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I consumatori, il loro ruolo nel funzionamento dell'ecosistema. Biologia al Liceo Le piante possono fungere da consumatori?

I consumatori sono organismi eterotrofi (prevalentemente animali) che consumano materia organica da altri organismi - vegetali (erbivori - fitofagi) e animali (carnivori - zoofagi).[...]

I consumatori (consumare - consumare) o gli organismi eterotrofi (heteros - altro, trofeo - cibo) eseguono il processo di decomposizione delle sostanze organiche. Questi organismi utilizzano la materia organica come materiale nutritivo e fonte di energia. Gli organismi eterotrofi si dividono in fagotrofi (phaqos - divoratore) e saprotrofi (sapros - marci).[...]

I consumatori utilizzano in parte il grano per sostenere i processi vitali (“costi respiratori”), in parte costruiscono il proprio corpo sulla base di esso, realizzando così la prima, fondamentale fase di trasformazione della materia organica sintetizzata dai produttori. Il processo di creazione e accumulo di biomassa a livello dei consumatori è denominato produzione secondaria.[...]

I consumatori sono animali eterotrofi che consumano sostanze organiche già pronte. I consumatori di primo ordine possono utilizzare la materia organica proveniente dalle piante (erbivori). Gli eterotrofi che utilizzano cibo animale sono divisi in consumatori degli ordini II, III, ecc. (carnivori). Tutti utilizzano l'energia dei legami chimici immagazzinati nelle sostanze organiche dai produttori.[...]

CONSUMATORI - organismi che consumano sostanze organiche già pronte, ma non decompongono queste sostanze in semplici componenti minerali (cfr. decompositori). L'insieme dei K. forma catene trofiche (livelli), in cui si distinguono K. del primo ordine (erbivori) e K. del secondo, terzo e successivi ordini (predatori).[...]

I consumatori sono organismi, che comprendono tutti gli animali che consumano sostanze organiche già pronte create da specie fotosintetiche o chemiosintetiche - produttori. A differenza dei distruttori, non portano le sostanze organiche alla completa decomposizione in semplici componenti minerali […].

Non esistono consumatori che vivono isolati: sono tutti influenzati da altri consumatori. L'esempio più ovvio è la concorrenza; molti consumatori si trovano ad affrontare una concorrenza di sfruttamento per risorse alimentari limitate quando la densità dei consumatori è elevata e le quantità di cibo sono basse; in questo caso, all'aumentare della densità dei consumatori, diminuisce il tasso di consumo alimentare da parte di ciascun individuo. Tuttavia, anche se le scorte di cibo non sono limitate, il tasso di consumo alimentare per individuo può diminuire con l’aumento della densità dei consumatori a causa di una serie di interazioni, generalmente chiamate interferenze reciproche. Ad esempio, molti consumatori interagiscono con altri individui di una popolazione su base comportamentale; Ciò lascia meno tempo per il consumo di cibo e il tasso di consumo di cibo generalmente diminuisce.[...]

Se il consumatore lascia rapidamente l'area di alimentazione, questo periodo sarà breve (/r + 5cr. nella Fig. 9.21.5). Ma allo stesso tempo riceverà corrispondentemente poca energia (Ecr). Il tasso di produzione di energia (per l'intero periodo £¿ + 5) sarà dato dalla pendenza del segmento OB [i.e. e.£Kr./(+ 5Kr.)]. Allo stesso tempo, se il consumatore rimane a lungo sul posto (5DL), allora riceverà molta più energia (£DL); ma in generale, il tasso di produzione (pendenza del segmento Ob) cambierà poco. Per massimizzare il tasso di produzione di energia nel periodo ¿/ + 5, è necessario raggiungere il valore massimo della pendenza del segmento che collega il punto O con la curva di consumo. Ciò si ottiene semplicemente tracciando una tangente alla curva (linea OP in Fig. 9.21, B). È impossibile tracciare una linea retta dal punto O ancora più ripida e tale da intersecare la curva, e quindi il tempo di sosta ottenuto utilizzando la tangente è ottimale (50Pm).[...]

Le reazioni dei consumatori agli spot alimentari spesso non hanno solo una componente spaziale, ma anche temporale. In questi casi, il comportamento dei personaggi principali ricorda un “gioco a nascondino”.[...]

P - produttori C, - consumatori primari. D. Artropodi del suolo - secondo Engeliann (1968).[...]

Tutti i componenti viventi di un ecosistema - produttori, consumatori e decompositori - costituiscono la biomassa totale ("peso vivo") della comunità nel suo insieme o delle sue singole parti, alcuni gruppi di organismi. La biomassa è solitamente espressa in termini di peso umido e secco, ma può anche essere espressa in unità di energia - calorie, joule, ecc., il che rende possibile identificare la relazione tra la quantità di energia in entrata e, ad esempio, la biomassa media .[...]

Una persona che mangia carne di mucca è un consumatore secondario al terzo livello trofico, mentre mangia piante è un consumatore primario al secondo livello trofico. Ogni persona necessita di circa 1 milione di kcal di energia ricevuta attraverso il cibo all'anno per il funzionamento fisiologico dell'organismo. L'umanità produce circa 810,5 kcal (con una popolazione di oltre 6 miliardi di persone), ma questa energia è distribuita in modo estremamente disomogeneo. Ad esempio, in città il consumo energetico pro capite raggiunge gli 80 milioni di kcal all’anno, ovvero Per tutti i tipi di attività (trasporti, casa, industria), una persona spende 80 volte più energia di quella necessaria al suo corpo.[...]

Allo stesso tempo, non ci si può aspettare che il tasso di natalità, il tasso di crescita e il tasso di sopravvivenza dei consumatori aumentino indefinitamente con l’aumento della disponibilità di cibo. I consumatori raggiungono uno stato di sazietà e il tasso di consumo di cibo raggiunge gradualmente un livello costante, al quale non dipende dalla quantità di cibo disponibile (Fig. 8.7); pertanto, anche il guadagno ricevuto dal consumatore raggiunge un livello costante. Pertanto, esiste un limite alla quantità di cibo che una data popolazione di consumatori può mangiare, un limite agli effetti dannosi sulla sua popolazione di prede e un limite al quale la popolazione di consumatori può aumentare di dimensioni [...].

