Консументы

Пищевая сеть

Консуме́нты (лат.  consume — потребляю) — организмы, которые используют в качестве источника пищи других организмов или органические вещества, так как они не способны синтезировать органические вещества из неорганических. Эти организмы относятся к гетеротрофам, в отличие от автотрофов, которые производят органические вещества из неорганических.

Потребители занимают большинство трофических уровней в пищевой цепи, за исключением продуцентов и редуцентов. К консументам относятся все животные, а также некоторые бактерии и грибы. Растения, которые являются плотоядными и потребляют органические вещества, рассматриваются как консументы и продуценты одновременно. Паразитические растения, утратившие способность к фотосинтезу, также относятся к консументам.

Консументы первого порядка: растительноядные животные, питаются продуцентами (растениями). Консументы второго порядка: плотоядные животные, питаются первичными потребителями. Консументы третьего порядка: плотоядные животные, питаются вторичными потребителями. Консументы четвёртого порядка и выше: плотоядные животные, питаются третичными потребителями и выше. Консументы играют важную роль в пищевой цепи, обеспечивая передачу энергии и веществ от одного трофического уровня к другому.

Пищевая (трофическая) цепь

Пищевые (трофические) цепи, представляют собой системы взаимодействий между различными таксономическими группами организмов в пределах биоценоза, через которые происходит трансформация и перенос вещества и энергии. Эти взаимодействия характеризуются отношениями «ресурс-консумент», при которых отдельные таксоны выступают в качестве источника питания для последующих уровней. Энергия, ассимилированная каждым организмом, передается далее по трофическим уровням, однако значительная её доля (в диапазоне от 80 до 90 %) диссипирует в виде тепловой энергии в ходе метаболических процессов. Вследствие таких энергетических потерь длина трофической цепи обычно ограничивается четырьмя-пятью звеньями, причем общая продуктивность конечных звеньев существенно уменьшается по мере увеличения числа промежуточных трофических уровней.

В естественных условиях пищевые взаимоотношения зачастую формируют сложные структуры, называемые трофическими сетями, в которых отдельный таксон может служить ресурсом для множества консументов различных трофических уровней. Несмотря на это, концепция трофической цепи позволяет систематизировать разные таксоны в пределах конкретного биотического сообщества согласно их трофическому статусу. Существуют две основные категории трофических цепей: пастбищные и детритные.

Трофические уровни консументов

Консументы, или потребители, в экосистеме классифицируются по их положению в пищевой цепи, что отражает их пищевые предпочтения и источники энергии. Различают консументов первого, второго, третьего и последующих порядков.

Консументы первого порядка (первичные потребители)

Растительноядные животные представляют собой группу организмов, которые питаются исключительно растительной пищей. Они получают все необходимые для жизни вещества, потребляя продуценты, такие как высшие растения и водоросли. К этой группе относятся многие травоядные млекопитающие, такие как коровы и олени, а также некоторые насекомые, например, гусеницы. Кроме того, к растительноядным животным относятся некоторые виды рыб, предпочитающие питаться растениями и водорослями.

В водных экосистемах особую роль играет фитопланктон, который служит источником питания для многих организмов. Здесь зоопланктон, выступающий в роли консумента первого порядка, играет важную роль. Значительная часть организмов фильтрует продуценты из воды.

Консументы второго порядка (вторичные потребители)

Плотоядные животные представляют собой группу организмов, которые в своей пищевой цепи занимают позицию хищников, питающихся другими живыми существами. Они охотятся на первичных потребителей, таких как травоядные, чтобы обеспечить себя необходимыми белками и другими важными веществами. Среди плотоядных животных можно выделить таких известных хищников, как львы и волки, а также множество видов рыб, специализирующихся на поедании травоядных.

