Экосистемы и пищевые цепи

Это важно понять прежде всего остального. В КИМ задания 19, 20 и 21 идут подряд и к одному рисунку: «Изучите фрагмент экосистемы дубравы, представленный на схеме, и выполните задания 19–21». Один раз разобравшись в схеме, вы отвечаете на три вопроса и получаете 5 баллов (2 + 1 + 2). Это самый выгодный блок первой части.

Что спрашивают в каждом из трёх:

• • 19 (2 балла) — экологическая характеристика одного организма: кто он в этой сети (продуцент, консумент какого порядка, хищник или растительноядный), кем питается и кому служит пищей. Надо выбрать три верные характеристики.
• • 20 (1 балл) — составить пищевую цепь из нескольких организмов схемы, обязательно начиная с продуцента. Ответ — последовательность букв.
• • 21 (2 балла) — что произойдёт с численностью двух организмов, если численность третьего изменится. Ответ — две цифры: «увеличится», «уменьшится» или «не изменится».

Как читать схему. Стрелка всегда означает «кого едят» → «кто ест», то есть направление передачи вещества и энергии. Эту фразу стоит проговорить про себя, глядя на рисунок, потому что половина ошибок в блоке — от прочтения стрелки в обратную сторону.

Первый шаг всегда один: найдите на схеме продуцентов. Это те, в кого не входит ни одна стрелка: они никого не едят, а только сами служат пищей. В дубраве это листья дуба (Д) и жёлуди (Б). От них и начинаются все цепи.

Второй шаг: найдите вершину — организм, из которого не выходит ни одной стрелки. Его никто не ест, это верхний хищник; в дубраве — ястреб (Ж).

После этих двух шагов схема перестаёт быть путаницей стрелок и становится понятной сетью с началом и концом.

В любой экосистеме есть три группы организмов, и различаются они не тем, кто они такие, а тем, что они делают с органическим веществом.

Продуценты (производители) создают органическое вещество из неорганического. Это зелёные растения и водоросли, использующие энергию Солнца в фотосинтезе. Они — единственный вход энергии в экосистему; всё остальное живое живёт за счёт того, что создали они.

Консументы (потребители) используют готовое органическое вещество. Консументы I порядка едят продуцентов — это растительноядные животные; II порядка едят консументов I порядка; III порядка едят консументов II порядка. Порядок определяется не размером зверя, а местом в цепи: одно и то же животное в разных цепях может быть консументом разного порядка.

Редуценты (разрушители) разлагают мёртвое органическое вещество до минеральных веществ. Это бактерии гниения и грибы.

Почему без редуцентов экосистема остановится. Представьте, что их нет. Мёртвые растения и животные не разлагаются, минеральные вещества остаются запертыми в их остатках, и продуценты, которым нужны именно минеральные вещества и вода, вскоре перестанут получать сырьё. Круговорот разомкнётся, и экосистема погибнет. Это готовый ответ на вопрос «какова роль редуцентов», и отвечать на него надо именно через круговорот, а не через слово «санитары».

Отсюда и общее определение. Экосистема — это сообщество организмов вместе со средой их обитания, связанные круговоротом веществ и потоком энергии. Разница между двумя словами существенна: вещества движутся по кругу и используются многократно, а энергия течёт в одну сторону — от Солнца через продуцентов к консументам, рассеиваясь в виде тепла. Именно поэтому Солнце должно светить постоянно, а вот новых атомов углерода экосистеме не требуется.

С каждого звена пищевой цепи на следующий уровень переходит лишь около 10 % энергии. Остальные 90 % тратятся на дыхание, движение, поддержание температуры тела и рассеиваются в виде тепла, а часть вообще не съедается и уходит к редуцентам.

Что из этого следует — и это спрашивают.

1. Пищевые цепи коротки. Обычно в них 3–5 звеньев. После четвёртого-пятого звена энергии остаётся так мало, что прокормить следующий уровень она уже не может: из 1000 единиц энергии растения до консумента четвёртого порядка дойдёт всего одна.

2. Хищников всегда меньше, чем их жертв. Чтобы прокормить одного волка, нужно много зайцев; чтобы прокормить их — очень много травы. Отсюда пирамида биомассы: снизу широкая, кверху узкая.

3. Растительная пища «выгоднее». Если человек ест зерно, он получает энергию через одно звено; если ест мясо животного, откормленного тем же зерном, — через два, и до него доходит вдесятеро меньше. Этим объясняют, почему в густонаселённых странах основу питания составляют растительные продукты.

