stringtranslate.com

Пищевая цепь

Пищевая цепочка в шведском озере. Скопа питается северной щукой , которая в свою очередь питается окунем , который питается уклейкой , которая питается ракообразными .

Пищевая цепь — это линейная сеть звеньев в пищевой сети , часто начинающаяся с автотрофа (такого как трава или водоросли ), также называемого производителем, и обычно заканчивающаяся хищником-апексом (таким как медведи гризли или косатки ), детритофагом (таким как дождевые черви и мокрицы ) или редуцентом (таким как грибы или бактерии ). Это не то же самое, что пищевая сеть. Пищевая цепь изображает отношения между видами на основе того, что они потребляют для получения энергии на трофических уровнях , и они чаще всего количественно определяются 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 вымиранию или значительному снижению выживаемости вида. Многие пищевые цепи и пищевые сети содержат ключевые виды , виды, которые оказывают большое влияние на окружающую среду и которые могут напрямую влиять на пищевую цепь. Если ключевые виды удаляются, это может нарушить равновесие всей пищевой цепи. [1]

Эффективность пищевой цепи зависит от энергии, первоначально потребляемой первичными продуцентами. [2] Затем эта энергия перемещается по трофическим уровням.

История

Пищевые цепи впервые были рассмотрены аль-Джахизом , арабским философом 10-го века. [3] Современные концепции пищевых цепей и пищевых сетей были введены Чарльзом Элтоном . [4] [5] [6]

Пищевая цепь против пищевой сети

Пищевая цепь отличается от пищевой сети, поскольку пищевая цепь следует прямолинейному пути потребления и передачи энергии. Естественные взаимосвязи между пищевыми цепями образуют пищевую сеть, которая нелинейна и отображает взаимосвязанные пути потребления и передачи энергии.

Трофические уровни

Модели пищевой цепи обычно предсказывают, что сообщества контролируются хищниками наверху и растениями ( автотрофами или продуцентами) внизу. [7]

Трофические пирамиды (также называемые экологическими пирамидами ) моделируют трофические уровни в пищевой цепи и/или продуктивность биомассы.

Таким образом, основа пищевой цепи обычно состоит из первичных производителей . Первичные производители, или автотрофы , используют энергию, полученную либо от солнечного света, либо от неорганических химических соединений, чтобы создавать сложные органические соединения, такие как крахмал, для получения энергии. Поскольку солнечный свет необходим для фотосинтеза , большая часть жизни не могла бы существовать, если бы солнце исчезло. Тем не менее, недавно было обнаружено, что существуют некоторые формы жизни, хемотрофы , которые, по-видимому, получают всю свою метаболическую энергию из хемосинтеза , управляемого гидротермальными источниками , тем самым показывая, что некоторым формам жизни может не требоваться солнечная энергия для процветания. Хемосинтетические 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 образуют основу пищевой цепи в регионах, где мало или совсем нет солнечного света. [8] Независимо от того, где добывается энергия, вид, который производит свою собственную энергию, лежит в основе модели пищевой цепи и является критически важной частью экосистемы. [9]

Высшие трофические уровни не могут производить свою собственную энергию и поэтому должны потреблять производителей или другую жизнь, которая сама потребляет производителей. На высших трофических уровнях находятся потребители ( вторичные потребители , третичные потребители и т. д.). Потребители — это организмы, которые едят другие организмы. Все организмы в пищевой цепи, за исключением 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, в модели пищевой цепи которого нет естественных хищников .

Когда любой трофический уровень умирает, детритофаги и редуценты потребляют его органический материал для получения энергии и выбрасывают питательные вещества в окружающую среду в своих отходах. Редуценты и детритофаги расщепляют органические соединения на простые питательные вещества, которые возвращаются в почву. Это простые питательные вещества, которые требуются растениям для создания органических соединений. По оценкам, существует более 100 000 различных редуцентов.

Модели трофических уровней также часто моделируют передачу энергии между трофическими уровнями. Первичные потребители получают энергию от производителя и передают ее вторичным и третичным потребителям.

Исследования

Пищевые цепи играют важную роль в экотоксикологических исследованиях, которые отслеживают пути и биоусиление загрязняющих веществ окружающей среды . [10] Также необходимо учитывать взаимодействия 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

Эта пищевая сеть водоплавающих птиц из Чесапикского залива представляет собой сеть пищевых цепей.

Длина пищевой цепи — это непрерывная переменная, которая является мерой прохождения энергии и индексом экологической структуры , увеличивающейся по мере роста связей от низшего до высшего трофического (пищевого) уровня.

