食物連鎖：要素、食物ピラミッドと例 - 生物学 - 2025

食物または栄養鎖がコミュニティの一部である異なる種間の消費の相互作用の点で、存在する複数の接続を示すグラフです。

栄養連鎖は、調査する生態系に応じて大きく異なり、そこに存在する異なる栄養レベルで構成されています。各ネットワークのベースは、一次生産者によって形成されます。これらは光合成が可能で、太陽エネルギーを捕捉します。

出典：Wikimedia CommonsのRoddelgado

連鎖の連続的なレベルは従属栄養生物で構成されています。草食動物は植物を消費し、これらは肉食動物によって消費されます。

多くの場合、ネットワーク内の関係は完全に線形ではありません。これは、場合によっては、動物が広範囲にわたる食生活をしているためです。たとえば、肉食動物は肉食動物や草食動物を食べることができます。

食物連鎖の最も顕著な特徴の1つは、エネルギーが1つのレベルから別のレベルに移動する際の非効率性です。これの多くは熱の形で失われ、通過するのは約10％だけです。このため、食物連鎖を拡張してマルチレベルにすることはできません。

エネルギーはどこから来るのですか？

生物が行うすべての活動には、水、陸、空気のいずれによる移動から、細胞レベルでの分子の輸送まで、エネルギーが必要です。

このエネルギーはすべて太陽から来ています。地球に絶えず放射されている太陽エネルギーは、生命を養う化学反応に変換されます。

このようにして、生命を可能にする最も基本的な分子は、栄養素の形で環境から得られます。保存されている化学栄養素とは対照的です。

したがって、生態系におけるエネルギーの流れを管理する2つの基本的な法律があります。1つ目は、エネルギーが2つのエコシステム内の1つのコミュニティから別のコミュニティに、一方向にのみ流れる連続的な流れによって通過することを確立します。太陽エネルギーのエネルギーを交換する必要があります。

第2の法律では、栄養素は継続的に循環し、同じ生態系内およびそれらの間でも繰り返し使用されます。

両方の法則は、エネルギーの通過を調整し、集団間、コミュニティ間、およびこれらの非生物的環境を持つ生物学的エンティティ間に存在する相互作用の複雑なネットワークを形成します。

それを構成する要素

出典：ウィキメディア・コモンズ。著者：Evamaria1511

非常に一般的な方法で、有機生物は、独立栄養生物と従属栄養生物に成長、維持、再生するためのエネルギーを得る方法に従って分類されます。

独立栄養生物

最初のグループである独立栄養生物には、太陽エネルギーを取り、それを有機分子に蓄積された化学エネルギーに変換することができる個人が含まれます。

言い換えれば、独立栄養生物はそれを生成することができるので、生き残るために食物を消費する必要はありません。彼らはしばしば「プロデューサー」とも呼ばれます。

独立栄養生物の最もよく知られているグループは植物です。ただし、藻類や一部の細菌など、他のグループも存在します。これらには、光合成プロセスを実行するために必要なすべての代謝機構があります。

地球に電力を供給するエネルギー源である太陽は、水素原子を結合してヘリウム原子を形成し、その過程で大量のエネルギーを放出することによって機能します。

熱、光、紫外線の電磁波として、このエネルギーのごく一部だけが地球に到達します。

量的には、地球に到達するエネルギーの大部分は、大気、雲、および地球の表面によって反射されます。

この吸収イベントの後、太陽エネルギーの約1％が利用可能です。地球に到達するために管理するこの量のうち、植物および他の生物は3％を捕獲するために管理します。

従属栄養生物

2番目のグループは従属栄養生物で構成されています。彼らは光合成能力がなく、積極的に食べ物を探す必要があります。したがって、食物連鎖の文脈では、それらは消費者と呼ばれます。それらがどのように分類されるかについては後で説明します。

個々の生産者が蓄えたエネルギーは、地域社会を構成する他の生物が自由に利用できます。

分解者

同様に、栄養連鎖の「糸」を構成する生物があります。これらは、分解者または破片を食べる人です。

分解者は、地面に落ちる葉や死体など、頻繁に廃棄物が蓄積する環境に住んでいる小動物と原生生物の不均一なグループで構成されています。

ミミズ、ダニ、多脚類、原生生物、昆虫、コナカイガラムシ、線虫、さらにはハゲワシとして知られる甲殻類。この飛んでいる脊椎動物を除いて、残りの生物は廃棄物堆積物で非常に一般的です。

生態系におけるその役割は、死んだ有機物に蓄えられたエネルギーを抽出し、分解のより進んだ状態でそれを排出することから成ります。これらの製品は、他の分解生物の食品として機能します。キノコのように、主に。

これらのエージェントの分解作用は、すべての生態系で不可欠です。すべての分解者を削除すると、死体やその他の問題が突然蓄積されます。

これらの体に貯蔵されている栄養素が失われるだけでなく、土壌は養うことができませんでした。したがって、土壌の質が損なわれると、植物の寿命が激減し、一次生産のレベルが終了します。

栄養レベル

食物連鎖では、エネルギーはあるレベルから別のレベルに移動します。上記の各カテゴリーは、栄養段階を構成します。1つ目は、生産者の多様性が非常に大きいこと（すべての種類の植物、シアノバクテリアなど）で構成されています。

一方、消費者はいくつかの栄養段階を占めています。植物だけを食べているものは第2栄養段階を形成し、一次消費者と呼ばれます。この例は、すべて草食動物です。

二次消費者は肉食動物、つまり肉を食べる動物で構成されています。これらは捕食者であり、獲物は主に主要な消費者です。

最後に、三次消費者によって形成される別のレベルがあります。それは、獲物が二次消費者に属する他の肉食動物である肉食動物のグループを含みます。

ネットワークパターン

食物連鎖は、生物群集における種の関係を、それらの食生活の観点から説明しようとするグラフィック要素です。教訓的な言葉で言えば、このネットワークは「誰が何を、誰が食べているか」を明らかにしています。

