Lưới thức ăn và Động lực học dinh dưỡng

Mối quan hệ "ai ăn ai" liên kết các loài trong một quần xã thành lưới thức ăn, qua đó năng lượng và vật chất luân chuyển, và những thay đổi ở một cấp độ có thể lan truyền khắp toàn bộ mạng lưới.

Definition

Lưới thức ăn và động lực học dinh dưỡng mô tả mạng lưới các tương tác dinh dưỡng giữa các loài và dòng năng lượng, cũng như sự điều hòa số lượng trên các bậc dinh dưỡng trong một quần xã.

Scope

Chủ đề này bao gồm cấu trúc và động lực học của các mối quan hệ dinh dưỡng: các bậc dinh dưỡng và chuỗi thức ăn, kiến trúc mạng lưới của lưới thức ăn, hiệu quả truyền năng lượng và tháp năng suất, cũng như sự điều hòa quần xã từ trên xuống bởi động vật ăn thịt hoặc từ dưới lên bởi tài nguyên. Nó bao gồm hiện tượng ăn thịt chủ chốt (keystone predation), thác dinh dưỡng (trophic cascades), và hậu quả của việc loại bỏ các loài tiêu thụ hàng đầu.

Core questions

• Các mối quan hệ dinh dưỡng được tổ chức thành các bậc dinh dưỡng và lưới thức ăn như thế nào?
• Năng lượng được truyền từ bậc dinh dưỡng này sang bậc dinh dưỡng tiếp theo hiệu quả đến mức nào?
• Khi nào các quần xã được kiểm soát từ trên xuống so với từ dưới lên?
• Các thác dinh dưỡng truyền bá tác động của động vật ăn thịt qua một quần xã như thế nào?

Key theories

Dòng năng lượng động lực học dinh dưỡng

Năng lượng đi vào một quần xã dưới dạng sản xuất sơ cấp được truyền lên các bậc dinh dưỡng với tổn thất lớn ở mỗi bước, do đó chỉ một phần nhỏ đến được các loài tiêu thụ hàng đầu, hạn chế chiều dài chuỗi thức ăn và sinh khối của các bậc cao hơn.

Thác dinh dưỡng và kiểm soát từ trên xuống

Động vật ăn thịt có thể điều hòa quần xã từ trên xuống, và việc loại bỏ chúng có thể giải phóng các loài ăn cỏ hoặc các loài săn mồi trung gian (mesopredators) trong các thác dinh dưỡng làm tái tổ chức số lượng và đa dạng của các bậc dinh dưỡng thấp hơn.

Mechanisms

Các sinh vật sản xuất cố định năng lượng được truyền cho các sinh vật tiêu thụ khi chúng bị ăn; bởi vì hô hấp, bài tiết và tiêu thụ không hoàn toàn làm tiêu hao hầu hết năng lượng ở mỗi lần truyền, hiệu quả sinh thái thường vào khoảng mười phần trăm, hạn chế số lượng các bậc dinh dưỡng. Động vật ăn thịt làm giảm số lượng hoặc thay đổi hành vi của con mồi, điều này đến lượt nó ảnh hưởng đến tài nguyên của con mồi; khi những tác động này lan truyền xuống một chuỗi thức ăn, chúng tạo ra các thác dinh dưỡng, với cường độ phụ thuộc vào tính kết nối của lưới, tính ăn tạp (omnivory), và sự hiện diện của các loài tương tác mạnh.

Clinical relevance

Hiểu biết về lưới thức ăn cung cấp thông tin cho việc quản lý nghề cá và động vật ăn thịt, bảo tồn các loài săn mồi đỉnh cao, dự đoán hậu quả của việc mất loài, và kiểm soát dịch hại thông qua các tác nhân sinh học. Đây là bối cảnh giáo dục, không phải là chỉ định quản lý.

History

Elton đã mô tả chuỗi thức ăn và tháp số lượng vào năm 1927, và Lindeman đã định lượng dòng năng lượng qua các bậc dinh dưỡng vào năm 1942. Các thí nghiệm về loài săn mồi chủ chốt của Paine vào những năm 1960 đã tiết lộ sự kiểm soát từ trên xuống, và Estes cùng các đồng nghiệp đã ghi nhận sự suy thoái dinh dưỡng rộng khắp do mất các loài tiêu thụ đỉnh cao.

Debates

Kiểm soát từ trên xuống so với từ dưới lên

Tầm quan trọng tương đối của sự kiểm soát bởi động vật ăn thịt so với bởi nguồn cung cấp tài nguyên thay đổi giữa các hệ thống, và các nhà sinh thái học tranh luận khi nào và ở đâu mỗi yếu tố chiếm ưu thế, với nhiều quần xã được định hình bởi cả hai yếu tố hoạt động đồng thời.

Key figures

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

Seminal works

• lindeman1942
• paine1966
• estes2011

Frequently asked questions

Tại sao chuỗi thức ăn thường ngắn?

Bởi vì chỉ khoảng mười phần trăm năng lượng ở một bậc dinh dưỡng được truyền sang bậc tiếp theo, có quá ít năng lượng để hỗ trợ nhiều bậc, điều này giới hạn hầu hết các chuỗi thức ăn ở bốn hoặc năm mắt xích.

Thác dinh dưỡng là gì?

Thác dinh dưỡng xảy ra khi sự thay đổi về số lượng của một loài săn mồi đỉnh cao lan truyền xuống lưới thức ăn, gián tiếp làm thay đổi số lượng của các sinh vật ở hai hoặc nhiều bậc thấp hơn nó.