Lưới thức ăn và động lực học dinh dưỡng biển

Năng lượng được cố định bởi thực vật phù du chảy lên phía trên qua các loài ăn cỏ, động vật ăn thịt và sinh vật phân hủy trong các lưới mà cấu trúc của chúng — và tầm quan trọng đáng ngạc nhiên của vi khuẩn trong đó — chi phối năng suất của toàn bộ đại dương.

Definition

Lưới thức ăn biển là mạng lưới các mối quan hệ dinh dưỡng di chuyển năng lượng và chất dinh dưỡng giữa các sinh vật biển; động lực học dinh dưỡng mô tả cách thức sản xuất được chuyển giao, biến đổi và mất đi khi nó đi qua các bậc này.

Scope

Chủ đề này bao gồm sự chuyển giao năng lượng và vật chất giữa các bậc dinh dưỡng, chuỗi thức ăn chăn thả cổ điển từ thực vật phù du đến cá, vòng tuần hoàn vi sinh vật tái chế chất hữu cơ hòa tan, hiệu quả của sự chuyển giao dinh dưỡng và các yếu tố kiểm soát (từ dưới lên và từ trên xuống) định hình cấu trúc quần xã biển.

Core questions

• Năng lượng được chuyển từ bậc dinh dưỡng này sang bậc dinh dưỡng tiếp theo trong biển hiệu quả đến mức nào?
• Vòng tuần hoàn vi sinh vật là gì, và nó thay đổi chuỗi thức ăn cổ điển như thế nào?
• Nguồn cung cấp chất dinh dưỡng từ dưới lên và sự săn mồi từ trên xuống cùng nhau cấu trúc các quần xã biển như thế nào?
• Cấu trúc lưới thức ăn ảnh hưởng đến sản lượng thủy sản và sự ổn định của hệ sinh thái như thế nào?

Key theories

Hiệu quả chuyển giao dinh dưỡng

Chỉ một phần nhỏ năng lượng ở một bậc dinh dưỡng được truyền sang bậc tiếp theo, vì vậy các chuỗi thức ăn ngắn ở các vùng nước trồi năng suất hỗ trợ ngành thủy sản lớn hơn nhiều so với các chuỗi dài ở đại dương mở.

Vòng tuần hoàn vi sinh vật

Vi khuẩn tiêu thụ chất hữu cơ hòa tan và bị sinh vật nguyên sinh ăn, trả lại carbon và chất dinh dưỡng cho lưới thức ăn và tiết lộ một con đường quan trọng mà chuỗi chăn thả cổ điển đã bỏ qua.

Mechanisms

Thực vật phù du bị động vật phù du ăn, sau đó động vật phù du bị các loài động vật lớn hơn ăn, với sự mất mát năng lượng xấp xỉ một bậc độ lớn ở mỗi bước thông qua hô hấp và chất thải. Song song đó, vòng tuần hoàn vi sinh vật chuyển chất hữu cơ hòa tan qua vi khuẩn và sinh vật nguyên sinh trở lại lưới, và tầm quan trọng tương đối của các con đường này phụ thuộc vào nguồn cung cấp chất dinh dưỡng và cấu trúc kích thước của sinh vật phù du.

Clinical relevance

Cấu trúc lưới thức ăn quyết định cách thức sản xuất sơ cấp chuyển thành cá có thể thu hoạch, cách các chất gây ô nhiễm như thủy ngân tích lũy sinh học hướng tới các loài săn mồi hàng đầu, và cách các hệ sinh thái phản ứng với việc đánh bắt quá mức và những thay đổi do khí hậu gây ra trong các quần xã sinh vật phù du.

History

Khái niệm động lực học dinh dưỡng về dòng năng lượng của Lindeman (1942) đã định lượng lưới thức ăn; ở đại dương, Pomeroy và sau đó Azam cùng các đồng nghiệp đã thiết lập vòng tuần hoàn vi sinh vật vào cuối những năm 1970 và 1983, sửa đổi cơ bản quan điểm về cách thức năng lượng và carbon biển lưu chuyển.

Key figures

• Lawrence Pomeroy
• Farooq Azam
• John Steele

Seminal works

• millerWheeler2012
• azam1983

Frequently asked questions

Tại sao có rất ít loài săn mồi lớn ở đại dương mở?

Bởi vì chỉ khoảng một phần mười năng lượng ở mỗi bậc dinh dưỡng được truyền sang bậc tiếp theo, các chuỗi thức ăn dài ở đại dương mở để lại rất ít năng lượng cho các loài săn mồi hàng đầu, do đó chúng tương đối khan hiếm.

Vòng tuần hoàn vi sinh vật là gì?

Đó là con đường mà vi khuẩn hấp thụ chất hữu cơ hòa tan do các sinh vật khác giải phóng và sau đó bị các sinh vật nguyên sinh nhỏ bé tiêu thụ, tái chế carbon và chất dinh dưỡng trở lại lưới thức ăn biển.