Энергия в экологических системах. Принципы и концепции. Метрология и размер особей (стр. 3 из 3)

Интенсивность обмена у отдельных организмов или их ассоциаций часто оценивается по скорости потребления кислорода (или в случае фотосинтеза — но скорости его продукции). У животных наблюдается общая тенденция к увеличению интенсивности обмена в расчете на организм пропорционально степени 2/з роста объема (или массы); иначе говоря, интенсивность метаболизма на грамм биомассы растет с уменьшением длины (Zeuthen, 1953; Bertalanffy, 1957; Klеiber, 1961).

Рис. 3-17. Связь между дыханием и массой тела у одной особи (А) и дыханием на единицу массы и массой тела (Б). Показатель степени в уравнениях обычно лежит в пределах 0,7—0,8. (С изменениями по Agren, Axelsson, 1980.)

Видимо, подобное соотношение наблюдается и у растений, хотя различия и строении растений и животных затрудняют прямое сравнение объемов и линейных размеров. Связь между массой тела и интенсивностью дыхания на особь и на единицу массы показана на рис. 3,17» Для нас представляет интерес вторая кривая (рис. 3,17, Б), поскольку она показывает рост удельной (по массе) интенсивности метаболизма с уменьшением размеров особи. Различные теории, объясняющие эту тенденцию, особое внимание обращают на роль процессов диффузии; действительно, у крупных организмов площадь поверхности, через которую может идти диффузия, на грамм массы меньше, чем у мелких животных. Однако общепринятого объяснения связи между размером и метаболизмом пока нет. Конечно, сравнения следует проводить при одинаковой температуре, так как интенсивность обмена при высокой температура обычно выше (кроме случаев температурной адаптации; см. с 261 и 202),

При сравнении организмов, имеющих размеры одного порядка, линейные зависимости, показанные на рис. 3.17, не всегда оказываются справедливыми. Это вполне естественно, потому что на интенсивность метаболизма влияют и многие другие факторы. Например, у теплокровных животных интенсивность дыхания выше, чем у холоднокровных такого же размера. По это различие относительно мало но сравнению с различием между позвоночными и бактериями. Итак, при одинаковом поступлении энергии с пищей величины урожая па корню холоднокровной растительноядной рыбы в пруду и урожая теплокровных травоядных млекопитающих на суше могут быть одного порядка. Но, как ужо указывалось в гл. 2, в воздухе кислорода больше, чем в воде, где он может служить лимитирующим фактором. Б общем у водных животных, по-видимому, активность дыхания на единицу массы меньше, чем у наземных животных такого же размера. Такая адаптация вполне может повлиять на трофическую структуру

При анализе связи размеров с метаболизмом у растений часто нелегко решить, что же, собственно говоря, считать «особью». Так, большое дерево можно рассматривать как одну особь, по при изучении связи размеров с площадью поверхности «функциональными особями» можно считать листья (вспомним понятие «индекс листовой поверхности»). Изучая разные виды крупных морских многоклеточных водорослей, мы обнаруживаем, что виды с тонкими, или узкими, «ветвями» (т. е. с высоким соотношением поверхность/объем) характеризуются более высоким уровнем продукции пищи на 1 г биомассы, более интенсивным дыханием и поглощением радиоактивного фосфора из воды, чем виды с толстыми «ветвями» (Е. Odum, Kuentzler, Blunt, 1958). В этом случае «функциональными особями» являются «ветви* или даже отдельные клетки, а не все растение, которое может быть образовано множеством «ветвей», прикрепленных к субстрату одним ризоидом.

В онтогенезе любого вида также может наблюдаться обратная зависимость между размерами тела и интенсивностью метаболизма. Так, в яйцах интенсивность метаболизма на 1 г массы обычно выше, чем у взрослых особей. По данным Хантера и Вернберга (Hunter, Vernberg, 1955), метаболизм на 1 г массы у взрослых трематод (паразитических червей) в 10 раз ниже, чем у их мелких личинок церкарий.

Заключение

И так переходим к заключению. Вывод можно сделать такой. Что размер урожая биомассы на корню (выраженный в общем сухом весе или обшей калорийности всех организмов, имеющихся в данный момент), который может поддерживаться постоянным током энергии через пищевую цепь, в значительной мере зависит от размера особей. Чем меньше организм, тем выше его удельный метаболизм (на 1 г или на 1 кал биомассы). Следовательно, чем меньше организм, тем меньше биомасса, которая может поддерживаться на данном трофическом уровне экосистемы, и, наоборот, чем крупнее организм, тем выше биомасса на корню. Так, «урожай» бактерий, имеющихся в данный момент, будет гораздо ниже «урожая» рыбы или млекопитающих, хотя эти группы использовали одинаковое количество энергии.

Во избежание недоразумений подчеркиваем, что с увеличением размера снижается не общий метаболизм особи, а удельный, т.е. интенсивность метаболизма не единицу веса. Взрослому человеку требуется пищи больше, чем маленькому ребенку, но на килограмм своего веса взрослый потребляет меньше пищи.

Литература

Ю. Одум, 1975 г. «Основы экологии».

Сайт: http://www.xumuk.ru/