POZIOMY ORGANIZACJI W PRZYRODZIE

BIOCENOZA To ożywiona część ekosystemu, czyli zbiór populacji organizmów różnych gatunków, żyjących na tym samym obszarze, powiązanych ze sobą wzajemnymi zależnościami przede wszystkim pokarmowymi.

Wielkość biocenozy może być różna Wielkość biocenozy może być różna. Może nią być na przykład las sosnowy, jak również pień obumarłego drzewa w lesie zamieszkany przez owady. Biocenozy oddziałują na siebie przez cały czas i to w różny sposób, ponieważ nie mają zazwyczaj jasno wytyczonych granic. Może się też na przykład zdarzyć, że jedna biocenoza będzie się znajdować wewnątrz drugiej.

Możemy wyróżnić dwa rodzaje biocenoz: naturalna - zbiorowisko roślin, zwierząt i mikroorganizmów zasiedlających dany teren, nie przekształcone przez człowieka, np. biocenoza rezerwatu, torfowiska, jeziora, rzeki, morza; sztuczna - zbiorowisko roślin i zwierząt oraz mikroorganizmów przekształcone przez człowieka np. biocenoza pola, sadu, pastwiska.

Również biotop - nieożywiona część ekosystemu i biocenoza wzajemnie na siebie wpływają i są ze sobą nierozerwalnie związane. Aby dana biocenoza mogła istnieć samodzielnie potrzebne jest istnienie trzech grup organizmów. Są to producenci, konsumenci i reducenci. Wszystkie te grupy są wzajemnie uzależnione i tworzą strukturę troficzną biocenozy.

STRUKTURA TROFICZNA BIOCENOZY Każdy organizm, w zależności od tego w jaki sposób zdobywa materię organiczną, może być przyporządkowany do jednej z trzech grup organizmów, tj. producentów, konsumentów lub reducentów.Te trzy grupy i powiązania pokarmowe pomiędzy nimi określa się mianem struktury troficznej biocenozy. Od ich obecności uzależnione jest, czy dana biocenoza jest samowystarczalna i tym samym - czy może istnieć samodzielnie.

Producenci (autotrofy) są to organizmy samożywne, które przetwarzają substancje nieorganiczne w cząsteczki organiczne przy pomocy energii słonecznej. Dzieje się to w procesie fotosyntezy. W przypadku braku dostępu do światła może zachodzić proces chemosyntezy, gdzie jako źródłem energii może być wykorzystywane na przykład utlenianie siarkowodoru. Masa organiczna wytworzona przez producentów staje się źródłem pokarmu dla innych organizmów.

Do producentów - autotrofów należą wszystkie rośliny zielone, bakterie fotosyntetyzujące i chemosyntetyzujące, a w biocenozach wodnych glony i sinice.

Może się zdarzyć, że w jakimś ekosystemie nie będą występować producenci. Mówimy wówczas o ekosystemie niepełnym. Do takich należą na przykład jaskinie, gdzie materia organiczna dostarczana jest z zewnątrz.

Konsumenci (heterotrofy) to organizmy cudzożywne Konsumenci (heterotrofy) to organizmy cudzożywne. Energię potrzebną im do funkcjonowania pobierają ze związków organicznych innych organizmów. Materię organiczną zyskują z roślin lub zwierząt. Organizmy odżywiające się roślinami (roślinożercy) - określamy mianem fitofagów, te które odżywiają się zwierzętami (mięsożercy) to zoofagi, natomiast odżywiające się martwymi szczątkami roślin i zwierząt (detrytusożercy) - to saprofagi.

Generalnie konsumentów możemy podzielić na trzy podstawowe grupy: Konsumenci I rzędu – są to organizmy odżywiające się wyłącznie producentami, czyli roślinożercy. Do najbardziej typowych przykładów tej grupy należą np. krowa i antylopa. Konsumenci II rzędu - to gatunki żywiące się konsumentami I rzędu, czyli gatunki mięsożerne. Do nich możemy zaliczyć między innymi bażanta (zjada on owady roślinożerne, czyli konsumentów I rzędu).

Konsumenci III rzędu -to organizmy mięsożerne odżywiające się konsumentami II rzędu, np. wilk albo szczupak. Oczywiście może się zdarzyć, że wystąpią jeszcze kolejne grupy konsumentów np. IV rzędu itd. Niektóre gatunki trudno umiejscowić na stałe w jednej z powyższych grup. Do takich gatunków należą zarówno lis, niedźwiedź, szczur, świnia jak i człowiek.

