Трофическая структура - совокупность организмов, объединенных типом питания. Автотрофные организмы (преимущественно зеленые растения) занимают первый трофический уровень (продуценты), далее следуют гетеротрофы: на втором уровне растительноядные животные (консументы 1 порядка); хищники, питающиеся растительноядными животными - на третьем (консументы 2 порядка); вторичные хищники - на четвертом (консументы 3 порядка). Сапротрофные организмы (редуценты) могут занимать все уровни, начиная со второго. Организмы различных трофических цепей, получающие пищу через равное число звеньев, находятся на одном Т. у. Соотношение различных Т. у. можно графически изобразить в виде пирамиды экологической

Примеры. Пастбищная и детритная пищевые цепи. Энергия солнца усваивается растениями и за счет этого живут другие организмы. Трофическая цепь (цепь питания) – это цепь последовательной передачи вещества и эквивалентной ему энергии от одних организмов к другим. Звенья расположены на различных уровнях – консументы (производители органических веществ), консументы (потребители) и редуценты (используют мертвое органическое вещество, разлагая его до неорганического). ПРИМЕРЫ цепей питания: трава-лиса, детритные цепи – опавшие листья-насекомые-птицы, сельскохозяйственная цепь – трава-корова-человек, в водоеме – фитопланктон-зоопланктон-плотва-щука

ПОТОК ЭНЕРГИИ В ЭКОСИСТЕМЕ: Трофическая цепь является энергетической цепью. Любое количество органического вещества эквивалентно количеству энергии. Эту энергию извлекают, разрывая энергетические связи вещества. Поток вещества – это перемещение вещества в форме химических элементов или их соединений от продуцентов к редуцентам или без них. Поток энергии – это переход энергии в виде химической связи по цепям питания от одного трофического уровня к другому. Энергия может быть использована 1 раз. Скорость потока энергии – это количество энергии, перемещающаяся с одного трофического уровня на другой в единицу времени. Пищевая цепь -–это основной канал переноса энергии в пищевых системах. Биомассы на Земле: 90% - фитофаги, 55% - фитомасса тропических лесов, 5% - зоомасса.

Динамика и развитие экосистем.

Экосистемы, приспосабливаясь к изменениям внешней среды, находятся в состоянии динамики. Эта динамика может относиться как к отдельным звеньям экосистем, так и к системе в целом. Динамика связана с адаптациями к внешним факторами к факторам, которые создает и сама экосистема.

Суточный тип динамики связан с изменениями в фотосинтезе и испарении воды растениями, с поведением животных. Экосистемы меняются и в многолетнем ряду. Периодически повторяющаяся динамика – циклические изменения, или флуктуации, а направленная динамика – поступательная, развитие экосистем.

Сукцессия – смена биоценозов и экосистем в целом.

Первичная сукцессия – развитие происходит на безжизненном субстрате (заброшенные песчаные карьеры). Сукцессионные ряды заканчиваются относительно мало изменяющимися экосистемами. Их называют климаксными Характерные закономерности сукцессии в том, что каждой присущ набор видов, характерных для данного региона наиболее приспособленных к определенной стадии развития сукцессионного ряда. Различными являются и завершающие сообщества. Видовой состав климаксных сообществ может существенно различаться. Общее – экосистемы объединяет сходство видов-эдификаторов.

Прежде чем сформируется климаксное сообщество (экосистема), ему предшествует ряд промежуточных стадий. В одном и том же районе может сформироваться несколько завершающих экосистем (теорияполиклимакса). Например, в лесной зоне в качестве климаксных рассматривают луговые экосистемы. Сторонники теории моноклимакса (одно сообщество) считают, что луга в лесной зоне долго существуют только в результате их использования (скашивания). При прекращении существующая экосистема создает неблагоприятные условия для обитающих. На смену им придут лесные сообщества. Сукцессионные смены связывают с истощением почвы и вымиранием в ней организмов (почвоутомление). Вместе с природными факторами причиной динамики экосистем выступает человек. Им разрушено много коренных экосистем. К сменам экосистем, например, относят такие виды деятельности человека, как осушение болот, чрезмерные вырубки леса и т. п.

Антропогенные воздействия ведут к упрощению экосистем, дигрессиям.

Вторичные сукцессии отличаются от первичных тем, что начинаются не с нулевых значений, а возникают на месте разрушенных или нарушенных экосистем (после вырубок лесов, пожаров). Основное отличие этих сукцессий: – протекают быстрее первичных, так как начинаются с промежуточных стадий (трав, кустарников) на фоне более богатых почв.

