POZIOMY TROFICZNE I ORGANIZMY, KTÓRE JE TWORZĄ (PRZYKŁADY) - BIOLOGIA - 2025

Te poziomy troficzne to zbiór organizmów - lub gatunków organizmów - mają taką samą pozycję w strumieniu składników odżywczych i energii w ekosystemie. Ogólnie rzecz biorąc, istnieją trzy główne poziomy troficzne: producenci pierwotni, producenci wtórni i rozkładający.

Głównymi producentami są rośliny chemosyntetyczne, algi i prokarioty. Wśród konsumentów są różne poziomy, roślinożercy i mięsożercy. Wreszcie, osoby rozkładające się to duża grupa grzybów i prokariotów.

Kotowate są konsumentami. Źródło: pixabay.com

W większości ekosystemów te różne poziomy troficzne przeplatają się w złożonych i współzależnych sieciach pokarmowych. Oznacza to, że każdy drapieżnik ma więcej niż jedną ofiarę, a każda ofiara może być wykorzystana przez więcej niż jednego drapieżnika. Działka może składać się z maksymalnie 100 różnych gatunków.

Łańcuchy te charakteryzują się tym, że są krótkie, ponieważ przenoszenie energii z jednego poziomu na drugi jest dość nieefektywne - w przybliżeniu tylko 10% energii przechodzi z jednego poziomu na drugi.

Badanie poziomów troficznych i sposobu ich łączenia w złożone sieci troficzne jest głównym tematem w ekologii populacji, społeczności i ekosystemów. Interakcja między poziomami i między łańcuchami wpływa na dynamikę i trwałość populacji oraz dostępność zasobów.

Autotrof i heterotrof

Aby zrozumieć, czym jest poziom troficzny, konieczne jest zrozumienie dwóch podstawowych pojęć w biologii: autotrofów i heterotrofów.

Autotrofy to organizmy zdolne do wytwarzania własnego „pożywienia”, wykorzystując energię słoneczną oraz mechanizmy enzymatyczne i strukturalne niezbędne do przeprowadzenia fotosyntezy lub chemosyntezy.

Tymczasem heterotrofy nie mają tych mechanizmów i muszą aktywnie szukać pożywienia - tak jak my, ludzie.

Grzyby są często mylone z organizmami autotroficznymi (ze względu na ich niezdolność do poruszania się i sposób życia powierzchownie podobny do roślin). Jednak organizmy te są heterotroficzne i degradują otaczające je składniki odżywcze. Później zobaczymy rolę, jaką grzyby odgrywają w łańcuchach.

Poziomy troficzne i ich charakterystyka

Roddelgado

Przepływ energii odbywa się sekwencyjnie poprzez moc. W ten sposób jeden organizm jest konsumowany przez inny, drugi przez trzeci, a więc system działa dalej. Każde z tych „ogniw” jest tym, co nazywamy poziomem troficznym.

W ten sposób ekolodzy rozprowadzają organizmy w oparciu o ich główne źródło pożywienia i energii.

Formalnie poziom troficzny obejmuje wszystkie organizmy, które znajdują się w podobnej pozycji pod względem przepływu energii w ekosystemie. Istnieją trzy kategorie: producenci, konsumenci i rozkładający się. Poniżej szczegółowo przeanalizujemy każdy z wymienionych poziomów.

-Pierwszy poziom troficzny: producenci

Pierwszy poziom troficzny w łańcuchu zawsze składa się z producenta pierwotnego. Tożsamość tych organizmów różni się w zależności od ekosystemu. To piętro wspiera pozostałe poziomy troficzne.

Na przykład w środowiskach lądowych głównymi producentami są różne gatunki roślin. W ekosystemach wodnych są to algi. Pod względem metabolicznym producenci mogą być fotosyntezami (większość) lub chemosyntetykami.

Korzystając z energii słonecznej, organizmy fotosyntetyzujące syntetyzują związki organiczne, które później włączają do procesu oddychania komórkowego i jako budulec do dalszego wzrostu.

Jak można się spodziewać, organizmy te przewyższają liczebnie ich konsumentów. W rzeczywistości prawie cała (99%) materii organicznej w żywym świecie składa się z roślin i glonów, podczas gdy heterotrofy zajmują tylko pozostały 1%.

Z drugiej strony, pierwotni producenci chemosyntezy występują głównie w wodach hydrotermalnych zlokalizowanych głęboko w oceanie - gdzie te organizmy prokariotyczne są bardzo liczne.

Hipoteza zielonego świata

Z pewnością zauważyłeś, że większość naturalnych ekosystemów jest zielona. W rzeczywistości w biomasie roślinnej ekosystemów lądowych zgromadzonych jest łącznie 83,10 ¹⁰ ton węgla - jest to niezwykle duża liczba.

Fakt ten wydaje się ciekawy, ponieważ istnieje bardzo duża liczba pierwotnych konsumentów, którzy jedzą materię roślinną.

