uabooks.top

Emlékezzetek, miért nem lehetséges a biológiai rendszerek működése energia-átalakulás nélkül!? A fizika szemszögéből mi az energia? Milyen mértékegységekkel mérik az energiát? Milyen organizmusokat nevezünk producenseknek, konzumenseknek és redu-censeknek?

Energiaátalakulás a biogeocönózisokban. Az anyag- és energiaáramlás a biogeocönózisokban bizonyos törvényszerűségek szerint rendeződnek. Először is, az anyagmegmaradás törvénye alapján: a reakcióba lépett anyag tömege egyenlő kell legyen a kémiai reakció során keletkező anyag tömegével. Másodszor, az energia-megmaradás törvénye (a termodinamika első törvénye) szerint: az energia nem keletkezik és nem vész el, csupán átalakul egyik állapotból a másikba. A termodinamika második törvénye azt állítja, hogy amikor az energia átalakul egyik állapotából a másikba, egy része hő formájában szétszóródik, ennek következtében az energia ezen részét elveszti a rendszer.

Már tudjátok, hogy a biogeocönózisok akárcsak az organizmusok nyílt rendszerek, amelyeknek szüksége van folyamatos kívülről bejutó anyagra és főként energiára (35. 1. ábra). Az energia fő forrása a napfény, amelyet a fototrófok befognak és az általuk szintetizált szerves vegyületek kémiai kötésének energiájává alakítják. A heterotróf organizmusok a számukra szükséges energiát szerves anyagok fermentatív lebontásából kapják. A Földre jutó napfény energiájának csak jelentéktelen része (közel 1 % - a) hasznosul a producensek által a többi része visszaverődik az űrbe vagy hő formájában szétszóródik.

Először a világszerte ismert tudós - Kliment Arkadijovics Timirjazev (1843-1920) hívta fel a figyelmet a bolygónk összes élőlényét energiával biztosító zöld növények vezető szerepére, megalapozta a zöld növények (és más fotot-róf organizmusok) kozmikus szerepének tézisét, mely létfontosságú a bioszfé

ra működése szempontjából. A tézis értelmében a fototróf organizmusok befogva a napsugarakat, és átalakítva a fény energiát az általuk szintetizált vegyü-letek kémiai kötéseinek energiájává, biztosítják az élet létezését és fejlődését a Földön.

A zöld növényekkel táplálkozó organizmusok a testük felépítéséhez az elfogyasztott táplálék kémiai kötés energiájának csak csekély részét használják fel (10-20 %-át). A fennmaradó rész hő formájában szétszóródik, és az életfolyamatokra használódik fel. Ugyanez vonatkozik a ragadozókra, amikor elfogyasztják a növényevőket. Tehát, az energia átadás minden szakaszában egy része hő formájában szétszóródik, és csak jelentéktelen része alakul át a plasztikus anyagcsere során a kémiai vegyületek potenciális energiájává.

Táplálékláncok. Emlékezzetek^-, a fajok azon sorrendje, amikor az egyik faj egyedei, maradványai vagy anyagcsere-végtermékei szolgálnak más fajok táplálékaként a tápláléklánc (trofikus lánc) nevet kapta. Vagyis, a tápláléklánc -különböző fajok sorrendje, amelyeken keresztül követhetjük az energia kezdeti dózisainak útját. Mivel az energiaátadás során az előző szintről a következőre való átjutáskor az energia egy része felhasználódik az életfolyamatokra, a tápláléklánc szintjeinek száma véges, és általában nem haladja meg a 4-5 láncszemet.

A biogeocönózisok tápláléklánca többnyire a producensekkel kezdődik (az autotróf organizmusokkal). A növényevő organizmusok a producensek után következő trofikus szint (primer konzumensek), a következő szint a ragadozóké, amelyek növényevő fajokat fogyasztanak el (szekunder konzumensek) stb. Ha a konzumensek széles táplálékspektrummal rendelkeznek, akkor több láncban is elfoglalhatnak különböző trofikus szinteket. Például, a dolmányos varjú táplálkozhat magvakkal (primer konzumens) vagy magevő madarak fiókáival (szekunder konzumens) vagy rovarevők madarakkal (tercier konzumens).