In un ecosistema, le connessioni tra cibo ed energia vanno nella direzione: produttori -> consumatori -> decompositori.[...]

Ogni biocenosi comprende i seguenti componenti funzionali: produttori, consumatori degli ordini I-III, nonché decompositori che formano catene alimentari di diverso tipo (pascolo e detriti). Questa struttura dell'ecosistema garantisce il trasferimento di energia da un collegamento (livello trofico) all'altro. In condizioni reali, le catene alimentari possono avere un numero diverso di anelli, inoltre le catene trofiche possono intersecarsi formando reti alimentari. Quasi tutte le specie animali, ad eccezione di quelle molto specializzate dal punto di vista alimentare, utilizzano non una sola fonte alimentare, ma diverse. Se un membro della biocenosi abbandona la comunità, l’intero sistema non viene interrotto, poiché vengono utilizzate altre fonti di cibo. Maggiore è la diversità delle specie in una biocenosi, più stabile è. Ad esempio, nella catena alimentare pianta-lepre-volpe ci sono solo tre anelli. Ma la volpe si nutre non solo di lepri, ma anche di roditori e uccelli. La lepre ha anche tipi di cibo alternativi: parti verdi delle piante, fusti secchi (“fieno”), ramoscelli di alberi e arbusti, ecc.[...]

Un terzo dei gruppi di organismi che partecipano al ciclo della materia nella biosfera sono consumatori, organismi che si nutrono di materia organica viva o morta. La differenza tra consumatori e decompositori, che si nutrono anche di materia organica, è che per la loro attività vitale utilizzano solo una parte dell'energia (in media circa il 90%) contenuta nella materia organica degli alimenti, e non tutta la materia organica degli alimenti è trasformati in composti inorganici […]

Nel caso delle catene alimentari delle foreste da pascolo, quando gli alberi sono produttori e gli insetti sono consumatori primari, il livello dei consumatori primari è numericamente più ricco di individui del livello del produttore. Pertanto, le piramidi di numeri possono essere invertite. Ad esempio nella Fig. La Figura 9.7 mostra piramidi di numeri per gli ecosistemi della steppa e delle foreste della zona temperata.[...]

Le risorse biologiche sono tutti i componenti della biosfera che formano l'ambiente vivente: produttori, consumatori e decompositori con materiale genetico in essi contenuto (Reimers, 1990). Sono fonti attraverso le quali le persone possono ricevere benefici materiali e spirituali. Questi includono oggetti commerciali, piante coltivate, animali domestici, paesaggi pittoreschi, microrganismi, quindi risorse vegetali, risorse animali, ecc. Le risorse genetiche sono di particolare importanza.[...]

Inoltre, i risultati della modellizzazione diventano diversi se si tiene conto del fatto che le popolazioni dei consumatori sono influenzate dalle risorse alimentari e che queste non dipendono dall’influenza dei consumatori (¡3,/X), 3(/ = 0: il così- chiamato “sistema regolato dai donatori”), in questo tipo di rete alimentare, la stabilità è indipendente dalla complessità o aumenta con essa (DeAngelis, 1975). In pratica l'unico gruppo di organismi che solitamente soddisfa questa condizione sono i detritivori.[...]

L'uomo fa parte della componente biotica della biosfera, dove è collegato da catene alimentari con i produttori, è un consumatore di primo e secondo (a volte terzo) ordine, un eterotrofo, utilizza materia organica e sostanze nutritive già pronte, è incluso in il ciclo delle sostanze nella biosfera e obbedisce alla legge dell'unità fisica e chimica della materia B .AND. Vernadsky - la materia vivente è unita fisico-chimicamente.[...]

L'esempio sopra mostra come la stessa risorsa (pianta di lampone) può essere utilizzata da un'ampia varietà di consumatori; Mostra anche quanti consumatori apparentemente non correlati possono tuttavia interagire attraverso una risorsa comune (vedi Capitolo 7).[...]

Il livello trofico è la posizione di ciascun anello della catena alimentare. Il primo livello trofico è quello dei produttori, tutto il resto sono i consumatori.[...]

Le comunità biotiche di ciascuna di queste zone, ad eccezione di quella eufotica, si dividono in bentoniche e pelagiche. In essi, i consumatori primari includono lo zooplancton; gli insetti marini vengono sostituiti ecologicamente dai crostacei. La stragrande maggioranza dei grandi animali sono predatori. Il mare è caratterizzato da un gruppo molto importante di animali detti sessili (attaccati). Non si trovano nei sistemi di acqua dolce. Molti di loro assomigliano alle piante e da qui i loro nomi, ad esempio crinoidi. Mutualismo e commensalismo sono qui ampiamente sviluppati. Tutti gli animali bentonici nel loro ciclo vitale attraversano lo stadio pelagico sotto forma di larve.[...]

Tuttavia, senza dubbio, una regola più generale è una diminuzione del tasso di consumo di cibo da parte di un individuo man mano che aumenta la densità di popolazione dei consumatori. È probabile che questo declino abbia effetti negativi sulla fertilità, sulla crescita e sulla probabilità di mortalità individuale, e questo effetto negativo aumenterà con l’aumento della densità. Pertanto, nella popolazione dei consumatori viene esercitato un controllo dipendente dalla densità e, di conseguenza, l'interferenza reciproca stabilizza la dinamica della popolazione dei predatori e la dinamica delle popolazioni interagenti di predatore e preda.[...]

La massa organica creata dalle piante per unità di tempo è chiamata produzione primaria della comunità e la produzione di animali o altri consumatori è chiamata secondaria. Ovviamente la produzione secondaria non può essere maggiore della produzione primaria e nemmeno pari ad essa. I prodotti sono espressi quantitativamente nella massa umida o secca delle piante o in unità di energia - il numero equivalente di joule [...].

L'energia viene trasferita da organismo a organismo, creando una catena alimentare o trofica: dagli autotrofi, produttori (creatori) agli eterotrofi, consumatori (mangiatori) e così via 4-6 volte da un livello trofico all'altro.[...]

