კვებითი ჯაჭვები & კვებითი ქსელები

როგორ გამოისახება კვებით ჯაჭვებსა და კვებით ქსელებში ენერგიისა და მატერიის ნაკადი. ტროფიკულობის დონეები და ენერგიის გადაცემის ეფექტიანობა.

საკვანძო საკითხები:

  • პროდუცენტები, ანუ ავტოტროფები, საკუთარ ორგანულ მოლეკულებს წარმოქმნიან. კონსუმენტები, ანუ ჰეტეროტროფები, ორგანულ მოლეკულებს სხვა ორგანიზმების შეჭმით იღებენ.
  • კვებითი ჯაჭვი ორგანიზმთა ხაზოვანი მიმდევრობაა, რომელშიც საკვები ნივთიერებები და ენერგია ერთი ორგანიზმიდან მეორეს გადაეცემა, როდესაც ეს უკანასკნელი პირველს ჭამს.
  • კვებით ჯაჭვში თითოეულ ორგანიზმს განსხვავებული ტროფიკულობის დონე აქვს, რომელიც განისაზღვრება იმით, თუ ენერგიის გადაცემის რამდენი საფეხურითაა იგი დაშორებული ჯაჭვის დასაწყისიდან.
  • კვებითი ქსელი (კვებითი ციკლი) შედგება მრავალი ურთიერთდაკავშირებული კვებითი ჯაჭვისგან. იგი ეკოსისტემაში არსებული კვებითი ურთიერთობების ყველაზე რეალისტური ასახვაა.
  • ტროფიკულობის დონეებს შორის ენერგიის გადაცემა არაეფექტიანია — ეს ეფექტიანობა, როგორც წესი, დაახლოებით 10%-ს შეადგენს. არაეფექტიანობა ზღუდავს კვებითი ჯაჭვების სიგრძეს.

შესავალი

სხვადასხვა სახეობის ორგანიზმებს მრავალმხრივ შეუძლიათ ურთიერთქმედება. ისინი შეიძლება, ერთმანეთს კონკურენციას უწევდნენ ან სიმბიონტები იყვნენ — ხანგრძლივი პარტნიორები, რომლებსაც ახლო კავშირი აქვთ. ან, რა თქმა უნდა, მათ შეიძლება, ის აკეთონ, რასაც ასე ხშირად ვხედავთ ხოლმე ბუნების შესახებ არსებულ ტელეგადაცემებში: ერთ-ერთმა მათგანმა შეიძლება, მეორე ჩაყლაპოს! ამგვარად ისინი წარმოქმნიან კვებითი ჯაჭვის ერთ-ერთ ბმულს.
ეკოლოგიაში კვებითი ჯაჭვი არის წყება ორგანიზმებისა, რომლებიც ერთიმეორეს ჭამენ და, შესაბამისად, ჯაჭვში ენერგია და საკვები ნივთიერებები ერთი ორგანიზმიდან მეორეზე გადაიცემა. მაგალითად, თუკი ლანჩზე ჰამბურგერი მიირთვით, შესაძლოა, ამგვარი კვებითი ჯაჭვის ნაწილი იყოთ: ბალახი \rightarrow ძროხა \rightarrow ადამიანი. და თუ ჰამბურგერში სალათის ფურცელიც იყო? ამ შემთხვევაში, იმ კვებითი ჯაჭვის ნაწილიც ხართ, რომელიც ასე გამოიყურება: სალათის ფურცელი \rightarrow ადამიანი.
როგორც ამ მაგალითიდან ჩანს, ყოველთვის არ შეგვიძლია მარტოოდენ ერთი პირდაპირი ჯაჭვით იმის აღწერა, თუ რითი იკვებება ორგანიზმი, მაგალითად, ადამიანი. ზემოთ მოცემული მაგალითის მსგავსი სიტუაციების დროს დაგვჭირდება კვებითი ქსელის გამოყენება, რომელიც შედგება მრავალი თანაკვეთა კვებითი ჯაჭვისგან და აღწერს იმ ყოველივეს, რასაც ორგანიზმი ჭამს ან რამაც შეიძლება, ორგანიზმი შეჭამოს.
ამ სტატიაში უფრო დეტალურად განვიხილავთ კვებით ჯაჭვებსა და კვებით ქსელებს, რათა დავინახოთ, თუ როგორ ასახავენ ისინი ენერგიისა და საკვები ნივთიერებების დინებას ეკოსისტემაში.

