Какая эффективность делает пищевую цепь реалистичной?

Эффективность преобразования 10%, упомянутая в других ответах, является достойным эмпирическим правилом — в реальном мире существует множество вариаций, но если вы предположите, что общая биомасса добычи примерно в 10 раз превышает общую биомассу хищника, вы получите довольно правдоподобно выглядящая пищевая цепь.

Тем не менее, Тим Б. делает отличное замечание в комментариях: как правило, даже высшие хищники в основном охотятся на травоядных просто потому, что они обычно являются самым простым и самым обильным источником пищи. Таким образом, 100-килограммовый высший хищник не нуждается в 1000 кг низших хищников, чтобы поддерживать его — ему достаточно 1000 кг какой -то добычи, в которую могут входить как травоядные, так и другие хищники.

На самом деле, в реальной жизни многие высшие хищники (такие как медведи и даже люди) в какой-то степени даже всеядны, потребляя некоторые растения (обычно части с высокой питательной ценностью, такие как фрукты, орехи и ягоды) в дополнение к своей охоте. Действительно, одно из основных преимуществ гибкой всеядной диеты для видов, стоящих на верхних звеньях пищевой цепи, заключается в том, что она помогает гарантировать стабильную поставку пищи, сводя к минимуму риск массового голода (от которого высшие хищники с их небольшими размерами популяции и длинным поколением времена, с трудом оправляются) из-за колебаний ниже в пищевой цепочке. И наоборот, поскольку высшие хищники по определению имеют относительно небольшую конкуренцию, они не испытывают такого сильного давления, чтобы специализироваться как виды, расположенные ниже в пищевой цепочке, и, таким образом, могут позволить себе поддерживать универсальный рацион.

Собственно, единственная причина всегов природе не всеяден, заключается в том, что различные источники питания иногда требуют несовместимых приспособлений. Например, причина, по которой автотрофы (растения) и гетеротрофы (животные) в основном отличаются друг от друга, заключается в том, что эффективная автотрофия требует некоторых приспособлений (например, низкоэнергетического сидячего образа жизни), которые несовместимы с теми, которые необходимы для эффективной гетеротрофии (в частности, подвижность для выпаса скота). /охота). Точно так же различие между первичными потребителями (травоядными) и вторичными потребителями (плотоядными/всеядными) является следствием этого: эффективный выпас на таком источнике питания с низкой плотностью, как большинство растительных тканей, требует поведенческих черт и пищеварительных приспособлений, которые не учитываются. хорошо подходят для охоты, и наоборот, поэтому, хотя хищник может время от времени поедать растения, вряд ли он сможет хорошо выжить только на одних растениях.

Однако на более высоких уровнях пищевой цепи эта специализация начинает разрушаться: приспособления, необходимые для охоты на певчих птиц, не так уж отличаются от приспособлений, необходимых для охоты на соколов, поэтому высший хищник, способный на одно, скорее всего, будет способен и на то, и на другое. Тем не менее, они по-прежнему, скорее всего, будут охотиться в основном на певчих птиц просто потому, что певчих птиц будет намного больше, чем соколов (а также потому, что певчих птиц, вероятно, будет легче поймать и с меньшей вероятностью дать отпор, чем соколов).

(На самом деле, в реальной жизни соколы обычно считаются высшими хищниками. Хотя есть виды, которые могут время от времени убивать и поедать соколов, ни один из них на самом деле не делает этого постоянно или в такой степени, чтобы оказывать какое-либо значительное давление со стороны хищников на соколов. соколов.Соколов в первом приближении ничто не ест.)

Итак, с учетом этого, как вы должны определить биомассу различных видов в вашей экосистеме? Что ж, первым шагом будет примерное набросок пищевой сети экосистемы. Например, быстрый набросок может выглядеть примерно так:

• Крупный высший хищник (100 кг), крупный хищник:

  • В основном питается горными козлами (80%), иногда дополняется леммингами (15%) и певчими птицами (5%).
  • Может случайно поедать соколов, но не очень часто (< 1%).
  • Обычно не ест насекомых (слишком маленькие, чтобы эффективно охотиться) или растения (трудноусвояемые).

• Горный козел (50 кг), крупный травоядный:

  • В основном питается растениями (> 99%); могут есть практически любые растения, даже несъедобные для большинства других травоядных.

• Сокол (0,2 кг), мелкий хищник:

  • В основном питается певчими птицами (25%) и леммингами (75%).
  • Может случайно поедать останки горных козлов, оставленные высшими хищниками (< 5%).