Nell'agrocenosi, come in ogni biocenosi, si sviluppano catene alimentari. Un anello obbligatorio in queste catene è una persona, e qui agisce come un consumatore di primo ordine, e con lui la catena alimentare viene interrotta. Le agrocenosi sono molto instabili e esistono senza intervento umano da 1 anno (cereali, verdure) a 20-25 anni (frutta e bacche).[...]

LA COMUNITÀ è un insieme di individui interconnessi, specie interconnesse all'interno di un determinato spazio.[...]

La preferenza classificata prevale quando gli alimenti possono essere classificati in base a un unico indicatore. Una dieta mista è preferibile per vari motivi.[...]

La biocenosi (“bios” - vita, “cenosis” - comunità, Karl Moebius, 1877) è l'intero complesso di specie che vivono insieme e sono interconnesse tra loro. Le biocenosi, come le popolazioni, sono un livello sovraorganismo di organizzazione della VITA.[...]

I predatori che si nutrono di erbivori e i “superpredatori” che si nutrono sia degli stessi erbivori che di predatori più piccoli costituiscono i livelli dei consumatori di 2° e 3° ordine. Parte della materia organica creata dai produttori non raggiunge il livello dei consumatori come cibo, ma, insieme ai residui organici di tutti i livelli, viene lavorata da organismi che si nutrono di residui organici morti, distruttori, e viene infine distrutta da funghi e microrganismi, che sono detti decompositori. Molti autori, tuttavia, uniscono questi due gruppi di organismi in uno solo sotto uno dei due nomi. L'analisi del funzionamento dei sistemi di connessioni tra diversi livelli, il ruolo delle singole specie e dei gruppi di specie nel trattamento della materia e dell'energia nelle reti trofiche, e sono sempre molto più complessi di uno schema "piramidale" generalizzato, costituisce il principale contenuti della ricerca ambientale.[...]

Non è difficile notare che quanto più corta è la catena alimentare di una popolazione, tanto maggiore è la quantità di energia disponibile per la sua attività vitale. Pertanto, per un dato output della produzione primaria dell'ecosistema, la transizione a ciascun livello successivo della catena alimentare riduce drasticamente il numero di consumatori (fino a 10 volte) che possono nutrirsi.[...]

L'effetto benefico del cibo sui singoli predatori non è difficile da immaginare. Un aumento della quantità di cibo consumato, in generale, porta ad un aumento del tasso di crescita, sviluppo e riproduzione e ad una diminuzione della mortalità. Tuttavia, ci sono una serie di situazioni in cui il rapporto tra il tasso di consumo di cibo e il guadagno ricevuto dal predatore risulta essere più complesso di quanto sembri a prima vista.[...]

Negli ecosistemi terrestri, le piante da fiore tipicamente dominano non solo il loro livello trofico, ma anche l'intera comunità, poiché forniscono rifugio alla stragrande maggioranza degli organismi della comunità e, inoltre, hanno una varietà di influenze sull'ambiente abiotico. I consumatori possono anche svolgere un ruolo regolatore nell’intera comunità. Dove le piante sono di piccole dimensioni, gli animali hanno un’influenza abbastanza grande sull’ambiente fisico.[...]

Tutti gli animali necessitano innanzitutto di una certa quantità di cibo semplicemente per sopravvivere (Figura 8.6) e, a meno che questa soglia non venga superata, l'animale non sarà in grado di crescere e riprodursi e quindi non sarà in grado di produrre prole. In altre parole, un basso tasso di consumo alimentare non dà semplicemente un guadagno troppo scarso al consumatore, ma influenza piuttosto la velocità con cui si avvicina alla morte per fame [...].

Creano biomassa, che contiene l'energia potenziale dei legami chimici. Pertanto, sono chiamati produttori - produttori. Il tasso di accumulo di energia a livello del cono è chiamato produttività secondaria.[...]

Nelle vicinanze dell'impianto, è stata trovata una colonia di talpe a una distanza di 16 km dal centro di emissione, le arvicole sono state catturate a non meno di 7-8 km e i toporagni sono stati catturati a 3-4 km. Inoltre, a queste distanze dalla pianta, gli animali non vivono stabilmente, ma entrano solo temporaneamente. Ciò significa che la biogeocenosi, con l’aumento del carico antropico, si semplifica soprattutto a causa della perdita o della forte riduzione dei consumatori (vedi Fig. 4) e il circuito di circolazione del carbonio (e degli altri elementi) diventa bipartito: produttori e recettori .[...]

Un ecosistema è un insieme di organismi e componenti inorganici in cui può essere mantenuta la circolazione della materia. Qualsiasi ecosistema include una parte vivente: la biocenosi e il suo ambiente fisico. Gli ecosistemi più piccoli fanno parte di ecosistemi sempre più grandi, fino ad arrivare all'ecosistema complessivo della Terra: la biosfera. Un ecosistema può garantire la circolazione della materia solo se sono presenti quattro componenti: riserve di nutrienti, produttori, consumatori e decompositori.[...]

Uno dei motivi della mancanza di dati paleontologici sull'Archeano e sul Proterozoico è la mancanza di scheletri, esterni o interni, che potrebbero essere conservati come fossili. Una delle ipotesi al riguardo, più vicina alla visione ecologica dell'evoluzione, è che per lungo tempo il livello di produzione di materia organica da parte dei fotosintetici, rappresentato principalmente dal fitoplancton, alghe microscopiche galleggianti negli strati superiori dell'acqua, era sufficienti o addirittura eccessivi per sostenere la vita di una varietà di consumatori che si nutrivano di alghe vive o morte e si sono evoluti per migliorare i meccanismi di filtraggio dell'acqua o di raccolta del limo. Una parte significativa dei moderni organismi marini ha mantenuto la propria dieta composta da minuscole particelle organiche filtrate (spugne, molti molluschi, crostacei, cordati larvali e molti altri) o dal limo raccolto dal fondo. Questo tipo di biosfera, i cui ecosistemi consistevano probabilmente solo di tre livelli: produttori, consumatori e decompositori, microrganismi che alla fine decompongono la materia organica, esisteva sulla Terra da molto tempo.[...]