Живые организмы – биоты. По типу питания: (1) автотрофные: -фотосинтез (синтезируют пищу, используя солнечную энергию), - хемоавтотрофы (используют энергию химических реакций); (2) гетеротрофные: -сакрофаги (измельчают остатки живых растений), - детритофаги (питаются мертвой плотью), -консументы (орг.), - редуценты (разлагают органические вещества на неорганические), -фитофаги, - симбиотрофы (питание совместное), зоофаги.

ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ – целостная система, любое живое вещество. Для живых организмов присуще следующие свойства: (1) клеточная организация (2) обмен веществ – метаболизм (3) гомеостаз (способность к самовозобновлению, постоянство внутренней среды организма)

Обмен веществ в организме – МЕТАБОЛИЗМ. Протекает только при участие ферментов (биологических катализаторов), которые регулируют процессы метаболизма. В этом им помогают витамины, вещества, необходимые для обмена веществ всем живым организмам от бактерий до человека. Для метаболизма необходимы гармоны (координаторы метаболизма). ОНТОГЕНЕЗ – путь организма от зарождения до конца жизни. ФИЛОГЕНЕЗ – историческое развитие организма. Биогенетический ЗАКОН ГЕККЕЛЯ: ортогенез организма – есть краткое и сжатое повторение его филогенеза. Всего на Земле 2,3 триллиона видов живых организмов.

Основные среды жизни.

На нашей планете живые организмы освоили четыре основные среды обитания, сильно различающиеся по специфике условий. Водная среда была первой, в которой возникла и распространилась жизнь. В последующем живые организмы овладели наземно‑воздушной средой, создали и заселили почву. Четвертой специфической средой жизни стали сами живые организмы, каждый из которых представляет собой целый мир для населяющих его паразитов или симбионтов.

Наземно-воздушная среда .Низкая плотность воздуха определяет его малую подъемную силу и незначительную спорность. Обитатели воздушной среды должны обладать собственной опорной системой, поддерживающей тело: растения – разнообразными механическими тканями, животные – твердым или, значительно реже, гидростатическим скелетом. Кроме того, все обитатели воздушной среды тесно связаны с поверхностью земли, которая служит им для прикрепления и опоры. Жизнь во взвешенном состоянии в воздухе невозможна.

Правда, множество микроорганизмов и животных, споры, семена, плоды и пыльца растений регулярно присутствуют в воздухе и разносятся воздушными течениями (рис. 43), многие животные способны к активному полету, однако у всех этих видов основная функция их жизненного цикла – размножение – осуществляется на поверхности земли. Для большинства из них пребывание в воздухе связано только с расселением или поиском добычи.

Водная среда была первой, в которой возникла и распространилась жизнь. В дальнейшем, в ходе исторического развития, организмы начали заселять наземно-воздушную среду. Появились наземные растения и животные, бурно эволюционируя, адаптируясь к новым условиям жизни. Функционирование живого вещества на суше привело к постепенному преобразованию поверхностного слоя литосферы в почву, по выражению В. И. Вернадского (1978), в своеобразное биокосное тело планеты. Почву заселили как водные, так и наземные организмы, создав специфический комплекс ее обитателей.

http://infopedia.su

В современной теории процессы изменения и наследственности опираются на следующие основные факторы:

1) мутационный процесс . который исходит из признания того неоспоримого теперь положения, что основную массу эволюционного материала составляют различные формы мутаций, то есть изменений наследственных свойств организмов, возникающих естественным путем или вызванных искусственными средствами;

2) популяционные волны . которые часто называют волнами жизни. Они определяют количественные флуктуации, или отклонения от среднего значения численности организмов в популяции, а также области ее расположения (ареала). Причем наиболее подходящими для эволюции и возникновения новых видов оказываются популяции средних размеров;

3) обособленность группы организмов . обособление и изоляция определенной группы организмов необходимы для того, чтобы эта группа не могла скрещиваться с другими видами и тем самым передавать им и получать от них генетическую информацию.

К указанным основным факторам эволюции часто добавляют частоту смены поколений в популяциях, темпы и характер мутационных процессов и т. д. Следует подчеркнуть, что все перечисленные основные и неосновные факторы выступают не изолированно, а во взаимосвязи и взаимодействии друг с другом.

Механизм эволюционного процесса и его движущая сила заключаются в действии естественного отбора, который является результатом взаимодействия популяций и окружающей их среды. Естественный отбор характеризуется как процесс выживания наиболее приспособленных и уничтожения неприспособленных организмов. Современная теория эволюции раскрывает конкретные типы механизмов естественного отбора. В живой природе наблюдаются сложные, комплексные типы отбора.

Универсальными принципами биологической эволюции являются необратимость и направленность (векторный характер).

Необратимость часто трактуют так: «Раз исчезнувшее эволюционное приобретение вновь не появляется», то есть эволюция не может быть направлена вспять. Так, например, у млекопитающих вторично вернувшихся в водную среду органами дыхания являются легкие. Этот принцип указывает на то, что всякая адаптация относительна и формируется с учетом условий среды.