• Лемминг (0,1 кг), мелкое травоядное/всеядное:

  • В основном питается растениями (90%; побеги, листья, корни и семена/ягоды) и некоторыми насекомыми (10%).
  • Иногда может есть яйца (< 5%), когда они доступны.

• Певчая птица (0,02 кг), мелкое травоядное/насекомоядное:

  • Рацион состоит в основном из насекомых (50%) и семян (50%); пропорция зависит от сезона (в основном насекомые весной/летом, семена осенью/зимой).

• Насекомые и паукообразные:

  • Широкая группа, включающая сложную субэкосистему травоядных, хищных, падальщиков, симбиотических и паразитических видов.
  • Хищные насекомые и паукообразные в основном охотятся на других насекомых; таким образом, в целом группу можно считать в основном травоядной (> 95%).
  • Некоторые паразитические виды, такие как клещи и комары, получают значительную часть своего питания от птиц и млекопитающих (всего < 5%).

• Растения и грибы:

  • Автотрофы/детритофаги получают энергию и питательные вещества из солнечного света и/или из отходов и остатков других организмов.
  • Несколько видов в местах обитания с дефицитом питательных веществ могут ловить насекомых для получения дополнительных питательных веществ (< 1%).

Обратите внимание, что я добавил в вашу экосистему несколько наземных травоядных, так как мне казалось нереалистичным, что их не будет. В частности, если вам нужны крупные высшие хищники, вам действительно нужна крупная добыча, на которую они смогут эффективно охотиться; без них, вероятно, не было бы ниши для хищников намного крупнее ваших соколов.

Теперь, поскольку вы уже решили, сколько высших хищников вам нужно, вы можете начать сверху и выяснить, сколько еды им нужно. Так, например, трем высшим хищникам (3 × 100 кг = 300 кг) по правилу 10% потребуется около 3000 кг добычи. Около 80% из них будут горными козлами, так что 2400 кг / 50 кг = 48 коз; давайте округлим это число до 50. (На самом деле в этой экосистеме больше никто не ест коз, поэтому нам не нужно учитывать других хищников.) Это не очень много коз, но с другой стороны, три высших хищника — это довольно небольшая популяция в сам.

Высшие хищники также поедают некоторых леммингов; Правило 10% гласит, что нам нужно 450 кг / 0,1 кг = 4500 леммингов, чтобы удовлетворить их тягу к маленьким пушистым закускам. Однако популяцию леммингов также добывают соколы; мы еще не решили, сколько должно быть соколов, так как соколы ни для чего не являются основным источником пищи, но, допустим, соколов 100, что составляет их общую биомассу 20 кг. Таким образом, им потребуется 200 кг добычи, из которых 75% будут лемминги, что дает нам общую биомассу леммингов 450 кг + 150 кг = 600 кг, и, таким образом, типичная популяция леммингов составляет 6000 человек.

(Конечно, если это хоть что-то похожее на настоящих леммингов, размер их популяции будет циклическим, увеличиваясь в течение нескольких лет до пика, а затем резко сокращаясь. Это, вероятно, вызовет аналогичный цикл в популяции соколов или, по крайней мере, в их потомстве. В пиковые годы высшие хищники также могут потреблять значительно большую долю леммингов, поскольку их будет много и их легко поймать.)

Высшим хищникам и соколам также потребуется биомасса певчих птиц 150 кг + 50 кг = 200 кг, что дает нам популяцию около 10 000 певчих птиц. Половину пищи певчих птиц составляют насекомые, а это значит, что им потребуется около 1 тонны насекомых, чтобы прокормить себя; однако лемминги также едят некоторых насекомых, в результате чего общая биомасса насекомых, необходимая для поддержания обеих популяций, составляет примерно 1,6 тонны. (На практике реальная биомасса насекомых почти наверняка должна быть выше, так как часть ее будет съедена другими насекомыми и паукообразными. У меня нет хорошего коэффициента преобразования для этого, поэтому давайте условно назовем ее 2 тоннами.)

2,5 тонны горных козлов, по правилу 10%, нуждаются в 25 тоннах растений для их содержания; леммингам потребуется около 5,5 тонн, а певчим птицам потребуется около 1 тонны плодов и семян. Если рассматривать 2 тонны биомассы насекомых как примерно 100% травоядных, это означает, что им потребуется 20 тонн растений для их поддержки (и всего, что от них зависит), при общей биомассе растений около 50 тонн. (Эта цифра обычно не включает в себя такие вещи, как стволы деревьев, которые травоядные не могут легко поедать.)

