Zależności pokarmowe w ekosystemie
Życie zwierząt w dużej mierze koncentruje się na poszukiwaniu pokarmu i unikaniu drapieżników. Każde zwierzę może być w każdej chwili albo obiadem, albo biesiadnikiem.
organizmy dzielimy na samożywne i cudzożywne;
rośliny zmieniają energię świetlną na energię wiązań chemicznych, a organizmy cudzożywne korzystają z energii zmagazynowanej w zjadanym przez siebie pokarmie.
wskazywać zależności pokarmowe w ekosystemie;
identyfikować organizmy jako producentów, konsumentów, destruentów;
szeregować organizmy w łańcuchach pokarmowych.
1. Sposoby odżywiania
Jednym z podstawowych dążeń każdego organizmu jest zaspokajanie potrzeb pokarmowych. Pokarm to źródło niezbędnych substancji chemicznych, które umożliwiają rozwój i regenerację organizmu, jego prawidłowe funkcjonowanie oraz dostarczają energii. Energia zużywana jest w pierwszej kolejności do podtrzymania funkcji życiowych, a jej nadwyżki umożliwiają na przykład rozmnażanie, wzrost organizmu lub są magazynowane. Ze względu na sposób zdobywania pokarmu organizmy dzielimy na:
samożywne, czyli prowadzące procesy foto- lub chemosyntezy; są to wszystkie glony, większość roślin oraz niektóre bakterie i protisty; dla organizmów prowadzących fotosyntezę źródłem energii jest światło;
cudzożywne, czyli pobierające pokarm z otoczenia; należą do nich wszystkie zwierzęta i grzyby oraz większość bakterii, część protistów i nieliczne rośliny; źródłem energii dla organizmów cudzożywnych jest pożywienie zawierające związki organiczne (głównie cukry, białka i tłuszcze).
Euglena zielona, jednokomórkowy pierwotniak, jest zmiennożywna. Najczęściej jest drapieżnikiem (pochłania na przykład bakterie) lub saprobiontem (pobiera szczątki organiczne). Fotosyntezę prowadzi dopiero wtedy, gdy w jej otoczeniu nie ma gotowego pokarmu, ale za to jest wystarczająca ilość światła.
Postaw hipotezę, dlaczego w środowisku bogatym w pokarm i światło euglena odżywia się cudzożywnie.
2. Producenci
Podstawą funkcjonowania większości ekosystemów jest obecność organizmów samożywnych, tzw. producentówproducentów. Podczas procesu fotosyntezy producenci wytwarzają materię organiczną (biomasębiomasę). Ilość roślinnej materii organicznej (wytwarzana w ciągu roku na jednostkę powierzchni ekosystemu) służy do oceny tempa, w jakim producenci przekształcają energię słoneczną w procesie fotosyntezy. Jest ono różne dla różnych ekosystemów. Na przykład lasy tropikalne są ekosystemami produkującymi wiele materii organicznej, a lasy klimatu umiarkowanego produkują jej znacznie mniej. Z kolei pustynie, na których szata roślinna jest bardzo uboga, wytwarzają niewiele biomasy. Głównymi czynnikami sprzyjającymi szybkiemu przyrostowi masy roślin są odpowiednio wysoka temperatura i wilgotność, długi okres wegetacji oraz żyzność gleb.
Wytwarzanie materii organicznej odbywa się i na lądzie, i w środowisku wodnym. Zarówno w wodach słodkich, jak i słonych żyje wiele roślin oraz samożywnych bakterii, protistów i glonów. Woda pokrywa ok. 2/3 powierzchni kuli ziemskiej, dlatego produkcja biomasy w oceanach stanowi znaczną część całej produkcji biomasy na Ziemi.
Do przeprowadzenia procesu fotosyntezy rośliny potrzebują wody, dwutlenku węgla oraz energii słonecznej. Ustal, dostępność którego z tych składników będzie czynnikiem ograniczającym produkcję w ekosystemie wodnym, a którego w ekosystemie lądowym. Wyjaśnij, dlaczego.
Czynnikiem ograniczającym jest zawsze ten czynnik, którego jest najmniej w danym środowisku.
Producentami mogą być nie tylko organizmy fotosyntetyzujące, ale także bakterie zdolne do chemosyntezy. Produkują one związki organiczne wykorzystując energię chemiczną pozyskaną w procesie utleniania związków nieorganicznych.
3. Konsumenci
Im większa jest masa materii organicznej wytwarzanej przez rośliny w ciągu roku, tym więcej zwierząt roślinożernych może się utrzymać w danym ekosystemie. Spożywają one trawę, liście, owoce, nasiona, a nawet korzenie, drewno i korę. Pozyskane substancje pokarmowe roślinożercy wykorzystują jako źródło energii oraz wbudowują we własne ciała, dzięki czemu mogą rosnąć i rozmnażać się. Roślinożercy są pokarmem dla zwierząt mięsożernych. Te z kolei mogą paść ofiarą innych, często większych od siebie, drapieżników.
Zarówno roślinożercy, jak i mięsożercy wykorzystują jako pokarm inne organizmy (roślinne lub zwierzęce). W ekosystemie każdy organizm cudzożywny określany jest mianem konsumentakonsumenta. Konsumentów można uporządkować według pewnych kategorii. I tak roślinożercy nazywani są konsumentami I rzędu. Konsumentami II rzędu są zjadający ich mięsożercy, a konsumentami III i dalszych rzędów są mięsożercy żywiący się innymi mięsożercami. Zwierzęta wszystkożerne, w zależności od tego, co w danym momencie spożywają, zalicza się do konsumentów I, II, III lub któregoś z wyższych rzędów.
W ekosystemach największą biomasę stanowią producenci. Biomasa konsumentów na kolejnych poziomach troficznychpoziomach troficznych stanowi ok. 10% tej z poprzedniego poziomu.
Zwierzęta wszystkożerne, takie jak dzik czy człowiek, mogą odżywiać się zarówno roślinami, jak i mięsem. Zdecyduj, do której grupy możemy je przyporządkować – konsumentów I czy II rzędu? Spróbuj przyporządkować również do określonego rzędu konsumentów sępa, który może żywić się zarówno padliną antylopy, jak i lwa.
Przyporządkowanie niektórych organizmów do poszczególnych grup nie zawsze jest sztywno określone, ale może być zależne od konkretnej sytuacji.
Konsumenci zjadają taki pokarm, do pobierania i trawienia którego są przystosowani. Zdarza się, że podstawą wyżywienia jakiegoś gatunku jest jeden gatunek rośliny. I tak na przykład koala zjada przede wszystkim liście eukaliptusa, ale także niewielkie ilości liści innych roślin. Niemal całe pożywienie pandy wielkiej stanowi bambus, choć nie gardzi ona także innymi trawami, a nawet drobnymi zwierzętami. W naszym klimacie występuje krzyżodziób świerkowy, niewielki ptak nieco większy od wróbla, który żywi się nasionami wyłuskanymi z szyszek świerka, rzadziej sosny i jodły. Specjalizacja występuje też u zwierząt mięsożernych – wilki zwykle polują na dużą zwierzynę, taką jak sarny czy jelenie, a mniejsze od nich lisy na zające, myszy, żaby.
Niektóre rośliny chwytają drobne zwierzęta, głównie owady, w różnego rodzaju pułapki. Zwierzęta te są następnie trawione za pomocą enzymów wydzielanych przez rośliny. Nie oznacza to jednak, że taka dieta zmienia roślinę w konsumenta. Roślina nazywana drapieżną jest samożywna, zdolna do fotosyntezy. Schwytane zwierzęta dostarczają jej pierwiastków, których brakuje w glebie, np. azotu. Ofiary drapieżnych roślin pełnią więc funkcję podobną do nawozu, a nie podstawowego pokarmu, z którego producent czerpie energię.
4. Destruenci
Organizmy cudzożywne, które odżywiają się martwą materią organiczną, są nazywane saprobiontami. Niektóre z nich pełnią w ekosystemach funkcję destruentówdestruentów. Potrafią one rozłożyć szczątki organizmów do związków mineralnych, które następnie stają się składnikiem powietrza (dwutlenek węgla i woda) oraz gleby (sole mineralne) i mogą być pobrane przez rośliny. Dzięki temu procesowi martwa materia organiczna nie zalega w ekosystemach, lecz rozłożona do prostych substancji jest na nowo wbudowywana w organizmy – najpierw roślinne, a później zwierzęce. Do destruentów należą bakterie i grzyby. Występują licznie w ściółce leśnej i górnych warstwach gleby, a także w mule zalegającym na dnie zbiorników wodnych. Ich obecność w ekosystemach jest niezbędna. Bez ich aktywności obieg materii (krążenie pierwiastków) w przyrodzie byłby niemożliwy.
Porównanie tempa rozkładu szczątków organicznych w różnych rodzajach gleby.
3 słoiki
3 próbki gleby o różnych właściwościach (np. gliniasta, piaszczysta, torfowa)
3 plasterki ugotowanej marchewki.
Wypełnij słoiki wilgotną glebą.
Do każdego z nich wsuń między glebę a ścianę słoika plasterek marchewki.
Nakryj słoiki wieczkami, ale ich nie zakręcaj. W ten sposób ograniczysz parowanie i zapewnisz dostęp powietrza.
Jeśli plasterki marchewki w jednym ze słojów szybciej uległy rozkładowi, świadczy to o tym, że w glebie znajdowało się więcej destruentów.
5. Łańcuch pokarmowy
Organizmy w ekosystemach są powiązane ze sobą zależnościami pokarmowymi w taki sposób, że tworzą łańcuchy pokarmowełańcuchy pokarmowe. W łańcuchu pokarmowym gatunek będący jednym ogniwem łańcucha stanowi podstawę pożywienia gatunku będącego jego kolejnym ogniwem.
Łańcuch pokarmowy (inaczej troficzny) zaczyna się od producenta. Następnym ogniwem łańcucha jest zjadający producenta konsument I rzędu, czyli roślinożerca. Kolejne ogniwo stanowi mięsożerca, czyli konsument II rzędu, za nim znajduje się konsument III rzędu i ewentualnie kolejni konsumenci. Miejsce, jakie dany organizm zajmuje w łańcuchu pokarmowym, zależy od tego, czym sam się żywi i dla jakich organizmów jest pokarmem. Nazywamy je poziomem troficznym.
Strzałki używane w zapisie łańcucha pokarmowego ilustrują przepływ materii i energii przez poszczególne poziomy troficzne. Strzałki te biegną od producentów, którzy tworzą związki organiczne ze związków nieorganicznych do konsumentów. Gatunki, zwłaszcza wszystkożerne, mogą zajmować różne poziomy troficzne w różnych łańcuchach pokarmowych, w zależności od tego, jakim pokarmem żywią się w danym momencie.
W pierwszym łańcuchu pokarmowym producentem jest ziemniak, konsumentem I rzędu stonka, konsumentem II rzędu bażant, a lis jest konsumentem III rzędu. Ten łańcuch jest dłuższy niż następny, w którym ostatnie ogniwo – lis – jest konsumentem II rzędu. Wynika to z tego, że bażant jest ptakiem wszystkożernym – może występować w łańcuchu pokarmowym zarówno jako roślinożerca (gdy żywi się pszenicą) lub jako mięsożerca (gdy żywi się roślinożerną stonką). Ziemniakami mogą się żywić myszy, które są pokarmem lisów, myszołowów lub pustułek. Z kolei stonką żywi się nie tylko bażant, ale i także kuropatwa i rudzik. Te same organizmy często występują równocześnie w kilku łańcuchach pokarmowych, które łączą się tworząc sieci troficzne. Im bogatszy i bardziej zróżnicowany ekosystem, tym sieci pokarmowe są bardziej złożone.
Umieść w sieci pokarmowej na ilustracji 4. człowieka i kurę. Połącz te organizmy z innymi za pomocą strzałek symbolizujących zależności pokarmowe. Ustal, na których poziomach troficznych znaleźli się w tej sieci człowiek i kura.
Niektóre łańcuchy pokarmowe są bardzo krótkie, a inne długie. Przykładem bardzo krótkiego łańcucha pokarmowego jest ten, w którym uczestniczy słoń. Jest on konsumentem pierwszego i zarazem ostatniego rzędu. Jest tak duży, że rzadko staje się łupem drapieżników. Czasem tylko lwy polują na młode słonie, co jest trudne, gdyż są one pod opieką dorosłych.
Przykłady wyjątkowo długich łańcuchów pokarmowych spotykane są w niektórych ekosystemach wodnych. Chłodne, dobrze natlenione wody wokół Antarktydy zamieszkuje bardzo wiele gatunków. Ogromne bogactwo fitoplanktonu, pełniącego w tym ekosystemie rolę głównego producenta, jest w stanie zapewnić pokarm dla wielu konsumentów I oraz (pośrednio) II i wyższych rzędów.
Słowniczek
masa materii organicznej wchodząca w skład organizmu; także masa wszystkich roślin i/lub zwierząt występujących na określonej powierzchni
organizmy (głównie grzyby i bakterie) odżywiające się martwą materią organiczną i rozkładające ją do związków nieorganicznych
organizmy cudzożywne odżywiające się pokarmem roślinnym (roślinożercy – konsumenci I rzędu) lub pokarmem mięsnym (mięsożercy – konsumenci dalszych rzędów)
szereg organizmów, z których każdy stanowi pożywienie następnego
poziomy troficzne – grupy organizmów pełniących podobną funkcję w łańcuchu pokarmowym; producenci, konsumenci i destruenci
organizmy samożywne; przekształcają energię świetlną lub chemiczną na energię wiązań chemicznych (ATP) w procesie foto- lub chemosyntezy; są pierwszym ogniwem większości łańcuchów pokarmowych
Podsumowanie
Wszystkie organizmy w ekosystemie są połączone skomplikowanymi zależnościami pokarmowymi – tworzą łańcuchy i sieci troficzne.
W ekosystemie wyróżnia się poziomy troficzne: producentów, konsumentów pierwszego, drugiego i kolejnych rzędów oraz destruentów.
Destruenci rozkładają martwą materię organiczną do materii nieorganicznej.
Zapisz 3 różne łańcuchy pokarmowe, których jednym z elementów będzie komar, pies lub człowiek.
Wyjaśnij, dlaczego destruenci są rodzajem konsumentów.
Zadania
Połącz w pary nazwy konsumentów II rzędu i roślinożerców, którzy w środowisku naturalnym mogliby stanowić ich ofiary.
biedronka, zaskroniec, wilk, lew
| sarna | |
| żaba śmieszka | |
| antylopa | |
| mszyca |
Uszereguj organizmy zgodnie z ich miejscami w łańcuchu pokarmowym. Nazwę producenta umieść na górze.
- dzięcioł
- sokół
- kornik
- lipa
Uszereguj organizmy zgodnie z ich miejscami w łańcuchu pokarmowym. Nazwę producenta umieść na górze.
- rak
- okoń
- pantofelek
- sinica
- rozwielitka
- stułbia