Экосистема — Лаборатория SABAQ

Тип цепи

Условия

Энергия продуцентов10 000 кДж

Переходит на следующий уровень10 %

В природе переходит примерно 5–20 %, но в задачах ЕНТ всегда считают 10 %.

Опыты

0/4

Выберите опыт: модель подготовит условия. Энергия бежит по цепи сама — следите за приборами, графиком и журналом.

Время

день 0

Модель упрощена, значения учебные: энергия и численность — в условных единицах для участка.

Пищевая цепь луга

Энергия течёт

Солнечная энергия переходит от звена к звену. На каждом шаге дальше уходит только часть, остальное рассеивается теплом.

энергия пищи тепло остатки минеральные вещества

Карточки организмовнажмите на карточку — она встанет в цепь; нажмите на звено — оно уйдёт

Энергия продуцентов10 000кДжзапасли растения за годСолнце

Дошло до вершины1кДж0,01 % · орёлКрохи

Ушло в тепло и остатки9 999кДжна каждом шаге ≈ 90 %Потери

Звеньев в цепи5трофических уровней: 5Цепь целая

Экологическая пирамида

Ширина ступеней не в масштабе: каждая следующая ступень меньше в 10 раз, иначе верхние были бы не видны.

Что происходит

Энергия на вершине цепи0,01 %

Равновесие численностиустойчиво

Журнал

Экология и экологические факторы

урок 3подсветите группу факторов

Экология — раздел биологии о взаимоотношениях живых организмов между собой и с окружающей природой.

Окружающая среда — совокупность условий, в которых живут организмы: свет, дождь, температура, влажность, другие организмы, деятельность человека.

Экологические факторы — все условия среды, которые влияют на организмы. «Фактор» значит «влияние».

Группа	Что это	Примеры
абиотические	факторы неживой природы	свет, температура, влажность, газы воздуха, состав воды и почвы
биотические	влияние живых организмов друг на друга	хищничество, паразитизм, опыление, конкуренция, симбиоз
антропогенные	деятельность человека	вырубка леса, распашка земель, строительство каналов

Приставка «а-» означает отсутствие: абиотический — «не связанный с живым». Зайцу для жизни нужны вода (абиотический фактор) и трава (биотический). Пример антропогенного фактора — обмеление Аральского моря: воду питавших его рек разобрали на орошение полей.

Наведите на фактор или выберите группу.

ИграРазложите факторы по группам.

Ловушка ЕНТ

В вопросе «Абиотический экологический фактор» рядом со светом ставят симбиоз, конкуренцию и человека. Иногда отвечают «человек» — это неверно: деятельность человека — антропогенный фактор, а симбиоз и конкуренция — биотические.

Абиотические факторы: температура, влажность, свет

урок 3меняйте температуру

Температура среды20 °C

Температура. У человека постоянная температура тела — около 36,6 °C: в холод мы одеваемся, в жару потеем. У лягушки постоянной температуры нет: зимой вода остывает, и вместе с ней остывает тело — обмен веществ замедляется, лягушка переживает зиму в оцепенении. Чем теплее, тем быстрее идут реакции, но только до предела: при перегреве выше 40–45 °C начинают разрушаться белки. Поэтому жар 39–40 °C при болезни сбивают.

Влажность. Тело человека на 60–80 % состоит из воды; без воды биохимические процессы останавливаются. На экваторе много влаги и света — там растут влажные тропические леса.

Свет — главный источник энергии для жизни: без него нет фотосинтеза. Мы едим говядину, корова ест траву, трава создаёт органику фотосинтезом — всё начинается со света.

Группа растений	Условия	Примеры
светолюбивые	открытые, ярко освещённые места	сосна, сахарный тростник
тенелюбивые	тень, яркий свет вреден	кислица, мхи, плауны, папоротники
теневыносливые	лучше на свету, но переносят тень	черника, седмичник

Ограничивающий факторДля каждого фактора есть зона оптимума — лучшие значения — и пределы, за которыми организм не выживает. Рост сдерживает тот фактор, которого не хватает сильнее всего (или который сильнее всего превышен), — его называют ограничивающим. Посмотрите «бочку Либиха» во вкладке 3D.

ИграСветолюбивые, тенелюбивые или теневыносливые?

