Харчові зв’язки, потоки енергії. Колообіг речовин в екосистемах
Природа не знає жодних правил, їй відомі лише закони.
Д. Адамс
Урок у форматі відео:
Спробуємо відповісти на запитання.
Що таке екосистема? Які бувають екосистеми? Який склад мають екосистеми? Чим природні екосистеми відрізняються від штучних (агроценозів)?
Чи можуть організми в екосистемах існувати самостійно, не взаємодіючи між собою?
Поміркуйте! Що пов’язує ці організми між собою? За якими законами , правилами функціонує екосистема?
НОВИЙ МАТЕРІАЛ
Харчові, трофічні ланцюги.
Як ви гадає за рахунок чого в екосистемі відбувається обмін речовин, енергії та інформації ?
«Лови підказку» (казка).
Якось раз господарка не дала кішці молока, та образилася на неї й пішла з дому. Розвелися в будинку миші, з’їли все зерно, а коли нічого було їсти, повтікали в поле і стали там рити нори. Зруйнували гнізда джмелів. Відлетіли джмелі – нікому було запилювати конюшину, не стало конюшини. Не дала господарка корові їсти, а та не дала їй молока.
Всередині екосистеми обмін речовин, енергії та інформації здійснюється завдяки діяльності продуцентів, консументів й редуцентів, пов’язаних між собою харчовими зв’язками.
Це послідовний ряд живих організмів, пов’язаних харчовими зв’язками, який відображає передачу речовини та енергії в екосистемі, він називається ланцюгом живлення. Термін «ланцюг живлення» запропонував Елтон у 1934 р.
Складіть ланцюг живлення до казки. З якого компонента починається цей ланцюг.
Виживання хижака безпосередньо залежить від того, наскільки ефективно він полює на жертву. Водночас жертва для збереження себе та свого виду повинна мати можливість уникнути поїдання. Такий «конфлікт інтересів» веде до своєрідних «перегонів озброєнь»: хижаки удосконалюють методи полювання, а жертви — способи захисту. Якщо один із видів відстане в цих перегонах, йому загрожує вимирання.
Це дуже нагадує ситуацію, описану Льюїсом Керроллом в «Алісі в Задзеркаллі»:
«— У нас, — пояснила Аліса, ледь переводячи дух, — коли отак довго мчиш, мов ошпарений, то зазвичай опиняєшся в іншому місці.
— Яка повільна країна! — зауважила Королева. — А в нас, як бачиш, біжиш мов ошпарений, аби тільки втриматися на місці».
Подібно до Чорної Королеви, заради того, щоб вижити, і хижакам, і жертвам треба постійно еволюціонувати, відповідаючи на еволюційні пристосування опонентів. Це явище іноді ще образно називають принципом Чорної Королеви, а взаємозалежний паралельний розвиток видів, які пов’язані в одній екосистемі, — коеволюцією. Насправді, цей принцип стосується не лише хижих тварин, а й загалом усіх організмів, що харчуються один іншим, зокрема й рослиноїдних видів.
Дуже яскраво цю проблему розкрив у казці «Маленький принц» Антуан де Сент-Екзюпері: «Мільйони років у квітів ростуть колючки. I мільйони років баранці все ж їдять квіти. То хіба це не поважна річ — зрозуміти, чому вони так стараються випустити колючки, які їм нічого не дають?»
Відповідно до принципу Чорної Королеви, рослини та рослиноїдні тварини (фітофаги) в екосистемі коеволюціонують — рослини виробляють пристосування для захисту від фітофагів (наприклад, колючки), а фітофаги — способи обійти захисні механізми рослин.
Трофічна мережа.
У природі майже не буває випадків, коли організм входить до складу лише одного харчового ланцюга: кожна жива істота пов’язана харчовими зв’язками з безліччю інших видів. Зайців їдять не тільки вовки, а й лиси та яструби; синиці харчуються не тільки комахами, а й насінням і плодами рослин. У результаті сукупність харчових ланцюгів формує складну структуру взаємин. трофічну (харчову) мережу.
Проаналізуйте трофічну мережу діброви.
Основні закономірності функціонування екосистем.
Давайте разом проаналізуємо завдяки чому екосистеми розвиваються та функціонують протягом часу?
Функціонування екосистем – сукупність процесів, що забезпечують діяльність, існування та розвиток екосистеми в часі.
Основними закономірностями функціонування екосистем є такі.
Правило екологічної піраміди (закон піраміди енергії Р. Ліндемана (1942), правило «десяти відсотків»): екологічна ефективність кожної наступної ланки приблизно в 10 разів менша попередньої внаслідок втрат енергії на кожному трофічному рівні.
Екологічна піраміда – це графічне відображення трофічної структури ланцюга живлення. Залежно від показника, покладеного в основу, є різні види екологічних пірамід:
піраміда чисел – відображає кількість особин у кожному рівні ланцюга живлення; може бути оберненою;
піраміда біомаси – кількість органічної речовини; лише прямого типу;
піраміда енергії – кількість енергії в їжі; лише прямого типу.
2. Закон односпрямованості потоку енергії: енергія, що її отримує екосистема, передається в одному напрямку від продуцентів до консументів та редуцентів. Оскільки із зворотним потоком (від редуцентів до продуцентів) надходить мізерна кількість від вихідної енергії (не більш ніж 0,25 %), говорити про колообіг енергії не можна.
Ця закономірність ілюструє другий закон термодинаміки: будь-який вид енергії врешті-решт перетворюється в теплоту.
Закон внутрішньої динамічної рівноваги: речовина, енергія, інформація та процеси, що їх пов’язують, перебувають у тісному взаємозв’язку. Зміна одного з показників неминуче призводить до змін інших за умови збереження фундаментальних властивостей – саморегуляції, самооновлення та самовідтворення.
Практичне застосування знань з правил екологічної піраміди
За цим законом можна виконувати розрахунки земельних площ, лісових угідь з метою забезпечення людей продовольством та іншими ресурсами.
Для сільського господарства. Це дає можливість розраховувати необхідну площу орних земель, визначати стратегію розвитку сільського господарства. Наприклад, найбільш дешевою є продукція рослинництва; утримання хижих тварин є дорогим, тощо.
Знання законів продуктивності екосистем і а кількісний облік потоку енергії мають велике практичне значення:
по-перше, первинна продукція агроценозів і природних угруповань – основне джерело харчування для людства;
по-друге, одержана за рахунок сільськогосподарських тварин вторинна продукція не менш важлива, тому що містить тваринні білки.
Усі вони, хоч і відрізняються за абсолютними значеннями, мають однакову спрямованість, що відображає чисельність окремих організмів в угрупованнях, і разом з нею виявляють характерні особливості біоценозів.
Підсумки.
Підвести до розуміння того, що активна громадянська позиція сприяє збереженню екосистеми, успішні результати залежать від співпраці та відповідальності кожного.
Обговорення: Які практичні заходи ви запропонуєте щодо порятування павутини життя? Які конкретно кроки можете зробити ви для збереження навколишнього середовища?
Все на землі, все треба берегти:
І птаха, й звіра, дерево й травинку.
Не чванься тим, що цар природи ти,
Бо, врешті, ти — лише її частинка.
Ти частка — невелика і залежна.
Цю істину сприймай беззастережно.
Якщо береш, то треба й віддавати,
Коли й надалі хочеш існувати.
