مقدمة
مثال صارخ على سلسلة الطاقة:
تصنيف الكائنات الحية من حيث دورها في دورة المواد
تتضمن أي سلسلة غذائية ثلاث مجموعات من الكائنات الحية:
المنتجين (الشركات المصنعة) | المستهلكين (المستهلكين) | المحللون (مدمرات) |
كائنات حية ذاتية التغذية تقوم بتصنيع المواد العضوية من المواد المعدنية باستخدام الطاقة (النباتات). | الكائنات الحية غير المتجانسة التي تستهلك (تأكل، وتعالج، وما إلى ذلك) المواد العضوية الحية وتنقل الطاقة الموجودة فيها من خلال السلاسل الغذائية. | الكائنات الحية غير المتجانسة التي تدمر (تعالج) المواد العضوية الميتة من أي أصل إلى مادة معدنية. |
الروابط بين الكائنات الحية في السلسلة الغذائية
تخلق السلسلة الغذائية، مهما كانت، روابط وثيقة بين الكائنات المختلفة ذات الطبيعة الحية وغير الحية. وتمزق أي رابط على الإطلاق يمكن أن يؤدي إلى نتائج كارثية وخلل في الطبيعة. العنصر الأكثر أهمية والأكثر تكاملاً في أي سلسلة طاقة هو الطاقة الشمسية. وبدونها لن تكون هناك حياة. عند التحرك على طول السلسلة الغذائية، تتم معالجة هذه الطاقة، ويصنع كل كائن حي الطاقة الخاصة به، ويمرر 10٪ فقط إلى الرابط التالي.
عند الموت، يدخل الجسم في سلاسل غذائية أخرى مماثلة، وبالتالي تستمر دورة المواد. يمكن لجميع الكائنات الحية أن تترك بسهولة سلسلة غذائية واحدة وتنتقل إلى أخرى.
دور المناطق الطبيعية في دورة المواد
وبطبيعة الحال، فإن الكائنات الحية التي تعيش في نفس المنطقة الطبيعية تشكل سلاسل غذائية خاصة بها مع بعضها البعض، والتي لا يمكن أن تتكرر في أي منطقة أخرى. وهكذا، فإن السلسلة الغذائية لمنطقة السهوب، على سبيل المثال، تتكون من مجموعة واسعة من الأعشاب والحيوانات. لا تشمل السلسلة الغذائية في السهوب الأشجار عمليا، حيث يوجد عدد قليل جدا منها أو أنها تعاني من التقزم. أما بالنسبة لعالم الحيوان، فإن الحيوانات ذات الأصابع والقوارض والصقور (الصقور والطيور الأخرى المماثلة) وأنواع مختلفة من الحشرات تسود هنا.
تصنيف دوائر الطاقة
مبدأ الأهرامات البيئية
إذا نظرنا على وجه التحديد إلى السلاسل التي تبدأ بالنباتات، فإن دورة المواد بأكملها تأتي من عملية التمثيل الضوئي، والتي يتم خلالها امتصاص الطاقة الشمسية. وتنفق النباتات معظم هذه الطاقة في وظائفها الحيوية، ولا يذهب إلا 10% منها إلى الرابط التالي. ونتيجة لذلك، يتطلب كل كائن حي لاحق المزيد والمزيد من المخلوقات (الأشياء) من الرابط السابق. ويتجلى ذلك بوضوح في الأهرامات البيئية التي تستخدم في أغلب الأحيان لهذه الأغراض. إنها أهرامات الكتلة والكمية والطاقة.
السلسلة الغذائية هي التحول المتسلسل لعناصر الطبيعة غير العضوية (الأحيائية، وما إلى ذلك) بمساعدة النباتات والضوء إلى مواد عضوية (الإنتاج الأولي)، والأخيرة - بواسطة الكائنات الحيوانية في الروابط الغذائية (الغذائية) اللاحقة (خطوات) في الكتلة الحيوية الخاصة بهم.
تبدأ السلسلة الغذائية بالطاقة الشمسية، وكل حلقة في السلسلة تمثل تغيراً في الطاقة. جميع السلاسل الغذائية في المجتمع تشكل علاقات غذائية.
هناك روابط مختلفة بين مكونات النظام البيئي، وقبل كل شيء، ترتبط ببعضها البعض عن طريق تدفق الطاقة وتداول المادة. تسمى القنوات التي تتدفق من خلالها الطاقة عبر المجتمع بالدوائر الغذائية. إن طاقة شعاع الشمس الساقط على قمم الأشجار أو على سطح البركة تلتقطها النباتات الخضراء -سواء كانت الأشجار الضخمة أو الطحالب الصغيرة- وتستخدمها في عملية التمثيل الضوئي. تدخل هذه الطاقة في نمو وتطور وتكاثر النباتات. تسمى النباتات، باعتبارها منتجة للمواد العضوية، منتجة. ويقوم المنتجون بدورهم بتوفير مصدر للطاقة لأولئك الذين يأكلون النباتات، وفي نهاية المطاف، للمجتمع بأكمله.
المستهلكون الأوائل للمواد العضوية هم الحيوانات العاشبة - المستهلكون من الدرجة الأولى. تعمل الحيوانات المفترسة التي تأكل الفرائس العاشبة كمستهلكين من الدرجة الثانية. عند الانتقال من رابط إلى آخر، يتم فقدان الطاقة حتما، لذلك نادرا ما يكون هناك أكثر من 5-6 مشاركين في السلسلة الغذائية. تكمل المحللات الدورة - حيث تقوم البكتيريا والفطريات بتحليل جثث الحيوانات وبقايا النباتات، وتحويل المواد العضوية إلى معادن، والتي يمتصها المنتجون مرة أخرى.