各エコシステムは独特の食物網を示し、他のタイプのエコシステムで見られるものとは大きく異なります。一般に、食物連鎖は、陸生生物よりも水生生態系の方が複雑になる傾向があります。

食物網は線形ではありません

本来、一次、二次、三次の消費者間の境界を正確に定義することは非常に難しいため、相互作用の線形ネットワークを見つけることを期待すべきではありません。

この相互作用のパターンの結果として、システムのメンバー間に複数の接続を持つネットワークができます。

たとえば、一部のクマ、げっ歯類、さらには私たち人間さえ「雑食動物」であり、これは摂食範囲が広いことを意味します。実際、ラテン語の用語は「すべてを食べる人」を意味します。

したがって、このグループの動物は、場合によっては一次消費者として行動し、後で二次消費者として行動するか、またはその逆になります。

次のレベルに進むと、肉食動物は一般に草食動物や他の肉食動物を食べます。したがって、彼らは二次および三次消費者として分類されます。

前の関係を例示するために、フクロウを使用できます。これらの動物は、小さな草食性のげっ歯類を食べているときの二次消費者です。しかし、彼らが食虫性哺乳類を消費するとき、それは三次消費者と考えられます。

肉食性植物など、ネットワークをさらに複雑にする傾向がある極端なケースがあります。彼らは生産者ですが、獲物によっ​​ては消費者にも分類されます。それがクモなら、二次的な生産者と消費者になるでしょう。

エネルギーの移動

ウィキメディア・コモンズのLadyofHats

生産者へのエネルギーの移転

ある栄養段階から次の栄養段階へのエネルギーの移動は非常に非効率的な出来事です。これは、エネルギーの使用が決して完全に効率的であるとは限らないという熱力学の法則と関連しています。

エネルギーの移動を説明するために、例として、日常生活におけるイベント、つまり、自動車によるガソリンの燃焼を考えてみましょう。このプロセスでは、放出されたエネルギーの75％が熱の形で失われます。

同じモデルを生物に外挿することができます。筋肉の収縮に使用するためにATP結合が切断されると、プロセスの一部として熱が発生します。これは細胞内の一般的なパターンであり、すべての生化学反応は少量の熱を生成します。

他のレベル間のエネルギーの移動

同様に、ある栄養段階から別の栄養段階へのエネルギーの移動は、かなり低い効率で行われます。草食動物が植物を消費すると、独立栄養生物によって捕獲されたエネルギーの一部のみが動物に伝わります。

その過程で、植物はエネルギーの一部を使用して成長し、かなりの部分が熱として失われました。さらに、太陽からのエネルギーの一部は、セルロースなどの草食動物が消化できない、または使用できない分子を構築するために使用されました。

同じ例に従って、植物の消費によって草食動物が獲得したエネルギーは、生物内で複数のイベントに分割されます。

これの一部は、節足動物の場合、動物の一部、たとえば外骨格を構築するために使用されます。前のレベルと同じように、熱による損失の割合が大きくなります。

3番目の栄養段階は、上記の仮想節足動物を消費する個人で構成されます。上の2つのレベルに適用したのと同じエネルギーロジックがこのレベルにも適用されます。エネルギーの多くは熱として失われます。この機能は、チェーンが取ることができる長さを制限します。

トロフィーピラミッド

トロフィーピラミッドは、前のセクションで説明した関係をグラフィカルに表現する特定の方法であり、接続のネットワークとしてではなく、さまざまなレベルをピラミッドのステップにグループ化することによって実現されます。

これは、各栄養段階の相対的なサイズをピラミッドの各長方形として組み込むという特徴を持っています。

ベースでは、一次生産者が表され、グラフを上に移動すると、残りのレベルが昇順に表示されます。一次、二次、および三次消費者です。

実行された計算によると、各ステップを上のステップと比較すると、約10倍高くなっています。これらの計算は、1つのレベルから別のレベルへの移行がその値に近いエネルギー変換を意味するため、よく知られている10％ルールから導出されます。

たとえば、バイオマスとして保存されるエネルギーのレベルが1平方メートルあたり年間20,000キロカロリーである場合、上位レベルでは2,000、次の200では同様に、第4の消費者に到達するまで続きます。

生物の代謝プロセスで使用されないエネルギーは、廃棄された有機物、または土壌に保存されているバイオマスを表しています。

栄養ピラミッドの種類

ピラミッドには何が表現されているかによって、さまざまなタイプのピラミッドがあります。それは、とりわけ、バイオマス、エネルギー（言及された例のように）、生産、生物の数の観点から行うことができます。

例

典型的な淡水水生食物連鎖は、そこに生息する膨大な量の緑藻から始まります。このレベルは一次生産者を表します。

架空の例の主な消費者は軟体動物です。二次消費者には、軟体動物を食べる魚の種が含まれます。たとえば、ぬるぬるした彫刻種（Cottus cognatus）です。

最後のレベルは、三次消費者で構成されています。この場合、ぬるぬるした彫刻はサーモンの種、キングサーモンまたはOncorhynchus tshawytschaによって消費されます。

ネットワークの観点から見た場合、生産者の初期レベルでは、緑藻、すべての珪藻、藍藻などに加えて、考慮する必要があります。

したがって、さらに多くの要素が組み込まれ（甲殻類、ワムシ類、複数の魚種）、相互接続されたネットワークが形成されます。

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