- Давайте же начнем! - сказал Морж, усаживаясь на прибрежном камне. -
Пришло время потолковать о многих вещах; башмаках, о кораблях, о сургучных печатях, о капусте и о королях.
Морж обещал устрицам рассказать о разных, мало связанных друг с другом вещах. А я хочу рассказать о том, почему необходимо регулировать численность волка, но не нужно регулировать численность медведя. К ответу на этот вопрос мы подойдем далеко не сразу, и даже не в этой статье.
Но в отличие от Моржа, который, как известно, устриц обманул и съел, я действительно расскажу о медведях, орлах, волках а также о цепях питания и пищевых пирамидах. Потому что сначала мы должны понять, что такое сообщество видов одного трофического уровня, чем пищевая пирамида отличается от пищевой цепи и есть ли у пищевой цепи вершина. Тем, кому это всё как башмаки, корабли, сургучные печати, короли и капуста устрицам, дальнейший текст читать не стоит.
Дальше всё будет по серьёзному.
В последнее время в интернете все чаще стало использоваться весьма странное с моей точки зрения выражение «вершина пищевой цепи». Все мы с вами вполне ясно можем представить себе обычную цепь, состоящую, как известно, из звеньев. У неё могут быть концы. Например, у той цепи, на которой сидит сторожевая собака, один конец закреплен на её ошейнике, а второй на её будке, или на карабине, скользящем по тросу или проволоке, протянутой вдоль забора. Но вот вершину цепи мне представить как-то сложно.
Откуда же взялась эта «вершина цепи»? Произошло это, скорее всего, из-за перегруженности обыденного сознания различными, в том числе и экологическими терминами. Вот и возникла эта путаница, ставшая уже привычным словосочетанием, подобным например, такому как «охраняйте животных и птиц». В данном случае, перепутаны два связанных друг с другом, но совершенно различных понятия: пищевая (трофическая) пирамида и пищевая (трофическая) цепь. Это базовые понятия современной экологии, без которых дальнейшее углубление в тему невозможно.
Пищевая пирамида — это графическая модель структуры экосистемы, которая отображает взаимоотношения между организмами по принципу «кто кого ест», но измеряет эти отношения не в особях, а в массе тела (биомассе) или количестве заключенной энергии.
В экологии выделяют три типа пирамид, и важно их не путать:
1. Пирамида чисел: Показывает количество особей на каждом уровне. Часто она может быть перевернутой (например, одно дерево кормит миллионы гусениц).
2. Пирамида биомассы: Показывает общий вес всех организмов на трофическом уровне (сухая масса). В наземных экосистемах она всегда сужается кверху. В океане (из-за фитопланктона, который быстро размножается) она может быть перевернутой.
3. Пирамида энергии (самая важная): Показывает количество энергии (в калориях или Джоулях), проходящее через каждый уровень за единицу времени. Эта пирамида всегда строго прямая (сужается к вершине) и не может быть перевернутой.
Пирамида не была бы пирамидой, если бы не сужалась снизу вверх. У неё широкое основание и узкая вершина:
· Основание (1-й трофический уровень): В основе пирамиды всегда находятся те, кто создает (продуцирует) органическое вещество из неорганического, соединяя под воздействием солнечного света углекислый газ и воду (солнечный свет + CO₂ + H₂O). Это растения, водоросли, цианобактерии. Все они продуценты или автотрофы.
· 2-й уровень: Его образуют те, кто продуцентами питается, получая готовую биомассу, ибо способностями усваивать углекислый газ не обладает. Это травоядные животные (фитофаги), которые едят растения. Они консументы (потребители) 1-го порядка (первичные).
· 3-й уровень: Хищники, которые едят травоядных. Это консументы 2-го порядка (вторичные).
· Вершина (4-й и 5-й уровни): Здесь обитают крупные хищники, которых никто не ест (например, тигр, лев, медведь среди зверей; беркут или гарпия среди птиц). Это консументы 3-го и 4-го порядка (апикальные хищники).