W sytuacji kiedy człowiek zjada ziemniaki jest konsumentem I rzędu W sytuacji kiedy człowiek zjada ziemniaki jest konsumentem I rzędu. Kiedy zjada krowę (konsumenta I rzędu), która odżywia się wyłącznie produ- centami, staje się konsumentem II rzędu. Natomiast kiedy spożywa świnię (gatunek zarówno roślino jak i mięsożerny), która wcześniej zjadła konsumenta I rzędu i tym sposobem stała się konsumentem II rzędu, człowiek staje się konsumentem III rzędu.

Reducenci (destruenci), nazywani są też saprofitami Reducenci (destruenci), nazywani są też saprofitami. Jest to grupa organizmów heterotroficznych, które rozkładają martwe związki organiczne (pochodzące zarówno od roślin jak i zwierząt) do prostych substancji nieorganicznych (dwutlenek węgla i woda), jednocześnie uwalniając między innymi azot, fosfor i potas. Te substancje są z kolei przyswajane przez producentów. Typowy przykład reducentów stanowią grzyby saprofityczne i bakterie.

Przepływ materii i energii w ekosystemie możemy przedstawić za pomocą Przepływ materii i energii w ekosystemie możemy przedstawić za pomocą. łańcuchów pokarmowych (troficznych). Zjawisko to polega na pobieraniu i przyswajaniu pokarmu przez organizmy reprezentujące kolejne ogniwa łańcucha.

Można wyróżnić dwa typy łańcuchów troficznych: Łańcuch spasania: producenci konsumenci I konsumenci II i III reducenci. Przykładem tutaj mogą być zależności w środowisku wodnym.

Fitoplankton (producenci) jest konsumowany przez rozwielitkę (roślinożerca, czyli konsument I rzędu). Ta z kolei może zostać zjedzona przez ukleję (rybę, będącą konsumentem II rzędu). Ryba może zostać zjedzona przez kaczkę (konsumenta III rzędu), natomiast odchody kaczki będą rozkładane przez reducentów.

Niekoniecznie rola konsumentów w tej sytuacji musi się skończyć na konsumentach III rzędu. Kiedy kaczka zostanie zjedzona na przykład przez człowieka stanie się on w tym wypadku konsumentem IV rzędu, itd.

Łańcuch detrytusowy : martwa materia organiczna - detrytusożercy (detrytofagi. saprofagi) konsumenci I konsumenci II konsumenci III reducenci.

Obumarle liście (detrytus) są spożywane przez dżdżownicę (detrytusożercę- konsument I rzędu), która z kolei może stanowić pożywienie ptaka (konsument II rzędu), ten zaś może paść ofiarą ptaka drapieżnego (konsument III rzędu). Natomiast odchody tego ostatniego będą rozkładane przez reducentów.

Przykład łańcucha spasania Przykład łańcucha detrytusowego

Zarówno producenci, jak i organizmy roślinożerne bądź mięsożerne stanowią pewne etapy przepływu energii w ekosystemie. Są to jednak etapy całkowicie odmienne. Organizmy, które należą do grupy znajdującej się na tej samej pozycji w łańcuchu pokarmowym zajmują ten sam poziom troficzny.

W zależności od tego, z jak złożoną biocenozą mamy do czynienia, liczba poziomów troficznych może być różna. Im biocenoza jest bogatsza, tym więcej poziomów troficznych w niej występuje. A im biocenoza uboższa, tym łańcuchy pokarmowe są krótsze.

Możemy wyróżnić następujące poziomy troficzne: I poziom troficzny. Na najniższym poziomie troficznym są producenci, czyli organizmy samożywne (zarówno organizmy fotosyntetyzujące, jak i chemosyntetyzujące). II poziom troficzny. Stanowią go organizmy roślinożerne, czyli konsumenci pierwszego rzędu.

III poziom troficzny. Tu z kolei występują gatunki mięsożerne, zjadające roślinożerców (czyli drapieżcy pierwszego rzędu); należą one do grupy konsumentów drugiego rzędu. IV poziom troficzny. Stanowią go drapieżcy drugiego rzędu, żywiący się drapieżcami pierwszego rzędu (są to konsumenci trzeciego rzędu). V poziom troficzny. Tutaj analogicznie znajdują się konsumenci czwartego rzędu, czyli drapieżcy trzeciego rzędu, zjadający drapieżców drugiego rzędu.

Poziomy troficzne - przykłady

Ponieważ większość gatunków to polifagi (organizmy odżywiające się więcej niż jednym rodzajem pokarmu), mogą one należeć do kilku poziomów troficznych. Jedynie gatunki będące monofagami (organizmy odżywiające się jednym rodzajem pożywienia, np. panda żywiąca się bambusem lub miś koala - eukaliptusem) mogą być przypisane jednemu poziomowi troficznemu.

