насколько продуктивно расходуется энергия на каждом уровне, а это, в свою очередь, зависит как от внутренних свойств самих организмов, так и от их внешних, экологических взаимоотношений.