Таким образом, мы получим следующие приблизительные цифры биомассы/популяции:

• Высшие хищники: 3 × 100 кг = 300 кг.
• Горные козлы: 50 × 50 кг = 2500 кг.
• Соколы: 100 × 0,2 кг = 20 кг
• Лемминги: 6000 × 0,1 кг = 600 кг (типично)
• Певчие птицы: 10 000 × 0,02 кг = 200 кг.
• Насекомые: 2 тонны
• Растения: 50 тонн (живая ткань, не включая стволы деревьев и т. д.)

Как отмечалось выше, если популяция леммингов похожа на реальную, она может сильно меняться, скажем, от 600 до 60 000 особей. Это колебание, вероятно, отразится в той или иной степени (и с разной задержкой) и на других популяциях.

Эти циклические взаимодействия могут стать довольно сложными. Например, в пиковые годы леммингов высшие хищники могут меньше охотиться на коз, что позволит увеличить популяцию коз в следующем году; однако лемминги также будут конкурировать с козами за пищу, что может несколько смягчить рост. Если лемминги значительно истощают растительные ресурсы в пиковые годы, это может привести к тому, что популяция коз сначала достигнет пика (из-за сокращения хищничества) в следующем году, а затем после этого сократится (из-за нехватки пищи). Точно так же много леммингов означает, что в этом году соколы будут охотиться на меньше певчих птиц, но в следующем году соколов будет больше.

В любом случае, все это предполагает по существу замкнутую экосистему. Однако в природе немногие экосистемы полностью изолированы от своего окружения, поэтому, вероятно, будет происходить миграция и другие взаимодействия с окружающими территориями. К счастью, эти взаимодействия часто имеют тенденцию к стабилизации: например, если вокруг не хватает певчих птиц и леммингов, соколы могут улететь с горы и искать добычу в другом месте.

В частности, популяция из трех высших хищников по отдельности далеко не стабильна; если его не спасет иммиграция из других мест, он почти наверняка вымрет в течение нескольких поколений (и даже если бы этого не произошло, он сильно пострадал бы от инбридинга). Тем не менее, популяция из трех крупных хищников может прекрасно жить на горе, если поблизости есть другие популяции, из которых могут время от времени иммигрировать новые особи, и в которые могут эмигрировать потомки текущей популяции, если не хватает местной добычи для поддержите их.

Точного ответа не будет, потому что это несколько зависит от образа жизни вашего хищника,

Скопа — хищная птица, питающаяся рыбой. Они весят около 0,9 - 2,1 кг. В день скопа съедает около 3 кг. Таким образом, примерно в 1,5 раза больше собственного веса, в зависимости от того, что он может поймать, а также от того, насколько далеко он находится от источника пищи и есть ли у него птенцы.

Еще одной хищной птицей является сапсан, который съедает около 185 г ( средний вес перепела) в день. Сокол-сапсан в среднем весит 915 граммов, но может съесть птиц размером до 2000 граммов . Это показывает, что хищные птицы могут сильно различаться в количестве пищи, которую они едят. Но обычно они съедают около 1/5 своего веса в день.

Краснохвостые ястребы весят около 1030 граммов и едят около 135 граммов. Поэтому они съедают чуть больше 1/10 своего веса. У всех этих видов детеныши едят больше. В целом это свидетельствует о том, что животные едят значительно меньше в день, чем они весят.

Таким образом, высший хищник мог съесть большое количество пищи. Мы возьмем примерно 1/5 их веса, потому что они едят других птиц, и поэтому мы сравним их больше с соколом, который находится между ястребом и скопой. Если это так, то высший хищник должен съедать около 20 кг ястребов в день. Умножьте это на три из трех хищников, тогда вы получите 60 кг в день. Это около 1800 кг ястребов в месяц. Если ястребы съедают в день одну десятую своего веса, то в месяц нужно 180 кг мелких птиц. Это количество птиц, которые будут съедены, а не количество популяции, просто для ясности.

Хорошее эмпирическое правило состоит в том, что на каждом этапе пищевой цепи теряется 90 % энергии: растение поглощает только 10 % падающего на него солнечного света, из которых только 10 % доступно пасущемуся животному. из которых только 10% доступно хищнику, и так далее.

Вес является разумным показателем энергии, поэтому 100-килограммовому хищнику на вершине понадобится 1000 кг ястребов, а в основании вы увидите около 1 000 000 кг растений.