Пищевая цепь — это линейная сеть звеньев в пищевой сети , часто начинающаяся с автотрофа (например, травы или водорослей ), также называемого продуцентом, и обычно заканчивающаяся на вершине хищника (например, медведей гризли или косаток ), детритофага . (например, дождевые черви и мокрицы ) или разлагатели (например, грибы или бактерии ). Это не то же самое, что пищевая сеть. Пищевая цепь отражает отношения между видами на основе того, что они потребляют в качестве энергии на трофических уровнях , и чаще всего их измеряют по длине — количеству связей между трофическим потребителем и основанием цепи.
Исследования пищевой цепи играют важную роль во многих биологических исследованиях.
Стабильность пищевой цепи очень важна для выживания большинства видов. Когда из пищевой цепи удаляется только один элемент, это может привести к исчезновению или значительному снижению выживаемости вида. Многие пищевые цепи и пищевые сети содержат ключевые виды , виды, которые оказывают большое влияние на окружающую среду и могут напрямую влиять на пищевую цепь. Если удалить ключевой вид, это может вывести из равновесия всю пищевую цепочку. [1]
Эффективность пищевой цепи зависит от энергии, которую сначала потребляют первичные производители. [2] Затем эта энергия перемещается по трофическим уровням.
Пищевые цепи были впервые обсуждены аль-Джахизом , арабским философом 10-го века. [3] Современные концепции пищевых цепей и пищевых сетей были представлены Чарльзом Элтоном . [4] [5] [6]
Пищевая цепь отличается от пищевой сети тем, что пищевая цепь следует прямому линейному пути потребления и передачи энергии. Естественные взаимосвязи между пищевыми цепями образуют пищевую сеть, которая является нелинейной и отражает взаимосвязанные пути потребления и передачи энергии.
Модели пищевой цепи обычно предсказывают, что сообщества контролируются хищниками наверху и растениями ( автотрофами или продуцентами) внизу. [7]
Таким образом, основу пищевой цепи обычно составляют первичные производители . Первичные продуценты, или автотрофы , используют энергию, полученную либо от солнечного света, либо от неорганических химических соединений, для создания сложных органических соединений, таких как крахмал, в качестве источника энергии. Поскольку солнечный свет необходим для фотосинтеза , большая часть жизни не могла бы существовать, если бы солнце исчезло. Несмотря на это, недавно было обнаружено, что существуют некоторые формы жизни, хемотрофы , которые, по-видимому, получают всю свою метаболическую энергию за счет хемосинтеза , движимого гидротермальными жерлами , тем самым показывая, что некоторым формам жизни может не требоваться солнечная энергия для процветания. Хемосинтезирующие бактерии и археи используют сероводород и метан из гидротермальных источников и холодных просачиваний в качестве источника энергии (так же, как растения используют солнечный свет) для производства углеводов; они составляют основу пищевой цепи в регионах с небольшим количеством солнечного света или вообще без него. [8] Независимо от того, где добывается энергия, вид, производящий собственную энергию, лежит в основе модели пищевой цепи и является критически важной частью экосистемы. [9]
Высшие трофические уровни не могут производить собственную энергию и поэтому должны потреблять производителей или другую жизнь, которая сама потребляет производителей. На более высоких трофических уровнях лежат консументы ( вторичные консументы , третичные консументы и т. д.). Консументы – это организмы, поедающие другие организмы. Все организмы в пищевой цепи, кроме первого организма, являются потребителями. Вторичные потребители едят и получают энергию от первичных потребителей, третичные потребители едят и получают энергию от вторичных потребителей и т. д.
На самом высоком трофическом уровне обычно находится высший хищник ; потребитель, у которого нет естественных хищников в модели пищевой цепи.
Когда какой-либо трофический уровень умирает, детритофаги и редуценты потребляют органический материал для получения энергии и выбрасывают питательные вещества в окружающую среду со своими отходами. Разрушители и детритофаги расщепляют органические соединения на простые питательные вещества, которые возвращаются в почву. Это простые питательные вещества, необходимые растениям для создания органических соединений. По оценкам, существует более 100 000 различных разлагателей.