تشمل السلسلة الغذائية جميع النباتات والحيوانات، بالإضافة إلى العناصر الكيميائية الموجودة في الماء اللازمة لعملية التمثيل الضوئي. السلسلة الغذائية عبارة عن بنية خطية متماسكة من الروابط، يرتبط كل منها بروابط مجاورة من خلال علاقات "الغذاء والمستهلك". تعمل مجموعات الكائنات الحية، مثل الأنواع البيولوجية المحددة، كحلقات في السلسلة. في الماء، تبدأ السلسلة الغذائية بأصغر الكائنات النباتية - الطحالب - التي تعيش في المنطقة المضاءة وتستخدم الطاقة الشمسية لتصنيع المواد العضوية من المغذيات الكيميائية غير العضوية وثاني أكسيد الكربون الذائب في الماء. في عملية نقل طاقة الغذاء من مصدره -النباتات- عبر عدد من الكائنات الحية، والذي يحدث عن طريق أكل بعض الكائنات الحية بواسطة البعض الآخر، يحدث تبديد للطاقة، ويتحول جزء منها إلى حرارة. مع كل انتقال متتالي من رابط غذائي (مرحلة) إلى آخر، يتم فقدان ما يصل إلى 80-90٪ من الطاقة الكامنة. وهذا يحد من العدد المحتمل للخطوات، أو الروابط في السلسلة، إلى أربع أو خمس عادة. كلما كانت السلسلة الغذائية أقصر، تم تخزين المزيد من الطاقة المتاحة.
في المتوسط، ينتج ألف كيلوغرام من النباتات 100 كيلوغرام من جسم الحيوانات العاشبة. يمكن للحيوانات المفترسة التي تأكل الحيوانات العاشبة أن تبني 10 كجم من كتلتها الحيوية من هذه الكمية، ويمكن للحيوانات المفترسة الثانوية أن تبني 1 كجم فقط. على سبيل المثال، يأكل الشخص سمكة كبيرة. يتكون طعامه من الأسماك الصغيرة التي تتغذى على العوالق الحيوانية، والتي تعيش على العوالق النباتية التي تلتقط الطاقة الشمسية.
وبالتالي، لبناء 1 كجم من جسم الإنسان، يلزم 10 آلاف كجم من العوالق النباتية. وبالتالي، فإن كتلة كل حلقة لاحقة في السلسلة تتناقص تدريجيا. ويسمى هذا النمط بقاعدة الهرم البيئي. هناك هرم من الأرقام يعكس عدد الأفراد في كل مرحلة من مراحل السلسلة الغذائية، وهرم الكتلة الحيوية - كمية المادة العضوية المركبة في كل مستوى، وهرم الطاقة - كمية الطاقة الموجودة في الغذاء. لديهم جميعًا نفس التركيز، ويختلفون في القيمة المطلقة للقيم الرقمية. في الظروف الحقيقية، قد تحتوي سلاسل الطاقة على عدد مختلف من الروابط. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تتقاطع دوائر الطاقة لتشكل شبكات طاقة. تقريبًا جميع أنواع الحيوانات، باستثناء الأنواع المتخصصة جدًا من حيث التغذية، لا تستخدم مصدرًا غذائيًا واحدًا فحسب، بل تستخدم عدة مصادر. كلما زاد تنوع الأنواع في التكاثر الحيوي، كلما كان أكثر استقرارًا. لذا، في السلسلة الغذائية للنبات والأرنب والثعلب لا يوجد سوى ثلاث روابط. لكن الثعلب لا يأكل الأرانب البرية فحسب، بل يأكل أيضا الفئران والطيور. النمط العام هو أن هناك دائمًا نباتات خضراء في بداية السلسلة الغذائية، وحيوانات مفترسة في نهايتها. مع كل حلقة في السلسلة، تصبح الكائنات الحية أكبر، وتتكاثر بشكل أبطأ، ويتناقص عددها. الأنواع التي تحتل موقع الروابط السفلية، على الرغم من تزويدها بالطعام، يتم استهلاكها بشكل مكثف (الفئران، على سبيل المثال، يتم إبادة الثعالب والذئاب والبوم). يسير الاختيار في اتجاه زيادة الخصوبة. وتتحول مثل هذه الكائنات إلى مصدر غذائي للحيوانات العليا دون أي احتمال للتطور التدريجي.
في أي عصر جيولوجي، تطورت الكائنات الحية التي كانت على أعلى مستوى في العلاقات الغذائية بأعلى سرعة، على سبيل المثال، في العصر الديفوني، كانت الأسماك ذات الفص من الحيوانات المفترسة الآكلة للأسماك؛ في العصر الكربوني - ستيجوسيفاليانس المفترسة. في العصر البرمي - الزواحف التي اصطدت سكان الرأس. طوال عصر الدهر الوسيط، تم إبادة الثدييات من قبل الزواحف المفترسة وفقط نتيجة لانقراض الأخيرة في نهاية الدهر الوسيط، احتلت المركز المهيمن، مما أدى إلى ظهور عدد كبير من الأشكال.
العلاقات الغذائية هي الأكثر أهمية، ولكنها ليست النوع الوحيد من العلاقات بين الأنواع في التكاثر الحيوي. يمكن لأحد الأنواع التأثير على الآخر بطرق مختلفة. يمكن للكائنات الحية أن تستقر على سطح أو داخل جسم أفراد من نوع آخر، ويمكن أن تشكل موطنًا لنوع واحد أو عدة أنواع، وتؤثر على حركة الهواء، ودرجة الحرارة، وإضاءة الفضاء المحيط. هناك أمثلة عديدة على الروابط التي تؤثر على موائل الأنواع. جوز البحر عبارة عن قشريات بحرية تعيش أسلوب حياة لاطئ وغالبًا ما تستقر على جلد الحيتان. تعيش يرقات العديد من الذباب في روث البقر. تلعب النباتات دورًا مهمًا بشكل خاص في خلق أو تغيير البيئة للكائنات الحية الأخرى. في غابة النباتات، سواء كانت غابة أو مرج، تتقلب درجة الحرارة أقل مما كانت عليه في المساحات المفتوحة، والرطوبة أعلى.
في كثير من الأحيان يشارك أحد الأنواع في انتشار نوع آخر. تحمل الحيوانات البذور والجراثيم وحبوب اللقاح وغيرها من الحيوانات الصغيرة. يمكن أن تلتقط الحيوانات بذور النباتات عند ملامستها عرضيًا، خاصة إذا كانت البذور أو النبتات تحتوي على خطافات خاصة (خيط، أرقطيون). عند تناول الفواكه والتوت التي لا يمكن هضمها، يتم إطلاق البذور مع الفضلات. تحمل الثدييات والطيور والحشرات العديد من العث على أجسامها.
