De "wie eet wie"-relaties die worden gesymboliseerd in het model van een voedselketen, geven de ecosystemen van de aarde enkele van hun werkelijk fundamentele structuren. De voedselketen in zichtbare actie kan een adelaar zijn die op een jackrabbit vliegt of een haai die zich een weg baant door een school haring, maar je kunt ook een meer intrinsieke, onderliggende beweging visualiseren; die van de energie, oorspronkelijk opgewekt door kernreacties in de zon, die door een ecosysteem stroomt om de levenskrachten van dat systeem aan te drijven.
Energie in ecosystemen
Elektromagnetische energie van de zon voedt bijna alle ecosystemen van de planeet, hoewel er diepzeegemeenschappen zijn die in plaats daarvan gebruikmaken van de energie die wordt geleverd door hydrothermale ventilatieopeningen. Groene planten "repareren" inkomende zonne-energie; dat wil zeggen, ze vangen het op en zetten het om door het proces van fotosynthese in chemische energie die in koolhydraten zit. De energie in de chemische bindingen van die verbindingen voedt vervolgens andere organismen die, om het te krijgen, planten consumeren of plantenetende wezens, waaronder de ongewervelde dieren, schimmels en microben die dood organisch afbreken er toe doen.
Omdat ontleding essentiële anorganische voedingsstoffen produceert die door planten worden gebruikt om de fotosynthese te stimuleren, is materie cycli via een ecosysteem. Energie daarentegen wordt niet gerecycled, maar eerder stroomt door het systeem: de mechanica van het leven - chemische energie gebruiken om de kritische processen aan te drijven die de levenskracht van een organisme in stand houden organisatie - produceer warmte als het ultieme bijproduct, en dit kan niet worden omgezet in een vorm van energie die bruikbaar is voor het leven vormen. Planten hebben dus een constante toevoer van zonlicht nodig om de fotosynthese te voeden, en niet-fotosynthetische organismen hebben een constante inname van voedsel nodig om nieuwe energie te verkrijgen.
Producenten, consumenten en decomposers
Omdat ze bruikbare chemische energie produceren uit de elektromagnetische straling van de zon, groene planten en andere fotosynthetische stoffen organismen zoals algen en cyanobacteriën worden "producenten" genoemd. Niet-fotosynthetische organismen die direct of indirect afhankelijk zijn van op de energie die door producenten wordt vastgelegd, zijn de 'consumenten' van een ecosysteem. Een herbivoor zoals een hert of schildpad eet planten om dat te verkrijgen energie; het is een Primaire consument omdat het de producent zelf verbruikt. Een dier dat op een herbivoor jaagt, zoals een carnivoor zoals een spin of tijger, is een secundaire consument; carnivoren eten natuurlijk ook andere carnivoren – een grote gehoornde uil die op een wezel jaagt, bijvoorbeeld – dus je kunt ook praten over tertiaire consumenten.
Veel dieren, van gele jassen tot bruine beren, eten zowel plantaardig als dierlijk materiaal; deze alleseters dienen daarom zowel als primaire als secundaire consumenten. Afbrekers zijn een speciale klasse van consumenten die zich voeden met dode planten- en dierenmaterie, omzettend organisch materiaal tot anorganische gassen en mineralen die als nutriënten kunnen worden hergebruikt in de systeem.
Houd in gedachten dat de voedselketen niet alleen een organisme is dat een ander volledig consumeert. Herbivoren vernietigen vaak niet de individuele planten die ze doorzoeken of grazen, en veel parasieten doden niet ronduit de gastheerorganismen waaruit ze hun voedsel halen. Verder zijn er veel mutualistische relaties waarin de ene levensvorm energie ontleent aan een andere, terwijl hij in ruil daarvoor een soort van dienst verleent; bijvoorbeeld de schimmels die plantenwortels koloniseren en er energie uit halen, terwijl ze het vermogen van de plant om water en voedingsstoffen op te nemen stimuleren.
Voedselketens en biomassapiramides
De weg van energie van producenten naar consumenten naar ontbinders vormt een voedselketen. Een eenvoudige kan van gras tot impala tot cheeta zijn. In werkelijkheid eten organismen vaak en worden ze opgegeten door meerdere andere organismen, waardoor een voedselweb - in feite een aantal met elkaar verweven voedselketens - het meer gedetailleerde model, maar de lineaire basisstructuur van een voedselketen is nog steeds nuttig voor het traceren van de energiestroom van ecosystemen. Elke sport van een voedselketen vertegenwoordigt een trofisch niveau: Een producent bezet het basale trofische niveau, een primaire consument de volgende enzovoort.
Een verwant concept is de biomassa of energie piramide, die het relatieve aandeel van organismen op verschillende trofische niveaus in een ecosysteem symboliseert. Hoewel het geen vaste regel is, zijn er doorgaans veel meer producenten dan primaire consumenten, en zijn er veel meer primaire consumenten dan secundaire consumenten. Dit komt door de inherente inefficiëntie van energieoverdracht via een ecosysteem. Gemiddeld lost fotosynthese ruim onder 1 procent van de binnenkomende zonne-energie van de aarde op, en daarvan komt slechts een klein deel van de resulterende chemische energie daadwerkelijk in de voedselketen terecht; veel ervan gebruikt de plant voor zichzelf. In elke fase van een voedselketen wordt energie "verbrand" voor de ademhaling van een organisme en verloren aan warmte, dus afnemende hoeveelheden zijn beschikbaar voor consumenten op hogere trofische niveaus. Een standaard benadering is dat slechts 10 procent van de energie die op het ene trofische niveau is opgeslagen, naar het volgende gaat. Dit is grofweg de reden waarom een enkele orka, via de tussenliggende voedselketenverbindingen van bijvoorbeeld garnalen, vissen en zeehonden, massa's plankton nodig heeft om zichzelf in stand te houden.