Oltre a illustrare la potenziale importanza della sazietà dei predatori, l’esempio della resa evidenzia un altro problema legato alla scala temporale delle interazioni. I consumatori di semi non sono in grado di trarre il massimo profitto (o causare il massimo danno) da un raccolto abbondante perché il loro tempo di generazione è troppo lungo. Un ipotetico consumatore di semi, che potrebbe produrre diverse generazioni nel corso di una stagione, sarebbe in grado, con cibo abbondante, di aumentare esponenzialmente la sua popolazione e distruggere il raccolto. -In generale, i consumatori con tempi di generazione relativamente brevi tendono a ripetere le fluttuazioni nell’abbondanza delle loro prede, mentre i consumatori con tempi di generazione relativamente lunghi richiedono un periodo più lungo per rispondere all’aumento dell’abbondanza delle prede e per riprendersi dal calo dell’abbondanza delle prede.

IN biocenosi Gli organismi viventi sono strettamente connessi non solo tra loro, ma anche con la natura inanimata. Questa connessione si esprime attraverso la materia e l'energia.

Il metabolismo, come sai, è una delle principali manifestazioni della vita. In termini moderni, gli organismi sono sistemi biologici aperti perché sono collegati al loro ambiente da un flusso costante di materia ed energia che passa attraverso i loro corpi. La dipendenza materiale degli esseri viventi dall'ambiente era riconosciuta già nell'antica Grecia. Il filosofo Eraclito espresse figurativamente questo fenomeno con le seguenti parole: "I nostri corpi scorrono come ruscelli e la materia si rinnova costantemente in essi, come l'acqua in un ruscello". La connessione sostanza-energia di un organismo con il suo ambiente può essere misurata.

Il flusso di cibo, acqua e ossigeno negli organismi viventi deriva da flussi di materia ambiente. Il cibo contiene l'energia necessaria per il funzionamento delle cellule e degli organi. Le piante assorbono direttamente l'energia della luce solare, la immagazzinano nei legami chimici dei composti organici e poi la ridistribuiscono attraverso i rapporti alimentari nelle biocenosi.

V. N. Sukachev
(1880 – 1967)

Eminente botanico e accademico russo
Fondatore della biogeocenologia, la scienza degli ecosistemi naturali

I flussi di materia ed energia attraverso gli organismi viventi nei processi metabolici sono estremamente grandi. Una persona, ad esempio, durante la sua vita consuma decine di tonnellate di cibo e bevande e molti milioni di litri d'aria attraverso i polmoni. Molti organismi interagiscono con il loro ambiente in modo ancora più intenso. Per creare ogni grammo della loro massa, le piante spendono da 200 a 800 o più grammi di acqua, che estraggono dal terreno ed evaporano nell'atmosfera. Sostanze necessarie per fotosintesi, le piante ottengono dal suolo, dall'acqua e dall'aria.

Con una tale intensità di flussi di materia dalla natura inorganica ai corpi viventi, ci sono riserve di composti necessari per la vita nutrienti– si sarebbe esaurito sulla Terra molto tempo fa. Tuttavia, la vita non si ferma perché i nutrienti vengono costantemente restituiti all’ambiente che circonda gli organismi. Ciò accade nelle biocenosi, dove, a seguito dei rapporti nutrizionali tra le specie, vengono sintetizzate dalle piante materia organica alla fine vengono nuovamente distrutti in composti che possono essere nuovamente utilizzati dalle piante. Ecco come si presenta ciclo biologico delle sostanze.

La biocenosi fa quindi parte di un sistema ancora più complesso che comprende, oltre agli organismi viventi, anche il loro ambiente inanimato, contenente la materia e l'energia necessarie alla vita. Una biocenosi non può esistere senza connessioni materiali ed energetiche con l'ambiente. Di conseguenza, la biocenosi rappresenta una certa unità con essa.

A. Tansley
(1871 – 1955)

Botanico inglese, introdusse nella scienza il concetto di “ecosistema”.

Viene chiamato qualsiasi insieme di organismi e componenti inorganici in cui il ciclo della materia può essere mantenuto sistema ecologico, O ecosistema.

Gli ecosistemi naturali possono avere volumi e lunghezze diverse: una piccola pozzanghera con i suoi abitanti, uno stagno, un oceano, un prato, un boschetto, una taiga, una steppa: tutti questi sono esempi di ecosistemi di diverse scale. Qualsiasi ecosistema include una parte vivente: la biocenosi e il suo ambiente fisico. Ecosistemi più piccoli fanno parte di ecosistemi sempre più grandi, fino ad arrivare all’ecosistema complessivo della Terra. Il ciclo biologico generale della materia sul nostro pianeta consiste anche nell'interazione di molti altri cicli privati. Un ecosistema può garantire la circolazione della materia solo se comprende le quattro componenti a ciò necessarie: riserve di nutrienti, produttori, consumatori E decompositori(Fig. 1).

Riso. 1. Componenti essenziali dell'ecosistema

Produttori- si tratta di piante verdi che creano materia organica da elementi biogenici, cioè prodotti biologici, utilizzando i flussi di energia solare.

Consumatori– consumatori di questa sostanza organica, trasformandola in nuove forme. Gli animali di solito agiscono come consumatori. Ci sono consumatori di primo ordine – specie erbivore e di secondo ordine – animali carnivori.

Decompositori- organismi che distruggono completamente i composti organici in quelli minerali. Il ruolo dei decompositori nelle biocenosi è svolto principalmente da funghi e batteri, così come da altri piccoli organismi che elaborano i resti morti di piante e animali (Fig. 2).

Riso. 2. Distruttori di legno morto (coleottero bronzeo e la sua larva; cervo volante e la sua larva; grande scarabeo della quercia dalle corna lunghe e la sua larva; farfalla odorosa del tarlo e il suo bruco; scarabeo piatto rosso; millepiedi nodulo; formica nera; onisco; lombrico)

La vita sulla Terra va avanti da circa 4 miliardi di anni, senza interruzioni proprio perché avviene nel sistema dei cicli biologici della materia. La base di ciò è la fotosintesi delle piante e le connessioni alimentari tra gli organismi nelle biocenosi. Tuttavia, il ciclo biologico della materia richiede un dispendio energetico costante. A differenza degli elementi chimici che sono ripetutamente coinvolti nei corpi viventi, l'energia della luce solare trattenuta dalle piante verdi non può essere utilizzata dagli organismi indefinitamente.