يتم إنشاء اتصال بين رابطين إذا كانت مجموعة من الكائنات الحية تعمل كغذاء لمجموعة أخرى. الحلقة الأولى من السلسلة ليس لها سابق، أي أن الكائنات الحية من هذه المجموعة لا تستخدم كائنات حية أخرى كغذاء، كونها منتجة. غالبًا ما توجد النباتات والفطر والطحالب في هذا المكان. الكائنات الحية في الحلقة الأخيرة في السلسلة لا تعمل كغذاء للكائنات الحية الأخرى.
كل كائن حي لديه كمية معينة من الطاقة، أي يمكننا القول أن كل حلقة في السلسلة لها طاقة كامنة خاصة بها. أثناء عملية التغذية، يتم نقل الطاقة الكامنة في الغذاء إلى المستهلك.
جميع الأنواع التي تشكل السلسلة الغذائية موجودة على المواد العضوية التي تنتجها النباتات الخضراء. وفي هذه الحالة هناك نمط مهم يرتبط بكفاءة استخدام وتحويل الطاقة في عملية التغذية. جوهرها هو على النحو التالي.
في المجموع، يتم تحويل حوالي 1٪ فقط من الطاقة الإشعاعية للشمس التي تسقط على النبات إلى طاقة محتملة للروابط الكيميائية للمواد العضوية المركبة ويمكن للكائنات غير المتجانسة استخدامها بشكل أكبر للتغذية. عندما يأكل الحيوان نباتًا، فإن معظم الطاقة الموجودة في الطعام تذهب إلى عمليات حيوية مختلفة، فتتحول إلى حرارة وتتبدد. يمر 5-20٪ فقط من الطاقة الغذائية إلى المادة المبنية حديثًا لجسم الحيوان. إذا أكل حيوان مفترس حيوانًا عاشبًا، فمرة أخرى يتم فقدان معظم الطاقة الموجودة في الطعام. بسبب هذه الخسائر الكبيرة في الطاقة المفيدة، لا يمكن أن تكون سلاسل الغذاء طويلة جدًا: فهي تتكون عادةً من ما لا يزيد عن 3-5 روابط (مستويات الغذاء).
إن كمية المادة النباتية التي تشكل أساس السلسلة الغذائية تكون دائمًا أكبر بعدة مرات من الكتلة الإجمالية للحيوانات العاشبة، كما تتناقص أيضًا كتلة كل من الروابط اللاحقة في السلسلة الغذائية. ويسمى هذا النمط المهم جدًا بقاعدة الهرم البيئي.
عند نقل الطاقة الكامنة من وصلة إلى أخرى، يتم فقدان ما يصل إلى 80-90% على شكل حرارة. هذه الحقيقة تحد من طول السلسلة الغذائية، والتي عادة لا تتجاوز 4-5 حلقات. كلما طالت السلسلة الغذائية، انخفض إنتاج رابطتها الأخيرة مقارنة بإنتاج الحلقة الأولية.
في بايكال، تتكون السلسلة الغذائية في منطقة السطح من خمس روابط: الطحالب - الإبيشورا - الماكروبوس - الأسماك - الفقمة أو الأسماك المفترسة (لينوك، تيمين، أومول الكبار، إلخ). ويشارك الإنسان في هذه السلسلة باعتباره الحلقة الأخيرة، إلا أنه يمكن أن يستهلك منتجات من الحلقات السفلية مثل الأسماك أو حتى اللافقاريات عند استخدام القشريات والنباتات المائية وغيرها كغذاء، وتكون السلاسل الغذائية القصيرة أقل استقرارًا وتتعرض لتقلبات أكبر من تلك طويلة ومعقدة في الهيكل.
2. المستويات والعناصر الهيكلية للسلسلة الغذائية
عادة، لكل رابط في السلسلة، لا يمكنك تحديد رابط واحد، ولكن العديد من الروابط الأخرى المرتبطة به من خلال علاقة "المستهلك الغذائي". لذلك ليس فقط الأبقار تأكل العشب، ولكن أيضًا الحيوانات الأخرى تأكل العشب، والأبقار طعام ليس فقط للإنسان. يؤدي إنشاء مثل هذه الروابط إلى تحويل السلسلة الغذائية إلى بنية أكثر تعقيدًا - الشبكة الغذائية.
في بعض الحالات، في الشبكة الغذائية، من الممكن تجميع الروابط الفردية في مستويات بطريقة تجعل الروابط الموجودة على مستوى واحد تعمل فقط كغذاء للمستوى التالي. تسمى هذه المجموعة المستويات الغذائية.
المستوى الأولي (الرابط) لأي سلسلة غذائية (غذائية) في الخزان هو النباتات (الطحالب). لا تأكل النباتات أي شخص (باستثناء عدد قليل من أنواع النباتات الحشرية - الندية، الحشيشة، المثانة، النبنثات وبعض الآخرين)، على العكس من ذلك، فهي مصدر الحياة لجميع الكائنات الحية الحيوانية. لذلك فإن الخطوة الأولى في سلسلة الحيوانات المفترسة هي الحيوانات العاشبة (الرعوية). وتتبعهم حيوانات آكلة اللحوم الصغيرة التي تتغذى على الحيوانات العاشبة، ثم حلقة من الحيوانات المفترسة الأكبر حجمًا. وفي السلسلة، يكون كل كائن حي لاحق أكبر من الكائن السابق. تساهم سلاسل الحيوانات المفترسة في استقرار السلسلة الغذائية.
السلسلة الغذائية للنباتات الرخوة هي الحلقة الأخيرة في السلسلة الغذائية. تتغذى النباتات الرخوة على الكائنات الميتة. المواد الكيميائية التي تتشكل أثناء تحلل الكائنات الميتة تستهلكها النباتات مرة أخرى - الكائنات الحية المنتجة التي تبدأ منها جميع السلاسل الغذائية.
3. أنواع السلاسل الغذائية
هناك عدة تصنيفات للسلاسل الغذائية.
