Relacje „kto zjada kogo”, symbolizowane w modelu łańcucha pokarmowego, nadają ziemskim ekosystemom niektóre z ich prawdziwie fundamentalnych struktur. Łańcuchem pokarmowym w widocznym ruchu może być orzeł pikujący na królika lub rekin przełykający drogę przez ławicę śledzi, ale można też wyobrazić sobie bardziej wewnętrzny, ukryty ruch; energii, pierwotnie generowanej przez reakcje jądrowe na Słońcu, która przepływa przez ekosystem, aby zasilać siły życiowe tego systemu.
Energia w ekosystemach
Energia elektromagnetyczna ze słońca zasila prawie wszystkie ekosystemy planety, chociaż istnieją społeczności głębinowe, które zamiast tego wykorzystują energię dostarczaną przez kominy hydrotermalne. Zielone rośliny „naprawiają” przychodzącą energię słoneczną; to znaczy, wychwytują je i przekształcają w procesie fotosyntezy w energię chemiczną zawartą w węglowodanach. Energia zawarta w wiązaniach chemicznych tych związków odżywia następnie inne organizmy, które aby ją zdobyć, zjadają rośliny lub stworzeń roślinożernych, w tym bezkręgowców, grzybów i drobnoustrojów rozkładających martwe substancje organiczne materia.
Ponieważ rozkład wytwarza niezbędne nieorganiczne składniki odżywcze wykorzystywane przez rośliny do napędzania fotosyntezy, materia cykle poprzez ekosystem. W przeciwieństwie do tego energia nie jest poddawana recyklingowi, ale raczej płynie poprzez system: Mechanika życia – wykorzystanie energii chemicznej do zasilania krytycznych procesów podtrzymujących organizm organizacja – wytwarzają ciepło jako ostateczny produkt uboczny, którego nie można przekształcić z powrotem w formę energii nadającą się do życia formularze. Tak więc rośliny wymagają stałego dopływu światła słonecznego do napędzania fotosyntezy, a organizmy niefotosyntetyczne wymagają stałego przyjmowania pokarmu w celu uzyskania nowej energii.
Producenci, konsumenci i rozkładający
Ponieważ wytwarzają użyteczną energię chemiczną z promieniowania elektromagnetycznego słońca, roślin zielonych i innych fotosyntetyków organizmy takie jak glony i sinice nazywane są „producentami”. Organizmy niefotosyntetyczne, które bezpośrednio lub pośrednio polegają na energię ustaloną przez producentów są „konsumentami” ekosystemu. Roślinożerca, taki jak jeleń lub żółw, zjada rośliny, aby to uzyskać energia; to jest główny konsument ponieważ konsumuje samego producenta. Zwierzę, które żeruje na roślinożercy, takim jak mięsożerca, taki jak pająk lub tygrys, jest konsument wtórny; mięsożercy zjadają też oczywiście inne mięsożerne – na przykład wielka sowa rogata polująca na łasicę – więc można też o tym porozmawiać trzeciorzędni konsumenci.
Wiele zwierząt, od żółtych kurtek po niedźwiedzie brunatne, je zarówno roślinne, jak i zwierzęce; te wszystkożerne dlatego służą zarówno jako odbiorcy pierwotni, jak i wtórni. Rozkładające się to specjalna klasa konsumentów, którzy żywią się martwą materią roślinną i zwierzęcą, przetwarzając materiał organiczny do nieorganicznych gazów i minerałów, które można zawrócić jako składniki odżywcze z powrotem do system.
Pamiętaj, że łańcuch pokarmowy to nie tylko organizm całkowicie spożywający inny. Roślinożercy często nie niszczą poszczególnych roślin, które zjadają lub pasą, a wiele pasożytów nie zabija wprost organizmów żywiciela, z których czerpią pokarm. Co więcej, istnieje wiele relacji wzajemnych, w których jedna forma życia czerpie energię z innej, jednocześnie świadcząc w zamian jakąś usługę; na przykład grzyby, które kolonizują korzenie roślin i pozyskują z nich energię, jednocześnie zwiększając zdolność rośliny do pobierania wody i składników odżywczych.
Łańcuchy pokarmowe i piramidy biomasy
Droga energii od producentów przez konsumentów do rozkładających się tworzy łańcuch pokarmowy. Prosty może obejmować trawę od przebicia do geparda. W rzeczywistości organizmy często jedzą i są zjadane przez wiele innych organizmów, co powoduje a sieć żywności – w zasadzie kilka przeplatających się łańcuchów pokarmowych – bardziej szczegółowy model, ale podstawowa liniowa struktura łańcucha pokarmowego jest nadal przydatna do śledzenia przepływu energii w ekosystemie. Każdy szczebel łańcucha pokarmowego reprezentuje poziom troficzny: Producent zajmuje podstawowy poziom troficzny, następny konsument podstawowym i tak dalej.
Powiązaną koncepcją jest biomasa lub piramida energetyczna, który symbolizuje względną proporcję organizmów na różnych poziomach troficznych w ekosystemie. Chociaż nie jest to twarda i szybka zasada, producenci zazwyczaj znacznie przewyższają liczebnie konsumentów pierwotnych, a konsumenci pierwotni znacznie przewyższają liczebnie konsumentów wtórnych. Wynika to z nieodłącznej nieefektywności transferu energii przez ekosystem. Fotosynteza utrwala średnio mniej niż 1 procent napływającej energii słonecznej na Ziemię, z czego tylko niewielka część powstałej energii chemicznej faktycznie trafia do łańcucha pokarmowego; wiele z nich roślina wykorzystuje dla siebie. Na każdym etapie łańcucha pokarmowego energia jest „spalana” do oddychania organizmu i tracona na ciepło, więc coraz mniejsze ilości są dostępne dla konsumentów na wyższych poziomach troficznych. Standardowym przybliżeniem jest to, że zaledwie 10 procent energii zmagazynowanej na jednym poziomie troficznym przechodzi do następnego wyższego poziomu. Z grubsza mówiąc, właśnie dlatego pojedyncza orka potrzebuje, poprzez pośredniczące ogniwa łańcucha pokarmowego, powiedzmy, krewetek, ryb i fok, mnóstwa planktonu, aby się utrzymać.