Secondo la prima legge della termodinamica, l'energia non scompare senza lasciare traccia; si conserva nel mondo che ci circonda, ma passa da una forma all'altra; Secondo la seconda legge della termodinamica, qualsiasi trasformazione di energia è accompagnata dalla transizione di una parte di essa ad uno stato in cui non può più essere utilizzata per il lavoro. Nelle cellule degli esseri viventi, l'energia che fornisce le reazioni chimiche viene parzialmente convertita in calore durante ciascuna reazione, e il calore viene dissipato dal corpo nello spazio circostante. Il complesso lavoro delle cellule e degli organi è quindi accompagnato dalla perdita di energia da parte del corpo. Ogni ciclo di circolazione delle sostanze, a seconda dell'attività dei membri della biocenosi, richiede sempre più nuovi apporti di energia.

Pertanto, la vita sul nostro pianeta si svolge in modo permanente ciclo delle sostanze, supportato flusso di energia solare. La vita è organizzata non solo in biocenosi, ma anche in ecosistemi, in cui esiste una stretta connessione tra componenti viventi e non viventi della natura.

La diversità degli ecosistemi sulla Terra è associata sia alla diversità degli organismi viventi sia alle condizioni dell'ambiente fisico e geografico. Tundra, foresta, steppa, deserto o tropicale comunità hanno le proprie caratteristiche di cicli biologici e connessioni con l'ambiente. Anche gli ecosistemi acquatici sono estremamente diversi. Gli ecosistemi differiscono nella velocità dei cicli biologici e nella quantità totale di sostanza coinvolta in questi cicli.

Il principio fondamentale della sostenibilità degli ecosistemi – il ciclo della materia sostenuto dal flusso dell'energia – garantisce essenzialmente l'esistenza infinita della vita sulla Terra.

Sulla base di questo principio si possono organizzare ecosistemi artificiali sostenibili e tecnologie di produzione che risparmino acqua o altre risorse. La violazione dell'attività coordinata degli organismi nelle biocenosi comporta solitamente gravi cambiamenti nei cicli della materia negli ecosistemi. Questa è la ragione principale di ciò disastri ambientali, come il declino della fertilità del suolo, la diminuzione della resa vegetale, della crescita e della produttività degli animali e la graduale distruzione dell’ambiente naturale.

Stabilire una corrispondenza tra le caratteristiche e i nomi delle funzioni della materia vivente nella biosfera (secondo V.I. Vernadsky): per ogni posizione indicata nella prima colonna, selezionare la posizione corrispondente dalla seconda colonna.

Annota i numeri selezionati nella tabella sotto le lettere corrispondenti.

UN	B	IN	G	D

Spiegazione.

1) redox: B) la formazione di acqua e anidride carbonica durante la respirazione degli aerobi;

D) riduzione dell'anidride carbonica durante la fotosintesi

2) gas: A) rilascio metano nell'atmosfera come risultato dell’attività dei batteri denitrificanti

3) concentrazione: B) accumulo di sali di silicio nelle cellule dell'equiseto; D) formazione di calcare

Risposta: 21313

Nota.

Funzioni della materia vivente.

Secondo Vernadsky - nove: gas, ossigeno, ossidazione, calcio, riduzione, concentrazione, la funzione di distruzione dei composti organici, la funzione di decomposizione riduttiva, la funzione del metabolismo e la respirazione degli organismi. Attualmente, tenendo conto delle nuove ricerche, si distinguono le seguenti funzioni.

Biogeochimico la funzione dell'umanità è la creazione e la trasformazione delle sostanze da parte dell'umanità.

Funzione energetica. Assorbimento di energia solare durante la fotosintesi ed energia chimica durante la decomposizione di sostanze sature di energia, trasferimento di energia attraverso le catene alimentari (utilizzato dagli eterotrofi). L'energia assorbita viene distribuita all'interno dell'ecosistema tra gli organismi viventi sotto forma di cibo. Parte dell'energia viene dissipata sotto forma di calore, mentre una parte si accumula nella materia organica morta e si trasforma in uno stato fossile. È così che si sono formati depositi di torba, carbone, petrolio e altri minerali combustibili.

Funzione distruttiva. Questa funzione consiste nella decomposizione, mineralizzazione della materia organica morta, decomposizione chimica delle rocce, coinvolgimento dei minerali risultanti nel ciclo biotico, cioè. provoca la trasformazione della materia vivente in materia inerte. Di conseguenza si forma anche la materia biogenica e bioinerte della biosfera. Sulle rocce - batteri, alghe blu-verdi, funghi e licheni - hanno un forte effetto chimico sulle rocce con soluzioni di un intero complesso di acidi - carbonico, nitrico, solforico e vari organici. Decomponendo alcuni minerali con il loro aiuto, gli organismi estraggono selettivamente e includono nel ciclo biotico gli elementi nutritivi più importanti: calcio, potassio, sodio, fosforo, silicio e microelementi.

Funzione di concentrazione. Questo è il nome dell'accumulo selettivo durante la vita di alcuni tipi di sostanze utili alla costruzione del corpo dell'organismo o di quelle rimosse da esso durante il metabolismo. Come risultato della funzione di concentrazione, gli organismi viventi estraggono e accumulano elementi biogenici dall'ambiente. La composizione della materia vivente è dominata da atomi di elementi leggeri: idrogeno, carbonio, azoto, ossigeno, sodio, magnesio, silicio, zolfo, cloro, potassio, calcio, ferro, alluminio. Carbonio: calcare, gesso, carbone, petrolio, bitume, torba, scisti bituminosi (sapropel + humus), sapropel (sedimenti secolari di fondo di corpi d'acqua dolce - limo). Alcune specie sono concentratori specifici di determinati elementi: alghe (fuco) - iodio, ranuncoli - litio, lenticchia d'acqua - radio, diatomee e cereali - silicio, molluschi e crostacei - rame, vertebrati - ferro, batteri - manganese, ecc.