A konzumensek által elfogyasztott elpusztult producensek biomasszájának (például a lehullott levelek), illetve más organizmusok maradványainak vagy anyagcsere végtermékeinek (állatok tetemei és ürülékei) egy része a szaprofiták táplálékává válik. Közéjük tartoznak azok a reducensek is, amelyek képesek a szerves anyagokat lebontani szervetlenekké. Tehát, a biogeocönózisokban a producensek szintjén a szerves vegyületek kémiai kötéseiben akkumulálódó energia a konzumensek és reducensek szervezetén halad át, hő formájában részlegesen szétszóródik minden trofikus szinten, megmarad a holt szerves anyagban, és lebomláskor teljes mértékben a biogeocönózis részévé válik (lásd: 35. 1. ábra).

35. 1. ábra. A biogeocönózis, mint nyílt biológiai rendszer (Feladat: a tanár segítségével elemezzétek a sémát!)

A biogeocönózisokban a tápláléklánc két típusa jön létre. A legelő típusú táplálékláncok a producensekkel kezdődik, és fokozatosan továbbhalad a növényevő állatok (primer konzumensek) szintjén, majd a ragadozókon (szekunder konzumensek és ennél magasabb szinteken) keresztül végül a reducensekhez jut

el. A detrit típusú tápláléklánc holt szerves anyaggal veszi kezdetét (élőlények maradványaival vagy anyagcsere végtermékeivel) és közvetlenül konzumensek-kel (pontosabban a szaprofitákkal) végződik (35. 2. ábra).

35. 2. ábra. Tápláléklánc típusok: 1 - legelő típus; 2 - detrit típus (Feladat: elemezzétek az ábrán látható tápláléklánc struktúráját, és állapítsátok meg a fajok trofikus szintjeit; tegyetek sajátjavaslatot a legelő és detrit típusú táplálékláncokra!)

35. 3. ábra. A szárazföldi biogeocönózis táplálékhálója (Feladat: a tanár segítségével különítsétek el egymástól a táplálékláncokat és elemezzétek azokat; határozzatok meg az ábrán a különböző szintű konzumenseket; vázoljatok fel egy táplálékhálót!)

Táplálékháló. Bármely biogeocönózisban a táplálékláncok nem önmagukban, egymástól függetlenül léteznek, hanem szorosan kapcsolódnak egymáshoz táplálékhálót hozva létre (35. 3. ábra). A biogeocönózis táplálékhálójának elágazottsági szintje a faji sokféleségtől függ. A táplálékháló elágazottsági szintjétől függ a háló stabilitása (Gondolkodjatok el rajta, miért!)

Ökológiai piramis szabály. Az ökológiai piramis fajtái. A tápláléklánc szintjei közötti energiaáramlás az organizmusok általi táplálék biomasszává való átalakítási effektivitásától függ, amely megfelelő mennyiségű energiát tartalmaz. Az ilyen eífektivitást nevezzük a tápláléklánc effektivitásának. Ez a táplálékban lévő energia százalékos aránya, amelyet a konzumens felhasznál a saját biomasz-szája előállítására.

A biogeocönózis produktivitását tömeg- vagy energiaegységekben fejezik ki (amely adott időn belül képződött, és bizonyos területre vagy térfogatra fejezik ki; például: 1000 kg 100 m²-es területen egy év során). Megkülönböztetünk elsődleges, autotrófok által létrehozott, és másodlagos produkciót, amelyet heterotrófok állítanak elő. A producensek a szintetizált produktum jelentős részét (40-70 %-át) felhasználják a saját életfolyamataik biztosítására, és a maradékot, ami a tiszta elsődleges produkció, a növény a biomasszája növelésére használja fel egységnyi idő alatt. Ez az a tartalék, amit a konzumensek és a reducensek elfogyaszthatnak. Tehát, a heterotróf organizmusok a biogeocönózis tiszta elsődleges produkciójának jóvoltából léteznek.