Ловушка ЕНТ

Тенелюбивые и теневыносливые — разные группы. Иногда чернику называют тенелюбивой — это неверно: черника и седмичник — теневыносливые, а кислица, мхи, плауны и папоротники — тенелюбивые.

Биотические факторы и группы по типу питания

урок 3кто чем питается

Биотические факторы — влияние одних организмов на другие:

Пища и хищничество — один организм питается другим: волк ест зайца, заяц — траву.
Среда обитания — организм служит домом для другого: паразиты живут внутри или снаружи хозяина.
Помощь в размножении — пчёлы, осы, бабочки переносят пыльцу и опыляют цветы.
Химическое воздействие — бактерии выделяют токсины.
Механическое воздействие — медведь или тигр точит когти о дерево и повреждает кору.

Группа	Чем питаются	Примеры
растительноядные	растениями	корова, заяц, гусеница
хищники	другими животными	волк, тигр, ястреб
всеядные	и растениями, и животными	медведь, крыса, свинья, шимпанзе, человек
сапрофаги	мёртвыми остатками	дождевой червь, жуки-мертвоеды, навозники
паразиты	живым хозяином, обычно не убивая сразу	снаружи — клещи, комары; внутри — глисты

Нажмите на группу — стрелки покажут, чем она питается.

КарточкиВспомните примеры и переверните карточку.

Ловушка ЕНТ

Иногда паразита называют хищником — это неверно: хищник убивает и съедает жертву, а паразит живёт за счёт хозяина и обычно не убивает его сразу. Всеядные из списков ЕНТ — медведь, крыса, свинья, шимпанзе, человек.

Экосистема, биоценоз, популяция. Устойчивость

уроки 3, 7соберите экосистему

Забор воды рек на поля0 %

Экосистема (биогеоценоз) — совокупность живых организмов и компонентов неживой природы на определённой территории, связанных постоянным обменом веществ и энергии. Примеры: хвойный и широколиственный лес, озеро, болото, река.

Биоценоз (сообщество) — организмы разных видов, населяющие территорию с похожими условиями. Только живая часть экосистемы.

Популяция — группа особей одного вида на одной территории. Популяции изучает демэкология.

Как собирается экосистема: организм → популяция → сообщество → экосистема. Сообщество вместе с неживой природой — уже экосистема.

Устойчивость экосистемы — способность долго сохраняться. Она зависит от биоразнообразия: чем больше видов, тем устойчивее, богаче и продуктивнее сообщество. Если выпадает одно звено, по цепочке страдает вся экосистема — так случилось с Аральским морем.

ИграРасставьте уровни от меньшего к большему.

Ловушка ЕНТ

Биоценоз и биогеоценоз отличаются корнем «гео» — земля. Иногда биоценозом называют лес вместе с почвой и водой — это неверно: биоценоз — только живые организмы, а вместе с неживой природой это экосистема (биогеоценоз). «Все окуни озера» — популяция, «окуни, щуки, водоросли и рачки» — сообщество.

Автотрофы и гетеротрофы. Продуценты, консументы, редуценты

уроки 3, 7проследите круг

Группа	Как получают органику	Кто
автотрофы-фототрофы	создают сами за счёт энергии света (фотосинтез)	растения, водоросли
автотрофы-хемотрофы	создают сами за счёт энергии химических реакций	серобактерии и другие редкие бактерии
гетеротрофы	питаются готовой органикой	животные, грибы, большинство бактерий, паразиты

По пищевым (трофическим) связям организмы экосистемы делят на три группы:

Продуценты (англ. produce — производить) — производители органики, автотрофы: растения, фитопланктон.
Консументы (лат. consumo — потребляю) — потребители: растительноядные — I порядка, хищники — II порядка и выше.
Редуценты, или деструкторы (лат. reductio — возвращение) — бактерии и грибы: разлагают мёртвые остатки и выделения всех звеньев до минеральных веществ (минерализация) и возвращают их в почву.

Наведите на звено круга.

ИграПродуцент, консумент или редуцент?

Ловушка ЕНТ

Иногда серобактерии относят к гетеротрофам, потому что они не фотосинтезируют, — это неверно: серобактерии — автотрофы-хемотрофы. А грибы, наоборот, — гетеротрофы и редуценты, хотя их часто путают с растениями.

Пищевые цепи и сети: пастбищные и детритные

уроки 3, 11включите цепь в сети

Наведите на организм — подсветятся его пищевые связи.