ავტოტროფები და ჰეტეროტროფები

რა ძირითად სტრატეგიებს იყენებენ ორგანიზმები საკვების მისაღებად? არსებობენ ორგანიზმები, ავტოტროფები (იგივე თვითმკვებავნი), რომლებიც თვითონ წარმოქმნიან საკუთარ საკვებს, საკუთარ ორგანულ ნაერთებს, ისეთი მარტივი მოლეკულებიდან, როგორიცაა ნახშირორჟანგი. არსებობს ავტოტროფების ორი სახე:
  • ფოტოავტოტროფები, მაგალითად, მცენარეები, მზის სინათლის ენერგიას იყენებენ ფოტოსინთეზის დროს ნახშირორჟანგიდან ორგანული ნაერთების — შაქრების — წარმოსაქმნელად. ფოტოავტოტროფები არიან აგრეთვე წყალმცენარეები და ციანობაქტერიები.
  • ქემოავტოტროფები ქიმიური ნივთიერებებიდან მიღებულ ენერგიას იყენებენ ნახშირორჟანგიდან ან სხვა მსგავსი მოლეკულებიდან ორგანული ნაერთების წარმოსაქმნელად. ამას ქემოსინთეზი ეწოდება. მაგალითად, არსებობს გოგირდწყალბადის მჟანგავი ქემოავტოტროფული ბაქტერია, რომელიც ისეთი წყალქვეშა თანასაზოგადოებების ნაწილია, რომლებშიც სინათლე ვერ აღწევს.
ავტოტროფები პლანეტის ყველა ეკოსისტემის ფუნდამენტს წარმოადგენენ. შეიძლება, ცოტა დრამატულად ჟღერდეს, მაგრამ, მერწმუნეთ, გაზვიადებული ნათქვამი ნამდვილად არ არის! ავტოტროფები ქმნიან კვებითი ჯაჭვებისა და კვებითი ქსელების ბაზას, მათ მიერ მზის სინათლისა და ქიმიური ნივთიერებებიდან მიღებული ენერგია კი ამარაგებს თანასაზოგადოებაში მყოფ ყველა სხვა ორგანიზმს. კვებით ჯაჭვზე საუბრისას ავტოტროფებს პროდუცენტებს ვუწოდებთ.
ჰეტეროტროფებს არ შეუძლიათ სინათლისა თუ ქიმიური ენერგიის შთანთქმა ნახშირორჟანგიდან საკუთარი საკვების წარმოსაქმნელად. ადამიანები ჰეტეროტროფები ვართ. ნაცვლად ამისა, ჰეტეროტროფები ორგანულ მოლეკულებს სხვა ორგანიზმების ან მათი თანმდევი პროდუქტების ჭამით იღებენ. ცხოველები, სოკოები და მრავალი ბაქტერია ჰეტეროტროფია. კვებით ჯაჭვში ჰეტეროტროფების როლზე საუბრისას მათ კონსუმენტებს ვუწოდებთ. როგორც მალევე ვიხილავთ, არსებობს კონსუმენტების მრავალი სხვადასხვა ტიპი და თითოეულს განსხვავებული ეკოლოგიური როლი აკისრია, დაწყებული მცენარეჭამია მწერებით, გაგრძელებული ხორცისმჭამელი ცხოველებით და დამთავრებული სოკოებით, რომლებიც ნარჩენებით იკვებებიან.

