食物連鎖
スウェーデンの湖の食物連鎖。ミサゴはカワカマスを餌とし、カワカマスはスズキを餌とし、スズキはカワカマスを餌とし、カワカマスは甲殻類を餌とする。

食物連鎖は食物網における連鎖の線状ネットワークであり、生産者とも呼ばれる独立栄養生物（イネ科植物や藻類など）から始まり、通常は頂点捕食者（ハイイログマやシャチなど）、腐食動物（ミミズやワラジムシなど） 、分解者（菌類や細菌など）で終わる。食物網は食物連鎖とは異なる。食物連鎖は、栄養段階で消費するエネルギー源に応じた生物間のつながりを示しており、それを定量化する最も一般的な方法は長さ、つまり栄養段階の消費者と連鎖の底辺との間のつながりの数である。

食物連鎖の研究は多くの生物学研究に不可欠です。

食物連鎖の安定性は、ほとんどの種の生存にとって極めて重要です。食物連鎖からたった一つの構成要素が失われるだけでも、種の絶滅や生存確率の大幅な低下につながる可能性があります。多くの食物連鎖や食物網には、キーストーン種と呼ばれる、食物連鎖に直接影響を与え、環境に重大な影響を及ぼす種が存在します。キーストーン種が不在になると、食物連鎖全体のバランスが崩れる可能性があります。[ 1 ]

食物連鎖の効率は、一次生産者が最初に消費するエネルギーに依存します。[ 2 ]このエネルギーはその後、栄養段階を通じて移動します。

歴史

食物連鎖は、10世紀のアラブの哲学者であるアル・ジャヒズによって初めて議論されました。 [ 3 ]食物連鎖と食物網の現代的な概念は、チャールズ・エルトンによって導入されました。[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]

食物連鎖と食物網

食物連鎖は食物網とは異なり、消費とエネルギーの伝達が直線的に進む経路を辿ります。食物連鎖間の自然なつながりが食物網を形成し、食物網は非直線的で、消費とエネルギーの伝達が相互に繋がる経路を描きます。

栄養段階

食物連鎖モデルでは、典型的には、生物群集は上位の捕食者と下位の植物（独立栄養生物または生産者）によって制御されると予測される。 [ 7 ]

栄養ピラミッド（生態ピラミッドとも呼ばれる）は、食物連鎖やバイオマス生産性における栄養段階をモデル化します。

したがって、食物連鎖の基盤は通常、一次生産者によって構成されます。一次生産者、つまり独立栄養生物は、太陽光または無機化合物から得られるエネルギーを利用して、エネルギー源としてデンプンなどの複雑な有機化合物を生成します。光合成には太陽の光が必要なので、太陽が消えてしまったらほとんどの生命は存在できません。しかし、最近、化学栄養生物と呼ばれる、代謝エネルギーのすべてを熱水噴出孔による化学合成から得ていると思われる生命体が存在することが発見されました。これは、一部の生命は繁栄するために太陽エネルギーを必要としない可能性があることを示しています。化学合成細菌と古細菌は、熱水噴出孔と冷水湧出孔からの硫化水素とメタンをエネルギー源として（植物が太陽光を使用するのと同じように）炭水化物を生成します。これらは、日光がほとんどまたは全くない地域で食物連鎖の基盤を形成しています。[ 8 ]エネルギーがどこから得られるかにかかわらず、自らエネルギーを生産する種は食物連鎖モデルの基盤に位置し、生態系の非常に重要な部分を担っています。[ 9 ]

上位の栄養段階は自らエネルギーを生産できないため、生産者、あるいは生産者を消費する他の生物を消費しなければなりません。上位の栄養段階には、消費者（二次消費者、三次消費者など）が存在します。消費者とは、他の生物を食べる生物です。食物連鎖における最初の生物を除くすべての生物は消費者です。二次消費者は一次消費者を食べてエネルギーを得、三次消費者は二次消費者を食べてエネルギーを得ます。

最も高い栄養段階にいるのは通常、頂点捕食者、つまり食物連鎖モデルにおいて 天敵のいない消費者です。

栄養段階の生物が死滅すると、腐食動物や分解生物がその有機物をエネルギー源として消費し、排泄物として栄養素を環境中に放出します。分解動物や腐食動物は、有機化合物を単純な栄養素に分解し、土壌に戻します。これらの単純な栄養素は、植物が有機化合物を生成するために必要なものです。現在、10万種以上の分解生物が存在すると推定されています。