Почему происходит снижение уровня вещества и энергии от основания к вершине, или почему пирамида сужается?
Это ключевой вопрос. Сужение происходит не потому, что «вершина меньше по размеру», а из-за неизбежных термодинамических потерь. Здесь действуют два главных закона:
1. Закон сохранения массы (вещества): Вещество не исчезает, но оно переходит в недоступную форму.
2. Второй закон термодинамики: При любом превращении энергии из одной формы в другую часть энергии рассеивается в виде тепла, и она не может быть использована для совершения работы.
Представьте, что энергия, запасенная в растении — это 100%. Когда корова (консумент 1) съедает траву, с этой энергией происходит следующее:
1. Часть биомассы не используется и не усваивается
Животное не может съесть всё растение целиком (корни, кора, целлюлоза). Примерно 40–50% биомассы продуцентов просто не поедается и остается в экосистеме (перегнивает).
2. Часть биомассы тратится на собственные нужды (термические потери на метаболизм) и это самая большая статья расхода
Та биомасса (и содержащаяся в ней энергия), которая попала в желудок (допустим, 50% от исходной), усваивается не полностью. Часть выходит с калом и мочой.
Но главное: попавшая в кровь глюкоза и жиры НЕ откладываются в мышцах. Огромная часть этой химической энергии тратится на поддержание жизни самой коровы: дыхание (клеточное дыхание с выделением тепла), сердцебиение, поддержание температуры тела (гомойотермия — очень дорогое удовольствие!), движение в поисках пищи, работу почек и мозга.
· В среднем, на так называемое дыхание (диссимиляцию) уходит от 70% до 90% всей усвоенной энергии пищи.
Подчеркну ещё раз – большую часть полученной энергии потребитель тратит на себя любимого!
3. Часть биомассы переходит в новую биомассу, идёт на прирост
Эта энергия тоже тратится на самого потребителя, но она может перейти на следующий уровень. Но это лишь то, что осталось после вычета всех трат на дыхание! Она идет на строительство новых клеток: рост костей, мышц, жировых запасов, производство яиц или молока.
То есть, на создание новой биомассы (той самой, которую съест хищник на следующем уровне), и составляет она не более 10%.
В итоге из 100 кг растений образуется 10 кг биомассы травоядных, из которых образуется 1 кг биомассы хищников. Вот потому она и пирамида! Это и есть правило 10% Линдемана)
Итак, с пирамидой разобрались, уяснив, что на её вершине сидят наши любимые объекты – хищные птицы, волки и медведи.
А что там у нас с пищевой цепью, и как она связана с пищевой пирамидой?
Очень часто эти два понятия путают даже в школьных учебниках, используя их как синонимы. Однако с точки зрения экологии это абсолютно разные вещи, которые описывают природу под разным «углом зрения».
Если использовать метафору, то пищевая цепь — это сценарий линейного сюжета, то есть кто за кем идет: Дедка за репку, Бабка за Дедку, Внучка за Бабку и т.д.), а пищевая пирамида — это бухгалтерский отчет (сколько энергии и массы на каждом этапе этого сюжета).
Давайте разберем ключевые отличия подробно, пункт за пунктом.
1. Структура (Линия против Объема)
Пищевая цепь — это линейная последовательность. Она показывает единичный, строго направленный поток: «Этот конкретный организм съел того, а того съел третий».
Пример: Трава → Кузнечик → Лягушка → Змея → Орел-змееяд. Здесь 5 звеньев, и путь энергии показан как прямая дорога.
Пищевая пирамида — это объемная структура (или диаграмма в виде ступеней). Она показывает не одну ветку питания, а целый этаж экосистемы. На каждом уровне (трофическом ярусе) она суммирует всех существ, которые питаются одинаково, независимо от того, кто кого съел внутри этого яруса.
Пример: В основание пирамиды входят все растения луга, на следующем уровне — все травоядные (и кузнечики, и зайцы, и мыши, и олени), а на вершине — все хищники (и змеи, и совы, и лисы и волки и медведи).
2. Сложность и переплетение
Пищевая цепь — это идеализированное упрощение. В реальной природе чистая цепь из 5 звеньев почти не встречается, потому что орел не питается только змеями, а змея не ест только лягушек.
Пищевая пирамида базируется на понятии «пищевая сеть». В реальности все уровни пирамиды переплетены тысячами связей. Пирамида как бы «схлопывает» или «прессует» всю эту сеть в один слой (ярус). Она показывает не путь, а итоговую сумму биомассы и энергии на каждом этаже этой сети.
3. Что измеряется?
Пищевая цепь показывает маршрут перемещения конкретного «кусочка» вещества или энергии. Она отвечает на вопрос: «Куда попадет эта конкретная молекула углерода, если я прослежу за ней?».
Пищевая пирамида показывает количество и скорость. Она отвечает на вопросы: «Сколько всего килограмм травы нужно, чтобы прокормить всех травоядных?», «Сколько энергии проходит через всех хищников за год?». Цепь качественная, пирамида — количественная.
4. Форма (Прямая или Перевернутая)
Пищевая цепь всегда рисуется горизонтально или в виде стрелок, идущих слева направо (или снизу вверх). Она обычно заканчивается крупным хищником. Обрывать цепь нельзя, иначе поток прервется.
Пищевая пирамида может иметь разную геометрию в зависимости от того, что мы измеряем:
o Пирамида энергии — всегда сужается (классическая форма).
o Пирамида биомассы — в океане может быть перевернутой (фитопланктона мало по весу, но он быстро растет, а зоопланктона много по весу).
o Пирамида чисел — может быть вогнутой (одно дерево кормит миллионы тлей).
У цепи такой вариативности формы нет — она всегда прямая нитка, у неё, как у всякой цепи, есть концы, но нет вершины.
5. Роль редуцентов (Бактерий и грибов)
· В пищевой цепи редуценты (разрушители) обычно выносятся за скобки или рисуются внизу отдельной веткой, потому что они разлагают остатки на всех уровнях.
· В пищевой пирамиде редуценты не включаются в ступени, но именно они обеспечивают возврат минеральных веществ в основание пирамиды. Пирамида показывает только живую биомассу (продуценты + консументы), а редуценты считаются внешним звеном, замыкающим цикл.
Итоговый пример, связывающий оба понятия
Возьмем лес и те пищевые цепи, которые мы там наблюдаем:
Пищевая цепь: Желудь → Мышь → Куница.
Другая цепь: Лист березы → Гусеница → Синица → Ястреб.
В реальности куница может съесть мышь, но может съесть и разорить гнездо синицы. Ястреб может съесть как синицу, так и куницу (детеныша).
Пищевая пирамида игнорирует эти хитросплетения. Она говорит:
«В этом лесу всего 100 тонн растений (1-й уровень), 10 тонн всех травоядных (мыши, гусеницы, зайцы) — это 2-й уровень, и 1 тонна всех хищников (куницы, лисицы, ястребы, волки) — это 3-й уровень. И неважно, кто именно кого съел сегодня, потери энергии всё равно составляют 90% при переходе между этими этажами».
Вывод: Пищевая цепь описывает маршрут движения вещества и энергии, а пищевая пирамида описывает бюджет экосистемы. Без пирамиды цепь — просто сказка о животных, а без цепей пирамида — абстрактная математика. Только вместе они дают полную картину жизни в природе.
После этой вводной статьи на тему общей экологии, мы, наконец, подойдем к нашим любимым объектам, хищным птицам, волкам и медведям поближе, но это будет уже следующая история, и следующая статья. До новых встреч!
Читайте, ставьте лайки, распространяйте в соцсетях, комментируйте и задавайте вопросы, я обязательно постараюсь на них ответить!