11.4: Харчові ланцюги та харчові мережі

Last updated
Save as PDF

Page ID: 37123

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Трофічні рівні

Харчовий ланцюг слідує одним шляхом енергії та матеріалів між видами. Харчова павутина більш складна і являє собою цілу систему з'єднаних харчових ланцюгів. У харчовій павутині організми поміщаються на різні трофічні рівні. Трофічні рівні включають різні категорії організмів, таких як виробники, споживачі та розкладники. Виробники є основним трофічним рівнем, тоді як найвищі хижаки - піковий рівень. Виробники є автотрофами, тобто вони виробляють власну їжу за допомогою фотосинтезу або хемосинтезу. Споживачі - це тварини, які їдять виробників і поділяються на безліч різних категорій: первинні споживачі, вторинні споживачі, третинні споживачі тощо. Основними споживачами є рослиноїдні рослини; вторинні споживачі їдять травоїдних; третинні споживачі можуть споживати як первинних, так і вторинних споживачів. Там може бути більше рівнів споживачів, поки врешті-решт не буде досягнутий верхній хижак. Взаємозв'язок між трофічними рівнями (наприклад, первинними виробниками, травоїдними, первинними хижаками та верхніми хижаками) показана на малюнку 1. Важливо відзначити, що споживачами можуть бути м'ясоїдні тварини, тварини, які їдять інших тварин, а також всеїдні, тварини, які споживають багато видів їжі. Розкладачі також є частиною харчової павутини і включають організми, які харчуються всіма різновидами мертвих рослин і тварин, які відповідають за повернення поживних речовин у навколишнє середовище.

Малюнок 1: Діаграма показує ієрархію споживання з кожним ярусом споживають види з ярусу під ними. Звуження піраміди вказує на найбільшу кількість біомаси та енергії, розташованої в ярусі виробників, і найменші кількості, розташовані у верхньому ярусі хижака.
https://upload.wikimedia.org/wikiped...yramid.svg.png

Передача енергії

Кількість енергії, яка протікає через різні трофічні рівні харчової павутини, зазвичай відображається у вигляді піраміди (див. Вище). Ця піраміда показує набагато більше інформації, ніж просто діаграма ієрархії між хижаком і здобиччю. Кількість площі в кожному трофічному рівні відображає кількість енергії, присутньої в біомасі. Виробники явно займають найбільшу площу на піраміді, а значить і найбільшу кількість енергії. Автотрофи перетворюють сонячну і хімічну енергію в біологічно придатну форму, глюкозу. У вигляді глюкози енергія здатна вводитися в систему харчової павутини і яка потім передається через споживання. Оскільки автотрофи є джерелом енергії в харчову павутину, має сенс, що вони містять найбільшу кількість енергії в межах своєї біомаси. Хоча індивідуальний первинний виробник сам по собі відносно крихітний, величезна кількість виробників призводить до того, що їх комбінована біомаса є найбільшою трофічною групою в океані. Поєднання їх величезної біомаси та утримання більшої частини енергії, яку вони виробляють, - це те, що змушує виробників займати таку широку базу енергетичної піраміди. У міру просування вгору трофічних рівнів кількість енергії, отриманої від споживання, зменшується в рази приблизно в 10 разів на рівень. Це означає, що первинні споживачі отримують лише 10% енергії від первинних виробників при споживанні. Найбільш шокуючим є те, що верхівковий хижак у наведеному вище прикладі представляє четвертинного хижака і тому отримує лише 0,01% енергії, яку виробляв оригінальний первинний виробник. Потім енергія потрапляє в непридатні форми (наприклад, клітковина та кістки) і використовується в метаболізації матеріалу в придатні для використання форми, що призводить до загальної втрати.

Малюнок 2: Ця цифра ілюструє різницю між харчовим ланцюгом і харчовою павутиною. Харчова павутина зображує складність взаємодії в природній екосистемі. Харчовий ланцюг спрощує взаємодію між вибраними організмами і може бути використаний для кращого розуміння того, як зміни в популяціях одного виду можуть вплинути на спільноту в цілому. https://upload.wikimedia.org/wikiped...TrophicWeb.jpg

Харчові павутини проти харчових ланцюгів

Харчові мережі є більш складними, ніж харчові ланцюги, але однаково корисними для розуміння процесів екологічних спільнот. Деякі харчові мережі можуть бути більш складними, ніж інші, але поняття завжди постійні. Харчова павутина показує потік поживних речовин між різними типами організмів, що може допомогти нам зрозуміти передачу енергії, як описано раніше. Харчові павутини починаються з автотрофів і продовжуються гетеротрофами, але через їх співзалежність зміни достатку одного виду організму можуть вплинути на інші. Наприклад, якби кількість фітопланктону раптом різко зменшилася, так би і кількість гетеротрофів, які залежать від фітопланктону як джерела їжі (відомий як «знизу вгору» контроль харчових павутин).

