食物連鎖

食物連鎖は食物網における線状のリンクのネットワークであり、多くの場合、独立栄養生物（草や藻類など、生産者とも呼ばれる）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（ミミズやダンゴムシなど） 、または分解者（菌類や細菌など）で終わります。食物網は食物連鎖とは異なります。食物連鎖は、栄養段階における生物が消費するエネルギー源に基づいて生物間の関係を示し、それを定量化する最も一般的な方法は長さ、つまり栄養消費者と連鎖の基点との間のリンクの数です。

食物連鎖の研究は、多くの生物学的研究にとって不可欠である。

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1つの構成要素を取り除くだけでも、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、食物連鎖に直接影響を与え、環境に大きな影響を与えるキーストーン種が含まれています。キーストーン種がなくなると、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、栄養段階を伝わっていきます。

食物連鎖は、10世紀のアラブの哲学者アル・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 ]}

食物連鎖は、消費とエネルギー伝達の直接的な直線経路をたどる点で、食物網とは異なります。食物網は、食物連鎖間の自然な相互接続によって形成され、非線形であり、消費とエネルギー伝達の相互接続経路を示します。

食物連鎖モデルでは、通常、群集は頂点に捕食者、底辺に植物（独立栄養生物または生産者）によって制御されていると予測される。 ^{[ 7 ]}

このように、食物連鎖の基盤は通常、一次生産者で構成されています。一次生産者、または独立栄養生物は、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、エネルギー源となるデンプンなどの複雑な有機化合物を生成します。光合成には太陽光が必要なので、太陽がなくなるとほとんどの生命は存在できません。それでも、熱水噴出孔によって駆動される化学合成から代謝エネルギーをすべて得ていると思われる化学栄養生物という生命形態が最近発見され、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が示されています。化学合成細菌と古細菌は、熱水噴出孔や冷湧水からの硫化水素とメタンをエネルギー源として（植物が太陽光を利用するのと同じように）炭水化物を生成します。これらは、太陽光がほとんどまたはまったくない地域で食物連鎖の基盤を形成します。^{[ 8 ]}エネルギーがどこから得られるかに関係なく、独自のエネルギーを生成する種は食物連鎖モデルの基盤にあり、生態系の極めて重要な部分です。^{[ 9 ]}

より高次の栄養段階の生物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。より高次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。消費者は他の生物を食べる生物です。食物連鎖において、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からエネルギーを得て、三次消費者は二次消費者からエネルギーを得て、といった具合です。

食物連鎖モデルにおいて、最も高い栄養段階には通常、頂点捕食者、つまり天敵を持たない消費者が存在する。

食物連鎖のどの段階においても、生物が死滅すると、腐食動物や分解者がその有機物をエネルギー源として消費し、排泄物として栄養分を環境中に放出します。分解者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、10万種類以上の分解者が存在すると推定されています。

栄養段階のモデルでは、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、それを二次消費者や三次消費者に渡す。

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非常に重要です。^{[ 10 ]}また、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、栄養段階の理論開発や群集/生態系調査の基礎レベルとなることがよくあります。^{[ 7 ]}

食物連鎖の長さは連続変数であり、エネルギーの流れを示す指標であるとともに、最も低い栄養段階から最も高い栄養段階へと連鎖が進むにつれて増加する生態学的構造の指標でもある。

食物連鎖は、生態系モデル（例えば3種の食物連鎖）でよく使用されます。これらは実際の食物網を単純化した抽象化ですが、その動態と数学的な意味合いは複雑です。^{[ 12 ]}

最も単純な形では、連鎖の長さは、栄養消費者とウェブの基点との間のリンクの数です。ウェブ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す。^{[ 13 ]}食物連鎖はエネルギー源の図です。食物連鎖は生産者から始まり、一次消費者がそれを食べます。一次消費者は二次消費者に食べられることがあり、二次消費者は三次消費者に食べられることがあります。三次消費者は、四次消費者として知られる頂点捕食者の餌になることがあります。たとえば、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がそれを食べます。カタツムリは、カエルなどの二次消費者の餌になる可能性があり、カエル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可能性があります。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（種Aは種Bに食べられ、種Bは種Cに食べられ、…）は、種の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はしばしば対照的である。このような状況は、昆虫や魚類などの水生および両生環境でより頻繁に見られる。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、生態系の体積とともに長さが増加する^{[ 15 ]} 、各連続レベルでのエネルギーの減少によって制限される^{[ 16 ] 、または生息地のタイプを反映している[ 17 ]}などの仮説を立てて検証してきた。

食物連鎖の長さは、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重要です。一般的に、ある栄養段階の総エネルギーの 10 パーセントだけが次の栄養段階に伝達され、残りは代謝プロセスで使用されます。食物連鎖には通常 5 つを超える栄養段階はありません。^{[ 18 ]}人間は、連鎖の 1 つの段階を遡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ます。たとえば、サラダを摂取すると、レタスを食べた動物よりも 1 ポンドあたりに多くのエネルギーを得ることができます。^{[ 19 ] [ 2 ]}

キーストーン種とは、生態系内の他の種、あるいは生態系全体が依存する、生態系内の単一の種のことです。キーストーン種は生態系にとって非常に重要なため、その存在がなければ、生態系は変容したり、完全に消滅し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方法の1つは、生態系の食物網、ひいてはその生態系内の食物連鎖におけるその存在です。^{[ 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 ]}ラッコがいなければ、ウニはコンブの個体群を破壊的に摂食し、北太平洋地域の沿岸生態系の衰退につながります。^{[ 22 ]}ラッコの存在はウニの個体数を抑制し、生態系内の他の種にとって不可欠なコンブの森の維持に役立ちます。^{[ 20 ]}

• 従属栄養生物
• 無機栄養生物
• 生態ピラミッド
• 捕食者と被食者の相互作用