栄養段階モデル​​では、栄養段階間のエネルギー伝達もモデル化されることが多い。一次消費者は生産者からエネルギーを受け取り、それを二次消費者と三次消費者に渡す。

研究

食物連鎖は、環境汚染物質の経路と生物濃縮を追跡する生態毒性学研究において極めて重要です。[ 10 ]また、生物群集の動態を予測するためには、異なる栄養段階間の相互作用を考慮する必要があります。食物連鎖は、栄養段階の理論構築や生物群集/生態系の調査の基礎レベルとなることがよくあります。[ 7 ]

長さ

チェサピーク湾の水鳥の食物網は食物連鎖のネットワークである

食物連鎖の長さは、エネルギーの通過の尺度と、最下位の栄養段階（摂食段階）から最上位の栄養段階（摂食段階）までのつながりを通じて増加する 生態学的構造の指標を提供する連続変数です。

食物連鎖は、栄養段階におけるエネルギーの方向性を示す経路、あるいは、生産者や微細有機物などの基底種から始まり、消費者生物で終わる一連の連鎖である。[ 11 ] : 370

食物連鎖は、生態学的モデリング（例えば3種食物連鎖など）においてしばしば用いられます。食物連鎖は現実の食物網を単純化した抽象化ですが、そのダイナミクスと数学的意味合いは複雑です。 [ 12 ]

最も単純な形では、連鎖の長さは栄養段階の消費者と網の基底との間のリンクの数である。網全体の平均連鎖長は食物網内のすべての連鎖の長さの算術平均である。[ 13 ]食物連鎖はエネルギー源の図解である。食物連鎖は生産者から始まり、生産者は一次消費者に食べられる。一次消費者は二次消費者に食べられ、二次消費者は三次消費者に消費されることがある。三次消費者は四次消費者と呼ばれる頂点捕食者の餌食になることがある。例えば、食物連鎖は生産者である緑の植物から始まり、一次消費者であるカタツムリに食べられる。カタツムリは次にカエルなどの二次消費者の餌食になり、二次消費者はヘビなどの三次消費者に食べられ、ヘビはワシに食べられることがある。種Aは種Bに食べられ、種Bは種Cに食べられ、…という、種内の栄養段階が固定された食物連鎖という単純な見方は、幼体が成体よりも低い栄養段階に属するという現実の状況としばしば対照的である。これは、昆虫や魚類といった水生・両生類の環境でより多く見られる状況である。この複雑さは、1959年にGEハッチンソンによってメタフォエテシス（metaphoetesis）と名付けられた。 [ 14 ]

生態学者は、食物連鎖の長さに関連する生態学的パターンの性質について、生態系の容積の増加に伴って長さが増加する、[ 15 ]、各レベルでのエネルギーの減少によって制限される、[ 16 ]、または生息地の種類を反映しているなど、仮説を立てて検証してきました。[ 17 ]

食物連鎖の長さが重要なのは、栄養段階が上がるにつれて伝達されるエネルギー量が減少するためである。一般的に、ある栄養段階の総エネルギーの10%だけが次の栄養段階に渡され、残りは代謝プロセスで使用される。食物連鎖には通常5段階以上の栄養段階はない。[ 18 ]人間は、食物連鎖の1段階前に戻ってその前の食物を摂取することで、より多くのエネルギーを得ることができる。例えば、レタスを食べた動物よりも、サラダを食べた動物の方が体重1ポンドあたりのエネルギーを多く得ることができる。[ 19 ] [ 2 ]

キーストーン種

ラッコはキーストーン種の代表的な例である

キーストーン種とは、生態系内の唯一の種であり、同じ生態系内の他の種、または生態系全体がそれに依存しています。キーストーン種は生態系にとって非常に重要であり、それらが存在しなければ、生態系は変化したり、完全に存在しなくなったりする可能性があります。[ 20 ]キーストーン種が生態系に影響を与える1つの方法は、生態系の食物網、ひいては生態系内の食物連鎖に存在することです。[ 21 ]太平洋沿岸地域のキーストーン種であるラッコは、ウニを捕食します。[ 22 ]ラッコがいない場合、ウニはケルプの個体群を破壊的に食べ、北太平洋地域の沿岸生態系の衰退の一因となります。[ 22 ]ラッコの存在はウニの個体数を制御し、生態系内の他の種にとって不可欠なケルプの森を維持するのに役立ちます。[ 20 ]

参照

参考文献

  1. ^ 「食物連鎖」 www2.nau.edu . 2022年9月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。2019年5月4日閲覧。
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