Przejście z jednego poziomu na każdy kolejny powoduje utratę energii przemieniającej się w ciepło. W związku z tym im dłuższy łańcuch pokarmowy tym większe zachodzą w nim straty energii. Najkorzystniejsze są więc krótkie łańcuchy, ponieważ organizm znajdujący się na końcu takiego łańcucha ma możliwość zdobycia największej ilości energii. W związku z utratą energii przy przechodzeniu z niższego poziomu na wyższy liczba poziomów troficznych nie przekracza sześciu, a optymalna liczba to 3-4.

Prosty łańcuch pokarmowy – rzadko w przyrodzie

Ponieważ najczęściej jedne gatunki odżywiają się wieloma gatunkami z niższego poziomu troficznego lub nawet z kilku poziomów troficznych, mamy w przyrodzie do czynienia z sieciami zależności pokarmowych. Przedstawiają one wzajemnie się przenikające złożone łańcuchy pokarmowe.

W każdej biocenozie możemy spotkać się z wzajemnie przeplatającymi się zależnościami pokarmowymi - gdzie każdy łańcuch będzie się zaczynał od pierwszego poziomu troficznego (producentów), a kończył na którymś z wyższych poziomów.

Przepływ energii i materii w łańcuchu pokarmowym tworzy odpowiednie struktury troficzne biocenozy, które charakteryzują poszczególne typy ekosystemów. Producenci i konsumenci kolejnych rzędów stanowią poziomy pokarmowe ekosystemu, tworzące razem piramidę ekologiczną. Podstawę piramidy tworzą producenci, następnym poziomem są roślinożercy (konsumenci I rzędu) a później drapieżcy (konsumenci II, III itd.).

Piramidy ekologiczne możemy podzielić biorąc pod uwagę: liczebność - liczba osobników reprezentujących kolejne poziomy troficzne w ekosystemie (piramida liczebności); biomasę - łączna masa osobników reprezentujących kolejne poziomy troficzne w ekosystemie (piramida biomasy); energię przepływającą poprzez ekosystem (piramida produkcji).

Piramida liczebności obrazuje liczbę osobników na poszczególnych poziomach troficznych. Widoczne jest to w szerokości poszczególnych elementów. Piramida ta może mieć zarówno kształt typowy, kiedy największa jest ilość producentów, a następne poziomy są stosunkowo mniejsze. Jako przykład może tu posłużyć łąka. Może też wystąpić piramida odwrócona, kiedy konsumentów jest więcej niż producentów.

Piramida biomasy pokazuje łączną biomasę gatunków składającą się na dany poziom troficzny. Biomasę można określić w jednostkach wagowych lub energetycznych na jednostkę powierzchni. Najczęściej piramidy biomasy mają kształt typowy, to znaczy, że następuje spadek biomasy na wyższych poziomach troficznych. Możemy zauważyć, że odwrócona piramida liczebności, będzie miała w przypadku piramidy biomasy kształt typowy.

W przypadku piramidy biomasy również może wystąpić piramida odwrócona, ale będzie to miało miejsce tylko wówczas, gdy organizmy niższego poziomu troficznego będą się charakteryzowały krótszym cyklem życiowym niż organizmy z wyższego poziomu troficznego. Sytuacja taka ma miejsce w przypadku ekosystemów wodnych.

Biomasa fitoplanktonu w danym momencie jest mniejsza od biomasy zooplanktonu. Fitoplankton jest wprawdzie produkowany w ogromnej ilości, ale również w ogromnej ilości jest on zjadany przez zooplankton, przez co w danej jednostce czasu producentów jest mniej od konsumentów.

Piramida produkcji (nazywana również piramidą energii) obrazuje przepływ energii przez poszczególne poziomy troficzne. Jest to jedyna piramida, która zawsze będzie miała kształt typowy.

Jednostkami, w jakich jest ona przedstawiana, są kalorie Jednostkami, w jakich jest ona przedstawiana, są kalorie. Piramida produkcji jest najdokładniejszym sposobem przedstawienia zależności troficznych w biocenozie. Nigdy 100% energii nie jest przekazywane do następnego poziomu troficznego. Dzieje się tak z kilku powodów. Podczas przechodzenia na kolejny poziom energia ulega zagubieniu i rozproszeniu - nigdy zatem drapieżca nie uzyskuje całej energii jaką posiada ofiara. Na poszczególnych poziomach również następuje utrata energii.

W procesie wydalania energia dostaje się do reducentów, a w procesie oddychania zostaje uwolniona do atmosfery Szacuje się, że tylko 10-20% energii zostaje przekazane do kolejnego poziomu troficznego. Powoduje to, że liczba osobników na wyższych poziomach musi się zmniejszać i im wyższy poziom, tym rzadsze osobniki. Tak drastyczna utrata energii determinuje również długość łańcuchów pokarmowych. W wyniku tego w przyrodzie najczęściej spotyka się krótkie łańcuchy pokarmowe.