კვებითი ჯაჭვები

ახლა კი, შეგვიძლია, განვიხილოთ, თუ როგორ გადაიცემა ენერგია და საკვები ნივთიერებები ეკოლოგიურ თანასაზოგადოებაში. მოდით, დავიწყოთ კვებით ჯაჭვში არსებული რამდენიმე „ვინ-ვის-ჭამს“ ტიპის ურთიერთობით.
კვებითი ჯაჭვი ორგანიზმთა ხაზოვანი მიმდევრობაა, რომელშიც საკვები ნივთიერებები და ენერგია ერთი ორგანიზმიდან მეორეს გადაეცემა, როდესაც ეს უკანასკნელი პირველს ჭამს. მოდით, შევხედოთ ტიპური კვებითი ჯაჭვის შემადგენელ ნაწილებს. დავიწყოთ ქვემოდან, პროდუცენტებით, და ზემოთ გავუყვეთ.
  • კვებითი ჯაჭვის დასაწყისში პირველადი პროდუცენტები არიან განთავსებულნი. პირველადი პროდუცენტები ავტოტროფები არიან, ყველაზე ხშირად ისეთი ფოტოსინთეზური ორგანიზმები, როგორებიცაა მცენარეები, წყალმცენარეები და ციანობაქტერიები.
  • ორგანიზმებს, რომლებიც პირველადი პროდუცენტებით იკვებებიან, პირველადი კონსუმენტები ეწოდებათ. პირველადი კონსუმენტები, როგორც წესი, ბალახისმჭამელები არიან, თუმცა ზოგჯერ გვხვდება წყალმცენარეჭამიები ან ბაქტერიაჭამიებიც.
  • ორგანიზმებს, რომლებიც პირველადი კონსუმენტებით იკვებებიან, მეორეული კონსუმენტებიც ეწოდებათ. მეორეული კონსუმენტები, ძირითადად, ხორცისმჭამელები არიან.
  • ორგანიზმებს, რომლებიც მეორეული კონსუმენტებით იკვებებიან, მესამეული კონსუმენტები ეწოდებათ. ისინი ხორცისმჭამელთა მჭამელი ხორცისმჭამელები არიან, მაგალითად, არწივები ან დიდი თევზები.
  • ზოგიერთ კვებით ჯაჭვს დამატებითი საფეხურებიც აქვს, მაგალითად, მეოთხეული კონსუმენტები — ხორცისმჭამელები, რომლებიც მესამეულ კონსუმენტებს ჭამენ. კვებითი ჯაჭვის მწვერვალზე მყოფ ორგანიზმებს უმაღლესი კონსუმენტები ეწოდებათ.
შეგვიძლია, ამ კვებითი დონეების მაგალითები ქვემოთ მოცემულ დიაგრამაზე ვიხილოთ. მწვანე წყალმცენარეები პირველადი პროდუცენტები არიან, რომლებსაც მოლუსკები — პირველადი კონსუმენტები — ჭამენ. შემდეგ მოლუსკებს მიირთმევს თევზი Cottus cognatus, მეორეული კონსუმენტი, რომელსაც, თავის მხრივ, ჭამს უფრო დიდი თევზი, ჩავიჩა — მესამეული კონსუმენტი.
ზემოთ მოყვანილი კატეგორიებიდან თითოეულს ტროფიკულობის დონე ეწოდება. იგი ასახავს იმას, თუ ენერგიისა და საკვები ნივთიერებების გადაცემის რამდენი საფეხური — მოხმარების რამდენი ნაბიჯი — აშორებს ორგანიზმს კვებითი ჯაჭვის საწყისი ენერგოწყაროდან, როგორიცაა სინათლე. როგორც შემდეგ განვიხილავთ უფრო დეტალურად, ადამიანები არიან ყოვლისმჭამელები (ნაირმჭამელები), რომლებსაც მცენარეების ჭამაც შეუძლიათ და ცხოველებისაც.

რედუცენტები

აუცილებლად უნდა ვახსენოთ კონსუმენტების კიდევ ერთი ჯგუფი, რომელიც ზოგჯერ არ შეყავთ კვებითი ჯაჭვის სქემებში. ეს ჯგუფი შედგება რედუცენტებისგან (იგივე საპროტროფები, საპროფიტები) — იმ ორგანიზმებისგან, რომლებიც შლიან მკვდარ ორგანულ ნივთიერებებსა და ნარჩენებს.
რედუცენტებს ზოგჯერ ტროფიკულობის საკუთარ დონეს მიაწერენ. ისინი ჭამენ მკვდარ მატერიასა და ნარჩენ პროდუქტებს, რომელთა წყაროც მრავალი განსხვავებული ტროფიკულობის დონის მქონე ორგანიზმია; მაგალითად, ისინი დიდი სიამოვნებით მოიხმარენ ლპობადი მცენარის მატერიას, ნახევრად შეჭმული ციყვის სხეულს ან მკვდარი არწივის ნარჩენებს. გარკვეულწილად, რედუცენტების დონე სტანდარტული იერარქიის — პირველადი, მეორეული და მესამეული კონსუმენტების — პარალელურია.
სოკოები და ბაქტერიები მრავალი ეკოსისტემის მთავარი რედუცენტები არიან; ისინი იყენებენ მკვდარ მატერიასა და ნარჩენებში არსებულ ქიმიურ ენერგიას, რათა საწვავით მოამარაგონ საკუთარი მეტაბოლური პროცესები. რედუცენტების ერთ-ერთი სახეა დეტრიტოფაგები — დეტრიტის, ანუ მკვდარი ნარჩენების, მჭამელები. ასეთებია, როგორც წესი, მრავალუჯრედიანი ცხოველები, მაგალითად, ჭიაყელები, კიბორჩხალები, ლოქორები და სვავები. ხშირად ისინი არა მხოლოდ იკვებებიან მკვდარი ორგანული ნივთიერებებით, არამედ აგრეთვე ნაწილ-ნაწილ შლიან მათ, რისი წყალობითაც ისინი უფრო მარტივად ხელმისაწვდომია ბაქტერიებისა თუ სოკოებისთვის.
რედუცენტები საკვანძო როლს ასრულებენ ეკოსისტემების ჯანმრთელობის შენარჩუნებაში. მკვდარი ნივთიერებებისა და ნარჩენების დაშლით ისინი ათავისუფლებენ საკვებ ნივთიერებებს, რომლებიც შემდეგ გადამუშავდება და საშენი ბლოკების სახით გამოიყენება პირველადი პროდუცენტების მიერ.

კვებითი ქსელები

კვებითი ჯაჭვი გვაძლევს ნათელ სურათს იმისა, თუ ვინ ვის ჭამს. მიუხედავად ამისა, ჩნდება გარკვეული პრობლემები, როდესაც მათი გამოყენებით ვცდილობთ მთლიანი ეკოლოგიური თანასაზოგადოების აღწერას.
მაგალითად, ზოგჯერ ორგანიზმებს რამდენიმე სახის მსხვერპლი ჰყავთ, ან მათზე რამდენიმე მტაცებელი ნადირობს, მათ შორის ისეთებიც, რომლებსაც ტროფიკულობის განსხვავებული დონეები აქვთ. სწორედ ეს ხდება, როდესაც ჰამბურგერს მიირთმევთ! ძროხა პირველადი კონსუმენტია, ჰამბურგერში არსებული სალათის ფურცელი კი პირველადი პროდუცენტია.
ამ ურთიერთობების უფრო ზუსტად ასასახად შეგვიძლია, კვებითი ქსელი გამოვიყენოთ — დიაგრამა, რომელიც ეკოსისტემის განსხვავებულ სახეობებს შორის არსებულ ყველა ტროფიკულ — კვებასთან დაკავშირებულ — ურთიერთქმედებას გვიჩვენებს. ქვემოთ მოცემულ დიაგრამაზე ნაჩვენებია ონტარიოს ტბის კვებითი ქსელი. პირველადი პროდუცენტები მწვანედაა მონიშნული, პირველადი კონსუმენტები — ნარინჯისფრად, მეორეული კონსუმენტები — ლურჯად, ხოლო მესამეული კონსუმენტები — იასამნისფრად.
კვებით ქსელებში ისარი გამოდის იმ ორგანიზმიდან, რომელსაც ჭამენ, და მიემართება იმ ორგანიზმს, რომელიც ჭამს. როგორც ზემოთ მოცემული კვებითი ქსელი გვიჩვენებს, ზოგიერთი სახეობა ტროფიკულობის ერთზე მეტი დონიდან ჭამს ორგანიზმებს. მაგალითად, მიზიდები პირველად პროდუცენტებსაც ჭამენ და პირველად კონსუმენტებსაც.
დამატებითი შეკითხვა: ამ კვებით ქსელში არის ისეთი კვებითი ჯაჭვიც, რომელიც უკვე ვიხილეთ ამ სტატიაში — მწვანე წყალმცენარე \rightarrow მოლუსკები \rightarrow თევზი Cottus cognatus \rightarrow ჩავიჩა. შეგიძლიათ, იპოვოთ იგი?

ბალახობა და დეტრიტული კვებითი ქსელები

კვებით ქსელებში, როგორც წესი, რედუცენტები ნაჩვენები არ არის, რაც, შესაძლოა, უკვე შენიშნეთ ზემოთ მოცემულ ონტარიოს ტბის კვებით ქსელში. და მაინც, ეკოსისტემებს სჭირდება მკვდარი მასალებისა და ნარჩენების გადამუშავება. ეს ნიშნავს, რომ მათში აუცილებლადაა რედუცენტები, თუნდაც ეს უკანასკნელნი იშვიათად ხედავდნენ დღის სინათლეს.
მაგალითად, მდელოს ეკოსისტემაში, რომელიც ქვემოთაა ნაჩვენები, არის მცენარეებისა და ცხოველების ბალახობის (ძოვის) კვებითი ქსელი, რომელიც საბოლოოდ მასალას აწვდის ბაქტერიების, სოკოებისა და დეტრიტოფაგების დეტრიტულ კვებით ქსელს. დეტრიტული ქსელი გამარტივებული ფორმითაა მოცემული ყავისფრად, დიაგრამის ქვემოთ. რეალურად, იგი შედგება განსხვავებული სახეობებისგან, რომლებსაც სპეციფიკური კვებითი ინტერაქციები აკავშირებთ ერთმანეთთან — ანუ, ისინი ისრებით არიან ერთმანეთთან დაკავშირებულნი, როგორც ესაა გაკეთებული ზემოთ მოცემულ ბალახობის კვებით ქსელში. დეტრიტული კვებითი ქსელი ზოგჯერ უშუალოდ ამარაგებს ენერგიით ბალახობის კვებით ქსელს, მაგალითად, როდესაც გულწითელა ჭამს ჭიაყელას.

ენერგიის გადაცემის ეფექტიანობა ზღუდავს კვებითი ჯაჭვის სიგრძეს

ენერგია გადაიცემა ტროფიკულობის დონეებს შორის, როდესაც ერთი ორგანიზმი ჭამს მეორეს და მისი სხეულის ენერგიულად მდიდარ მოლეკულებს იღებს. მიუხედავად ამისა, ეს გადაცემები არაეფექტიანია და ეს არაეფექტიანობა ზღუდავს კვებითი ჯაჭვების სიგრძეს.
როდესაც ენერგია ტროფიკულობის დონეში შედის, მისი რაღაც ნაწილი ბიომასის სახით ინახება ორგანიზმთა სხეულებში. ეს ის ენერგიაა, რომელიც ტროფიკულობის შემდეგი დონისთვისაა ხელმისაწვდომი, რადგან მხოლოდ ბიომასის სახით შენახული ენერგიის მოხმარებაა შესაძლებელი. როგორც წესი, ტროფიკულობის ერთი დონის ბიომასაში შენახული ენერგიის მხოლოდ 10% (დროის ერთ ერთეულში) გადაიცემა და ინახება ტროფიკულობის შემდეგი დონის ბიომასაში (დროის იმავე ერთეულში). ენერგიის 10%-ის გადაცემის კანონის ცოდნა გამოსადეგი რამაა.
მაგალითად, დავუშვათ, რომ ეკოსისტემის პროდუცენტები ბიომასის სახით ინახავენ 20,000 კკალ/მ2^2/წელი ენერგიას. ეს აგრეთვე წლიური რაოდენობაა იმ ენერგიისა, რომელიც ხელმისაწვდომია პირველადი კონსუმენტებისთვის, რომლებიც პირველად პროდუცენტებს ჭამენ. 10%-ის კანონი წინასწარმეტყველებს, რომ პირველადი კონსუმენტები თავიანთ სხეულებში შეინახავენ მხოლოდ 2,000 კკალ/მ2^2/წელი ენერგიას, შესაბამისად, მათი მტაცებლებისთვის — მეორეული კონსუმენტებისთვის — კიდევ უფრო ცოტა ენერგია იქნება ხელმისაწვდომი.
ფრაქციული გადაცემის ეს კანონზომიერება ზღუდავს კვებითი ჯაჭვების სიგრძეს; რამდენიმე ტროფიკული დონის (როგორც წესი, სამიდან ექვსამდე) შემდეგ ენერგიის ძალიან მცირე ნაკადი რჩება საიმისოდ, რომ პოპულაციის ტროფიკულობის მაღალი დონეები მოამარაგოს.
რატომ ტოვებს კვებით ქსელს ამდენი ენერგია ტროფიკულობის დონეებს შორის? ქვემოთ მოყვანილია ენერგიის არაეფექტიანი გადაცემის ძირითად მიზეზთაგან რამდენიმე1,2^{1,2}:
  • ტროფიკულობის თითოეულ დონეზე ენერგიის დიდი ნაწილი სითბოს სახით იფანტება, რადგან ორგანიზმები უჯრედულ სუნთქვას აწარმოებენ და ყოველდღიური საქმეებით არიან დაკავებულნი.
  • ზოგიერთი ორგანული მოლეკულა, რომელსაც ორგანიზმი იღებს, არ ექვემდებარება მონელებას. იგი არ გამოიყენება და ექსკრემენტების (განავლის) სახით ტოვებს სხეულს.
  • ტროფიკულობის ერთი დონის ზოგიერთი ორგანიზმი ისე მოკვდება, რომ მას ტროფიკულობის უფრო მაღალი დონის ორგანიზმი არ შეჭამს.
ექსკრემენტები და შეუჭმელი, მკვდარი ორგანიზმები რედუცენტების საკვები ხდებიან, რომლებიც შემდგომ მათ გადაამუშავებენ და მიღებულ ენერგიას სითბოდ გარდაქმნიან უჯრედული სუნთქვის დროს. ამგვარად, რეალურად, ენერგიის არცერთი ნაწილი არ იკარგება — საბოლოოდ, იგი სითბოს სახით იფანტება.
იტვირთება