สายใยอาหารทางทะเลและพลวัตของระดับขั้นการบริโภค

พลังงานที่ถูกตรึงโดยแพลงก์ตอนพืชจะไหลขึ้นไปตามผู้กินพืช ผู้ล่า และผู้ย่อยสลายในสายใยอาหาร ซึ่งโครงสร้างของสายใยอาหารเหล่านี้ — และความสำคัญที่น่าประหลาดใจของจุลินทรีย์ภายในสายใยอาหาร — เป็นตัวกำหนดผลิตภาพของมหาสมุทรทั้งหมด

Definition

สายใยอาหารทางทะเลคือเครือข่ายความสัมพันธ์ในการกินอาหารที่เคลื่อนย้ายพลังงานและสารอาหารระหว่างสิ่งมีชีวิตในมหาสมุทร; พลวัตของระดับขั้นการบริโภคอธิบายว่าผลิตภาพถูกถ่ายโอน เปลี่ยนแปลง และสูญเสียไปอย่างไรเมื่อผ่านระดับขั้นเหล่านี้

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการถ่ายโอนพลังงานและสสารระหว่างระดับขั้นการบริโภค, ห่วงโซ่อาหารแบบดั้งเดิมจากการกินพืชของแพลงก์ตอนพืชไปจนถึงปลา, วงจรจุลินทรีย์ที่นำสารอินทรีย์ที่ละลายน้ำกลับมาใช้ใหม่, ประสิทธิภาพของการถ่ายโอนระดับขั้นการบริโภค, และปัจจัยควบคุม (จากล่างขึ้นบนและจากบนลงล่าง) ที่กำหนดโครงสร้างของชุมชนสิ่งมีชีวิตทางทะเล

Core questions

• พลังงานถูกถ่ายโอนจากระดับขั้นการบริโภคหนึ่งไปยังอีกระดับขั้นหนึ่งในทะเลอย่างมีประสิทธิภาพเพียงใด?
• วงจรจุลินทรีย์คืออะไร และเปลี่ยนแปลงห่วงโซ่อาหารแบบดั้งเดิมอย่างไร?
• ปริมาณสารอาหารจากล่างขึ้นบนและการล่าจากบนลงล่างร่วมกันกำหนดโครงสร้างของชุมชนสิ่งมีชีวิตทางทะเลอย่างไร?
• โครงสร้างสายใยอาหารส่งผลต่อผลผลิตการประมงและความเสถียรของระบบนิเวศอย่างไร?

Key theories

ประสิทธิภาพการถ่ายโอนระดับขั้นการบริโภค

พลังงานเพียงส่วนน้อยในระดับขั้นการบริโภคหนึ่งเท่านั้นที่ถูกส่งต่อไปยังระดับขั้นถัดไป ดังนั้นห่วงโซ่อาหารสั้นๆ ในบริเวณที่มีการผุดขึ้นของน้ำที่มีผลิตภาพสูงจึงสนับสนุนการประมงที่ใหญ่กว่าห่วงโซ่อาหารยาวๆ ในมหาสมุทรเปิดมาก

วงจรจุลินทรีย์

แบคทีเรียบริโภคสารอินทรีย์ที่ละลายน้ำและถูกกินโดยโปรติสต์ ซึ่งเป็นการนำคาร์บอนและสารอาหารกลับคืนสู่สายใยอาหาร และเผยให้เห็นเส้นทางหลักที่ห่วงโซ่อาหารแบบดั้งเดิมมองข้ามไป

Mechanisms

แพลงก์ตอนพืชถูกกินโดยแพลงก์ตอนสัตว์ ซึ่งถูกกินโดยสัตว์ขนาดใหญ่ขึ้น โดยมีการสูญเสียพลังงานประมาณหนึ่งในสิบในแต่ละขั้นตอนผ่านการหายใจและการขับถ่าย ในขณะเดียวกัน วงจรจุลินทรีย์จะส่งผ่านสารอินทรีย์ที่ละลายน้ำผ่านแบคทีเรียและโปรติสต์กลับเข้าสู่สายใยอาหาร และความสำคัญสัมพัทธ์ของเส้นทางเหล่านี้ขึ้นอยู่กับปริมาณสารอาหารและโครงสร้างขนาดของแพลงก์ตอน

Clinical relevance

โครงสร้างสายใยอาหารเป็นตัวกำหนดว่าผลิตภาพปฐมภูมิจะเปลี่ยนไปเป็นปลาที่จับได้อย่างไร, สารปนเปื้อนเช่นปรอทจะเพิ่มความเข้มข้นทางชีวภาพ (biomagnify) ไปยังผู้ล่าสูงสุดได้อย่างไร, และระบบนิเวศตอบสนองต่อการทำประมงเกินขนาดและการเปลี่ยนแปลงของชุมชนแพลงก์ตอนที่ขับเคลื่อนโดยสภาพภูมิอากาศได้อย่างไร

History

แนวคิดพลวัตของระดับขั้นการบริโภคเกี่ยวกับการไหลของพลังงานของ Lindeman (ค.ศ. 1942) ได้วางกรอบสายใยอาหารในเชิงปริมาณ; ในมหาสมุทร Pomeroy และต่อมา Azam และเพื่อนร่วมงานได้สร้างวงจรจุลินทรีย์ขึ้นในช่วงปลายทศวรรษ 1970 และปี 1983 ซึ่งเป็นการปรับปรุงมุมมองพื้นฐานเกี่ยวกับวิธีการไหลของพลังงานและคาร์บอนในทะเล

Key figures

• Lawrence Pomeroy
• Farooq Azam
• John Steele

Seminal works

• millerWheeler2012
• azam1983

Frequently asked questions

ทำไมผู้ล่าขนาดใหญ่ในมหาสมุทรเปิดจึงมีจำนวนน้อย?

เนื่องจากพลังงานประมาณหนึ่งในสิบในแต่ละระดับขั้นการบริโภคเท่านั้นที่ส่งต่อไปยังระดับขั้นถัดไป ห่วงโซ่อาหารที่ยาวในมหาสมุทรเปิดจึงเหลือพลังงานเพียงเล็กน้อยสำหรับผู้ล่าสูงสุด ซึ่งจึงมีจำนวนค่อนข้างน้อย

วงจรจุลินทรีย์คืออะไร?

เป็นเส้นทางที่แบคทีเรียดูดซับสารอินทรีย์ที่ละลายน้ำซึ่งถูกปล่อยออกมาจากสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ และจากนั้นก็ถูกบริโภคโดยโปรติสต์ขนาดเล็ก ซึ่งเป็นการนำคาร์บอนและสารอาหารกลับคืนสู่สายใยอาหารทางทะเล