Цепь питания в экосистемах¶

Цепь питания (трофическая цепь) — последовательность организмов, в которой каждый предыдущий служит пищей для последующего, что обеспечивает перенос вещества и энергии в экосистеме. Звенья цепи связаны отношениями «хищник — жертва» или «потребитель — ресурс», а её началом всегда служат продуценты — автотрофные организмы, создающие органическое вещество из неорганического. Совокупность взаимосвязанных цепей образует пищевую сеть, отражающую реальную структуру трофических связей в сообществе.

¶Структура и звенья

Каждое звено цепи питания называют трофическим уровнем. Первый уровень занимают продуценты — зелёные растения, водоросли, цианобактерии и некоторые хемосинтезирующие бактерии. Они синтезируют органику за счёт энергии Солнца (фотосинтез) или химических реакций (хемосинтез) и служат основой всех цепей.

Второй уровень — консументы первого порядка (первичные консументы) — растительноядные животные: травоядные млекопитающие, насекомые-фитофаги, многие птицы и зоопланктон. Третий уровень занимают консументы второго порядка — плотоядные, питающиеся растительноядными. Далее следуют консументы третьего и более высоких порядков — хищники, охотящиеся на других хищников. Число звеньев обычно не превышает пяти–шести из-за потерь энергии.

Завершающий уровень — редуценты (деструкторы): бактерии, грибы, некоторые беспозвоночные. Они разлагают мёртвое органическое вещество до неорганических соединений, возвращая их в круговорот и замыкая цикл. Хотя редуцентов часто не включают в линейную схему цепи, без них функционирование экосистемы невозможно.

¶Типы цепей питания

Выделяют два основных типа цепей — пастбищные (выедания) и детритные (разложения).

Пастбищная цепь начинается с живых продуцентов и идёт через фитофагов к хищникам. Классический пример: фитопланктон → зоопланктон → мелкая рыба → крупная хищная рыба → хищная птица. Такие цепи характерны для наземных и водных экосистем с активным потреблением живой биомассы.

Детритная цепь начинается с мёртвого органического вещества (детрита) — опавших листьев, трупов, экскрементов. Её первое звено — детритофаги (дождевые черви, мокрицы, личинки насекомых), затем идут их потребители, и наконец редуценты. Пример: листовой опад → дождевой червь → крот → лисица. Детритные цепи преобладают в лесах умеренного пояса, где основная масса первичной продукции поступает в почву.

Отдельно выделяют паразитические цепи, в которых консументы ведут паразитический образ жизни: растение → травоядное животное → паразит → сверхпаразит. Такие цепи могут включать звенья, не передающие энергию в обычном понимании, но учитываются при анализе трофической структуры.

¶Правило экологической пирамиды

Передача энергии между трофическими уровнями подчиняется правилу Линдемана (правилу 10 %): на каждый следующий уровень переходит в среднем около 10 % энергии, заключённой в биомассе предыдущего уровня. Остальные 90 % расходуются на жизнедеятельность организмов, рассеиваются в виде тепла или остаются в неусвоенной пище.

Следствие этого правила — ограниченная длина цепей питания. При пяти–шести звеньях количество доступной энергии падает до ничтожных величин, неспособных поддерживать жизнеспособную популяцию высшего хищника. Поэтому в природе цепи редко содержат более шести звеньев.

Экологические пирамиды — графическое отображение трофической структуры — бывают трёх видов:

• пирамида численности — число особей на каждом уровне;
• пирамида биомассы — суммарная масса организмов;
• пирамида энергии — количество энергии, проходящей через уровень за единицу времени.

Пирамида энергии всегда имеет правильную форму с широким основанием, тогда как пирамиды численности и биомассы могут быть инвертированными (например, в водных экосистемах, где биомасса фитопланктона меньше биомассы зоопланктона из-за высокой скорости оборота).

¶Примеры в разных экосистемах

Водные экосистемы. В океане типичная пастбищная цепь: диатомовые водоросли → копеподы (веслоногие рачки) → сельдь → треска → тюлень → косатка. Планктонные цепи отличаются высокой продуктивностью и быстрым оборотом биомассы.

Наземные экосистемы. В степях и саваннах: злаки → антилопы → львы. В тундре: осока → лемминг → песец → белая сова. В тайге: ель → заяц-беляк → рысь. В тропическом лесу цепи сложнее из-за большого разнообразия видов и переплетения пастбищных и детритных путей.

Антропогенные экосистемы. Агроценозы имеют упрощённые цепи: пшеница → колорадский жук → скворец → ястреб. Цепи в сельском хозяйстве искусственно укорачиваются для повышения выхода продукции, что требует постоянного вмешательства человека для компенсации нарушенных трофических связей.

¶Значение и нарушения

Трофические цепи обеспечивают устойчивость экосистем: через них осуществляется круговорот веществ и поток энергии, поддерживается численность популяций и регулируется видовой состав. Изъятие или добавление одного звена может вызвать каскадный эффект — так называемый трофический каскад. Например, истребление волков в Йеллоустонском национальном парке привело к росту численности оленей, уничтожению молодой растительности и изменению русла рек; возвращение хищников восстановило баланс.

Нарушение цепей питания происходит под воздействием хозяйственной деятельности: чрезмерный вылов рыбы, охота на хищников, применение пестицидов, интродукция чужеродных видов. Особую опасность представляет биоаккумуляция — накопление токсичных веществ (например, ДДТ или ртути) в организмах высших трофических уровней, поскольку концентрация поллютантов возрастает с каждым звеном цепи.

¶Пищевые сети

В реальных экосистемах цепи не изолированы: один организм обычно питается несколькими видами и сам служит пищей разным хищникам. Переплетение цепей образует пищевую сеть, которая точнее отражает трофическую структуру. Пищевые сети обладают свойством устойчивости: при выпадении одного звена организмы переключаются на альтернативные источники пищи. Однако чрезмерное упрощение сетей, характерное для антропогенных ландшафтов, снижает способность экосистемы к саморегуляции.