Пищевая (трофическая) цепь — ряд организмов, последовательно получающих органические вещества и энергию друг из друга. Стрелка идёт от съедаемого к поедающему.

	Пастбищная (цепь выедания)	Детритная (цепь разложения)
начало	живые растения — продуценты	детрит — опавшие листья, навоз, трупы
пример	клевер → бабочка → лягушка → змея	опавшие листья → дождевой червь → дрозд
ещё	нектар → шмель → лягушка → уж → сокол-балабан	навоз → жук-навозник → ёж

Пример из урока: трава (продуцент) → гусеница (консумент I порядка) → воробей (II порядка) → ястреб (III порядка). Пищевая сеть — переплетение многих цепей: один вид ест разную пищу и сам служит пищей разным хищникам.

Как составить цепь: найдите первое звено (живое растение или детрит), затем выстройте, кто кого ест, и проверьте стрелки.

ИграСоставьте цепь из ЕНТ: нажимайте по порядку, от первого звена.

ИграПастбищная или детритная цепь?

Ловушка ЕНТ

«Пищевые цепи начинаются с…» — в ЕНТ имеют в виду пастбищную цепь: ответ продуцентов. Иногда считают, что червь в цепи делает её детритной, — это неверно: если цепь начинается с живого растения, она пастбищная.

Экологическая сукцессия

урок 3листайте стадии

Сукцессия — последовательная смена биоценозов на одной и той же территории под влиянием природных факторов или человека.

	Первичная	Вторичная
суть	заселение места, где жизни не было	восстановление разрушенной экосистемы
почва	нет	есть
первыми	лишайники (пионеры), затем мхи	однолетние травы
примеры	голая скала после обвала или землетрясения, лава, песчаная отмель, дюны, вулканический остров	заброшенное поле, лес после пожара или вырубки, зарастание водоёма, заболачивание луга
срок	сотни лет	несколько десятков лет

Лишайник — симбиоз гриба и водоросли. Он выделяет кислоты, которые разрушают породу, — так появляется почва. Лишайники растут только там, где чистый воздух: их появление — хороший знак для будущей экосистемы.

ИграПервичная или вторичная сукцессия?

Ловушка ЕНТ

Скала, лава и песок — не почва. Иногда зарастание песчаных дюн называют вторичной сукцессией — это неверно: дюны, скалы и лавовое плато — первичная сукцессия. Заболачивание луга — вторичная: почва там уже есть.

Обмен веществ и поток энергии в экосистеме

урок 7вещества по кругу, энергия — насквозь

Экосистема — динамичное и устойчивое сообщество, которое находится в постоянной связи с неживой природой. Живая и неживая части связаны непрерывным обменом веществ и энергии.

Растения берут из неживой природы углекислый газ, воду и энергию Солнца и создают органические вещества — глюкозу, затем белки и жиры.
Животные поедают растения и друг друга, через дыхание обмениваются газами с атмосферой.
Редуценты в почве перерабатывают мёртвые остатки и выделения — даже без гибели организма — и возвращают минеральные вещества в почву.
На этих веществах снова растут растения — круг замкнулся.

ГлавноеВещества ходят по кругу, а энергия идёт в одну сторону: от Солнца через звенья цепи и рассеивается теплом. Поэтому экосистеме нужен постоянный приток солнечной энергии.

Трофические уровни

уроки 7, 11порядок ≠ уровень

Трофический уровень (греч. trophe — питание) — место организма в цепи питания. Уровни считают от продуцентов.

Уровень	Кто на нём	Пример
1-й	продуценты (автотрофы)	трава, яблоня, фитопланктон
2-й	консументы I порядка — растительноядные	заяц, баран, кузнечик, зоопланктон
3-й	консументы II порядка — хищники	волк, лиса, лягушка, щука
4-й	консументы III порядка — вторичные хищники и паразиты вторичных консументов	уж, съевший лягушку; паразиты хищников

Остатки организмов всех уровней разлагают редуценты. Номер уровня всегда на единицу больше порядка консумента. Паразит занимает уровень на единицу выше своего хозяина.

Наведите на ступень.

ИграЦепь из ЕНТ: нектар → шмель → лягушка → уж → сокол-балабан. Выберите трофический уровень каждого звена.