Модели трофических уровней также часто моделируют передачу энергии между трофическими уровнями. Первичные потребители получают энергию от производителя и передают ее вторичным и третичным потребителям.
Пищевые цепи имеют жизненно важное значение в экотоксикологических исследованиях, которые отслеживают пути и биомагнификацию загрязнителей окружающей среды . [10] Также необходимо учитывать взаимодействие между различными трофическими уровнями, чтобы предсказать динамику сообщества ; пищевые цепи часто являются базовым уровнем для разработки теории трофических уровней и исследований сообществ/ экосистем . [7]
Длина пищевой цепи представляет собой непрерывную переменную, обеспечивающую меру прохождения энергии и показатель экологической структуры , который увеличивается за счет связей от низшего к высшему трофическому (питающему) уровням.
Пищевые цепи — это направленные пути трофической энергии или, что то же самое, последовательности связей, которые начинаются с базальных видов, таких как продуценты или тонкое органическое вещество, и заканчиваются организмами-потребителями. [11] : 370
Пищевые цепи часто используются в экологическом моделировании (например, трехвидовая пищевая цепь). Они представляют собой упрощенные абстракции реальных пищевых сетей, но сложны по своей динамике и математическим последствиям. [12]
В простейшем виде длина цепи — это количество связей между трофическим потребителем и основой паутины. Средняя длина цепи всей сети — это среднее арифметическое длин всех цепей пищевой сети. [13] Пищевая цепь представляет собой диаграмму источников энергии. Пищевая цепочка начинается с производителя, которого съедает первичный потребитель. Первичный потребитель может быть съеден вторичным потребителем, который, в свою очередь, может быть съеден третичным потребителем. Третичные консументы иногда могут стать добычей высших хищников, известных как четвертичные консументы. Например, пищевая цепочка может начинаться с зеленого растения в качестве производителя, которое поедается улиткой, основным потребителем. Тогда улитка может стать добычей вторичного потребителя, такого как лягушка, которая сама может быть съедена третичным потребителем, таким как змея, которая, в свою очередь, может быть съедена орлом. Этот простой взгляд на пищевую цепь с фиксированными трофическими уровнями внутри вида (вид A поедается видом B, B поедается C…) часто контрастирует с реальной ситуацией, в которой молодь вида принадлежит к более низкому трофическому уровню. чем взрослые особи, такая ситуация чаще наблюдается в водной среде и земноводных, например, у насекомых и рыб. Эта сложность была названа Дж. Е. Хатчинсоном в 1959 году метафетезом . [14]
Экологи сформулировали и проверили гипотезы относительно природы экологических закономерностей, связанных с длиной пищевой цепи, например, ее длина увеличивается с увеличением объема экосистемы , [15] ограничивается сокращением энергии на каждом последующем уровне [16] или отражает тип среды обитания. [17]
Длина пищевой цепи важна, поскольку количество передаваемой энергии уменьшается по мере повышения трофического уровня; обычно только десять процентов общей энергии на одном трофическом уровне передаются на следующий, а остальная часть используется в метаболическом процессе . В пищевой цепи обычно бывает не более пяти тропических уровней. [18] Люди могут получать больше энергии, возвращаясь на один уровень в цепочке и потребляя пищу раньше, например, получая больше энергии на фунт от употребления салата, чем животное, которое ело салат. [19] [2]
Ключевой вид — это отдельный вид в экосистеме, от которого зависят другие виды в той же экосистеме или вся экосистема в целом. [20] Ключевые виды настолько важны для экосистемы, что без их присутствия экосистема может трансформироваться или полностью прекратить свое существование. [20]
Одним из способов воздействия ключевых видов на экосистему является их присутствие в пищевой сети экосистемы и, как следствие, в пищевой цепи внутри указанной экосистемы. [21] Например, каланы, ключевой вид в тихоокеанских прибрежных регионах, охотятся на морских ежей. [22] Без присутствия каланов морские ежи практикуют разрушительный выпас популяций водорослей , что способствует упадку прибрежных экосистем в северных регионах Тихого океана. [22] Присутствие каланов, в свою очередь, контролирует популяцию морских ежей и помогает поддерживать леса водорослей, которые жизненно важны для других видов в экосистеме. [20]
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )