Энергетика организма: бюджеты времени и энергии. Балансовые модели организмов и их экологические приложения.
Общее количество энергии, необходимое организму в единицу времени для поддержания своего существования, возрастает с увеличением веса тела (интенсивность метаболизма). Но, поскольку у мелких животных отношение поверхности тела к объему довольно велико, они обычно характеризуются более высокой интенсивностью обмена и, следовательно, большими потребностями в энергии на единицу веса тела, чем крупные животные. Животные, поддерживающие внутреннюю температуру тела – гомойотермные, другие – пойкилотермные. Любой организм, получающий свое тепло из наружной среды – эктотермный, а производящий большую часть своего тепла в результате окислительного метаболизма – эндотермный. Настоящие эндотермы – только птицы и млекопитающие, но и среди них многие в определенный период являются эктотермными. Существуют такие пойкилотермные (крупные пресмыкающиеся, быстро плавающие рыбы – тунец), которые могут частично становиться эндотермными.
Для поддержания постоянной температуры тела требуется энергия, но эндотермные животные характеризуются более высокой интенсивностью обмена и большими потребностями в энергии, чем сходные по размеру эктормные. Существует четкий предел для размеров тела эндотермных животных (колибри, землеройки) – 2-3 грамма, они характеризуются высоким обменом и попадают в тесную зависимость от постоянного снабжения полноценной пищей. Травоядные – пищи в избытке – «жнецы». Хищники – много сил и энергии на добывание пищи – «охотники». Метаболическая стоимость движения зависит как от способа, так и от размера. Цена перемещения единицы веса тела на стандартное расстояние для крупных животных меньше, чем для мелких. Передвижение по суше – максимум затрат, полет – среднее, плавание при условии обтекания – минимум.
Каждый организм располагает определенным ограниченным количеством доступной энергии, которую он может израсходовать на рост, поддержание обмена и размножение. То, как организм распределяет эту энергию очень важно, так как это помогает понять взаимодействие организма с окружающей средой. Так как любой организм имеет ограниченный бюджет, то его способность к регуляции и гомеостазу четко ограничена.
Организмы, доведенные до стрессового состояния действием какого-либо фактора способны выдержать меньший диапазон изменений других факторов.
Бюджет энергии:
среда → энергия (еда) → экскреты
метаболизированная энергия
Энергия химических связей новых тканей тепло
Активность поддержание состояния
Прирост энергии = приток извне – затраты на работу
ΔE = Ем – ЕС
Растения страшные хищники (свет трудно уловить). Эффективность превращения световой энергии в химическую мала. Но после того как уловили, могут эффективно использовать для создания продукции. Большая часть световой энергии, поглощенная растениями, превращается в тепло и теряется в результате конвекции, транспирации. Растения расходуют относительно меньше ассимилируемой энергии на поддержание существования, так как не передвигаются, не надо заботиться о поддержании постоянной температуры тела, питаются в течение всего светового времени суток. Эффективность чистой продукции 30-85 % (в зависимости от условий), эффективность ассимиляции – 1-2 %.
Животным для ассимиляции энергии в пище нужно лишь перестроить химические связи, но они тратят слишком много энергии на поддержание тела, на поимку жертвы. Пища животного происхождения переваривается легче. Эффективность ассимиляции 60-90 % (питание насекомыми, рыбой и мясом). Эффективность чистой продукции находится в обратной зависимости от их активности (птицы – 1%, мелкие млекопитающие с высокой скоростью размножения – до 6 %).
Здесь же можно рассказать о k- и r-стратегиях (в смысле затрат на размножение).