Trofisk nivå

Ej att förväxla med trofisk nivåindex .

Första trofiska nivån . Växterna på denna bild, och algerna och växtplanktonet i sjön, är primära producenter . De tar näringsämnen från jorden eller vattnet och tillverkar sin egen mat genom fotosyntes , med energi från solen.

En organisms trofiska nivå är den position den intar i ett näringsnät . En näringskedja är en följd av organismer som äter andra organismer och som i sin tur kan ätas själva. Den trofiska nivån för en organism är antalet steg den är från början av kedjan. En näringsväv börjar på trofisk nivå 1 med primärproducenter som växter, kan flytta till växtätare på nivå 2, köttätare på nivå 3 eller högre, och slutar vanligtvis med apex rovdjur på nivå 4 eller 5. Vägen längs kedjan kan bilda antingen ett enkelriktat flöde eller ett "matnät". Ekologiska samhällen med högre biologisk mångfald bildar mer komplexa trofiska vägar.

Ordet trofisk kommer från grekiskan τροφή (trophē) som syftar på mat eller näring.

Historia

Begreppet trofisk nivå utvecklades av Raymond Lindeman (1942), baserat på terminologin från August Thienemann (1926): "producenter", "konsumenter" och "reducerare" (modifierad till "nedbrytare" av Lindeman).

Översikt

Konsumentkategorier baserade på material som äts (växt: gröna nyanser är levande, bruna nyanser är döda; djur: röda nyanser är levande, lila nyanser är döda; eller partiklar: grå nyanser) och utfodringsstrategi (samlare: ljusare nyans av varje färg; gruvarbetare : mörkare nyans av varje färg)

De tre grundläggande sätten på vilka organismer får mat är som producenter, konsumenter och nedbrytare.

• Producenter ( autotrofer ) är vanligtvis växter eller alger . Växter och alger äter vanligtvis inte andra organismer, utan drar upp näringsämnen från jorden eller havet och tillverkar sin egen mat med hjälp av fotosyntes . Av denna anledning kallas de för primärproducenter . På så sätt är det energi från solen som vanligtvis driver basen i näringskedjan. Ett undantag förekommer i hydrotermala djuphavsekosystem, där det inte finns något solljus. Här tillverkar primärproducenter mat genom en process som kallas kemosyntes .
• Konsumenter ( heterotrofer ) är arter som inte kan tillverka sin egen mat och behöver konsumera andra organismer. Djur som äter primärproducenter (som växter) kallas växtätare . Djur som äter andra djur kallas köttätare , och djur som äter både växter och andra djur kallas allätare .
• Nedbrytare ( detritivorer ) bryter ner dött växt- och djurmaterial och avfall och släpper ut det igen som energi och näringsämnen i ekosystemet för återvinning. Nedbrytare, som bakterier och svampar (svamp), livnär sig på avfall och döda ämnen och omvandlar det till oorganiska kemikalier som kan återvinnas som mineralnäring för växter att använda igen.

Trofiska nivåer kan representeras av siffror, som börjar på nivå 1 med växter. Ytterligare trofiska nivåer numreras därefter efter hur långt organismen befinner sig längs näringskedjan.

Nivå 1

Växter och alger gör sin egen mat och kallas producenter.

Nivå 2

Växtätare äter växter och kallas primärkonsumenter.

Nivå 3

Köttätare som äter växtätare kallas sekundära konsumenter.

Nivå 4

Köttätare som äter andra köttätare kallas tertiära konsumenter.

Apex-rovdjur

Per definition har friska vuxna spetspredatorer inga rovdjur (med medlemmar av deras egen art ett möjligt undantag) och befinner sig på den högsta numrerade nivån i sitt näringsnät.

• 

  
  Andra trofiska nivån Kaniner äter växter på den första trofiska nivån, så de är primära konsumenter.
• 

  
  Tredje trofisk nivå Rävar äter kaniner på den andra trofiska nivån, så de är sekundära konsumenter.
• 

  
  Fjärde trofiska nivån Kungsörnar äter rävar på den tredje trofiska nivån, så de är tertiära konsumenter.
• 

  
  Nedbrytare Svamparna på detta träd livnär sig på död materia och omvandlar den tillbaka till näringsämnen som primärproducenterna kan använda.

I verkliga ekosystem finns det mer än en näringskedja för de flesta organismer, eftersom de flesta organismer äter mer än en sorts mat eller äts av mer än en typ av rovdjur. Ett diagram som anger det invecklade nätverket av korsande och överlappande näringskedjor för ett ekosystem kallas dess näringsväv . Nedbrytare lämnas ofta utanför näringsnäten, men om de ingår markerar de slutet på en näringskedja. Sålunda börjar livsmedelskedjor med primärproducenter och slutar med förfall och nedbrytare. Eftersom nedbrytare återvinner näringsämnen och lämnar dem så att de kan återanvändas av primärproducenter, anses de ibland ha sin egen trofiska nivå.

