Organizmy i środowisko
Zależności pokarmowe w ekosystemie
Życie zwierząt w dużej mierze koncentruje się na poszukiwaniu pokarmu i unikaniu drapieżników. Każde zwierzę może być albo obiadem, albo biesiadnikiem.
Organizmy odżywiają się na dwa różne sposoby
Jedną z podstawowych potrzeb każdego organizmu jest zaspokajanie głodu. 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 np. rozmnażanie, wzrost organizmu lub są magazynowane. Ze względu na sposób zdobywania pokarmu organizmy dzielimy na:
samożywne, czyli przeprowadzające fotosyntezęfotosyntezę; dla tych organizmów źródłem energii jest promieniowanie słoneczne; zalicza się do nich sinicesinice, niektóre protisty i rośliny;
cudzożywne, czyli pobierające pokarm z otoczenia; należą do nich wszystkie zwierzęta i grzyby oraz większość bakterii i niektóre protisty. Źródłem energii dla organizmów cudzożywnych jest pożywienie zawierające związki organiczne (głównie cukry, białka i tłuszcze).
Euglena zielona, jednokomórkowy protist, jest zmiennożywna. Najczęściej jest drapieżnikiem (pochłania np. 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.
Producenci to organizmy samożywne wytwarzające materię organiczną na użytek własny i innych organizmów
Podstawą funkcjonowania większości ekosystemówekosystemów jest obecność organizmów samożywnych, które nazywane są producentami. 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 wyniku 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 wegetacjiwegetacji 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 i protistów. Woda pokrywa ok. 2/3 powierzchni kuli ziemskiej, dlatego produkcja biomasy w oceanach stanowi znaczną część całej produkcji biomasy na Ziemi.
Konsumenci to organizmy cudzożywne, które odżywiają się innymi organizmami
W ekosystemie każdy organizm cudzożywny określany jest mianem konsumenta. Zwierzęta roślinożerne spożywają 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.
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.
Niektóre rośliny chwytają drobne zwierzęta, głównie owady, w różnego rodzaju pułapki. Zwierzęta te są następnie trawione za pomocą enzymówenzymów 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.
Destruenci rozkładają martwe szczątki organiczne
Niektórzy konsumenci pełnią w ekosystemach funkcję destruentów – rozkładają szczątki organizmów do związków mineralnych. Dzięki temu procesowi martwa materia organiczna nie zalega w ekosystemach, lecz po rozłożeniu do prostych substancji jest na nowo wbudowywana w organizmy – najpierw roślinne, a później zwierzęce. Do destruentów należą bakterie i grzyby. Występują one licznie w ściółce leśnej i górnych warstwach gleby, a także w mule zalegającym na dnie zbiorników wodnych. Ich obecność w ekosystemach jest niezbędna, bowiem bez ich aktywności obieg materiiobieg materii (krążenie pierwiastków) w przyrodzie byłby niemożliwy.
Problem badawczy: W którym rodzaju gleby (gliniasta, piaszczysta, torfowa) najszybciej rozkładają się szczątki organiczne?
4 słoiki
3 próbki gleby o różnych właściwościach (gliniasta, piaszczysta, torfowa)
4 plasterki ugotowanej marchewki.
Przygotuj próbę kontrolną: włóż jeden plaster marchewki do pustego słoika.
Wypełnij pozostałe 3 słoiki wilgotnymi próbkami gleby.
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.
Obserwuj zmiany przez dwa tygodnie. Zapisz wyniki i wnioski.
Łańcuchy pokarmowe i sieci troficzne obrazują zależności pokarmowe w ekosystemie
Zależności pokarmowe w ekosystemie przedstawiane są graficznie w postaci łańcuchów pokarmowych. Kolejne gatunki wchodzące w skład łańcucha stanowią podstawę pożywienia dla następnego gatunku.
Łańcuch pokarmowy najczęściej zaczyna się od producenta. Następnym poziomem łańcucha jest zjadający producenta konsument I rzędu, czyli roślinożerca. Następne miejsce w łańcuchu zajmuje zjadający roślinożercę 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 (pokarmowym).
Gatunki, zwłaszcza wszystkożerne, mogą zajmować różne poziomy troficzne w różnych łańcuchach pokarmowych, w zależności od tego, jakim pokarmem żywią się w danym momencie. Zatem to, co w danej chwili spożywają, decyduje, czy zalicza się je do konsumentów I, II, III czy wyższych rzędów.
Łańcuch zaczynający się od producenta i składający się z kolejnych poziomów: konsumenta I rzędu (roślinożercy), konsumenta II rzędu (mięsożercy zjadającego roślinożercę) i konsumenta III rzędu (mięsożerca zjadający innego mięsożercę), nazywane jest łańcuchem spasania.
W naturze występuje także inny rodzaj łańcucha troficznego, w którym pierwszym poziomem są destruenci. Kolejne poziomy łańcucha składają się z konsumentów kolejnych rzędów, podobnie jak w łańcuchu spasania.
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. Przykłady wyjątkowo długich łańcuchów pokarmowych spotykane są w niektórych ekosystemach wodnych. Chłodne, dobrze natlenione wody wokół Antarktydy zamieszkuje bardzo wiele gatunków. Ogromne bogactwo planktonuplanktonu roślinnego (fitoplanktonu), pełniącego w tym ekosystemie rolę głównego producenta, jest w stanie zapewnić pokarm dla wielu konsumentów.
Te same organizmy często występują równocześnie w kilku łańcuchach pokarmowych, które łączą się, tworząc sieci troficzne. Im bardziej bogaty i zróżnicowany ekosystem, tym bardziej złożone są sieci pokarmowe.
Umieść w poniższej sieci pokarmowej człowieka i kurę.
Sieć pokarmowa na polu. Producenci to mniszek lekarski i koniczyna. Od mniszka lekarskiego odchodzą dwie strzałki: do zająca i gąsienicy. Od koniczyny odchodzą dwie strzałki: do myszy i trzmiela. Od gąsienicy odchodzą dwie strzałki: do lisa i do myszy. Strzałka od myszy prowadzi do bociana. Od trzmiela strzałka prowadzi do żaby, od której odchodzą dwie strzałki: do lisa i do bociana.
Złożoność zależności pokarmowych wpływa na równowagę ekosystemu
Zależności pokarmowe odgrywają ważną rolę w utrzymaniu równowagi ekosystemu. Mówimy, że ekosystem jest stabilny, jeśli tworzy go w miarę stała liczba osobników i gatunków zajmujących określone poziomy troficzne. Im większa różnorodność gatunkowa w ekosystemie, tym bardziej jest on stabilny. Najtrwalsze są ekosystemy złożone z wielu elementów ożywionych i nieożywionych, połączonych licznymi relacjami.
Równowagę ekosystemu zakłóca m.in. wyeliminowanie jednego z gatunków lub wprowadzenie gatunku obcego. Takie działania mogą powodować zmiany w łańcuchach i sieciach pokarmowych. Na przykład:
zmniejszenie liczby wilków w danej populacji spowodowałoby zwiększenie liczby jeleni. W konsekwencji doprowadziłoby to do dużych strat w roślinności, a co za tym idzie, do ograniczenia liczebności innych roślinożerców w tym ekosystemie.
wprowadzenie obcego gatunku ryby do jeziora może prowadzić do jego dominacji i wypierania lokalnych gatunków ryb. W rezultacie liczba większych drapieżnych ryb, dla których lokalne ryby stanowią pożywienie, może się zmniejszyć. Ponadto, jeśli pokarmem lokalnych ryb były skorupiaki, zmniejszenie populacji tych ryb może spowodować nadmierny wzrost liczby skorupiaków. To z kolei wpływa na dostępność pożywienia dla innych organizmów w ekosystemie.
Aby zapewnić stabilne funkcjonowanie ekosystemu, niezbędne są poszanowanie i ochrona naturalnych zależności pokarmowych.
To ważne!