Secondo i risultati, insieme alla funzione di concentrazione di un organismo vivente, viene rilasciata una sostanza che gli è opposta: dispersione. Si manifesta attraverso le attività trofiche e di trasporto degli organismi. Ad esempio, la dispersione della materia quando gli organismi espellono gli escrementi, la morte degli organismi durante vari tipi di movimenti nello spazio o i cambiamenti del tegumento. Il ferro nell'emoglobina del sangue viene disperso, ad esempio, attraverso gli insetti succhiatori di sangue.

Funzione di formazione dell'ambiente. Trasformazione dei parametri fisici e chimici dell'ambiente (litosfera, idrosfera, atmosfera) a seguito di processi vitali in condizioni favorevoli all'esistenza degli organismi.

Questa funzione è il risultato congiunto delle funzioni della materia vivente discusse sopra: la funzione energetica fornisce energia a tutti gli anelli del ciclo biologico; distruttivo e la concentrazione contribuiscono all'estrazione dall'ambiente naturale e all'accumulo di elementi sparsi, ma vitali per gli organismi viventi. È molto importante notare che, come risultato della funzione di formazione dell'ambiente, nel guscio geografico si sono verificati i seguenti eventi importanti: la composizione gassosa dell'atmosfera primaria è stata trasformata, la composizione chimica delle acque dell'oceano primario è cambiata, nella litosfera si formò uno strato di rocce sedimentarie e sulla superficie terrestre apparve una copertura di terreno fertile.

Le quattro funzioni della materia vivente considerate sono le principali e determinanti. Si possono distinguere alcune altre funzioni della materia vivente, ad esempio:

Funzione gas determina la migrazione dei gas e le loro trasformazioni, garantisce la composizione del gas della biosfera.

La massa predominante di gas sulla Terra è di origine biogenica. Durante il funzionamento della materia vivente vengono creati i principali gas: azoto, ossigeno, anidride carbonica, idrogeno solforato, metano, ecc. Violazione di CO 2 => effetto serra.

Funzione redox consiste nella trasformazione chimica principalmente di quelle sostanze che contengono atomi con stato di ossidazione variabile (composti del ferro, del manganese, dell'azoto, ecc.). Allo stesso tempo, sulla superficie terrestre predominano i processi biogenici di ossidazione e riduzione.

Funzione di trasporto- trasferimento di materia contro gravità e in direzione orizzontale. Sin dai tempi di Newton, è noto che il movimento dei flussi di materia sul nostro pianeta è determinato dalla forza di gravità. La materia non vivente stessa si muove lungo un piano inclinato esclusivamente dall'alto verso il basso. Solo in questa direzione si muovono fiumi, ghiacciai, valanghe e ghiaioni. La materia vivente è l'unico fattore che determina il movimento inverso della materia - dal basso verso l'alto, dall'oceano - ai continenti.

A causa del movimento attivo, gli organismi viventi possono spostare varie sostanze o atomi in direzione orizzontale, ad esempio attraverso vari tipi di migrazioni. Vernadsky chiamava il movimento, o migrazione, delle sostanze chimiche attraverso la materia vivente, migrazione biogenica di atomi o materia.

Risposta: 21313

Gli organismi viventi sono strettamente connessi non solo tra loro, ma anche con la natura inanimata. Questa connessione si esprime attraverso la materia e l'energia.

Il metabolismo, come sai, è una delle principali manifestazioni della vita. In termini moderni, gli organismi sono sistemi biologici aperti perché sono collegati al loro ambiente da un flusso costante di materia ed energia che passa attraverso i loro corpi. La dipendenza materiale degli esseri viventi dall'ambiente era riconosciuta già nell'antica Grecia. Filosofo Eraclito espresse figurativamente questo fenomeno con le seguenti parole: "I nostri corpi scorrono come ruscelli e la materia in essi si rinnova costantemente, come l'acqua in un ruscello". La connessione sostanza-energia di un organismo con il suo ambiente può essere misurata.

Il flusso di cibo, acqua e ossigeno negli organismi viventi sono flussi di materia provenienti dall'ambiente. Il cibo contiene l'energia necessaria per il funzionamento delle cellule e degli organi. Le piante assorbono direttamente l'energia della luce solare, la immagazzinano nei legami chimici dei composti organici e poi la ridistribuiscono attraverso i rapporti alimentari nelle biocenosi.

Con una tale intensità di flussi di materia dalla natura inorganica ai corpi viventi, le riserve dei composti necessari per la vita - elementi biogenici - sarebbero state da tempo esaurite sulla Terra. Tuttavia, la vita non si ferma perché i nutrienti vengono costantemente restituiti all’ambiente che circonda gli organismi. Si verifica nelle biocenosi dove, a seguito dei rapporti nutrizionali tra le specie, le sostanze organiche sintetizzate dalle piante vengono infine nuovamente distrutte in composti che possono essere riutilizzati dalle piante. Ecco come nasce il ciclo biologico delle sostanze.

Qualsiasi insieme di organismi e componenti inorganici in cui il ciclo della materia può essere mantenuto è chiamato sistema ecologico o ecosistema.

Gli ecosistemi naturali possono avere dimensioni ed estensioni diverse: una piccola pozzanghera con i suoi abitanti, uno stagno, un oceano, un prato, un boschetto, una taiga, una steppa: tutti questi sono esempi di ecosistemi di diverse scale. Qualsiasi ecosistema include una parte vivente: la biocenosi e il suo ambiente fisico. Ecosistemi più piccoli fanno parte di ecosistemi sempre più grandi, fino ad arrivare all’ecosistema complessivo della Terra. Il ciclo biologico generale della materia sul nostro pianeta consiste anche nell'interazione di molti altri cicli privati.

Un ecosistema può garantire la circolazione della materia solo se comprende le quattro componenti a ciò necessarie: riserve di nutrienti, produttori, consumatori e decompositori (Fig. 67).

