Пищевые сети, экологическая пирамида и фауна природных зон
Построим пищевую сеть, объясним пирамиду энергии и разберём, как климат, пища, барьеры и история определяют фауну природных зон.
Федеральная программа · базовый уровень · 8 класс
Животные в природных сообществах
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Пищевые связи и трофические уровни
- Продуценты, консументы, детритофаги и редуценты
- Пищевая цепь и сеть
- Экологическая пирамида энергии и её ограничения
- Экосистема
- Фауна природных зон Земли
- Климат, ресурсы, барьеры, миграции и история как причины распределения животных
Как это устроено
Пищевая цепь показывает один маршрут от растения к потребителю, а сеть соединяет многие маршруты. Стрелку удобно проводить от съедаемого к тому, кто его ест, чтобы показать направление переноса вещества и энергии. Например, растение → гусеница → синица и растение → мышь → сова могут пересекаться через другие виды. Без направления стрелок схема становится двусмысленной. Реальный вид часто ест несколько ресурсов и сам служит нескольким потребителям.
Растения и другие продуценты вводят энергию в пищевую сеть, консументы используют готовое вещество, детритофаги измельчают и поедают остатки, микроорганизмы разлагают органику. Энергия при каждом переходе частично рассеивается как тепло и расходуется на жизненные процессы, поэтому к высоким трофическим уровням обычно поступает меньше энергии. Пирамида энергии не означает фиксированный «закон 10%» для каждого перехода: доли зависят от видов и условий. Пирамида численности и пирамида биомассы могут иметь другие формы.
Фауна отражает климат, историю заселения, растительность и деятельность человека. В тундре важны холод, короткий сезон и сезонные перемещения; в тайге — мозаика хвойных лесов и болот; в степи — открытые пространства и колебания влаги. Примеры: северный олень в тундре, белка в тайге, сайгак в степи, но ни один вид не ограничен идеально проведённой линией зоны и не встречается всюду внутри неё. Для России распределение проверяют по актуальным картам ареалов.
Климат влияет на выживание животных прямо — через температуру и доступ воды — и косвенно через растения, добычу и убежища. Тундра, тайга, степь и пустыня различаются не одной цифрой температуры. Некоторые северные олени используют тундровые пастбища сезонно, а лоси связаны с мозаикой лесов, болот и водоёмов. Североамериканские прерии служили местообитанием бизонов; в отдельных пустынях Северной Америки кенгуровые крысы пережидают дневную жару в норах. Эти примеры относятся к разным континентам и не являются списком фауны России.
Ареал вида — область его действительного присутствия, а природная зона — широкая характеристика среды; границы не совпадают автоматически. Подходящий лес за морем может остаться недоступным для наземного вида, если он туда не расселился. После длительной изоляции области могут иметь эндемичные виды. Широтная зональность описывает крупные изменения условий на равнинах, высотная поясность — в горах; ни та ни другая не предсказывает полный перечень животных по одной координате. Для вывода нужны данные о растительности, пище, барьерах, истории и наблюдениях.
Сезонная миграция означает, что животное может встречаться в разных сообществах в разные месяцы, не меняя принадлежности к виду. Не каждое животное одной зоны мигрирует и не все особи вида используют один маршрут. Фауна территории — список видов для указанного места и периода; чтобы сравнить две фауны, нужно сопоставить одинаковые сроки и усилия наблюдения. Фотография одного зверя не доказывает ни полного ареала вида, ни постоянного проживания популяции на участке.
Экосистема включает не только животных и растения, но и воду, почву, свет, температуру и микробов. Изменение одного звена может повлиять на другие, но прогноз требует количественных данных: исчезновение одного хищника не всегда вызывает одинаковый результат в каждом сообществе. Школьная сеть служит началом причинного рассуждения, а не точным предсказанием численности всех видов.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Экосистема
Система взаимодействующих организмов и неживых компонентов среды с потоками энергии и круговоротами веществ.
Пример: Пруд включает воду, донные отложения, растения, микроорганизмы и животных, связанных обменом веществ.
- Пищевая цепь
Упрощённая последовательность организмов, в которой каждый следующий получает вещество и часть энергии, поедая предыдущего; стрелка направлена от пищи к потребителю.
Пример: Берёза → гусеница → синица: гусеница ест листья берёзы, а синица может съесть гусеницу; это только один маршрут внутри пищевой сети.
- Пищевая сеть
Совокупность пересекающихся пищевых цепей в сообществе, учитывающая, что вид обычно связан с несколькими ресурсами или потребителями.
Пример: Синица ест разных насекомых, а сама может стать добычей разных хищников.
- Трофический уровень
Положение организма в передаче энергии от первичных продуцентов через потребителей, приблизительно определяемое его пищей.
Пример: Гусеница, питающаяся листьями, обычно относится к уровню первичных потребителей.
Важно: Всеядный вид может питаться на нескольких уровнях; присвоение одного уровня — приближение.
- Продуцент
Организм, образующий органическое вещество из неорганических источников с использованием энергии света или химических реакций.
Пример: Зелёное растение производит органическое вещество при фотосинтезе.
- Консумент
Организм, получающий готовое органическое вещество, поедая другие организмы или их продукты; степень консумента зависит от конкретной пищи в цепи.
Пример: Заяц, поедающий растения, — первичный консумент; лисица, съевшая зайца, — потребитель следующего уровня, но её рацион не обязан состоять только из зайцев.
