Устойчивые биогеохимические циклы вещества и энергии в биосфере нашей планеты формируются вследствие биологического разнообразия потребляемого организмами набора веществ и выделяемых в природную среду продуктов жизнедеятельности. Базу биологического круговорота веществ составляют трофические уровни, которые представлены конкретными видами живых организмов, делящимися на три основные группы: продуценты, консументы и редуценты. Трофический уровень составляют популяции организмов, выполняющих в экосистеме одинаковые трофические функции и имеющих различный видовой состав (от греч. trophe «питание»).
Первый трофический уровень Уровень первичной продукции образуют автотрофы. Это организмы, которые синтезируют органические вещества (углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты) из неорганических соединений, используя энергию Солнца. Первичная продукция — это биомасса растительных тканей. Первичные продуценты растения, фотоавтотрофные бактерии и хемосинтезирующие бактерии (хемотрофы). Хемотрофы микроорганизмы, синтезирующие органическое вещество за счет энергии окисления аммиака, сероводорода и других веществ, имеющихся в воде и почве.
Второй трофический уровень представляют Консументы (гетеротрофы):
1) первого порядка фитофаги используют в качестве пищи растения;
2) второго порядка питаются животной пищей.
Консументы животные, бактерии, грибы, паразитические и насекомоядные растения накапливают в тканях своего тела энергию, которая используется в пищу консументами высших порядков. Эта энергия составляет вторичную продукцию экосистемы.
На третьем трофическом уровне Редуценты. Это организмы, разлагающие до минеральных веществ, диоксида углерода и воды отходы жизнедеятельности и отмершие организмы. Консументы также участвуют в минерализации органических веществ.
Все организмы используют в пищу биомассу предыдущих трофических уровней, теряя энергию с потерями на дыхание, обогрев тела, на различные формы деятельности, на выделение экскрементов.
Между видами разных трофических уровней существуют взаимоотношения, образующие систему трофических цепей (цепей питания). Использование ресурсов на каждом трофическом уровне зависит от видового разнообразия экосистемы.
Видовое разнообразие может снижаться в зонах загрязнения, вызывая упрощение трофической структуры.
Сегодня фиксируются нарушения структуры биоценозов вследствие загрязнения окружающей природной среды. Токсиканты передаются по цепям питания и способствуют гибели животных, птиц, гидробионтов, а также накапливаются в пищевых продуктах, потребляемых человеком.
Способ добычи пищи у животных и растений:
Зелёные растения по способу питания — фототрофы. На свету с помощью хлорофилла растения образуют органические вещества. Многоклеточные водоросли, как и одноклеточные, поглощают минеральные питательные вещества (вода, углекислый газ, минеральные соли) всей поверхностью тела. У высших наземных растений в процессе эволюции для потребления этих же веществ сформировались две системы потребления пищи —корневая и воздушная. Образующиеся путём фотосинтеза органические вещества (сахара) вместе с поглощёнными минеральными солями преобразуются в клетках растений в углеводы, белки, нуклеиновые кислоты, липиды и другие органические соединения, которые идут на постройку тела растения.
У животных (гетеротрофов) в процессе эволюции появились разные способы добывания органических веществ. Некоторые водные животные добывают пищу, процеживая воду и отделяя от неё «пищевую взвесь». Это так называемые фильтраторы. Их пища — главным образом детрит, т. е. мельчайшие остатки разложившихся растений, грибов и животных, осевшие на дно или взвешенные в толще воды вместе с содержащимися в них бактериями, простейшими и другими микроорганизмами. К фильтраторам относятся представители самых разнообразных таксономических групп: губки, ракообразные, насекомые, двустворчатые моллюски, мшанки, асцидии.
Большинство фильтраторов прикреплены к субстрату либо малоподвижны. Чтобы уловить больше питательных веществ, они расставляют своеобразные ловчие сети (венчик щупалец уактиний, венчик перистых лучей у морских лилий, пучки щетинок на верхней губе личинок комарови др.) и своими колебательными движениями увеличивают ток воды вокруг себя. Благодаря фильтрационной деятельности этих организмов осуществляется биологическая очистка воды. Например, мидии, заселяющие 1 м2 дна, могут профильтровать за сутки до 280 м3 воды. Уникальную чистоту вод озера Байкал биологи объясняют фильтрационной деятельностью рачкаэпишуры.
Другие животные активно захватывают пищу. Широко распространёнными способами добывания пищи у гетеротрофов и миксотрофов являются хищничество и паразитизм. Оба эти способа питания в живой природе появились с возникновением первых живых организмов на Земле. Причём хищничество в большинстве случаев способствовало морфофизиологическому прогрессу организмов. У хищников, как правило, хорошо развиты нервная система и органы чувств, позволяющие успешнее добывать пищу. А паразитический способ питания в процессе эволюции обусловил дегенеративный путь развития организмов, характеризующийся утратой ряда органов.
Особые способы добывания пищи сформировались у организмов в результате совместного существования видов в природных сообществах (биогеоценозах). Процесс эволюции обусловил многообразие коадаптивных (взаимоприспособленных) свойств у организмов: у хищника и его жертвы, у паразита и его хозяина, у растительноядного и у растений (способ наращивания биомассы) и др. Эта взаимосвязь проявилась и в особенностях пищеварительной системы у организмов, характеризующихся разным типом питания.
Вследствие адаптации к тому или иному способу добывания пищи у животных выработались особые приспособительные свойства. Например, мелкие млекопитающие из отряда насекомоядных животных (ёж, крот, землеройка, выхухоль) имеют длинную узкую морду. Их вытянутые вперёд резцы способны, подобно щипцам, удерживать мелкую добычу (насекомых, червей, моллюсков), а бугорчатые с острыми вершинами коренные зубы — дробить хитиновый покров насекомых и известковые раковины моллюсков. У грызунов имеется по два резца на верхней и нижней челюстях. Эти резцы хорошо развиты, лишены корней и растут в течение всей жизни, поскольку постоянно истираются твёрдой пищей. У псовых и кошачьих хорошо развиты клыки.
30.