Zgodnie z tą hipotezą roślinożercy zużywają mało materii roślinnej, ponieważ są kontrolowani przez różne czynniki, które ograniczają ich populacje, takie jak obecność drapieżników, pasożytów i innych rodzajów chorób. Ponadto rośliny mają toksyczne środki chemiczne, które zapobiegają konsumpcji.

Dotychczasowe obliczenia szacują, że roślinożercy każdego roku konsumują około 17% całkowitej produkcji netto producentów - resztę konsumują detrytivy.

Biorąc pod uwagę te liczby, możemy stwierdzić, że roślinożercy nie są tak naprawdę zauważalną uciążliwością dla roślin. Istnieją jednak bardzo specyficzne wyjątki, w których zwierzęta roślinożerne są w stanie wyeliminować całe populacje w bardzo krótkim czasie (niektóre szkodniki).

-Drugi poziom troficzny: konsumenci

Poziomy troficzne, które są powyżej pierwotnych producentów, są tworzone przez organizmy heterotroficzne i zależą bezpośrednio lub pośrednio od autotroficznych producentów. W grupie konsumentów znajdujemy również kilka poziomów.

Główni konsumenci: roślinożercy

Energia dociera przez odbiorców pierwotnych. Są to zwierzęta, które zjadają rośliny lub glony. W każdym ekosystemie znajdziemy określoną grupę zwierząt, które stanowią poziom podstawowych konsumentów.

Jedną z najbardziej uderzających cech roślinożerców jest to, że większość materiału jest wydalana w postaci niestrawionej. Trawiona energia napędza codzienne czynności roślinożercy, a inna część zostanie przekształcona w biomasę zwierzęcą.

Pierwsza jest często nazywana „stratą” przez oddychanie. Jednak oddychanie jest podstawową czynnością, którą zwierzę musi wykonać.

Konsumenci wtórni: mięsożercy

Następny poziom składa się z konsumentów wtórnych lub mięsożerców: zwierząt, które żywią się innymi zwierzętami. Tylko niewielka część ciała roślinożercy jest włączana do ciała drapieżnika.

Niektórzy konsumenci wtórni mogą mieć mieszaną dietę, obejmującą zarówno rośliny, jak i zwierzęta w swojej diecie. Dlatego ich klasyfikacja zwykle nie jest bardzo jasna i występują na więcej niż jednym poziomie troficznym.

Konsumenci trzeciorzędni i czwartorzędowi

Niektóre łańcuchy troficzne charakteryzują się konsumentami trzeciorzędnymi i czwartorzędowymi, co wskazuje, że konsumują odpowiednio zwierzęta drugiego i trzeciego stopnia.

Detrytivores lub padlinożercy

Szczególny rodzaj konsumentów składa się z osób zwanych padlinożercami. Ten rodzaj karmienia charakteryzuje się spożywaniem ofiar martwych, a nie żywych.

Dieta padlinożerców obejmuje detrytus: rozkładające się części warzyw, takie jak liście, korzenie, gałęzie i pnie, a także martwe zwierzęta, egzoszkielety i szkielety.

-Trzeci poziom troficzny: rozkładające się

Organizmy trzeciego poziomu troficznego, podobnie jak detrytivisery z poprzedniej grupy, działają na rozkładający się materiał. Jednak nie są one bytami biologicznymi, które nakładają się na siebie, ponieważ funkcja każdego z nich znacznie się różni.

Główną funkcją rozkładających jest przemiana materii organicznej w materię nieorganiczną, a tym samym zamknięcie cyklu materii w ekosystemach. W ten sposób warzywa mają znaczenie do ich utylizacji. Osoby odpowiedzialne za wykonanie tej ważnej końcowej pracy to bakterie i grzyby.

Grzyby to organizmy wydzielające enzymy, których substratami są otaczające je substancje organiczne. Po trawieniu enzymatycznym grzyby mogą wchłonąć produkty do pożywienia.

Większość rozkładających się to mikroskopijne czynniki, których nie możemy zobaczyć gołym okiem. Jednak jego znaczenie wykracza poza jego rozmiar, ponieważ gdybyśmy wyeliminowali wszystkie rozkładające się na planecie, życie na ziemi przestałoby istnieć z powodu braku składników do tworzenia nowych substancji organicznych.

Przykłady

Łąka

Nasz pierwszy przykład dotyczy łąki. Ze względów praktycznych użyjemy prostych łańcuchów, aby zademonstrować, w jaki sposób poziomy troficzne są powiązane i jak różnią się w zależności od ekosystemu. Czytelnik musi jednak wziąć pod uwagę, że prawdziwy łańcuch jest bardziej złożony i ma więcej uczestników.

Trawa i inne rośliny stanowiłyby podstawowy poziom producenta. Różne owady zamieszkujące naszą hipotetyczną łąkę (na przykład świerszcz) będą głównymi konsumentami trawy.

Świerszcz zostanie skonsumowany przez drugiego konsumenta, w naszym przykładzie będzie to mały gryzoń. Mysz zostanie z kolei pożarta przez trzeciorzędnego konsumenta: węża.