حسب التصنيف الأول هناك ثلاث سلاسل غذائية في الطبيعة (الوسائل الغذائية التي تحددها الطبيعة للتدمير).
تشمل السلسلة الغذائية الأولى الكائنات الحية الحرة التالية:
آكلة الأعشاب؛
الحيوانات المفترسة - الحيوانات آكلة اللحوم.
الحيوانات آكلة اللحوم، بما في ذلك البشر.
المبدأ الأساسي للسلسلة الغذائية: "من يأكل من؟"
السلسلة الغذائية الثانية توحد الكائنات الحية التي تستقلب كل شيء وكل شخص. يتم تنفيذ هذه المهمة من قبل المحللين. أنها تقلل المواد المعقدة للكائنات الميتة إلى مواد بسيطة. خاصية المحيط الحيوي هي أن جميع ممثلي المحيط الحيوي بشر. المهمة البيولوجية للمتحللين هي تحلل الموتى.
وفقا للتصنيف الثاني، هناك نوعان رئيسيان من السلاسل الغذائية - المراعي والمخلفات.
في السلسلة الغذائية للمراعي (سلسلة الرعي) يتكون الأساس من كائنات ذاتية التغذية، ثم هناك حيوانات عاشبة تتغذى عليها (على سبيل المثال، العوالق الحيوانية التي تتغذى على العوالق النباتية)، ثم الحيوانات المفترسة (المستهلكة) من الدرجة الأولى (على سبيل المثال، الأسماك استهلاك العوالق الحيوانية)، الحيوانات المفترسة من الدرجة الثانية (على سبيل المثال، سمك الكراكي يتغذى على الأسماك الأخرى). تكون السلاسل الغذائية طويلة بشكل خاص في المحيط، حيث تحتل العديد من الأنواع (على سبيل المثال، سمك التونة) مكان المستهلكين من الدرجة الرابعة.
في السلاسل الغذائية الفتاتية (سلاسل التحلل)، الأكثر شيوعًا في الغابات، لا يتم استهلاك معظم إنتاج النباتات مباشرة من قبل الحيوانات العاشبة، ولكنها تموت، ثم تخضع للتحلل بواسطة الكائنات الرمية والتمعدن. وهكذا، تبدأ السلاسل الغذائية الفتاتية من المخلفات، وتذهب إلى الكائنات الحية الدقيقة التي تتغذى عليها، ثم إلى المخلفات وإلى مستهلكيها - الحيوانات المفترسة. في النظم الإيكولوجية المائية (خاصة في الخزانات المغذية وفي أعماق كبيرة من المحيط)، وهذا يعني أن جزءًا من إنتاج النباتات والحيوانات يدخل أيضًا في السلاسل الغذائية الفتاتية.
خاتمة
جميع الكائنات الحية التي تعيش على كوكبنا لا توجد من تلقاء نفسها؛ فهي تعتمد على البيئة وتتعرض لتأثيرها. هذا مجمع منسق بدقة للعديد من العوامل البيئية، ويحدد تكيف الكائنات الحية معها إمكانية وجود جميع أنواع أشكال الكائنات الحية والتشكيل الأكثر تنوعًا في حياتها.
وتتمثل المهمة الرئيسية للمحيط الحيوي في ضمان دورة العناصر الكيميائية، والتي يتم التعبير عنها في تداول المواد بين الغلاف الجوي والتربة والغلاف المائي والكائنات الحية.
جميع الكائنات الحية هي كائنات غذائية للآخرين، أي. مترابطة من خلال علاقات الطاقة. اتصالات الغذاءوفي المجتمعات، تكون هذه آليات لنقل الطاقة من كائن حي إلى آخر. في كل مجتمع غذائيتتشابك الاتصالات في المجمع شبكة.
الكائنات الحية من أي نوع هي غذاء محتمل للعديد من الأنواع الأخرى
تعد الشبكات الغذائية في التكاثر الحيوي معقدة للغاية، ويبدو أن الطاقة التي تدخلها يمكن أن تهاجر لفترة طويلة من كائن حي إلى آخر. وفي الواقع فإن مسار كل جزء محدد من الطاقة المتراكمة لدى النباتات الخضراء قصير؛ ويمكن أن ينتقل عبر ما لا يزيد عن 4-6 وصلات في سلسلة تتكون من كائنات تتغذى على بعضها البعض بشكل متسلسل. تسمى هذه السلسلة، التي يمكن من خلالها تتبع الطرق التي يتم بها إنفاق الجرعة الأولية من الطاقة، بالسلاسل الغذائية. يسمى موقع كل رابط في السلسلة الغذائية بالمستوى الغذائي. المستوى الغذائي الأول هو دائمًا المنتجون ومبدعو الكتلة العضوية. ينتمي المستهلكون النباتيون إلى المستوى الغذائي الثاني؛ الحيوانات آكلة اللحوم، التي تعيش على أشكال العاشبة - إلى الثالث؛ أكل الحيوانات آكلة اللحوم الأخرى - إلى الرابع، الخ. وهكذا يتم تمييز المستهلكين من الدرجة الأولى والثانية والثالثة، ويحتلون مستويات مختلفة في السلسلة الغذائية. وبطبيعة الحال، يلعب التخصص الغذائي للمستهلكين دورًا رئيسيًا في هذا. يتم تضمين الأنواع التي تحتوي على مجموعة واسعة من العناصر الغذائية في السلسلة الغذائية على مستويات غذائية مختلفة.
فهرس
أكيموفا تي.إي.، خاسكين في.في. علم البيئة. درس تعليمي. – م: دونيتي، 2005.
مويسيف أ.ن. البيئة في العالم الحديث // الطاقة. 2003. رقم 4.
توجد تفاعلات غذائية معقدة بين الكائنات ذاتية التغذية وغيرية التغذية في النظم البيئية. تأكل بعض الكائنات الحية بعضها البعض، وبالتالي تقوم بنقل المواد والطاقة - وهو أساس عمل النظام البيئي.
داخل النظام البيئي، يتم إنشاء المادة العضوية عن طريق الكائنات ذاتية التغذية مثل النباتات. تأكل الحيوانات النباتات، والتي بدورها تأكلها الحيوانات الأخرى. ويسمى هذا التسلسل بالسلسلة الغذائية (الشكل 1)، ويسمى كل رابط في السلسلة الغذائية بالمستوى الغذائي.