Консументы третьего порядка (третичные потребители)

Плотоядные организмы представляют собой группу консументов третьего порядка, основу рациона которых составляют гетеротрофы, находящиеся ниже их в пищевой пирамиде. Эти организмы играют ключевую роль в трофических цепях, занимая вершину экологической пирамиды. К плотоядным животным относятся различные виды хищников, такие как орлы, специализирующиеся на охоте за мелкими млекопитающими и птицами, крокодилы, способные потреблять более мелких рептилий, птиц и крупных млекопитающих, а также некоторые виды рыб, включая акул, питающихся другими хищными видами рыб.

Консументы четвертого порядка и выше

Плотоядные животные: Эти организмы питаются третичными потребителями и могут включать вершинных хищников, таких как белые акулы или полярные медведи, которые находятся на вершине пищевой цепи.

Эта классификация носит относительный характер, так как и консументы, и продуценты выполняют функцию редуцентов лишь частично, поскольку в ходе своего метаболизма они экскретируют в окружающую среду минеральные метаболиты.

Один и тот же вид может занимать различные уровни в иерархии пищевой пирамиды. Например, кровососущие паразиты могут выступать в роли консументов второго, третьего и даже четвёртого порядка.

Группы консументов

Консументы представляют собой неотъемлемую часть любой экосистемы, поскольку они играют ключевую роль в обеспечении циркуляции энергии и питательных веществ между различными уровнями трофической цепи. В зависимости от своих пищевых привычек и образа жизни, консументы подразделяются на несколько основных функциональных групп.

Фитофаги

Фитофаги — организмы, которые питаются исключительно растениями. Эта группа включает в себя широкий спектр живых существ, начиная от мелких насекомых, таких как гусеницы бабочек, и заканчивая крупными травоядными млекопитающими, такими как олени, слоны и жирафы. Фитофаги играют ключевую роль в экосистеме, поскольку они преобразуют энергию, полученную растениями через фотосинтез, в форму, доступную для других уровней пищевой цепи.

Зоофаги

Зоофаги, или хищники — организмы, которые питаются другими животными. Они включают в себя как крупных плотоядных млекопитающих, таких как львы, тигры и волки, так и мелких насекомых, таких как оводы, слепни и комары. Хищничество является важным механизмом регулирования численности популяций в природе, предотвращая перенаселение определённых видов.

Паразиты

Паразиты — организмы, которые длительное время обитают внутри или на поверхности тела своего хозяина, используя его ресурсы для собственного питания и выживания. Паразиты могут быть как микроскопическими, такими как вирусы и бактерии, так и макроскопическими, такими как глисты. Они оказывают значительное влияние на здоровье и жизнедеятельность хозяев, часто вызывая болезни и ослабляя их иммунитет.

Симбиотрофы

Симбиотрофы — группа микроорганизмов, включающая грибы, бактерии и простейших, которые вступают в симбиотические отношения с растениями или животными. Такие отношения обычно выгодны обеим сторонам: симбиотрофы получают питание от прижизненных выделений или продуктов пищеварения хозяина, а хозяин, в свою очередь, может получать защиту от патогенов или помощь в переваривании пищи.

Детритофаги

Детритофаги — животные, которые питаются детритом, то есть мёртвым органическим веществом, включая остатки тканей растений и животных, а также экскременты. Они играют важнейшую роль в процессе разложения органических остатков и возвращения питательных веществ обратно в почву, что способствует поддержанию плодородности почвы и обеспечению роста новых поколений растений.

Каждая из этих групп консументов выполняет свои уникальные функции в экосистеме, способствуя поддержанию баланса и циркуляции питательных веществ. Взаимодействие между этими группами обеспечивает устойчивость экосистемы и поддерживает её биологическое разнообразие.

Энергетический баланс консументов

Энергетический баланс консументов (потребителей) в экосистеме можно описать следующим образом.

1. Усвоение пищи. Поглощенная пища не усваивается полностью. Неусвоенная часть возвращается во внешнюю среду в виде экскрементов и может быть вовлечена в другие цепи питания. Процент усвояемости зависит от состава пищи и набора пищеварительных ферментов организма. У животных усвояемость пищевых материалов варьируется от 12–20 % (некоторые сапрофаги) до 75 % и более (плотоядные виды).
2. Использование усвоенной энергии:
   • Дыхание. Большая часть усвоенной энергии используется на поддержание рабочих процессов в клетках. Продукты расщепления удаляются из организма в составе экскретов и углекислого газа. Эти энергетические затраты называют тратой на дыхание.
   • Рост и накопление. Меньшая часть усвоенной пищи трансформируется в ткани организма, идет на рост или откладывание запасных питательных веществ, увеличение массы тела.
3. Формула энергетического баланса: Р=П+Д+Н где:
   • Р – рацион консумента (количество пищи, съедаемой за определенный период времени),
   • П – продукция (траты на рост),
   • Д – траты на дыхание (поддержание обмена веществ за тот же период),
   • Н – энергия неусвоенной пищи, выделенной в виде экскрементов.
4. Потери энергии. Передача энергии в химических реакциях происходит с потерей части её в виде тепла, особенно велики эти потери при работе мышечных клеток животных. В конечном счете вся энергия, использованная на метаболизм, переходит в тепловую и рассеивается в окружающем пространстве.
5. Соотношение трат на рост и дыхание. Траты на дыхание во много раз больше энергетических затрат на увеличение массы организма. У молодых особей траты на рост могут быть значительными, тогда как взрослые используют энергию пищи почти исключительно на поддержание обмена веществ и созревание половых продуктов.
6. Примеры энергетических затрат:
   • Карпы. Суточный рацион карпов массой от 5 до 15 граммов составляет почти четверть от массы их тела, у более крупных особей — от 150 до 450 граммов — всего десятую часть, а у рыб массой 500–800 граммов — одну шестнадцатую.
   • Кивсяки. В период роста тратят на рост от 6 до 25 % съеденной пищи при усвояемости в среднем 30 %. Взрослые особи массой 0,5 грамма за свою жизнь потребляют 250–300 граммов опада.
   • Малый суслик. Соотношение съеденного корма к массе взрослого животного составляет примерно 150 к 1.
     

     Преобразование потока энергии в пищевой цепи
   • Рыжие полёвки. Взрослые зверьки массой 20 граммов съедают в среднем до 4 граммов сухого корма в день. Затраты кормов на жизнь одной особи составляют примерно 30 килограммов в сырой массе, что в 1500 раз больше массы взрослого животного.
7. Потери энергии в трофической цепи. Основная доля энергии, получаемой с пищей, расходуется на поддержание жизнедеятельности, и лишь незначительная часть — на построение тела, рост и размножение. Потери энергии при переходе от одного звена пищевой цепи к другому составляют около 90 %.
8. Размер пищевой цепи. Обычно пищевая цепь включает в себя 4–5 звеньев. Потеря энергии в пищевых цепях может быть восполнена только за счёт поступления новых порций энергии. В экосистемах не существует круговорота энергии, аналогичного круговороту веществ. Экосистема функционирует за счёт направленного потока энергии, который постоянно поступает извне в виде солнечного излучения или готовых запасов органического вещества.

Значение консументов

Биотический круговорот углерода представляет собой важную составляющую глобального цикла элементов, которая тесно связана с жизнедеятельностью живых организмов. Углерод, присутствующий в атмосфере в форме углекислого газа (CO₂), используется растениями как основное сырье для процесса фотосинтеза. В результате этого процесса образуются органические вещества, которые затем становятся источником питания для консументов разных трофических уровней. После смерти этих организмов и последующего разложения их тканей углерод снова высвобождается обратно в атмосферу.

Теоретически, цикл атомов может осуществляться и в системах, где отсутствуют потребители, за счет активности других групп организмов. Тем не менее, подобные экосистемы встречаются крайне редко, например, в местах обитания сообществ, состоящих преимущественно из микроорганизмов. В естественных условиях основную функцию потребителей выполняют животные, чья активность играет ключевую роль в поддержании и ускорении циркуляции атомов в экосистеме. Их влияние на этот процесс отличается сложностью и многообразием.