A stabil biogeocönózisokban (például a trópusi esőerdőkben) a heterotróf organizmusok teljes mértékben felhasználják a tiszta, elsődleges produkciót. Ezért azok abszolút biomassza növekménye közelít a nullához. A labilis (nem stabil), csekély biodiverzitású biogeocönózisokban az elsődleges produkció nagyobb része nem válik a konzumensek és a reducensek táplálékává, és a biomassza (főként növényi maradványok formájában) növekménye nagy (például a tundra biogeocönózisai). Ez megteremti az előfeltételeit új fajok megtelepedésének a biogeocönózisban.

• Az ökológiai piramis szabály szerint: minden megelőző trofikus szinten az egységnyi idő alatt az organizmusokban felhalmozódó biomassza és energia mennyisége jelentősen nagyobb, mint a következő szinteken. Ezt különböző blokkokból álló piramis formájában ábrázolják. Ezen blokkok mindegyike a táplálék-lánc megfelelő trofikus szintjén lévő organizmusok produktivitásának felel meg (35. 4. ábra).

35. 4. ábra. Az ökológiai piramis-szabályt ábrázoló séma: a táplálékból nyert energia, amikor az egyik trofikus szintről a másikra jut, jelentős részben (90 %-a) felhasználódik, a kisebb hányada (10 %-a) tartalékolódik: 1 — producensek - 100 %; 2 — primer konzumensek — 1 %; 3 — szekunder konzumensek — 1 %; 4 — tercier konzumensek — 0,1 %; 5 — kvar-

tier konzumensek — 0,01 %.

Különböző típusú ökológiai piramisok vannak. A biomassza piramis illusztrálja a biomassza átadásának mennyiségi törvényszerűségeit egyik trofikus szintről a többire (az organizmusok produktivitását eközben szárazanyag tömegegysé-

gekben fejezik ki). Az energia piramis demonstrálja az energiaáramlás törvény-szerűségeit egyik trofikus szintről a többire. Minden egyes blokkja a megfelelő trofikus szint által tartalmazott kémiai energia mennyiségnek felel meg az egyed-szám piramis bemutatja az egyedek arányát a tápláléklánc mindegyik trofikus szintjén. A biomassza és energia piramisokkal ellentétben, ennek az alapja lehet keskenyebb, mint a teteje (Gondolkodjatok el rajta, miért!?)

Kulcsszavak és fogalmak

tápláléklánc, a biogeocönózis táplálékhálója, ökológiai piramis szabály.

1. Miért van szüksége a biogeocönózisoknak folyamatos kívülről származó energiára?

2. Mi a későbbi sorsa a producensek által hasznosított fényenergiának? 3. Hogyan jönnek létre a táplálékláncok? 4. Mi határozza meg az organizmusok trofikus szintjét a táplálék-láncban? 5. Milyen tápláléklánc típusokat ismertek? 6. Minek köszönhetően jön létre a táplálékháló? 7. Mit állít az ökológiai piramis szabály? Mi a biológiai alapja ennek a törvény-szerűségnek? 8. Milyen típusú ökológiai piramisokat ismertek? Jellemezzétek azokat!

1. Miért nem létezhetnek a biogeocönózisok producensek nélkül? Támasszátok alá a választ! 2. Miért függ a biogeocönózis stabilitása a táplálékháló elágazottsági fokától?

Rajzoljatok biomassza-piramist legelőtípusú táplálékláncról (saját döntés alapján)!

Ez a tankönyv anyaga Biológia 11. osztály Osztapcsenko, Bálán