Как считают в задачах. Если растения запасли 10 000 кДж, то травоядным достанется около 1000 кДж, хищнику первого порядка — 100 кДж, хищнику второго — 10 кДж. Каждый переход — деление на десять.

Частая ошибка: считать, что энергия «не теряется, а превращается». Превращается она действительно, но в форму, недоступную живому, — в рассеянное тепло, которое обратно в пищевую цепь не возвращается. Поэтому по отношению к экосистеме правильно говорить именно о потере энергии на каждом уровне.

Пищевая цепь — это упрощение, удобное для расчёта, но в природе организмы связаны сетью: один вид ест нескольких и сам служит пищей нескольким. Посмотрите на схему дубравы: ястреб ест и синицу, и лесную мышь, и ласку; лесная мышь служит пищей и ласке, и ястребу.

Зачем нужна сеть. Она и есть источник устойчивости экосистемы. Если в дубраве исчезнут гусеницы, синица не погибнет от голода: у неё найдётся другая пища, а ястреб перейдёт на мышей. В экосистеме с одной цепью гибель любого звена обрушила бы всю постройку.

Отсюда главное правило устойчивости, которое спрашивают прямо: экосистема тем устойчивее, чем больше в ней видов и чем более разветвлены её пищевые связи. Именно поэтому дубрава или озеро существуют веками без вмешательства, а поле пшеницы — искусственная экосистема из одного вида — погибает без человека за один-два сезона: заменить выпавшее звено там нечем.

Второе следствие — почему цепи на схеме перекрываются. Один организм может быть консументом разного порядка в разных цепях. В цепи «листья дуба → гусеница → синица → ястреб» ястреб — консумент третьего порядка. В цепи «жёлуди → лесная мышь → ястреб» тот же ястреб — консумент второго порядка. Противоречия здесь нет: порядок — это не свойство животного, а его место в конкретной цепи. Поэтому в задании 19, где спрашивают порядок, всегда считают по той цепи, которая проходит через названный организм и начинается с продуцента.

Третье следствие. Изменение численности одного вида доходит по сети до многих, но слабеет с каждым звеном. Прямые соседи по цепи реагируют сильно и предсказуемо, дальние — слабее. Поэтому в задании 21 спрашивают обычно о ближайших соседях, и рассуждать надо по стрелкам, шаг за шагом, а не «по ощущению».

Разговор об экосистеме всегда упирается в два слова: круговорот веществ и поток энергии. Их различие — не тонкость, а основа, и вопросы о нём встречаются и в линии 12 (верно ли суждение), и в развёрнутых заданиях.

Вещества движутся по кругу. Углерод из воздуха попадает в растение при фотосинтезе, из растения — в травоядное, из травоядного — в хищника, а из остатков всех троих редуценты возвращают его в почву и воздух. Тот же атом углерода может побывать в листе дуба, в гусенице и в синице, а потом снова в листе. Поэтому экосистеме не нужен приток новых атомов: те же самые используются многократно.

Энергия течёт в одну сторону. Она приходит от Солнца, запасается продуцентами в органическом веществе, передаётся по цепи — и на каждом шаге около 90 % её рассеивается в виде тепла, которое живому уже недоступно. Обратно в экосистему это тепло не возвращается. Поэтому Солнце должно светить постоянно: без нового поступления энергии круговорот веществ остановится.

Отсюда ответ на вопрос «какова роль растений в экосистеме». Он двойной: растения — единственный вход энергии (никто другой не умеет переводить солнечный свет в органическое вещество) и начало любой пищевой цепи. Ответ «растения выделяют кислород» верен, но неполон: кислород — следствие, а суть — в запасании энергии.

Три круговорота, о которых стоит знать. Круговорот углерода: фотосинтез забирает углекислый газ, дыхание и разложение возвращают его. Круговорот кислорода: выделяется при фотосинтезе, расходуется при дыхании и горении. Круговорот азота: из воздуха его переводят в доступную форму клубеньковые бактерии на корнях бобовых, а возвращают в воздух другие бактерии. Именно поэтому посев бобовых обогащает почву азотом — вопрос, который встречается и в экологии, и в разделе о бактериях.

Что нарушает круговорот. Человек, изымая урожай с поля, разрывает кольцо: вещества уходят с зерном и не возвращаются в почву. Восполнять их приходится удобрениями. Это и есть главное различие между природной экосистемой и агроценозом, и о нём спрашивают постоянно.