يميز
سلاسل الغذاء المراعي(سلاسل الرعي) - سلاسل الغذاء التي تبدأ بكائنات التمثيل الضوئي أو التمثيل الكيميائي ذاتية التغذية (الشكل 2.). توجد سلاسل غذاء المراعي في الغالب في النظم الإيكولوجية البرية والبحرية.
ومن الأمثلة على ذلك السلسلة الغذائية للأراضي العشبية. تبدأ هذه السلسلة بالتقاط الطاقة الشمسية بواسطة المصنع. وتمثل الفراشة التي تتغذى على رحيق الزهرة الحلقة الثانية في هذه السلسلة. اليعسوب، حشرة طائرة مفترسة، تهاجم فراشة. يختبئ ضفدع بين العشب الأخضر ويمسك باليعسوب، ولكنه في حد ذاته بمثابة فريسة لمفترس مثل ثعبان العشب. كان من الممكن أن يقضي اليوم كله في هضم الضفدع، ولكن قبل أن تغرب الشمس، أصبح هو نفسه فريسة لحيوان مفترس آخر.
تشير السلسلة الغذائية، التي تنتقل من النبات عبر الفراشة واليعسوب والضفدع والثعبان إلى الصقر، إلى اتجاه حركة المواد العضوية وكذلك الطاقة الموجودة فيها.
في المحيطات والبحار، توجد الكائنات ذاتية التغذية (الطحالب وحيدة الخلية) فقط حتى عمق اختراق الضوء (بحد أقصى يصل إلى 150-200 متر). الكائنات غيرية التغذية التي تعيش في طبقات أعمق من الماء ترتفع إلى السطح ليلاً لتتغذى على الطحالب، وفي الصباح تتعمق مرة أخرى، وتقوم بهجرات عمودية يومية يصل طولها إلى 500-1000 متر، بدورها، مع بداية الصباح، غيرية التغذية وترتفع الكائنات الحية من الطبقات العميقة إلى الأعلى لتتغذى على الكائنات الحية الأخرى التي تنحدر من الطبقات السطحية.
وهكذا، يوجد في أعماق البحار والمحيطات نوع من "السلم الغذائي"، الذي بفضله يتم نقل المادة العضوية التي أنشأتها الكائنات ذاتية التغذية في الطبقات السطحية من الماء على طول سلسلة الكائنات الحية إلى القاع. في هذا الصدد، يعتبر بعض علماء البيئة البحرية عمود الماء بأكمله بمثابة تكاثر حيوي واحد. ويعتقد البعض الآخر أن الظروف البيئية في الطبقات السطحية والسفلية من الماء مختلفة جدًا بحيث لا يمكن اعتبارها تكاثرًا حيويًا واحدًا.
السلاسل الغذائية ديتريتال(سلاسل التحلل) - السلاسل الغذائية التي تبدأ بالمخلفات - بقايا النباتات الميتة والجثث وبراز الحيوانات (الشكل 2).
تعتبر السلاسل الحطامية أكثر شيوعًا بالنسبة لمجتمعات الخزانات القارية، وقاع البحيرات العميقة، والمحيطات، حيث تتغذى العديد من الكائنات الحية على المخلفات التي تشكلها الكائنات الميتة من الطبقات المضيئة العلوية للخزان أو التي دخلت الخزان من النظم البيئية الأرضية، على سبيل المثال، في شكل فضلات الأوراق.
النظم البيئية في قاع البحار والمحيطات، حيث لا تخترق أشعة الشمس، موجودة فقط بسبب الاستقرار المستمر للكائنات الميتة التي تعيش في الطبقات السطحية من الماء. تصل الكتلة الإجمالية لهذه المادة في المحيط العالمي سنويًا إلى عدة مئات الملايين من الأطنان على الأقل.
السلاسل الحاتية شائعة أيضًا في الغابات، حيث لا تستهلك الحيوانات العاشبة معظم الزيادة السنوية في الوزن الحي للنباتات مباشرة، ولكنها تموت وتشكل فضلات، ثم تتحلل بواسطة الكائنات الحية الرمية، يليها التمعدن بواسطة المحللات. للفطريات أهمية كبيرة في تحلل المواد النباتية الميتة، وخاصة الخشب.
تسمى الكائنات غير المتجانسة التي تتغذى مباشرة على المخلفات بالمخلفات. يوجد في النظم البيئية الأرضية العديد من أنواع الحشرات والديدان وما إلى ذلك. وتسمى المخلفات الكبيرة، والتي تشمل بعض أنواع الطيور (النسور والغربان، وما إلى ذلك) والثدييات (الضباع، وما إلى ذلك) الزبالين.
في النظم الإيكولوجية المائية، أكثر المخلفات شيوعًا هي المفصليات - الحشرات المائية ويرقاتها والقشريات. يمكن أن تتغذى المخلفات على كائنات أخرى أكبر حجمًا غير متجانسة، والتي يمكن أن تكون بمثابة غذاء للحيوانات المفترسة.
المستويات الغذائية
عادة، لا يتم فصل المستويات الغذائية المختلفة في النظم البيئية في الفضاء. ومع ذلك، في بعض الحالات يتم التمييز بينها بوضوح تام. على سبيل المثال، في مصادر الطاقة الحرارية الأرضية، تكون الكائنات ذاتية التغذية - الطحالب الخضراء المزرقة والبكتيريا ذاتية التغذية، التي تشكل مجتمعات طحالب بكتيرية محددة ("الحصائر") شائعة عند درجات حرارة أعلى من 40-45 درجة مئوية. وفي درجات الحرارة المنخفضة، لا تتمكن من البقاء على قيد الحياة.
من ناحية أخرى، لا توجد الكائنات غيرية التغذية (الرخويات ويرقات الحشرات المائية وغيرها) في الينابيع الحرارية الأرضية عند درجات حرارة أعلى من 33-36 درجة مئوية، لذا فهي تتغذى على شظايا الحصير التي يحملها التيار إلى المناطق ذات درجات الحرارة المنخفضة.