Den trofiska nivån för en art kan variera om den har ett val av diet. Så gott som alla växter och växtplankton är rent fototrofa och ligger på exakt nivå 1,0. Många maskar ligger runt 2,1; insekter 2.2; maneter 3.0; fåglar 3.6. En studie från 2013 uppskattar den genomsnittliga trofiska nivån för människor till 2,21, liknande grisar eller ansjovis. Detta är bara ett genomsnitt, och uppenbarligen är både moderna och gamla mänskliga matvanor komplexa och varierar mycket. Till exempel skulle en traditionell inuit som lever på en diet som huvudsakligen består av sälar ha en trofisk nivå på nästan 5.

Effektivitet för överföring av biomassa

En energipyramid illustrerar hur mycket energi som behövs när den strömmar uppåt för att stödja nästa trofiska nivå. Endast cirka 10 % av energin som överförs mellan varje trofisk nivå omvandlas till biomassa .

Generellt sett relaterar varje trofisk nivå till den under sig genom att absorbera en del av energin den förbrukar, och kan på detta sätt betraktas som vilande på, eller stödd av, nästa lägre trofisk nivå. Livsmedelskedjor kan ritas i diagram för att illustrera mängden energi som rör sig från en utfodringsnivå till nästa i en näringskedja. Detta kallas en energipyramid . Energin som överförs mellan nivåer kan också betraktas som ungefärlig till en överföring av biomassa , så energipyramider kan också ses som biomassapyramider, som föreställer mängden biomassa som resulterar i högre nivåer från biomassa som konsumeras på lägre nivåer. Men när primärproducenter växer snabbt och konsumeras snabbt kan biomassan vid ett visst tillfälle vara låg; till exempel kan växtplankton (producent) biomassa vara låg jämfört med djurplankton (konsument) biomassa i samma område av havet.

Den effektivitet med vilken energi eller biomassa överförs från en trofisk nivå till nästa kallas ekologisk effektivitet . Konsumenter på varje nivå omvandlar i genomsnitt bara cirka 10 % av den kemiska energin i sin mat till sin egen organiska vävnad (tioprocentslagen ) . Av denna anledning sträcker sig livsmedelskedjor sällan för mer än 5 eller 6 nivåer. På den lägsta trofiska nivån (botten av näringskedjan) omvandlar växter cirka 1 % av solljuset de får till kemisk energi. Det följer av detta att den totala energin som ursprungligen fanns i det infallande solljuset som slutligen förkroppsligas i en tertiär konsument är cirka 0,001 %

Evolution

Både antalet trofiska nivåer och komplexiteten i relationerna mellan dem utvecklas allteftersom livet varierar över tiden, undantaget är intermittenta massutrotningshändelser.

Fraktionerade trofiska nivåer

Späckhuggare ( späckhuggare ) är apex rovdjur men de är uppdelade i separata populationer som jagar specifika byten, såsom tonfisk, små hajar och sälar.

Näringsvävar definierar till stor del ekosystem, och de trofiska nivåerna definierar organismernas position i vävarna. Men dessa trofiska nivåer är inte alltid enkla heltal, eftersom organismer ofta äter på mer än en trofisk nivå. Till exempel äter vissa köttätare också växter, och vissa växter är köttätare. En stor köttätare kan äta både mindre köttätare och växtätare; bobcat äter kaniner, men fjälllejon äter både bobcat och kaniner. Djur kan också äta varandra; tjurgrodan äter kräftor och kräftor äter unga tjurgrodor . Ett ungt djurs matvanor, och, som en konsekvens, dess trofiska nivå, kan förändras när det växer upp.

Fiskeforskaren Daniel Pauly sätter värdena för trofiska nivåer till ett i växter och detritus, två i växtätare och detritivorer (primära konsumenter), tre i sekundära konsumenter, och så vidare. Definitionen av den trofiska nivån, TL, för alla konsumentarter är:

$TL_{i}=1+\summa _{j}(TL_{j}\cdot DC_{ij})\!$

där $TL_{j}$ är den fraktionerade trofiska nivån för bytet j , och $DC_{ij}$ representerar bråkdelen av j i kosten för i . Det vill säga att konsumentens trofiska nivå är ett plus det vägda genomsnittet av hur mycket olika trofiska nivåer bidrar till maten.

När det gäller marina ekosystem tar den trofiska nivån för de flesta fiskar och andra marina konsumenter ett värde mellan 2,0 och 5,0. Det övre värdet, 5,0, är ​​ovanligt, även för stora fiskar, även om det förekommer hos apexpredatorer hos marina däggdjur, såsom isbjörnar och späckhuggare.

Förutom observationsstudier av djurbeteende och kvantifiering av djurets maginnehåll, kan trofisk nivå kvantifieras genom stabil isotopanalys av djurvävnader såsom muskler , hud , hår , benkollagen . Detta beror på att det finns en konsekvent ökning i kvävets isotopsammansättning vid varje trofisk nivå orsakad av fraktioneringar som sker med syntesen av biomolekyler; storleken på denna ökning av kvävets isotopsammansättning är cirka 3–4‰.

