在食物鏈中,越上層的動物數量越少,而動物的數量與繁殖力有一定的關系,這就讓人誤以為食物鏈越上層的動物繁殖能力越弱。但其實,上層動物的數量少與繁殖能力有關系,但不是決定性的因素,為什么這么說呢?下面我們來看一下食物鏈的本質以及食物鏈中動物的繁殖能力。
食物鏈的本質
首先,食物鏈并不是以動物為基礎的,而是以植物,因為只有食物鏈底層的動物有的吃,才會形成完整的鏈條。其次,食物鏈的本質是營養的傳遞。基于這兩個前提,我們再來了解一下食物鏈的構成。
在一個完成的食物鏈中,根據不同的生物在能量的傳遞中起到的不同作用,可以分為三個部分:生產者、消費者以及分解者。
生產者很簡單就是食物鏈最底層的存在,通常是指植物,因為植物可以利用光合作用將無機物變為有機物,而只有有機物才能稱得上是地球生物的食物。放眼整個自然界中,最多的是什么?沒錯,就是植物了,只要有植物的地方就會有生態,有生態就會形成食物鏈。
在植物,也就是生產者之上是消費者。消費者比生產者稍微復雜一點,因為消費者是分等級的,而且消費者均為動物,最底層的消費者是直接以生產者為食的動物,比如食草動物們就是底層的消費者,以植物為食的昆蟲也是底層消費者,又稱為“一級消費者”。有了一級消費者,那些以一級消費者為食的就是食肉動物,也就是二級消費者。不過,在二級消費者中,還有等級劃分,我們舉個簡單的例子,蟲子吃植物,青蛙吃蟲子,蛇又吃青蛙,老鷹又吃蛇。在這個完成的食物鏈中,生產者是植物,一級消費者是蟲子,二級消費者的基礎青蛙就成為了一級食肉者,那么蛇和老鷹同樣也是二級消費者,不過,它們的生態位明顯在青蛙之上,所以,蛇和老鷹就成為了“二級和三級食肉者”了。
由此可見,在食物鏈的頂端是第三級食肉者,以此類推,處于最底端的是植物。當然除了生產者和消費者,還有分解者的存在,它們通常在食物鏈的上下級關系中不太明顯。
食物鏈不同位置的繁殖能力是遞減的嗎?
毋庸置疑,在食物鏈中最低端的植物是繁殖能力最強的,舉個例子,狗尾巴草是我們最常見的一種野草,也是家畜(牛羊等)最喜歡的食物之一,它雖然只有小小的一株,但是一株狗尾巴草一年就可以撒下幾千甚至上萬顆種子。這種繁殖能力是任何動物所無法比的。
好了,我們再向上看,以狗尾巴草為食的動物有很多,小到昆蟲大到牛羊,其中,蚜蟲會以狗尾巴草為食,但是蚜蟲的繁殖能力要遠強于狗尾巴草,因為一只蚜蟲一年能夠繁殖約20個世代,有些蚜蟲種類一年甚至可以繁殖40個世代,如果這些世代都存活的話,它一年就能產下1.5*10的27次方個后代。不過,這樣對比不太公平,因為蚜蟲雖然繁殖能力強,但是它寄生于多種植物上,所以,按照這個理論,底層植物的繁殖力不應該局限于一種植物,而是所有蚜蟲寄生的植物繁殖力的總和,這個和顯然要遠大于蚜蟲的繁殖力。
不過,與蚜蟲同為一級消費者的牛羊等動物就不同了,它們的繁殖能力比起蚜蟲來簡直不值一提,比如牛僅僅是妊娠期就長達280天,而且大都是單胎,這也就意味著牛一年最多能夠生一只小牛,但同樣與牛食性一樣的羊就比牛的繁殖能力強一些,它平均2年能生3胎,一胎平均1-4只后代,從數據上看,羊比牛的繁殖能力要強一倍不止。
我們再往上看,蚜蟲的食物鏈上一級有許多動物,不過都是小型動物,比如蛙類、肉食性昆蟲等等,它們的繁殖力要弱于蚜蟲,因為青蛙和螳螂雖然產卵不少,但是也不過只有幾百只而已。但是,牛羊等動物的食物鏈上級的繁殖能力就與它們差不多,比如豹子、老虎等動物,它們大都是一年繁殖一胎,一胎2-4只幼崽,甚至像老虎這樣食物鏈最頂端的存在繁殖能力并不比食草動物差。
因此,在食物鏈中,動物的繁殖能力并不是隨著食物鏈位置的升高遞減的,不過,如果從底層算起,倒是有一定的遞減過程,只是到了中型的食草動物后,遞減就已經結束了。所以說繁殖能力并不是約束動物數量的根本。
繁殖能力既然不能約束動物,那么是什么造成了食肉動物比食草動物的數量少呢?
上面我們說了,像獅子、老虎等食肉動物本身的繁殖能力并不弱,但事實上,即使那些比獅子老虎繁殖能力差(比如??苿游铮┑膭游飻盗恳廊灰泉{子老虎多的多。這是為什么呢?
其實原因很簡單,在開始的時候我們就說過,食物鏈的本質其實是營養鏈,而營養鏈是從底層向上傳遞的,在傳遞的過程中就出現了兩個因素,這兩個因素直接決定了食物鏈不同層面動物的數量:一是能量傳遞過程中的損耗、二是食物獲取的難易度。
先說難易度,具有同樣繁殖能力的動物,一個數量多,一個數量少,與食物獲取的難易度有很大的關系。我們還是以獅子和水牛為例,獅子比水牛的繁殖能力還要強1倍以上,但是水牛的食物低頭就能獲得,而且食物的數量極多,這就使得水牛在獲取食物時的能量消耗和風險很低。但是,獅子就不同了,它們獲取食物的方式是捕獵,而捕獵是一件有生命危險且極度耗費體力的工作。
這也就意味著,獅子的生存能力以及后代的成活率會因為捕獵的難度而降低,而水牛則恰恰相反。
其次是能量傳遞時的損耗。對于植物來說,它們是生產者,我們把植物看成是1的能量,食草動物在吃植物時,就能獲取1的能量,這些能量幫助食草動物維持生命,在維持生命的過程中,新陳代謝,吸收,都會產生損耗,在這個過程中約90%的能量被消耗掉了,剩下的10%轉化為食草動物的主體。而食肉動物在吃食草動物時,除去不能吃得骨頭、皮毛等,真正攝入的能量又會減少。這就相當于食肉動物只獲取了來自底層生產者的不足10%的能量。
正是能量在食物鏈上的遞減關系,才導致了食物鏈越上層的動物需要的下層動物數量越多。簡單的說,就是一大片草地才能養活一群牛,而一群牛才能養活幾頭食肉動物。
總結
食物鏈中動物的數量并不完全靠繁殖能力來控制,而是通過能量的獲取能力決定的,食物鏈越往上能量的獲取越難,損耗也越大,所以越底層的動物數量越多,越上層的動物數量越少,這是一個能量的金字塔。