وبالتالي، في مثل هذه المصادر الحرارية الأرضية، يتم تمييز منطقة ذاتية التغذية بوضوح، حيث تكون الكائنات ذاتية التغذية شائعة فقط، ومنطقة غير ذاتية التغذية، حيث لا توجد كائنات ذاتية التغذية ولا توجد سوى كائنات ذاتية التغذية.
الشبكات الغذائية
في النظم البيئية، على الرغم من وجود عدد من السلاسل الغذائية الموازية، على سبيل المثال.
النباتات العشبية -> القوارض -> الحيوانات المفترسة الصغيرة
النباتات العشبية -> ذوات الحوافر -> الحيوانات المفترسة الكبيرة،
والتي توحد سكان التربة، والغطاء العشبي، وطبقة الأشجار، وهناك علاقات أخرى. في معظم الحالات، يمكن للكائن الحي نفسه أن يكون مصدرًا غذائيًا للعديد من الكائنات الحية، وبالتالي يكون جزءًا من سلاسل غذائية مختلفة وفريسة لحيوانات مفترسة مختلفة. على سبيل المثال، يمكن أن تؤكل برغوث الماء ليس فقط عن طريق الأسماك الصغيرة، ولكن أيضًا عن طريق القشريات المفترسة العملاق، ويمكن أن تؤكل الصرصور ليس فقط عن طريق الكراكي، ولكن أيضًا عن طريق ثعالب الماء.
يعكس الهيكل الغذائي للمجتمع العلاقة بين المنتجين والمستهلكين (بشكل منفصل عن الرتب الأولى والثانية وما إلى ذلك) والمحللات، والتي يتم التعبير عنها إما بعدد أفراد الكائنات الحية، أو كتلتهم الحيوية، أو الطاقة الموجودة فيها، تحسب لكل وحدة مساحة لكل وحدة زمنية.
في النظم البيئية، يتحد المنتجون والمستهلكون والمحللون من خلال عمليات معقدة لنقل المواد والطاقة، الموجودة في الأغذية التي تنتجها النباتات بشكل رئيسي.
ويسمى نقل الطاقة الغذائية المحتملة التي تخلقها النباتات عبر عدد من الكائنات الحية عن طريق أكل بعض الأنواع من قبل أنواع أخرى بالسلسلة الغذائية (الغذائية)، ويسمى كل رابط بالمستوى الغذائي.
جميع الكائنات الحية التي تستخدم نفس النوع من الغذاء تنتمي إلى نفس المستوى الغذائي.
في الشكل 4. يتم تقديم رسم تخطيطي للسلسلة الغذائية.
الشكل 4. مخطط السلسلة الغذائية.
الشكل 4. مخطط السلسلة الغذائية.
المستوى الغذائي الأول تشكل المنتجات (النباتات الخضراء) التي تتراكم الطاقة الشمسية وتنتج مواد عضوية من خلال عملية التمثيل الضوئي.
وفي هذه الحالة يتم استهلاك أكثر من نصف الطاقة المخزنة في المواد العضوية في العمليات الحياتية للنباتات، فتتحول إلى حرارة وتتبدد في الفضاء، ويدخل الباقي في السلسلة الغذائية ويمكن أن تستخدمه الكائنات غيرية التغذية ذات المستويات الغذائية اللاحقة خلال تَغذِيَة.
المستوى الغذائي الثاني المستهلكون من الدرجة الأولى - وهم كائنات عاشبة (phytophages) تتغذى على المنتجين.
يستهلك المستهلكون من الدرجة الأولى معظم الطاقة التي يحتويها الغذاء لدعم عمليات حياتهم، ويستخدم باقي الطاقة في بناء أجسامهم، وبالتالي تحويل الأنسجة النباتية إلى أنسجة حيوانية.
هكذا , المستهلكين من الدرجة الأولى تنفيذ المرحلة الأساسية الأولى لتحويل المواد العضوية التي يتم تصنيعها من قبل المنتجين.
يمكن للمستهلكين الأساسيين أن يكونوا بمثابة مصدر للتغذية للمستهلكين من الدرجة الثانية.
المستوى الغذائي الثالث المستهلكون من الدرجة الثانية - هذه كائنات آكلة اللحوم (zoophages) تتغذى حصريًا على الكائنات العاشبة (phytophages).
يقوم مستهلكو الدرجة الثانية بتنفيذ المرحلة الثانية من تحويل المواد العضوية في السلسلة الغذائية.
ومع ذلك، فإن المواد الكيميائية التي تُبنى منها أنسجة الكائنات الحية الحيوانية متجانسة تمامًا، وبالتالي فإن تحول المادة العضوية أثناء الانتقال من المستوى الغذائي الثاني للمستهلكين إلى المستوى الثالث ليس أساسيًا كما هو الحال أثناء الانتقال من المستوى الغذائي الأول والثانية حيث تتحول أنسجة النبات إلى حيوانات.
يمكن للمستهلكين الثانويين أن يكونوا بمثابة مصدر للتغذية للمستهلكين من الدرجة الثالثة.
المستوى الغذائي الرابع المستهلكون من الدرجة الثالثة - هم حيوانات آكلة اللحوم تتغذى فقط على الكائنات آكلة اللحوم.
المستوى الأخير من السلسلة الغذائية تشغلها المحللات (المدمرة والمخلفات).
المخفضات المدمرة (البكتيريا والفطريات والأوالي) في عملية نشاطها الحيوي تحلل البقايا العضوية لجميع المستويات الغذائية للمنتجين والمستهلكين إلى مواد معدنية يتم إرجاعها إلى المنتجين.
جميع روابط السلسلة الغذائية مترابطة ومترابطة.
بينهما، من الأول إلى الرابط الأخير، يتم نقل المواد والطاقة. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه عند نقل الطاقة من مستوى غذائي إلى آخر، يتم فقدها. ونتيجة لذلك، لا يمكن أن تكون سلسلة الطاقة طويلة وتتكون في أغلب الأحيان من 4-6 روابط.