Пищевые цепи представляют собой направленные пути трофической энергии или, что то же самое, последовательности связей, которые начинаются с базальных видов, таких как производители или тонкое органическое вещество, и заканчиваются организмами-потребителями. [11] : 370 

Пищевые цепи часто используются в экологическом моделировании (например, трехвидовая пищевая цепь). Они являются упрощенными абстракциями реальных пищевых сетей, но сложны в своей динамике и математических последствиях. [12]

В простейшей форме длина цепи — это количество связей между трофическим потребителем и основанием сети. Средняя длина цепи всей сети — это среднее арифметическое длин всех цепей в пищевой сети. [13] Пищевая цепь — это диаграмма источников энергии. Пищевая цепь начинается с производителя, которого съедает первичный потребитель. Первичный потребитель может быть съеден вторичным потребителем, который, в свою очередь, может быть потреблен третичным потребителем. Третичные потребители иногда могут стать добычей высших хищников, известных как четвертичные потребители. Например, пищевая цепь может начинаться с зеленого растения в качестве производителя, которое съедает улитка, первичный потребитель. Затем 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 потреблена орлом. Этот простой взгляд на пищевую цепь с фиксированными трофическими уровнями внутри вида - вид A поедается видом B, B поедается видом C... - часто контрастирует с реальной ситуацией, в которой молодь вида принадлежит к более низкому трофическому уровню, чем взрослые особи, ситуация, которая чаще наблюдается в водной и земноводной среде, например, у насекомых и рыб. Эта сложность была названа метафоэтезисом GE Hutchinson , 1959. [14]

Экологи сформулировали и проверили гипотезы относительно природы экологических закономерностей, связанных с длиной пищевой цепи, например, длина, увеличивающаяся с объемом экосистемы [15], ограниченная снижением энергии на каждом последующем уровне [16] или отражающая тип среды обитания [17] .

Длина пищевой цепи важна, поскольку количество передаваемой энергии уменьшается по мере увеличения трофического уровня; обычно только десять процентов от общей энергии на одном трофическом уровне передается на следующий, так как остальная часть используется в метаболическом процессе . Обычно в пищевой цепи не более пяти тропических уровней. [18] Люди способны получать больше энергии, возвращаясь на уровень назад в цепи и потребляя пищу раньше, например, получая больше энергии на фунт от потребления салата, чем животное, которое ело салат. [19] [2]

Ключевые виды

Морская выдра — яркий пример ключевого вида

Ключевой вид — это единственный вид в экосистеме, на который полагаются другие виды в той же экосистеме или вся экосистема в целом. [20] Ключевой вид настолько важен для экосистемы, что без его присутствия экосистема может трансформироваться или полностью прекратить свое существование. [20]