Genomsnittlig trofisk nivå

Den genomsnittliga trofiska nivån för världens fiskefångster har stadigt minskat eftersom många fiskar på hög trofisk nivå, som denna tonfisk , har överfiskats .

Inom fiske beräknas medelvärdet för trofiska fångster över ett helt område eller ekosystem för år y som:

$TL_{y}={\frac {\sum _{i}(TL_{i}\cdot Y_{iy}) }{\sum _{i}Y_{iy}}}$

där $Y_{iy}$ är den årliga fångsten av arten eller grupp i år y och $\ TL_{i}\$ är den trofiska nivån för art i enligt definitionen ovan .

Fisk på högre trofiska nivåer har vanligtvis ett högre ekonomiskt värde, vilket kan resultera i överfiske på de högre trofiska nivåerna. Tidigare rapporter fann branta minskningar av den genomsnittliga trofiska nivån av fiskefångst , i en process som kallas att fiska ner i näringsväven . Men nyare arbete finner inget samband mellan ekonomiskt värde och trofisk nivå; och det betyder att trofiska nivåer i fångster, undersökningar och beståndsbedömningar i själva verket inte har minskat, vilket tyder på att fiske i näringsväven inte är ett globalt fenomen. Emellertid Pauly et al . notera att trofiska nivåer nådde en topp på 3,4 år 1970 i nordvästra och västra centrala Atlanten, följt av en efterföljande nedgång till 2,9 år 1994. De rapporterar en förskjutning bort från långlivade, fiskätande bottenfiskar på hög trofisk nivå, som t.ex. torsk och kolja, till kortlivade, planktätande ryggradslösa djur på låg trofisk nivå (t.ex. räkor) och små pelagiska fiskar (t.ex. sill). Denna övergång från fiskar på hög trofisk nivå till ryggradslösa djur och fiskar på låg trofisk nivå är ett svar på förändringar i den relativa mängden av den föredragna fångsten. De anser att detta är en del av den globala fiskekollapsen, som får ett eko i det överfiskade Medelhavet

Människor har en genomsnittlig trofisk nivå på cirka 2,21, ungefär samma som en gris eller en ansjovis.

FiB-index

Eftersom biomassaöverföringseffektiviteten endast är cirka 10 %, följer det att hastigheten för biologisk produktion är mycket högre vid lägre trofiska nivåer än vid högre nivåer. Fiskefångsten kommer åtminstone till att börja med att tendera att öka när den trofiska nivån sjunker. Vid denna tidpunkt kommer fisket att inriktas på arter lägre i näringsväven. År 2000 ledde detta till att Pauly och andra konstruerade ett "Fisheries in Balance"-index, vanligtvis kallat FiB-index. FiB-indexet definieras, för varje år y , av

$FiB_{y}=\log {\frac {Y_{y}/(TE)^{TL_ {y}}}{Y_{0}/(TE)^{TL_{0}}}}$

där $Y_{y}$ är fångsten vid år y , $TL_{y}$ är den trofiska medelnivån för fångsten vid år y , $Y_{0}$ är fångsten, $TL_{0}$ den trofiska medelnivån för fångsten i början av serien som analyseras, och $TE$ överföringseffektiviteten för biomassa eller energi mellan trofiska nivåer.

FiB-indexet är stabilt (noll) över tidsperioder när förändringar i trofiska nivåer matchas av lämpliga förändringar i fångsten i motsatt riktning. Indexet ökar om fångsterna ökar av någon anledning, t.ex. högre fiskbiomassa eller geografisk expansion. Sådana minskningar förklarar de "bakåtböjande" plotten av trofisk nivå kontra fångst som ursprungligen observerades av Pauly och andra 1998.

Tritrofiska och andra interaktioner

Ytterligare information: Tritrofiska interaktioner i växtförsvar

En aspekt av trofiska nivåer kallas tritrofisk interaktion. Ekologer begränsar ofta sin forskning till två trofiska nivåer som ett sätt att förenkla analysen; detta kan dock vara missvisande om tritrofiska interaktioner (som växt–växtätare–predator) inte är lätta att förstå genom att helt enkelt lägga till parvisa interaktioner (växt–växtätare plus växtätare–predator, till exempel). Signifikanta interaktioner kan förekomma mellan den första trofiska nivån (växt) och den tredje trofiska nivån (ett rovdjur) för att bestämma växtätare populationstillväxt, till exempel. Enkla genetiska förändringar kan ge morfologiska varianter hos växter som sedan skiljer sig i deras motståndskraft mot växtätare på grund av effekterna av växtarkitekturen på växtätarens fiender. Växter kan också utveckla försvar mot växtätare som kemiskt försvar.

Se även

• Kaskadeffekt
• Energiflöde (ekologi)
• Marin trofisk nivå
• Hypotes om mesopredatorfrisättning
• Trofisk kaskad
• Trofisk tillståndsindex – tillämpas på sjöar
• Trofisk dynamik – Matnät

externa länkar

• Trofiska nivåer BBC. Senast uppdaterad mars 2004.