生物とその環境

太陽はほぼすべての生命におけるエネルギーの主な供給源である。植物は光合成により光エネルギーを捕獲し、食物中の化学エネルギーとして蓄える。このエネルギーは摂食を通じて生物間を移動する。各段階でエネルギーの一部は失われ（主に呼吸による熱として）、環境へ放出される。エネルギーは一方向に流れ、循環しない。

食物鎖は、生産者から始まり、ある生物から次の生物へのエネルギーの移転を示す。各矢印はエネルギーが流れる方向を指す：

草 → ウサギ → キツネ

食物網とは、多数の食物鎖が結びついたものである。

生産者、消費者、分解者

消費者は位置に基づいて名付けられる：一次消費者は生産者を食べる、二次消費者は一次消費者を食べ、その後三次および四次消費者が続く。

栄養段階とピラミッド

栄養段階とは、食物鎖における生物の位置のことである（生産者が最初、次に一次消費者、というように）。食物鎖をピラミッドとして表すことができる：

• 個体数ピラミッドは、各段階の生物数を数える。
• 生体重ピラミッドは、各段階の総質量を示す。生物の大きさに関係しないため、より正確な図示となることが多い。
• （補足）エネルギーピラミッドは、各段階のエネルギー量を示す。最も有用な図示である。

鎖沿いのエネルギー損失（補足）

ある栄養段階のエネルギーの約10%しか次の段階へ移行しない。残りは呼吸による熱、運動、排泄物として失われる。エネルギーが大量に失われるため、食物鎖は通常5段階以下である。作物を直接食べることの方が、その作物を餌にされた動物を食べるよりもエネルギー効率がよい。なぜなら、各追加段階ごとにエネルギーが無駄になるからである。

Worked example. The producers in a field trap 40 000 kJ of energy. Roughly how much reaches a secondary consumer, and why do food chains stay short? About 10% passes on at each step. Primary consumers receive 10% of 40 000 = 4000 kJ. Secondary consumers receive 10% of 4000 = 400 kJ - only 1% of what the plants trapped. After a few levels too little energy is left to support another one, which is why chains rarely pass five levels. Apply the 10% again at every step, not once for the whole chain.

人間の影響

人間が食物網に与える損傷は、以下の通りである：

• 過剰採捕 — 一種の個体数を過度に減少させること（例：乱獲）、その結果その種の個体数が急減する。
• 外来種の導入 — 新しい種には天敵がなく、在来種を圧迫することがある。

エネルギーと異なり、栄養素は再循環される—繰り返し利用される。

炭素循環

炭素循環において：

• 光合成により大気中の二酸化炭素が除去される。
• 呼吸および燃焼（燃やす）によって二酸化炭素が大気に戻される。
• 摂食により炭素が生物から次の生物へ移行する。
• 分解によって炭素が大気と土壌に戻される。
• 数百万年にわたって死体は化石燃料（石炭や石油）となり、これらが燃焼すると二酸化炭素が放出される。

窒素循環（追加情報）

窒素循環はタンパク質合成のための窒素を再循環させる。微生物が大部分の作業を行う：

• 分解：分解者が死体タンパク質をアンモニウムイオンに分解する。
• 硝化：細菌がアンモニウムイオンを硝酸イオンに変換する。
• 窒素固定：雷や一部の細菌が窒素ガスを変換し、植物が利用できる化合物にする。
• 植物は硝酸イオンを吸収してアミノ酸やタンパク質を作り、動物は摂食と消化によってそれらを得る。
• 脱アミノ化（肝臓内）と分解によって再び窒素化合物が放出される。
• 脱窒素作用：一部の細菌が硝酸イオンを窒素ガスに戻す。

• 個体群とは、同じ時期に同一地域に生息する単一種の生物の集団である。
• 群落とは、ある場所にある異なる種のすべての個体群の総称である。
• 生態系とは、群落とそれらの環境が相互作用した全体である。

個体群の成長

個体群の成長は、食糧供給、競争、捕食（食べられること）および疾病に依存する。

限られた資源がある場所で個体群が増加する場合、その成長は4つの段階を持つS字状曲線に従う：

よくある間違い。

• 食べる者から食べ物の方向へ食物鎖の矢印を描く。矢印はエネルギーの流れる方向を示すので、食べる生物の中を指す：草 → ウサギ → キツネ。
• エネルギーが循環されると言う。エネルギーは一方通行で熱として失われ、栄養素（炭素や窒素など）だけが循環する。
• 失われたエネルギーが「使い果たされた」または「破壊された」と言う。それは呼吸による熱として周囲に失われ、廃棄物や食べられなかった部分にも失われる。
• 整个链条に10%を一度適用する。各ステップで再び10%を取り出す：40 000 kJ → 4000 kJ → 400 kJ。
• 分解者を炭素循環から除外する。分解者は呼吸し、その呼吸により死体の炭素が二酸化炭素として大気中に戻される。
• 植物が大気中の窒素ガスを取り込むと言う。植物は根を通じて土壌から硝酸イオンを取り込み、窒素固定菌（および雷）のみが窒素ガスを使用できる。
• 細菌を混同する。窒素固定菌は窒素ガスを窒素化合物に変換し、硝化菌はアンモニウムイオンを硝酸に変換し、脱窒菌は硝酸を再び窒素ガスに戻す。
• 人口曲線の平坦部分を「出生なし」と呼ぶ。静止期でも出生は依然として起こる；それらは単に死亡数と等しい。

• 太陽からのエネルギーが流入し、鎖に沿って一方向に流れ、各段階で熱として失われる。栄養素は再循環される。
• 食物鎖は生産者から始まり、矢印はエネルギーの流れを示す。生産者、消費者、草食性動物、肉食性動物、分解者を学ぶ。
• 各栄養段階でエネルギーの約10%しか移らないため、食物鎖は短く、植物を食べる方が効率的である。
• 炭素循環：光合成 ↔ 呼吸と燃焼；窒素循環（追加情報）：微生物による固定、硝化、脱窒素作用。
• 個体群：一種、一地域、一時点。S字状成長曲線の4つの段階を学ぶ。