Produttori - si tratta di piante verdi che creano materia organica da elementi biogenici, cioè prodotti biologici, utilizzando i flussi di energia solare.

Consumatori - consumatori di questa sostanza organica, trasformandola in nuove forme. Gli animali di solito agiscono come consumatori. Ci sono consumatori di primo ordine – specie erbivore e di secondo ordine – animali carnivori.

Decompositori - organismi che distruggono completamente i composti organici in quelli minerali. Il ruolo dei decompositori nelle biocenosi è svolto principalmente da funghi e batteri, così come da altri piccoli organismi che elaborano i resti morti di piante e animali (Fig. 68).

Tuttavia, il ciclo biologico della materia richiede un dispendio energetico costante.

A differenza degli elementi chimici che sono ripetutamente coinvolti nei corpi viventi, l'energia della luce solare trattenuta dalle piante verdi non può essere utilizzata dagli organismi indefinitamente.

Pertanto, la vita sul nostro pianeta avviene come un ciclo costante di sostanze, supportato dal flusso di energia solare. La vita è organizzata non solo in biocenosi, ma anche in ecosistemi, in cui esiste una stretta connessione tra componenti viventi e non viventi della natura.

La diversità degli ecosistemi sulla Terra è associata sia alla diversità degli organismi viventi sia alle condizioni dell'ambiente fisico e geografico. La tundra, la foresta, la steppa, il deserto o le comunità tropicali hanno le proprie caratteristiche di cicli biologici e connessioni con l'ambiente. Anche gli ecosistemi acquatici sono estremamente diversi. Gli ecosistemi differiscono nella velocità dei cicli biologici e nella quantità totale di sostanza coinvolta in questi cicli.

Il principio fondamentale della sostenibilità degli ecosistemi – il ciclo della materia sostenuto dal flusso dell'energia – garantisce essenzialmente l'esistenza infinita della vita sulla Terra.

Sulla base di questo principio si possono organizzare ecosistemi artificiali sostenibili e tecnologie di produzione che risparmino acqua o altre risorse. La violazione dell'attività coordinata degli organismi nelle biocenosi comporta solitamente gravi cambiamenti nei cicli della materia negli ecosistemi. Questa è la causa principale di disastri ambientali come il declino della fertilità del suolo, la diminuzione della resa delle piante, della crescita e della produttività degli animali e la graduale distruzione dell'ambiente naturale.

Esempi e informazioni aggiuntive

1. Nelle foreste, tutti gli organismi erbivori (consumatori di primo ordine) utilizzano in media circa il 10-12% della crescita annuale delle piante. Il resto viene elaborato dai decompositori dopo la morte del fogliame e del legno. Negli ecosistemi della steppa, il ruolo dei consumatori aumenta notevolmente. Gli erbivori possono mangiare fino al 70% della massa totale delle piante fuori terra senza compromettere significativamente la velocità del loro rinnovamento. Una parte significativa della sostanza mangiata ritorna nell'ecosistema sotto forma di escrementi, che vengono attivamente decomposti da microrganismi e piccoli animali. Pertanto, l'attività dei consumatori accelera notevolmente la circolazione delle sostanze nelle steppe. L’accumulo di rifiuti vegetali morti negli ecosistemi è un indicatore di un rallentamento del tasso di ricambio biologico.

2. Negli ecosistemi terrestri, il suolo svolge principalmente il ruolo di deposito e riserva di quelle risorse necessarie per la vita della biocenosi. Gli ecosistemi che non hanno suolo - acquatico, roccioso, su secche e discariche - sono molto instabili. La circolazione delle sostanze in essi si interrompe facilmente ed è difficile da riprendere.

Nei suoli, la parte più preziosa è l'humus, una sostanza complessa formata da materia organica morta a seguito dell'attività di numerosi organismi. L'humus fornisce alle piante un nutrimento affidabile e a lungo termine, poiché si decompone molto lentamente e gradualmente, rilasciando sostanze nutritive. I terreni con un grande apporto di humus sono caratterizzati da un'elevata fertilità e gli ecosistemi sono stabili.

3. Ecosistemi instabili in cui il ciclo della materia non è equilibrato possono essere facilmente osservati con l'esempio della crescita eccessiva di stagni o laghetti. In tali bacini, soprattutto se i fertilizzanti vengono lavati via dai campi circostanti, si sviluppano rapidamente sia la vegetazione costiera che varie alghe. Le piante non hanno il tempo di essere lavorate dagli abitanti acquatici e, morendo, formano strati di torba sul fondo. Il lago diventa poco profondo e gradualmente cessa di esistere, trasformandosi prima in una palude e poi in un prato umido. Se il serbatoio è piccolo, tali cambiamenti possono avvenire abbastanza rapidamente, nell’arco di diversi anni.

4. I mari sono anche ecosistemi giganteschi e complessi. Nonostante l'enorme profondità, sono popolati di vita fino in fondo. Nei mari c'è una circolazione costante di masse d'acqua, si formano correnti e si verificano flussi e riflussi vicino alla costa. La luce solare penetra solo negli strati superficiali dell'acqua al di sotto dei 200 m, la fotosintesi delle alghe è impossibile. Pertanto, in profondità vivono solo organismi eterotrofi: animali e batteri. Pertanto, le attività dei produttori e la maggior parte dei decompositori e dei consumatori sono fortemente separate nello spazio. La materia organica morta alla fine affonda sul fondo, ma gli elementi minerali rilasciati ritornano negli strati superiori solo in luoghi dove ci sono forti correnti ascensionali. Nella parte centrale degli oceani, la riproduzione delle alghe è fortemente limitata dalla mancanza di nutrienti e la “produttività” dell'oceano in queste aree è bassa come nei deserti più aridi.

Domande.

1. Elencare nel modo più completo possibile la composizione dei decompositori nell'ecosistema forestale.
2. Come si manifesta il ciclo delle sostanze in un acquario? Quanto è chiuso? Come renderlo più sostenibile?
3. Nella riserva della steppa, in un'area completamente recintata dai mammiferi erbivori, la resa dell'erba è stata di 5,2 c/ha, e nella zona di pascolo - 5,9. Perché l'eliminazione dei consumatori è inferiore?
lo prodotti vegetali?
4. Perché la fertilità del suolo terrestre diminuisce se le sostanze rimosse dagli esseri umani sotto forma di colture dai campi prima o poi ritornano nell’ambiente sotto forma di trasformazione?