ومع ذلك، فإن مثل هذه السلاسل الغذائية في شكلها النقي لا توجد عادة في الطبيعة، لأن كل كائن حي لديه عدة مصادر غذائية، أي. يستخدم عدة أنواع من الغذاء، ويستخدم في حد ذاته كمنتج غذائي من قبل العديد من الكائنات الحية الأخرى من نفس السلسلة الغذائية أو حتى من سلاسل غذائية مختلفة.
على سبيل المثال:
تستهلك الكائنات الحية النهمة كلاً من المنتجين والمستهلكين كغذاء، أي. هم في نفس الوقت مستهلكون من الدرجة الأولى والثانية وأحيانًا الثالثة؛
البعوض الذي يتغذى على دماء البشر والحيوانات المفترسة يكون على مستوى غذائي مرتفع للغاية. لكن نبات الندية المستنقعية يتغذى على البعوض، وهو بالتالي منتج ومستهلك على مستوى عالٍ.
ولذلك، فإن أي كائن حي يشكل جزءًا من سلسلة غذائية واحدة يمكن أن يكون في نفس الوقت جزءًا من سلاسل غذائية أخرى.
وبالتالي، يمكن أن تتفرع السلاسل الغذائية وتتشابك عدة مرات، لتشكل معقدة الشبكات الغذائية أو الشبكات الغذائية (الغذائية). حيث يعمل تعدد الروابط الغذائية وتنوعها كآلية مهمة للحفاظ على سلامة النظم البيئية واستقرارها الوظيفي.
في الشكل 5. يُظهر رسمًا تخطيطيًا مبسطًا لشبكة الطاقة للنظام البيئي الأرضي.
غالبًا ما يكون للتدخل البشري في المجتمعات الطبيعية للكائنات الحية من خلال القضاء المتعمد أو غير المتعمد على نوع ما عواقب سلبية لا يمكن التنبؤ بها ويؤدي إلى زعزعة استقرار النظم البيئية.
الشكل 5. مخطط الشبكة الغذائية.
هناك نوعان رئيسيان من السلاسل الغذائية:
سلاسل الرعي (سلاسل الرعي أو سلاسل الاستهلاك)؛
السلاسل الفتاتية (سلاسل التحلل).
سلاسل المراعي (سلاسل الرعي أو سلاسل الاستهلاك) هي عمليات تصنيع وتحويل المواد العضوية في السلاسل الغذائية.
تبدأ سلاسل المراعي بالمنتجين. يتم تناول النباتات الحية بواسطة phytophages (مستهلكو الدرجة الأولى) ، والنباتات نفسها هي غذاء للحيوانات آكلة اللحوم (مستهلكو الدرجة الثانية) ، والتي يمكن أن يأكلها مستهلكو الدرجة الثالثة ، وما إلى ذلك.
أمثلة على سلاسل الرعي للنظم البيئية الأرضية:
3 روابط: أسبن → أرنب → ثعلب؛ نبات → خروف → إنسان.
4 روابط: النباتات ← الجنادب ← السحالي ← الصقر;
رحيق زهرة النبات → يطير → طائر آكل للحشرات →
الطيور المفترسة.
5 روابط: النباتات ← الجنادب ← الضفادع ← الثعابين ← النسر.
أمثلة على سلاسل الرعي للأنظمة البيئية المائية: →
3 روابط: العوالق النباتية → العوالق الحيوانية → الأسماك؛
5 روابط: العوالق النباتية → العوالق الحيوانية → الأسماك → الأسماك المفترسة →
الطيور المفترسة.
سلاسل الحطام (سلاسل التحلل) هي عمليات تدمير وتمعدن المواد العضوية في السلاسل الغذائية خطوة بخطوة.
تبدأ سلاسل المخلفات بالتدمير التدريجي للمواد العضوية الميتة بواسطة المخلفات، التي تحل محل بعضها البعض على التوالي وفقًا لنوع معين من التغذية.
في المراحل الأخيرة من عمليات التدمير، تعمل المخفضات المدمرة، حيث تمعدن بقايا المركبات العضوية إلى مواد غير عضوية بسيطة، والتي يستخدمها المنتجون مرة أخرى.
على سبيل المثال، عندما يتحلل الخشب الميت، فإنها تحل محل بعضها البعض على التوالي: الخنافس ← نقار الخشب ← النمل والنمل الأبيض ← الفطريات المدمرة.
تعد السلاسل الحاتية أكثر شيوعًا في الغابات، حيث لا يتم استهلاك معظم (حوالي 90٪) من الزيادة السنوية في الكتلة الحيوية النباتية مباشرة من قبل الحيوانات العاشبة، ولكنها تموت وتدخل هذه السلاسل على شكل فضلات أوراق، ثم تخضع للتحلل والتمعدن.
في النظم البيئية المائية، يتم تضمين معظم المادة والطاقة في سلاسل المراعي، وفي النظم البيئية الأرضية، تكون السلاسل الحاتية هي الأكثر أهمية.
وهكذا، على مستوى المستهلكين، ينقسم تدفق المواد العضوية إلى مجموعات مختلفة من المستهلكين:
تتبع المادة العضوية الحية سلاسل الرعي؛
المواد العضوية الميتة تسير على طول سلاسل الحطام.
تحتاج الكائنات الحية إلى الطاقة والمواد المغذية لكي توجد. ذاتية التغذيةتحويل الطاقة المشعة للشمس في عملية التمثيل الضوئي، وتوليف المواد العضوية من ثاني أكسيد الكربون والماء.
متغايراستخدام هذه المواد العضوية في عملية التغذية، حيث يؤدي في النهاية إلى تحللها مرة أخرى إلى ثاني أكسيد الكربون وماء، ويتم إنفاق الطاقة المتراكمة فيها على مختلف عمليات حياة الكائنات الحية. وهكذا تتحول الطاقة الضوئية للشمس إلى طاقة كيميائية للمواد العضوية، ومن ثم إلى طاقة ميكانيكية وحرارية.
يمكن تقسيم جميع الكائنات الحية في النظام البيئي إلى ثلاث مجموعات وظيفية حسب نوع التغذية - المنتجون والمستهلكون والمحللون.
