Пояснение по сути и последствиям.
1) Пищевая цепь и пищевая сеть — что меняют в переносе энергии и биомассы
- Пищевая цепь — упрощённая последовательность трофических уровней (продуценты → первичные консументы → вторичные → хищники). Пищевая сеть — совокупность пересекающихся цепей, реальная картина питания в сообществе. Сеть даёт множественные пути переноса энергии и большую устойчивость к исчезновению одного звена.
- Энергопоток: энергия поступает от первичных производителей (внешняя первичная продукция $E_0$) и постепенно теряется при переходах. Приближённая запись:
$$E_{n+1}=\epsilon E_n,$$ где $E_n$ — энергия, доступная трофическому уровню $n$, $\epsilon$ — коэффициент трансформации (обычно $\epsilon \approx 0.1$, «правило 10%»).
Следовательно:
$$E_n={\epsilon }^n{E}_0.$$ - Биомасса и продуктивность: при стационарном состоянии биомасса трофического уровня $B_n$ обычно пропорциональна поступающей энергии и обратна скорости метаболизма; при прочих равных биомасса падает с уровнями примерно пропорционально $\epsilon$:
$$B_{n+1}\approx \epsilon B_n$$ (но возможны исключения: в водных системах биомасса продьюсеров может быть меньше биомассы травоядных благодаря высокой продуктивности мелких фитопланктонов).
- Итог: большая часть энергии теряется как тепло, дыхание и нечистоты; мало энергии достигает верхних хищников → пирамида энергии/биомассы сужается к вершине.
2) Что происходит при исчезновении ключевого (верхнего) хищника
- Трофический каскад: снятие верхнего контроля обычно вызывает увеличение численности средних и/или низших потребителей (освобождение от хищничества — «mesopredator release»), что в свою очередь уменьшает плотность и/или изменяет состав популяций добычи и первичных производителей. Типичный сценарий:
верхний хищник ↓ → популяция среднего уровня ↑ → давление на нижний уровень ↑ → биомасса продуцентов ↓.
- Примеры: исчезновение волков в некоторых системах → рост численности оленей → сокращение лесной регенерации; исчезновение морских выдр → рост морских ежей → гибель кельповых лесов.
- Эффекты не только количественные: изменяются поведения (нефункциональные эффекты хищника — страх), пространственное распределение, родственные взаимосвязи и циклы ресурсов.
- Роль пищевой сети: в сложной сети исчезновение одного хищника может быть частично компенсировано другими хищниками или переходом добычи на альтернативные ресурсы — снижение вероятности полного краха. В простых системах/мономорфных сообществах эффект сильнее и быстрее приводит к смене структуры и возможному переходу в иное устойчивое состояние.
- Возможные долгосрочные последствия: утрата биоразнообразия, изменение потоков энергии (снижение трофической длины), изменение вовлечённости основных биогеохимических циклов, риск регуляторных «переключений» экосистемы.
3) Практическое обобщение
- Пищевая сеть распределяет энергию по множеству путей и смягчает флуктуации; пирамида показывает количественные потери энергии и биомассы вверх по цепи ($E_n={\epsilon }^n{E}_0$).
- Исчезновение ключевого хищника обычно вызывает трофические каскады, перераспределение энергии и биомассы вниз по сети и может привести к долговременным изменениям структуры сообщества; сила эффекта зависит от связности сети и наличия компенсирующих видов.