Esercizio.

Confrontare l'aumento annuale della massa verde e delle scorte di residui di piante morte (rifiuti nelle foreste, stracci nelle steppe) in diversi ecosistemi. Determina in quali ecosistemi il ciclo delle sostanze è più intenso.

Argomenti di discussione.

1. In prossimità di imprese industriali fumose, i rifiuti cominciarono ad accumularsi nelle foreste. Perché sta accadendo questo e quali previsioni si possono fare sul futuro di questa foresta?

2. È possibile che esistano ecosistemi in cui la parte vivente è rappresentata solo da due gruppi: produttori e decompositori?

3. In epoche passate, grandi riserve di carbone sorsero in numerose regioni della Terra. Cosa si può dire delle principali caratteristiche degli ecosistemi in cui ciò è avvenuto?

4. Negli ecosistemi complessi della foresta pluviale tropicale, il suolo è molto povero di nutrienti. Come spiegarlo? Perché le foreste tropicali non ritornano alla loro forma originale se vengono abbattute?

5. Come dovrebbe essere l'ecosistema dei veicoli spaziali per le missioni a lungo termine?

Chernova N. M., Fondamenti di ecologia: libro di testo. giorni 10 (11) grado. educazione generale manuale istituzioni/ N. M. Chernova, V. M. Galushin, V. M. Konstantinov; Ed. N. M. Chernova. - 6a ed., stereotipo. - M.: Otarda, 2002. - 304 p.

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Produttori, consumatori e decompositori nella struttura delle comunità biologiche

Secondo la classificazione funzionale degli organismi viventi, sono divisi in tre gruppi principali:

produttori,
consumatori,
decompositori.

I primi producono sostanze organiche da quelle inorganiche, i secondi le sottopongono a varie trasformazioni, migrazione, concentrazione, ecc., ei terzi le distruggono durante il processo di mineralizzazione per formare i composti inorganici più semplici. Consideriamo più in dettaglio il ruolo di questi gruppi di organismi nel ciclo delle sostanze.

Produttori

Il gruppo di produttori comprende autotrofi(i fototrofi sono principalmente piante e i chemiotrofi sono principalmente alcuni batteri). Negli ecosistemi terrestri, i produttori sono dominanti in termini di massa, numero (non sempre) e ruolo energetico negli ecosistemi. Negli ecosistemi acquatici potrebbero non dominare in termini di biomassa, ma rimangono dominanti in termini di numero e ruolo nella comunità.

Il risultato delle attività dei produttori negli ecosistemi è la produzione biologica lorda: la produzione totale o totale di individui, comunità, ecosistemi o biosfera nel suo insieme, compresi i costi di respirazione. Se escludiamo il consumo energetico per garantire l'attività vitale dei produttori stessi, rimane la produzione primaria pura. In tutta la superficie terrestre si tratta di 110-120 miliardi di tonnellate di sostanza secca, mentre nel mare sono 50-60 miliardi di tonnellate. La produzione lorda primaria è due volte più grande.

La quantità di produzione primaria lorda (e netta) degli ecosistemi e della biosfera nel suo insieme è determinata dalla copertura proiettiva del territorio da parte dei produttori (massimo - fino al 100% nelle foreste, e anche di più, poiché esiste una stratificazione, e alcuni produttori sono sotto la tutela di altri) e l’efficienza della fotosintesi, che è molto bassa. Per formare la biomassa viene utilizzato solo circa l'1% dell'energia solare ricevuta sulla superficie dell'organismo vegetale, di solito molto meno.

Consumatori

Gli alimenti per i consumatori sono i produttori (per i consumatori del primo ordine) o altri consumatori (per i consumatori del secondo ordine e successivi). La divisione dei consumatori in ordini incontra talvolta alcune difficoltà quando, ad esempio, la composizione di alimenti di qualsiasi tipo comprende sia alimenti vegetali che alimenti animali, e i consumatori da essi prodotti possono essi stessi appartenere a ordini diversi. Tuttavia, in ogni dato momento, ogni consumatore appartiene a un ordine molto specifico.

Nei diversi ecosistemi, i consumatori rappresentano quantità diverse di prodotti primari trasformati. Pertanto, nelle comunità forestali, i consumatori consumano complessivamente dall’1% al 10% della produzione vegetale primaria netta, raramente di più. Il resto della materia organica cade in decomposizione a causa della morte delle piante e delle loro parti (ad esempio, le foglie cadute), ed è anche parzialmente consumato dai consumatori (catena alimentare detritica) e parzialmente elaborato dai decompositori. Nelle comunità erbacee aperte (prati, steppe, pascoli), i consumatori possono consumare fino al 50% della biomassa delle piante viventi (di solito molto meno). Indicatori simili sono tipici per le comunità costiere degli oceani (dove le alghe macrofite fungono da produttrici) e per gli ecosistemi di acqua dolce. Nelle comunità oceaniche pelagiche basate sul fitoplancton, i consumatori consumano fino al 90% della biomassa formata dai produttori.

Nota 1

La produzione assimilata dei consumatori è il cibo consumato meno la materia organica degli escrementi. A sua volta, il prodotto netto di un consumatore a qualsiasi livello è il prodotto netto assimilato meno il costo della respirazione.

Decompositori

I decompositori (riduttori) sono parte integrante di qualsiasi ecosistema. Distruggono le sostanze organiche ad alto peso molecolare degli organismi morti e utilizzano l'energia rilasciata in questo processo per la propria attività vitale, mentre le sostanze minerali vengono restituite al ciclo biotico, che viene poi riutilizzato dai produttori. Di norma, i decompositori sono di piccole dimensioni. A volte viene distinto un gruppo di cosiddetti macroriduttori, che comprende tutti i consumatori relativamente grandi di materia organica morta che fanno parte della catena alimentare detritica. Con questa comprensione, molti invertebrati - insetti, vermi, ecc. - sono considerati decompositori.

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