- Детритофаг
Животное, поедающее детрит — мёртвые органические остатки вместе со связанными с ними микроорганизмами; измельчение облегчает дальнейшее разложение.
Пример: Дождевой червь заглатывает почву с разлагающимися листьями и микробами, измельчает материал, но не выполняет всю работу бактерий и грибов.
- Редуцент
Организм, разлагающий органическое вещество до более простых соединений, возвращающихся в круговорот веществ.
Пример: Почвенные бактерии и грибы разлагают остатки растений и животных, высвобождая доступные соединения; дождевой червь помогает дробить материал, но его роль отличается.
- Экологическая пирамида энергии
Графическое сравнение потока энергии по трофическим уровням за определённое время и площадь; на более высоких уровнях доступная энергия обычно меньше.
Пример: Через растения за год проходит больше энергии, чем через питающихся ими животных на той же территории; для точных величин нужны измерения, а не рисунок.
- Фауна
Совокупность видов животных определённой территории или геологического периода с явно указанными границами и временем наблюдения.
Пример: Фауна тундры отличается от фауны степи, но для честного сравнения надо уточнить регион и сезон: мигрирующий вид присутствует не круглый год.
- Природная зона
Крупная территория с характерным сочетанием климата, почв, растительности и животных, имеющая переходы и местные исключения.
Пример: В тайге преобладают хвойные леса, но рядом с ними есть болота, реки и вырубки.
- Биогеография
Раздел науки, изучающий, где встречаются организмы и как на их распределение влияют среда, расселение и история территорий.
Пример: Биогеограф сравнивает фауну острова и материка, учитывая расстояние между ними и условия обитания.
- Ареал вида
Географическая область, в пределах которой вид действительно встречается в рассматриваемый период; она не равна всем местам с теоретически подходящим климатом.
Пример: Карта ареала показывает зарегистрированные области обитания вида, а не каждый лес с похожей температурой.
- Широтная зональность
Закономерная смена крупных сочетаний климата и сообществ при движении между широтами, нарушаемая местными условиями и историей.
Пример: На равнинах северного полушария переход от тундры к северным лесам часто связан с изменением тепла и длительности сезона.
- Высотная поясность
Смена условий и сообществ с подъёмом в горах; она может напоминать широтную смену, но не повторяет её полностью.
Пример: На горе лес может уступать место открытой высокогорной растительности, хотя широта почти не меняется.
- Барьер расселения
Препятствие перемещению и закреплению вида в новой области, зависящее от возможностей именно этого организма.
Пример: Широкий морской пролив мешает расселению многих наземных животных, но не обязательно перелётных птиц.
- Сезонная миграция
Регулярное перемещение животных между участками в разные времена года, связанное с пищей, размножением или условиями среды.
Пример: Некоторые стада северных оленей перемещаются между сезонными пастбищами; не все популяции проходят один маршрут.
- Эндемик
Вид, естественный ареал которого ограничен определённой географической областью; слово не означает, что вид есть в каждой её точке.
Пример: У изолированного острова могут быть собственные эндемичные виды, которых нет на материке.
- Фауна тундры
Совокупность видов животных тундровых территорий, состав которой различается по регионам и сезонам и связан с холодом и коротким периодом высокой продуктивности.
Пример: Северный олень использует некоторые тундровые участки сезонно, а арктический песец встречается в ряде высокоширотных районов.
- Фауна тайги
Совокупность животных северных лесов, включая виды древесных, болотных и прибрежных местообитаний внутри таёжной зоны.
Пример: Лось может кормиться на лесных и болотных участках тайги, но не населяет каждый квадратный километр леса.
- Фауна степи
Совокупность видов животных открытых травянистых областей умеренных широт; она зависит от растительности, климата и истории региона.
Пример: Бизон исторически был характерен для североамериканских прерий, которые относятся к травянистым сообществам умеренных широт.
- Фауна пустыни
Совокупность видов животных очень сухих областей, где доступ воды и температурный режим влияют на поведение и использование убежищ.
Пример: Кенгуровые крысы некоторых пустынь Северной Америки прячутся в норах днём и активны в прохладное время.
Пример по шагам
В схеме «трава → кузнечик → лягушка → уж» стрелки идут слева направо. Что означает стрелка от кузнечика к лягушке и почему на каждом следующем уровне обычно меньше энергии?
- Лягушка получает вещество и часть энергии, поедая кузнечика.
- Кузнечик уже потратил часть полученной энергии на движение, дыхание и другие процессы.
- При переходе к лягушке доступна лишь часть потока, поэтому к более высоким уровням обычно доходит меньше энергии.
Вывод: Стрелка показывает путь пищи и энергии, а не движение животного по полю.
Практическая работа
Сеть небольшого пруда
- По готовому списку видов пруда проведите стрелки от водорослей, растений и детрита к тем, кто их потребляет.
- Отметьте минимум два пересечения цепей и организм, использующий пищу с разных уровней.
- Составьте качественную пирамиду энергии и явно подпишите, что точных потоков энергии без измерений вы не знаете.
Что можно заключить: Сеть лучше отражает многообразие пищевых связей, а пирамида энергии показывает направление изменений потоков, не точные числа без данных.
Безопасность: Не собирайте организмы из водоёма; используйте опубликованные данные и изображения.
Попробуйте сами
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Сверка содержания
Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.