Одним из способов, которым ключевые виды влияют на экосистему, является их присутствие в пищевой сети экосистемы и, как следствие, в пищевой цепи внутри этой экосистемы. [21] Морские выдры, ключевые виды в прибрежных районах Тихого океана, охотятся на морских ежей. [22] Без присутствия морских выдр морские ежи практикуют разрушительное выедание популяций водорослей , что способствует сокращению прибрежных экосистем в северных районах Тихого океана. [22] Присутствие морских выдр контролирует популяции морских ежей и помогает поддерживать леса водорослей, которые жизненно важны для других видов в экосистеме. [20]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Пищевая цепь". www2.nau.edu . Получено 2019-05-04 .
  2. ^ ab Rowland, Freya E.; Bricker, Kelly J.; Vanni, Michael J.; González, María J. (2015-04-13). «Свет и питательные вещества регулируют передачу энергии через бентосные и пелагические пищевые цепи». Oikos . 124 (12). Nordic Foundation Oikos: 1648–1663. Bibcode :2015Oikos.124.1648R. doi :10.1111/oik.02106. ISSN  1600-0706 . Получено 25.10.2019 – через ResearchGate .
  3. ^ Агуттер, Пол С.; Уитли, Денис Н. (2008-11-05). Размышления о жизни: история и философия биологии и других наук. Springer Science & Business Media. стр. 43. ISBN 978-1-4020-8866-7.
  4. ^ Элтон, CS (1927). Экология животных. Лондон, Великобритания.: Сиджвик и Джексон. ISBN 0-226-20639-4.
  5. ^ Allesina, S.; Alonso, D.; Pascal, M. (2008). "Общая модель структуры пищевой сети" (PDF) . Science . 320 (5876): 658–661. Bibcode :2008Sci...320..658A. doi :10.1126/science.1156269. PMID  18451301. S2CID  11536563. Архивировано из оригинала (PDF) 2016-05-15.
  6. ^ Эгертон, Ф. Н. (2007). «Понимание пищевых цепей и пищевых сетей, 1700-1970». Бюллетень Экологического общества Америки . 88 : 50–69. doi :10.1890/0012-9623(2007)88[50:UFCAFW]2.0.CO;2.
  7. ^ ab Wootton, JT; Power, ME (1993-02-15). «Производительность, потребители и структура речной пищевой цепи». Труды Национальной академии наук . 90 (4): 1384–1387. Bibcode : 1993PNAS...90.1384W. doi : 10.1073 /pnas.90.4.1384 . ISSN  0027-8424. PMC 45877. PMID  11607368. 
  8. ^ Министерство торговли США, Национальное управление океанических и атмосферных исследований. «В чем разница между фотосинтезом и хемосинтезом?: Факты об исследовании океана: Исследование океана NOAA». oceanexplorer.noaa.gov . Получено 15.04.2024 .
  9. ^ Фретвелл, Стивен Д. (1987). «Динамика пищевой цепи: центральная теория экологии?». Oikos . 50 (3): 291–301. Bibcode : 1987Oikos..50..291F. doi : 10.2307/3565489. ISSN  0030-1299. JSTOR  3565489.
  10. ^ Вандер Занден, М. Дж.; Шутер, Б. Дж.; Лестер, Н.; Расмуссен, Дж. Б. (1999). «Закономерности длины пищевой цепи в озерах: исследование стабильных изотопов» (PDF) . The American Naturalist . 154 (4): 406–416. doi :10.1086/303250. PMID  10523487. S2CID  4424697. Архивировано из оригинала (PDF) 2016-03-04 . Получено 2011-06-14 .
  11. ^ Мартинес, НД (1991). «Артефакты или атрибуты? Влияние разрешения на пищевую сеть озера Литл-Рок» (PDF) . Экологические монографии . 61 (4): 367–392. Bibcode : 1991EcoM...61..367M. doi : 10.2307/2937047. JSTOR  2937047.
  12. ^ Пост, Д.М.; Коннерс, М.Э.; Голдберг, Д.С. (2000). «Предпочтение добычи высшим хищником и стабильность связанных пищевых цепей» (PDF) . Экология . 81 : 8–14. doi :10.1890/0012-9658(2000)081[0008:PPBATP]2.0.CO;2.
  13. ^ Пост, Д.М.; Пейс, М.Л.; Харистис, А.М. (2006). «Паразиты доминируют в связях пищевых сетей». Труды Национальной академии наук . 103 (30): 11211–11216. Bibcode : 2006PNAS..10311211L. doi : 10.1073/pnas.0604755103 . PMC 1544067. PMID  16844774 . 
  14. ^ GE Hutchinson. 1959. Посвящение Санта-Розалии или почему существует так много видов животных? The American Naturalist, т. 93, № 870 (май - июнь 1959 г.), стр. 145-159
  15. ^ Briand, F.; Cohen, JE (1987). "Экологические корреляты длины пищевой цепи" (PDF) . Science . 238 (4829): 956–960. Bibcode :1987Sci...238..956B. doi :10.1126/science.3672136. PMID  3672136. Архивировано из оригинала (PDF) 2012-04-25.
  16. ^ Одум, Э.П.; Барретт, Г.В. (2005). Основы экологии. Брукс/Коул . стр. 598. ISBN 978-0-534-42066-6.
  17. ^ Бриан, Фредерик (октябрь 1983 г.). «Биогеографические закономерности в организации пищевой сети». Отчеты Национальной лаборатории Оук-Ридж . ORNL-5983: 37–39.
  18. ^ Уилкин, Дуглас; Брэйнард, Джин (11.12.2015). "Пищевая цепь". CK-12 . Получено 06.11.2019 .
  19. ^ Рафферти, Джон П.; и др. (Кара Роджерс, редакторы Encyclopædia Britannica). "Пищевая цепь". Пищевая цепь | Определение, типы и факты. Encyclopædia Britannica . Получено 25.10.2019 .
  20. ^ abc Sidhu, Jatinder (2021-09-16). «Что такое ключевые виды и почему они важны?». Всемирный экономический форум .
  21. ^ Jordán, Ferenc (2009-06-27). "Keystone species and food networks". Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences . 364 (1524): 1733–1741. doi :10.1098/rstb.2008.0335. ISSN  0962-8436. PMC 2685432 . PMID  19451124. 
  22. ^ ab Park, почтовый адрес: Glacier Bay National; Gustavus, Preserve PO Box 140; Us, AK 99826 Телефон: 907 697-2230 Контактное лицо. "A Keystone Species, the Sea Otter, Colonizes Glacier Bay - Glacier Bay National Park & ​​Preserve (US National Park Service)". www.nps.gov . Получено 15.04.2024 .{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )