Движение вещества и энергии по пищевым цепям

В экосистемах первичное органическое вещество образуется в процессе фотосинтеза зелеными растениями, поглощающими солнечную энергию. Энергия фотонов преобразуется в энергию химических связей: вода и двуокись углерода, поглощаемая из воздуха или воды, превращаются в сахара с выделением в качестве побочного продукта кислорода:

6Н₂О + 6СО₂ + Q ® С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ ­

Затем из сахаров и минеральных элементов питания, получаемых из почвы или воды, растения синтезируют все сложные вещества, входящие в состав их организма.

Помимо растений, использующих для фотосинтеза солнечную энергию, существуют определенные виды бактерий, способных так же синтезировать органические молекулы из двуокиси углерода и воды. Расщепляя некоторые неорганические вещества, богатые внутренней потенциальной энергией (например, сероводород Н₂S), эти бактерии используют высвобождающуюся энергию для синтеза органических молекул, - примерно так же, как при фотосинтезе. Этот процесс называют хемосинтезом, т.к. источником энергии служит не свет, а окисление неорганического вещества.

Органическое вещество по пищевой (трофической) цепи последовательно передается от одних живых организмов к другим (рис.5):

СО₂

Энергия

Продуценты: Первичные консументы: Вторичные консу-

растения, отдельные растительноядные жи- менты: плотоядные

виды бактерий вотные и т.п. животные и т.п.

Опадание листьев, ги- Отбросы, остатки пищи

бель особей трупы животных

Редуценты:

бактерии, гри-

Минерализация бы и т.п. Дыхание

Рис. 5. Потоки энергии и вещества в пищевой цепи

Растения, создающие первичное органическое вещество (продуценты), расположены в первом звене трофической цепи. Во втором звене располагаются организмы, употребляющие в пищу продуцентов и строящие белки своего тела из белков растений; эти организмы носят название первичные консументы, или растительноядные, или фитофаги. Далее, в третьем звене – вторичные консументы - плотоядные животные, использующие животные белки. Существуют консументы третьего порядка, питающиеся вторичными консументами, а также консументы более высоких порядков в сложных трофических цепях.

Во всех звеньях трофической цепи образуются отходы - листья, отмирающие организмы, отбросы и т.д. Эти отходы поступают в отдельное звено - звено редуцентов, состоящее из бактерий, грибов, мелких беспозвоночных и т.д. Они разлагают органические остатки всех трофических уровней до минеральных веществ. При этом выделяются кислород (45%), водород (42%) и до 1,5% воды с кальцием, кремнием, калием и фосфором.

Существует еще одно звено, состоящее из организмов, также питающихся мертвыми растительными и животными остатками - звено сапрофагов. Примерами таких организмов являются грифы, земляные черви, раки, термиты, муравьи и т.д.

Потоки энергии в пищевой цепи подчиняются закону однонаправленности потока энергии: энергия, получаемая сообществом (экосистемой) и усваиваемая продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой необратимо передается консументам первого, второго и т.д. порядков, а затем редуцентам с падением потока на каждом из трофических уровней в результате процессов, сопровождающих дыхание. Поскольку в обратный поток (от редуцентов к продуцентам) поступает ничтожное количество изначально вовлеченной энергии (не более 0,25%), говорить о круговороте энергии нельзя.