1. المنتجون- هذه نباتات خضراء ذاتية التغذية تنتج مواد عضوية من مواد غير عضوية وتكون قادرة على تجميع الطاقة الشمسية.
2. المستهلكون- هذه حيوانات غيرية التغذية تستهلك مواد عضوية جاهزة. يمكن للمستهلكين من الدرجة الأولى استخدام المواد العضوية من النباتات (الحيوانات العاشبة). تنقسم الكائنات غيرية التغذية التي تستخدم الأغذية الحيوانية إلى مستهلكين من الرتب II و III وما إلى ذلك (الحيوانات آكلة اللحوم). وجميعها تستخدم طاقة الروابط الكيميائية المخزنة في المواد العضوية من قبل المنتجين.
3. المحللون- هذه هي الكائنات الحية الدقيقة غير المتجانسة والفطريات التي تدمر وتمعدن المخلفات العضوية. وهكذا فإن المحللات تكمل دورة المواد، وتشكل مواد غير عضوية لتدخل دورة جديدة.
توفر الشمس مصدرًا ثابتًا من الطاقة، وتقوم الكائنات الحية في النهاية بتبديدها على شكل حرارة. خلال النشاط الحيوي للكائنات الحية، تحدث دورة ثابتة من الطاقة والمواد، وكل نوع يستخدم فقط جزءًا من الطاقة الموجودة في المواد العضوية. ونتيجة لذلك، هناك الدائرة الكهربائية - السلاسل الغذائية السلاسل الغذائية,تمثل سلسلة من الأنواع التي تستخرج المادة العضوية والطاقة من المادة الغذائية الأصلية، حيث تصبح كل رابط سابق غذاء للرابط التالي (الشكل 98).
أرز. 98.رسم تخطيطي عام للسلسلة الغذائية
في كل وصلة، يتم استهلاك معظم الطاقة على شكل حرارة ويتم فقدها، مما يحد من عدد الروابط في السلسلة. لكن معظم السلاسل تبدأ بنبتة وتنتهي بحيوان مفترس، وأكبرها عند ذلك. تقوم المحللات بتفكيك المواد العضوية على كل المستويات وهي الحلقة الأخيرة في السلسلة الغذائية.
بسبب انخفاض الطاقة في كل مستوى، هناك انخفاض في الكتلة الحيوية. لا تحتوي السلسلة الغذائية عادة على أكثر من خمسة مستويات وهي عبارة عن هرم بيئي، ذو قاعدة عريضة في الأسفل ومستدقة في الأعلى (الشكل 99).
أرز. 99.رسم تخطيطي مبسط للهرم البيئي للكتلة الحيوية (1) وهرم الأرقام (2)
حكم الهرم البيئييعكس النمط الذي بموجبه تكون الكتلة الحيوية لكل رابط تالٍ في أي نظام بيئي أقل بعشر مرات من الكتلة السابقة.
هناك ثلاثة أنواع من الأهرامات البيئية:
هرم يعكس عدد الأفراد في كل مستوى من السلسلة الغذائية - هرم الأرقام
هرم الكتلة الحيوية من المواد العضوية المركبة عند كل مستوى - الهرم الشامل(الكتلة الحيوية)؛
- هرم الطاقة,تظهر كمية تدفق الطاقة. عادةً ما تتكون سلسلة الطاقة من 3-4 وصلات:
نبات → أرنب → ذئب؛
نبات ← فأر الحقل ← ثعلب ← نسر ؛
نبات ← كاتربيلر ← حلمة ← الصقور ؛
نبات → غوفر → أفعى → نسر.
ومع ذلك، في الظروف الحقيقية للنظم الإيكولوجية، تتقاطع سلاسل الغذاء المختلفة مع بعضها البعض، وتشكل شبكات متفرعة. تستخدم جميع الحيوانات تقريبًا، باستثناء الأنواع المتخصصة النادرة، مجموعة متنوعة من مصادر الغذاء. لذلك، إذا سقط أحد الروابط في السلسلة، فلن يحدث أي خلل في النظام. كلما زاد تنوع الأنواع وزادت ثراء الشبكات الغذائية، زاد استقرار التكاثر الحيوي.
في التكاثر الحيوي، يتم تمييز نوعين من الشبكات الغذائية: المراعي والمخلفات.
1. في شبكة غذائية من نوع الأراضي العشبيةينتقل تدفق الطاقة من النباتات إلى الحيوانات العاشبة، ثم إلى المستهلكين ذوي المستوى الأعلى. هذا شبكة التهام.بغض النظر عن حجم التكاثر الحيوي والموئل، فإن الحيوانات العاشبة (البرية والمائية والتربة) ترعى وتأكل النباتات الخضراء وتنقل الطاقة إلى المستويات التالية (الشكل 100).
أرز. 100.شبكة غذاء المراعي في التكاثر الحيوي الأرضي
2. إذا بدأ تدفق الطاقة ببقايا النباتات والحيوانات الميتة، فإن البراز يذهب إلى المرحلة الأولية المخلفات - المحللون,المواد العضوية المتحللة جزئيا، تسمى هذه الشبكة الغذائية مادة,أو شبكة التحلل(الشكل 101). تشمل المخلفات الأولية الكائنات الحية الدقيقة (البكتيريا والفطريات) والحيوانات الصغيرة (الديدان ويرقات الحشرات).
أرز. 101.السلسلة الغذائية ديتريتال
في التكاثر الحيوي الأرضي، يوجد كلا النوعين من السلسلة الغذائية. في المجتمعات المائية، تسود سلسلة الرعي. وفي كلتا الحالتين، يتم استخدام الطاقة بالكامل.
تشكل السلاسل الغذائية أساس العلاقات في الطبيعة الحية، لكن الروابط الغذائية ليست النوع الوحيد من العلاقة بين الكائنات الحية. يمكن لبعض الأنواع أن تشارك في توزيع وتكاثر واستيطان أنواع أخرى وتهيئة الظروف المناسبة لوجودها. إن جميع الروابط العديدة والمتنوعة بين الكائنات الحية والبيئة تضمن وجود الأنواع في نظام بيئي مستقر وذاتي التنظيم.
| |
§ 71. النظم البيئية§ 73. خصائص وهيكل التكاثر الحيوي