Пищевая цепочка
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.
История
[ редактировать ]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 против пищевой сети
[ редактировать ]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.
Трофические уровни
[ редактировать ]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 источников 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.
Исследования
[ редактировать ]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 прогнозировать сообщества динамику ; пищевые цепи часто являются базовым уровнем для разработки теории трофических уровней и исследований сообществ/ экосистем . [7]
Длина
[ редактировать ]
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 сложные по своей динамике и математическим значениям. [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 метафетез , Дж. Е. Хатчинсона 1959. [14]
Экологи сформулировали и проверили гипотезы относительно природы экологических закономерностей, связанных с длиной пищевой цепи, таких как увеличение длины с увеличением объема экосистемы , [15] ограничено уменьшением энергии на каждом последующем уровне, [16] или отражающий 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 предыдущий уровень цепочки и потребляя пищу раньше, например, получая больше энергии на фунт от употребления салата, чем животное, которое ело салат. [19] [2]
Краеугольные виды
[ редактировать ]
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 тихоокеанских прибрежных регионов, охотятся на морских ежей. [22] В отсутствие каланов морские ежи разрушительно выедают популяции 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]
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Пищевая цепочка» . www2.nau.edu . Проверено 4 мая 2019 г.
- ^ Jump up to: а б Роуленд, Фрейя Э.; Брикер, Келли Дж.; Ванни, Майкл Дж.; Гонсалес, Мария Х. (13 апреля 2015 г.). «Свет и питательные вещества регулируют передачу энергии через донные и пелагические пищевые цепи» . Ойкос . 124 (12). Северный фонд Ойкос: 1648–1663 гг. Бибкод : 2015Oikos.124.1648R . дои : 10.1111/oik.02106 . ISSN 1600-0706 . Получено 25 октября 2019 г. - через ResearchGate .
- ^ Агаттер, Пол С.; Уитли, Денис Н. (5 ноября 2008 г.). Размышляя о жизни: история и философия биологии и других наук . Springer Science & Business Media. п. 43. ИСБН 978-1-4020-8866-7 .
- ^ Элтон, CS (1927). Экология животных . Лондон, Великобритания: Сиджвик и Джексон. ISBN 0-226-20639-4 .
- ^ Аллесина, С.; Алонсо, Д.; Паскаль, М. (2008). «Общая модель структуры пищевой сети» (PDF) . Наука . 320 (5876): 658–661. Бибкод : 2008Sci...320..658A . дои : 10.1126/science.1156269 . ПМИД 18451301 . S2CID 11536563 . Архивировано из оригинала (PDF) 15 мая 2016 г.
- ^ Эгертон, ФН (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 .
- ^ Jump up to: а б Вуттон, Джей Ти; Пауэр, Мэн (15 февраля 1993 г.). «Продуктивность, потребители и структура речной пищевой цепи» . Труды Национальной академии наук . 90 (4): 1384–1387. Бибкод : 1993PNAS...90.1384W . дои : 10.1073/pnas.90.4.1384 . ISSN 0027-8424 . ПМК 45877 . ПМИД 11607368 .
- ^ Министерство торговли США, Национальное управление океанических и атмосферных исследований. «В чем разница между фотосинтезом и хемосинтезом?: Факты исследования океана: Исследование океана NOAA» . Oceanexplorer.noaa.gov . Проверено 15 апреля 2024 г.
- ^ Фретвелл, Стивен Д. (1987). «Динамика пищевой цепи: центральная теория экологии?» . Ойкос . 50 (3): 291–301. Бибкод : 1987Oikos..50..291F . дои : 10.2307/3565489 . ISSN 0030-1299 . JSTOR 3565489 .
- ^ Вандер Занден, MJ; Шутер, Би Джей; Лестер, Н.; Расмуссен, Дж. Б. (1999). «Характеристики длины пищевой цепи в озерах: исследование стабильных изотопов» (PDF) . Американский натуралист . 154 (4): 406–416. дои : 10.1086/303250 . ПМИД 10523487 . S2CID 4424697 . Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г. Проверено 14 июня 2011 г.
- ^ Мартинес, Северная Дакота (1991). «Артефакты или атрибуты? Влияние разрешения на пищевую сеть озера Литл-Рок» (PDF) . Экологические монографии . 61 (4): 367–392. Бибкод : 1991ЭкоМ...61..367М . дои : 10.2307/2937047 . JSTOR 2937047 .
- ^ Пост, ДМ; Коннерс, Мэн; Гольдберг, DS (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 .
- ^ Пост, ДМ; Пейс, ML; Харистис, AM (2006). «Паразиты доминируют в ссылках на пищевую сеть» . Труды Национальной академии наук . 103 (30): 11211–11216. Бибкод : 2006PNAS..10311211L . дои : 10.1073/pnas.0604755103 . ПМК 1544067 . ПМИД 16844774 .
- ^ Дж. Э. Хатчинсон. 1959. Посвящение Санта-Розалии или почему существует так много видов животных? Американский натуралист, Том. 93, № 870 (май - июнь 1959 г.), стр. 145-159.
- ^ Бриан, Ф.; Коэн, Дж. Э. (1987). «Экологические корреляты длины пищевой цепи» (PDF) . Наука . 238 (4829): 956–960. Бибкод : 1987Sci...238..956B . дои : 10.1126/science.3672136 . ПМИД 3672136 . Архивировано из оригинала (PDF) 25 апреля 2012 г.
- ^ Одум, Е.П.; Барретт, GW (2005). Основы экологии . Брукс/Коул . п. 598. ИСБН 978-0-534-42066-6 .
- ^ Бриан, Фредерик (октябрь 1983 г.). «Биогеографические закономерности в организации пищевой сети» . Отчеты Окриджской национальной лаборатории . ОРНЛ-5983: 37–39.
- ^ Уилкин, Дуглас; Брейнард, Жан (11 декабря 2015 г.). «Пищевая цепочка» . СК-12 . Проверено 6 ноября 2019 г.
- ^ Рафферти, Джон П.; и др. (Кара Роджерс, редактор Британской энциклопедии). «Пищевая цепочка». Пищевая цепочка | Определение, типы и факты . Британская энциклопедия . Проверено 25 октября 2019 г.
- ^ Jump up to: а б с Сидху, Джатиндер (16 сентября 2021 г.). «Что такое ключевые виды и почему они имеют значение?» . Всемирный экономический форум .
- ^ Йордан, Ференц (27 июня 2009 г.). «Ключевые виды и пищевые сети» . Философские труды Королевского общества B: Биологические науки . 364 (1524): 1733–1741. дои : 10.1098/rstb.2008.0335 . ISSN 0962-8436 . ПМК 2685432 . ПМИД 19451124 .
- ^ Jump up to: а б Парк, почтовый адрес: Glacier Bay National; Густав, заповедник, а/я 140; Us, AK 99826 Телефон: 907 697-2230 Контакт. «Ключевой вид, морская выдра, колонизирует Глейшер-Бей - национальный парк и заповедник Глейшер-Бэй (Служба национальных парков США)» . www.nps.gov . Проверено 15 апреля 2024 г.
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