Wszystkie organizmy w ekosystemie są połączone skomplikowanymi zależnościami pokarmowymi – tworzą łańcuchy pokarmowe, które mogą się łączyć i tworzyć złożone sieci troficzne.
Grupa organizmów pełniąca w ekosystemie określoną funkcje pokarmową nazywana jest poziomem troficznym. Wyróżnia się następujące poziomy troficzne: producenci, konsumenci pierwszego, drugiego i kolejnych rzędów oraz destruenci.
Producenci to organizmy samożywne, wiążące energię świetlną i wytwarzające z pobieranych związków nieorganicznych substancje organiczne.
Konsumenci to organizmy cudzożywne odżywiające się substancjami pokarmowymi znajdującymi się w ciałach innych organizmów (żywych lub martwych).
Destruenci rozkładają martwą materię organiczną do materii nieorganicznej, która może być wykorzystana przez producentów.
Aby skonstruować łańcuch pokarmowy, należy ustalić źródło pokarmu wszystkich organizmów go tworzących. Łańcuch rozpoczyna najczęściej organizm samożywny, a kończy drapieżnik, na którego nie poluje żaden inny gatunek.
Im większa różnorodność gatunkowa w ekosystemie i bardziej złożone zależności pokarmowe między nimi, tym bardziej jest on stabilny.
Na pożegnanie
„Wody Polski zasiedla jeden rodzimy gatunek żółwi - żółw błotny, którego najczęściej izolowane populacje na terenie niemal całej Europy sukcesywnie zmniejszają swoje zasięgi. Oprócz powszechnej i postępującej degradacji ich wodnych oraz lądowych siedlisk, w obrębie niektórych stanowisk na ich kondycję wpływa także pojawienie się obcych gatunków zwierząt, w tym żółwia czerwonolicego.”
Indeks górny Źródło: Czerniejewski P., Tański A., Najbar B., Kasowska N. Rozmieszczenie stanowisk inwazyjnego żółwia czerwonolicego (Trachemys scripta elegans) (Wied, 1838) w województwie zachodniopomorskim (północno‑zachodnia Polska), Chemistry. Environment. Biotechnology 2018; 21, s. 42‑45. Indeks górny koniecŹródło: Czerniejewski P., Tański A., Najbar B., Kasowska N. Rozmieszczenie stanowisk inwazyjnego żółwia czerwonolicego (Trachemys scripta elegans) (Wied, 1838) w województwie zachodniopomorskim (północno‑zachodnia Polska), Chemistry. Environment. Biotechnology 2018; 21, s. 42‑45.
„Od około 20 lat do Polski masowo sprowadzane są pochodzące z Ameryki żółwie czerwonolice oraz inne egzotyczne gatunki żółwi. [...] Liczne są obserwacje na wolności osobników, które uciekły lub zostały wypuszczone z hodowli.”
Indeks górny Źródło: Dolata P. Żółw błotny Emys orbicularis (Linnaeus, 1758) w Południowej Wielkopolsce; Chrońmy Przyrodę Ojczystą 2010; 66 (3), s. 216–223. Indeks górny koniecŹródło: Dolata P. Żółw błotny Emys orbicularis (Linnaeus, 1758) w Południowej Wielkopolsce; Chrońmy Przyrodę Ojczystą 2010; 66 (3), s. 216–223.
Ułóż zestaw 4 zadań dla innych uczniów korzystających z tego podręcznika, które sprawdzą wiedzę o zależnościach pokarmowych w ekosystemie. Do każdego pytania w zadaniu podaj 4 proponowane odpowiedzi, ale tylko jedna ma być prawidłowa. Pytanie z odpowiedziami wyślij Twojemu nauczycielowi, który włączy je do quizu Milionerzy.
Wiesz już czym są łańcuchy i sieci pokarmowe. Wróć do polecenia na stronie „Na dobry początek” i dopisz brakujące definicje. Pamiętaj, żeby nie kopiować słownika, ale wyjaśnić każde słowo kluczowe w miarę możliwości swoimi słowami.