Пищевые цепи и трофическая динамика

То, кто кого ест, связывает виды сообщества в пищевые сети, через которые текут энергия и материал, а изменения на одном уровне могут каскадно распространяться по всей сети.

Definition

Пищевые сети и трофическая динамика описывают сеть пищевых взаимодействий между видами и результирующий поток энергии, а также регуляцию численности на разных трофических уровнях в сообществе.

Scope

Эта тема охватывает структуру и динамику пищевых взаимоотношений: трофические уровни и пищевые цепи, сетевую архитектуру пищевых сетей, эффективность передачи энергии и пирамиду продуктивности, а также регуляцию сообществ сверху вниз хищниками или снизу вверх ресурсами. Она включает ключевое хищничество, трофические каскады и последствия удаления высших потребителей.

Core questions

• Как пищевые взаимоотношения организованы в трофические уровни и пищевые сети?
• Насколько эффективно энергия передается с одного трофического уровня на другой?
• Когда сообщества контролируются сверху вниз, а когда снизу вверх?
• Как трофические каскады распространяют эффекты хищников по сообществу?

Key theories

Трофико-динамический поток энергии

Энергия, поступающая в сообщество в виде первичной продукции, передается вверх по трофическим уровням с большими потерями на каждом этапе, так что лишь малая часть достигает высших потребителей, ограничивая длину пищевой цепи и биомассу более высоких уровней.

Трофические каскады и контроль сверху вниз

Хищники могут регулировать сообщества сверху вниз, и их удаление может привести к высвобождению травоядных или мезохищников в каскадах, которые реорганизуют численность и разнообразие более низких трофических уровней.

Mechanisms

Продуценты фиксируют энергию, которая передается потребителям, когда их едят; поскольку дыхание, выделение и неполное потребление рассеивают большую часть энергии при каждой передаче, экологическая эффективность обычно составляет около десяти процентов, что ограничивает количество трофических уровней. Хищники уменьшают численность или изменяют поведение своей добычи, что, в свою очередь, влияет на ресурсы добычи; когда эти эффекты распространяются вниз по пищевой цепи, они вызывают трофические каскады, сила которых зависит от связности сети, всеядности и присутствия сильных взаимодействующих видов.

Clinical relevance

Понимание пищевых сетей лежит в основе управления рыболовством и хищниками, сохранения высших хищников, прогнозирования последствий потери видов и борьбы с вредителями с помощью биологических агентов. Это образовательный контекст, а не предписание по управлению.

History

Элтон описал пищевые цепи и пирамиду чисел в 1927 году, а Линдеман количественно оценил поток энергии через трофические уровни в 1942 году. Эксперименты Пейна с ключевыми хищниками в 1960-х годах выявили контроль сверху вниз, а Эстес и коллеги задокументировали широко распространенное трофическое понижение из-за потери высших потребителей.

Debates

Контроль сверху вниз против контроля снизу вверх

Относительная важность контроля хищниками по сравнению с контролем за счет ресурсов варьируется в разных системах, и экологи спорят о том, когда и где каждый из них доминирует, при этом многие сообщества формируются обоими факторами, действующими одновременно.

Key figures

• Charles Elton
• Raymond Lindeman
• Robert Paine
• James Estes

Seminal works

• lindeman1942
• paine1966
• estes2011

Frequently asked questions

Почему пищевые цепи обычно короткие?

Поскольку только около десяти процентов энергии на одном трофическом уровне передается следующему, энергии слишком мало для поддержания многих уровней, что ограничивает большинство пищевых цепей четырьмя или пятью звеньями.

Что такое трофический каскад?

Трофический каскад возникает, когда изменение численности высшего хищника распространяется вниз по пищевой сети, косвенно изменяя численность организмов на двух или более уровнях ниже него.