С молекулярно-генетической точки зрения принцип необратимости указывает на невозможность повторения состава генофонда исчезнувшего вида.

Направленность отражает “общее состояние” эволюционного процесса. В связи с этим выделяют два направления в эволюции:биологический прогресс ибиологический регресс (основные черты представлены в табл. 3).

Сравнительная характеристика биологического прогресса и биологического регресса

Совокупность указанных признаков позволяет судить, какое эволюционное состояние присуще тому или иному виду.

Ученые А. Н. Северцов иИ. И. Шмальгаузен установилиглавные пути эволюции . что упростило понимание исторического развития органического мира.

 Первый путь –ароморфоз – эволюционные изменения, ведущие к общему подъему организации, повышающие интенсивность жизнедеятельности, но не являющиеся узкими приспособлениями к резко ограниченным условиям существования. Ароморфоз позволяет перейти в новую среду обитания, способствует повышению выживаемости и понижениюсмертности в популяции, а также дает значительные преимущества в борьбе за существование.

 Второй пути – идиоадаптация – незначительные эволюционные изменения, способствующие приспособлению к определенным условиям среды обитания (частные приспособления). Идиоадаптация тоже приводит к ускорению видообразования, расширению ареала, увеличению численности вида. Путем идиоадаптации появляются систематические группы – роды, виды, семейства. Но идиоадаптация, в отличие от ароморфоза, не предусматривает изменения основных черт организации, интенсивности жизнедеятельности организмов и общего подъема организационного уровня.

 Третий путь – общая дегенерация – эволюционные изменения, приводящие к упрощению организации, сопровождающейся исчезновением ряда органов. Дегенерация может привести к биологическому прогрессу. Это направление вообще означает переход к сидячему или паразитическому образу жизни. Возникают различные приспособления к специфическим условиям, организация становится проще.

Биологический прогресс достигается ароморфозом, идиоадаптацией и общей дегенерацией. Биологический регресс приводит, в конечном итоге, к вымиранию видов.

Говоря об эволюции природы в целом, следует определить понятие уровня организации. Наиболее приемлемым вариантом оценки уровня организации животных считается определение характера взаимоотношений организмов данной группы со средой обитания.

Выделяют два направления эволюции групп – в зависимости от изменения уровня организации в группах:

 Аллогенез. В этом случае сохраняются все основные черты строения и работы органов у всех представителей данной группы. Эволюция протекает в рамках адаптивной зоны (совокупность экологических ниш, сходных по общему направлению действия основных средовых факторов на организм данного типа и различных в деталях).

 Арогенез – направление эволюции, при котором у некоторых групп появляются новые морфофизиологические особенности, приводящие к повышению уровня организации. Новые прогрессивные черты организации называют ароморфозами.

http://www.studfiles.ru

Экосистема — это эволюционно сложившийся комплекс популяций различных видов, обладающих определенными типами взаимодействий как между организмами, так и с окружающей абиотической средой. Наиболее значимыми в биогеоценозе являются пищевые, или трофические (от греч. trophe - «питание»), связи.

Пищевые связи в экосистеме

Пищевые взаимоотношения, существующие между организмами, создают сложный комплекс, объединяющий все население биогеоценоза в единое целое. Благодаря пищевым взаимоотношениям в экосистеме осуществляются трансформация биогенных веществ и энергии и их распределение между популяциями разных видов. Пути, по которым в сообществе реализуется этот постоянный поток веществ и энергии, называют цепями питания или пищевыми (трофическими) цепями. Они объединяют в биогеоценозе прямо или косвенно все организмы в единый комплекс.

Пищевые взаимосвязи организмов в биогеоценозе Пищевой (трофической) цепью называют перенос вещества и энергии, заключенных в пище, через ряд организмов в процессе их поедания друг другом.

Термин «цепь питания» был предложен английским ученым — зоологом и экологом Ч. Элтоном в 1934 году. Каждая цепь состоит из нескольких звеньев. Первым звеном цепи обычно является зеленое растение, затем следует звено растительноядных организмов (различные позвоночные, беспозвоночные животные, растения-паразиты, грибы), за ним — звено хищников и паразитов. Они, в свою очередь, также могут иметь своих паразитов и хищников.

Цепь питания — ряд последовательных этапов, по которым происходит трансформация вещества и энергии в экосистеме (биогеоценозе). Все организмы связаны между собой энергетическими отношениями, будучи объектами питания друг друга. Растения (продуценты) являются объектами питания травоядных животных (консументов второго порядка), те, в свою очередь, - объектами питания плотоядных животных, хищников (консументов второго порядка), вторичные хищники (консументы третьего порядка) поедают более мелких хищников (плотоядных животных). При передаче энергии от звена к звену большая часть энергии (80-90 %) теряется в виде тепла, поэтому цепи питания обычно невелики и состоят из четырех-пяти звеньев.

Цепи питания могут развиваться по-разному. Различают два типа цепей питания. Один — на основе захвата пищи от живых организмов (путем хищничества и паразитирования), другой — на основе переработки органических соединений отходов и мертвых тел. Первый тип цепей питания называют цепью выедания (или пастбищной цепью), а второй — цепью разложения (или детритной цепью). Детритные цепи обычно имеют два, редко три звена, а пастбищные — четыре-шесть звеньев.

Пищевые цепи: 1 — пастбищная; 2 — детритная Примеры цепей выедания:
Крапива → гусеницы бабочки-крапивницы → большая синица → ястреб-перепелятник → пухоед.
Листья березы → майский хрущ → сорокопут-жулан → ястреб-перепелятник → пухоед.

Пример цепей разложения:
Корневые выделения зеленых растений → бактерии, питающиеся ими.

Трофические сети

Трофическая сеть — это пищевые взаимоотношения между популяциями в экосистеме. В любом сообществе взаимоотношения между организмами не ограничиваются прямолинейной трофической цепью «продуценты — консументы первого порядка — консументы второго порядка — консументы третьего порядка» и так далее, поскольку обычно в состав пищи каждого вида входит не один, а много видов организмов. Именно поэтому в характеристике биогеоценоза (экосистемы) рассматриваются трофические сети (сети питания).

Обычно в биогеоценозах из цепей питания создаются циклы питания. Они представляют собой тесное переплетение разных цепей питания, возникающее на базе какого-то одного вида, обычно сильного средообразователя (эдификатора). Таких циклов питания в каждом биогеоценозе существует множество.
Пищевые цепи, связанные с люцерной (Средняя Азия). Схема составлена упрощенно — показаны лишь некоторые связи на примере четырех цепей

Все циклы выступают как особые структурные трофико-энергетические единицы биогеоценоза. Взаимодействия между собой и переплетаясь, они образуют сеть питания, или пищевую сеть. В результате многие популяции, поселившиеся в экосистеме, оказываются вовлеченными в одну общую сеть питания. Поэтому любые изменения в одной цепи питания могут повлиять не только на один цикл питания, но и на весь биогеоценоз.
Пример пищевой сети в лесном биогеоценозе

Эти изменения бывают малозаметными в биогеоценозе с большим видовым разнообразием. И, наоборот, если в биогеоценозе мало видов, то компенсация выпадающего звена бывает затруднена. В освободившуюся нишу может внедриться новый представитель, который нарушит равновесное (гомеостатическое) состояние сложившейся здесь раньше экосистемы.

Пищевые связи, объединяющие между собой все население биогеоценоза, складывались исторически. При этом популяции взаимодействующих видов выработали в процессе эволюции сложные приспособительные свойства — адаптации (лат. adaptation - «приспособление», «прилаживание»), обеспечивающее им устойчивое существование. Примерами могут служить приспособленность цветковых растений к опылению и соответствующая приспособленность к переносу пыльцы у животных-опылителей, плетение ловчих сетей (паутины) пауками и др.

Трофические уровни

По положению видов в пищевой цепи различают трофические уровни биогеоценозов (экосистем).

Трофическим уровнем называют совокупность видов, объединенных одинаковым положением в пищевой цепи.

Трофический уровень — совокупность всех живых организмов, принадлежащих к одному звену пищевой цепи. В трофический уровень включаются все организмы, объединяемые типом питания. Так, автотрофные организмы как продуценты являются поставщиками органических веществ для гетеротрофных организмов, поэтому они представляют первый трофический уровень. Растительноядные консументы (фитотрофы или фитофаги) относятся ко второму трофическому уровню (консументы первого порядка); плотоядные (хищники), живущие за счет фитотрофов, принадлежат к третьему трофическому уровню (это консументы второго порядка); потребляющие других плотоядных соответственно относятся к четвертому трофическому уровню (консументы третьего порядка) и т. д. Понятно, что пищевая специализация видов определяет их место и роль в пищевой цепи и на трофическом уровне биогеоценоза.

В каждый трофический уровень обычно входит несколько видов. Например, в лесном природном сообществе группу продуцентов (первый трофический уровень) составляют многочисленные автотрофные виды древесных и кустарниковых пород, кустарничков, трав, мхов, папоротников. Лишайников и даже водорослей (на стволах деревьев размещаются многие виды одноклеточных зеленых водорослей). Также большое число видов входит во второй и следующие трофические уровни. От многообразия видов трофических уровней зависит устойчивость и длительность существования биогеоценоза.

http://blgy.ru