W przypadku, gdy łąka jest zamieszkana przez mięsożernego ptaka, takiego jak orły lub sowy, zjadają one mysz i będą konsumenci czwartorzędu.

Ocean

Zróbmy teraz to samo hipotetyczne rozumowanie, ale w ekosystemie wodnym. W oceanie głównym producentem jest fitoplankton, czyli organizmy roślinne żyjące w wodzie. Ten ostatni będzie konsumowany przez głównego konsumenta, zooplankton.

Konsumentami wtórnymi będą różne gatunki ryb, które zamieszkują ekosystem.

Trzeci konsument jedzący ryby może być foką lub innym mięsożercą.

Nasz łańcuch w oceanie kończy się dobrze znanym czwartorzędowym konsumentem: żarłaczem białym, który będzie żywił się foką poprzedniego poziomu.

Transfer energii między poziomami troficznymi

Co do zasady przyjęto, że transfer energii netto pomiędzy każdym z poziomów troficznych osiąga maksymalną sprawność wynoszącą zaledwie 10% i potocznie nazywany jest „regułą 10%”. Jednak w każdej społeczności to podejście może się znacznie różnić.

Oznacza to, że na przykład z całkowitej energii zmagazynowanej przez roślinożerców stanowi ona zaledwie 10% całkowitej energii zużywanej przez pierwotnego producenta. W ten sam sposób u odbiorców wtórnych znajdujemy 10% energii zmagazynowanej przez odbiorców pierwotnych.

Jeśli chcemy zobaczyć to w kategoriach ilościowych, rozważmy następujący przykład: załóżmy, że mamy 100 kalorii energii słonecznej przechwyconej przez organizmy fotosyntetyzujące. Spośród nich tylko 10 kalorii przejdzie do roślinożerców, a tylko 1 do mięsożerców.

Łańcuchy pokarmowe nie są proste

Myśląc o łańcuchach pokarmowych, możemy założyć, że składające się na nie poziomy są ułożone w liniowe zestawy, doskonale od siebie oddzielone. Jednak w naturze okazuje się, że jeden poziom oddziałuje z kilkoma poziomami, dzięki czemu łańcuch wygląda jak sieć.

Łańcuchy pokarmowe są krótkie

Patrząc na łańcuchy pokarmowe, zdamy sobie sprawę, że składają się one tylko z kilku poziomów - większość z pięciu ogniw lub mniej. Niektóre specjalne łańcuchy, jak w sieci antarktycznej, mają więcej niż siedem ogniw.

Dlatego naukowcy zakwestionowali istnienie kilku poziomów troficznych. Hipotezy istotne dla tematu są następujące:

Hipoteza energetyczna

Istnieją dwie hipotezy wyjaśniające to ograniczenie długości. Pierwsza to tzw. „Hipoteza energetyczna”, gdzie głównym ograniczeniem łańcucha jest nieefektywność przenoszenia energii z jednego poziomu na drugi. W tym miejscu warto przypomnieć sobie hipotezę 10%, o której mowa w poprzednim rozdziale.

Kierując się założeniem poprzedniej hipotezy, powinniśmy stwierdzić, że w ekosystemach o wysokiej pierwotnej produktywności przez organizmy fotosyntetyzujące w okolicy łańcuchy są dłuższe, ponieważ energia, z jaką się zaczyna, jest większa.

Hipoteza stabilności dynamicznej

Druga hipoteza jest związana ze stabilnością dynamiczną i proponuje, że łańcuchy są krótkie, ponieważ zapewniają większą stabilność niż dłuższe łańcuchy. Jeśli na niższych poziomach wystąpią gwałtowne fluktuacje populacji, możemy stwierdzić lokalne wymieranie lub zmniejszenie górnych poziomów troficznych.

W środowiskach, które są bardziej podatne na zmienność środowiska, drapieżniki wyższego rzędu powinny mieć plastyczność, aby znaleźć nową zdobycz. Im dłuższy łańcuch, tym trudniej będzie odzyskać system.

Dowód

Biorąc pod uwagę dane zebrane przez badaczy, najbardziej prawdopodobną hipotezą wydaje się być hipoteza energetyczna. Na podstawie eksperymentów manipulacyjnych stwierdzono, że pierwotna produktywność proporcjonalnie wpływa na długość łańcucha pokarmowego.

Bibliografia

1. Curtis, H. i Barnes, NS (1994). Zaproszenie na biologię. Macmillan.
2. Levin, SA, Carpenter, SR, Godfray, HCJ, Kinzig, AP, Loreau, M., Losos, JB,… & Wilcove, DS (red.). (2009). Przewodnik po ekologii Princeton. Princeton University Press.
3. Maynard-Smith, J. (1978). Modele w ekologii. Archiwum CUP.
4. Parga, ME i Romero, RC (2013). Ekologia: wpływ aktualnych problemów środowiskowych na zdrowie i środowisko. Edycje Ecoe.
5. Reece, JB, Urry, LA, Cain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV i Jackson, RB (2014). Biologia Campbella. Osoba.
6. Rockwood, LL (2015). Wprowadzenie do ekologii populacji. John Wiley & Sons.