Коли ви вивчаєте харчову павутину, ви можете спостерігати, як всі харчові ланцюги взаємодіють в одній спільноті. Спостерігаючи за єдиним харчовим ланцюгом, ви можете побачити шлях, по якому енергія і поживні речовини проходять через певне співтовариство. Оскільки харчовий ланцюг набагато спрощеніший, ніж харчова павутина, її можна використовувати для прогнозування реакції екосистеми через зміни популяції одного виду. Трофічні каскади - це один із способів, за допомогою якого харчовий ланцюг може бути використаний для прогнозування змін в екосистемі. Трофічний каскад виникає, коли один вид має зміну чисельності популяції, що призводить до зміни популяцій інших видів в межах харчового ланцюга. Класичним прикладом трофічного каскаду є приклад, що описує взаємозв'язок між косаками, морськими видрами, морськими їжаками, лісами ламінарії вздовж узбережжя Аляски. Було встановлено, що збільшення хижацтва косатками різко зменшувало популяції морської видри. Без сильної присутності морської видри хижацтво морського їжака було низьким, що призвело до збільшення травоїдності на лісах ламінарії. З їжаками, вільними від значного хижацтва, були споживані цілі ліси ламінарії, що призвело до їжаків, що в кінцевому підсумку змістило всю динаміку цих екосистем. Використання харчових мереж для прогнозування змін екосистем за допомогою трофічних каскадів має важливе значення для розуміння повного впливу людини на природний світ. Вони можуть допомогти нам краще зрозуміти найкращу реакцію на ці каскади, такі як описаний вище.

види павутини

В екологічному співтоваристві існує два типи харчових мереж: мережі зв'язку та мережі взаємодії: Вони використовуються для відстеження енергії, яка тече всередині громади. Підключення павутини використовують стрілки, які показують споживання одного виду іншим. Ці стрілки мають однакову вагу, тому немає додаткової інформації про силу споживання між видами (Atkinson et al. 2014). Мережі взаємодії також використовують стрілки, щоб показати споживання одного виду іншим, але ці стрілки зважуються відповідно до сили взаємодії в громаді. Якщо видно, що один вид регулярно споживає інший, то він матиме широку і темну стрілку, що показує їх зв'язок. Якщо спостерігається, що вид рідко споживає інший, то сполучна стрілка буде дуже тонкою, якщо вона взагалі присутня (Berlow et al. 2004).

Малюнок 3: Ця цифра переглядає ідею трофічних каскадів із збільшенням популяції корок, що спричиняє збільшення популяції їжаків та зменшення популяції морської видри та ламінарії. Це зображення також ілюструє основні види та види ключових каменів у межах одного харчового ланцюга.
https://upload.wikimedia.org/Wikipedia/commons/e/e5/JumpingOrca.jpg
pixabay.com/статичні/завантаження/р... 76_960_720.jpg
https://c2.staticflickr.com/8/7439/1...8988b419_b.jpg
https://upload.wikimedia.org/Wikipedia/commons/3/34/CAS_Macrocystis_4.JPG

Види фундаменту та види ключових каменів

Існують також організми в харчовій павутині, які відомі як види ключових каменів та основні види. Фундаментальні види, як правило, є первинними виробниками і відіграють велику роль у громаді завдяки своїй здатності будувати або забезпечувати структуру, яку населяють інші організми (наприклад, мідії та ліси ламінарії). Ці основні види включають організми, які впливають на спільноту, створюючи фізичні зміни в навколишньому середовищі. Види Keystone можуть бути розташовані в будь-якому місці харчової павутини і відігравати життєво важливу роль у підтримці спільноти. Ці організми мають великий вплив на структуру громади екологічними ролями або нішами. Види трапецеїдальних каменів визначаються як ті, які мають непропорційний вплив на екосистему щодо їх чисельності. Морські видри не мають дуже високої біомаси в лісі ламінарії, але через хижацтво іншими видами (наприклад, морськими їжаками) вони мають сильний вплив на здоров'я та біомасу ламінарії.

Малюнок 4: Діаграма поперечного перерізу ліжка мідій Mytilus californianus з великою громадою, що живе в матриці, яку створюють мідії. Скупчення цих основних видів можуть забезпечити середовище проживання понад 300 видів організмів.

Діаграма змінена з Шанека Т.Г. (1992)

Посилання

Аткінсон, А., С. Хілл, М. Баранж, Е. Пахомов, Д. Раубенгеймер, К.Шмідт, С.Сімпсон, і К. Рейсс. 2014. Цикли сардини, криль зменшується, а сарани чуми: перегляд харчових павутин «оси-талії». Тенденції екології та еволюції 29:309-316.
Берлоу, Е., Нейтель, Дж. Коен, П. де Руйтер, Б. Ебенман, М. Еммерсон, Дж. Фокс, В. Янсен, Дж. Іван Джонс, Г. Коккоріс, Д. Логофет, А. Маккейн, Дж. Монтойя, і О.Петчі. 2004. Сильні сторони взаємодії в харчових мережах: проблеми та можливості. Журнал екології тварин 73:585-598.
Естес, Дж., Тінкер, М.Т., Вільямс, Т.М., і Доак, Д.Ф. (1998). Кит-вбивця хижацтво на морських видрах, що пов'язують океанічні та прибережні екосистеми. Наука, 282 (5388), 473—476. https://doi.org/10.1126/science.282.5388.473
Сучанек Т.Г. Екстремальне біорізноманіття в морському середовищі: Мідії ліжка спільноти Mytilus californianus. Північно-західний екологічний журнал, 8:1

Інші джерела:

Океануорлд.таму.еду/ресурси... nefoodwebs.htm
http://marinebio.org/oceans/biotic-structure/
освіта. національна географічна... од-веб/? а=1
http://www.life.illinois.edu/ib/453/453lec12foodwebs.pdf
iasmania.com/food-web-енергія-... yramid-енергія/
http://lh4.ggpht.com/-HafbEZnW9Xk/USIFDYBkA5I/AAAAAAAABO8/QEvw0xZbrwA/food-web-and-food-chain-compared_thumb%25255B4%25255D.jpg?imgmax=800
http://thefishproject.weebly.com/uploads/9/4/7/1/9471530/6870996_orig.png