Ловушка ЕНТ

«Трофический уровень консумента второго порядка». Иногда отвечают «второй» — это неверно: консумент II порядка стоит на третьем уровне. Также неверно, что бактерии стоят на первом уровне: на 1-м уровне — только продуценты (в вопросе ЕНТ — яблоня).

Правило 10 % (закон Линдемана) и задачи

уроки 7, 11решите задачи ЕНТ

Энергия продуцентов1 000 кДж

С одного трофического уровня на следующий переходит не более 10 % энергии — правило (закон) Линдемана. Остальные ≈ 90 % организм тратит на свою жизнь: дыхание, движение, тепло тела; часть пищи не усваивается и уходит редуцентам.

Растение запасло 1 000 кДж → травоядное получит 100 кДж → хищник 10 кДж → хищник хищника 1 кДж. Волк получает «10 % от 10 %», то есть 1 % энергии растений. Поэтому в цепях обычно не больше 4–5 звеньев.

Как решатьИдём от вершины вниз и на каждой стрелке умножаем массу на 10: масса продуцентов = масса хищника × 10ⁿ, где n — число переходов. Правило 10 % — грубый расчёт, как g ≈ 10 в физике, но в задачах ЕНТ считаем ровно 10 %.

Щука 8 кг: планктон → растительноядная рыба → щука, 2 перехода: 8 × 10 × 10 = 800 кг планктона. Волк 40 кг: растения → заяц → волк: 40 × 100 = 4 000 кг растений.

ТренажёрРешите задачи — ответ в килограммах.

Ловушка ЕНТ

Иногда считают по числу звеньев: для щуки получают 8 000 кг — это неверно, умножать нужно по числу переходов (стрелок): 3 звена — 2 перехода — 800 кг. И ещё: на следующий уровень переходит 10 %, а теряется около 90 %, а не наоборот.

Экологические пирамиды: прямые и перевёрнутые

уроки 3, 7, 11переключите экосистему

Экологическая пирамида — графическая модель: число особей, биомасса или энергия на каждом трофическом уровне. В основании всегда продуценты.

Пирамида	Что показывает	Бывает перевёрнутой?
численности	число особей (штуки)	да — «пирамида одного дерева»: 1 дерево, сотни гусениц, 40 птиц, 2 хищника
биомассы	массу живого вещества (кг, г)	да — в морях и океанах
энергии	энергию на уровне (кДж)	нет, всегда прямая

На суше масса продуцентов намного больше массы консументов: образно, 1 000 растений → 100 оленей → 10 тигров. В водной экосистеме по массе продуцентов не больше, чем консументов I и даже II порядка — пирамида похожа на усечённый ромб. Причина — продуценты моря: одноклеточные водоросли и цианобактерии. Они делятся примерно каждые 20 минут и восстанавливаются не медленнее, чем их съедают.

Пример пирамиды численности на лугу: 10 000 растений → 5 000 кузнечиков → 500 лягушек.

ИграО какой пирамиде речь?

Ловушка ЕНТ

«Перевёрнутая наземная пирамида»: пруд и озеро сразу вычёркиваем — они водные. Остаётся пирамида одного дерева. А пирамида «100 желудей → 10 мышей → 1 сова» показывает количество особей — это пирамида численности, а не энергии.

Ещё из урока 11: паразиты и аменсализм

урок 11свет под кроной

Тип связи	Вид 1	Вид 2	Пример
паразитизм	+	−	клещ и собака
аменсализм	0	−	ель затеняет травы
конкуренция	−	−	закон Гаузе: один вид вытесняет другой

Эктопаразиты живут снаружи (комары, вши, клещи), эндопаразиты — внутри тела хозяина (гельминты, глисты). Паразит, живущий на хищнике, занимает трофический уровень выше хозяина.

Аменсализм — один вид угнетает другой, сам не получая ни пользы, ни вреда. Густая хвоя ели перехватывает свет, и травы под ней гибнут; ель от этого ничего не получает. Под берёзой и тополем свет проходит, и трава растёт. Подробнее о взаимоотношениях организмов — в теме о популяциях.

Вопросы в конце урока

уроки 3, 7, 11ответьте и переверните

Типичные вопросы ЕНТЭти вопросы разбирают в конце уроков. Ответьте мысленно и переверните карточку.

Модели и схемы упрощены для обучения, значения в симуляции учебные.