文摘
在沼泽的水到底发生了什么?”表面下的小动物吃什么?科学家们研究Suisun马什在加州发现通过使用一个新的和强大的工具称为同位素分析。用这项技术,科学家们解开复杂的食物网Suisun沼泽。这些知识可以帮助我们理解之间的连接是不同类型的湿地植物和动物,以及如何更改系统可能会影响这些物种。
食物网是很难研究
坐落在旧金山上河口,河流满足海水,是加州最大的潮汐湿地:Suisun马什(发音“suh-soon”) (图1)。如果你潜水在水面下,你会惊讶于你会发现所有的活动。50岁以上的鱼类和无数无脊椎动物生活在沼泽(1]。
- 图1 - Suisun沼泽位于加州旧金山北部地区的河口(美国)。——上门服务框说“采样位置”显示了食物链,我们在2011年抽样同位素研究。
鱼类的结合,无脊椎动物,他们的食品科学家称之为食物链。食物网帮助科学家描述动物吃的地方。食物网组织将他们分成动物吃什么营养水平。营养水平指示植物或动物吃什么,就吃了。营养水平的数量取决于物种的数量和多样性的地方,住在那里。
在一个典型的沼泽,有四到五个营养水平。第一层次包括生物体,使自己的食物。这些被称为初级生产者。初级生产者在一个沼泽一般植物和浮游植物。他们得到来自太阳的能源生产自己的食物与营养的土壤、水和空气。动物吃的主要生产商主要的消费者(通常是微生物如细菌)。二次消费者(如虾虾)吃初级生产者,主要消费者。下一个级别是三级消费者。三级消费者吃低层消费者。鱼吃虾虾是一个三级消费者。
我们如何找出食物网是什么样子的?我们怎么知道这些动物吃什么营养级在什么?科学家在动物识别食物胃理解食物网。然而,因为很多动物都很小,很难确定具体的食物在他们的胃。这使得科学家们很难得到一个完整的食物链。幸运的是,一个叫做“同位素分析”的新工具使科学家们绘制食物网更完全。
使用同位素研究食物网
同位素是同一元素的不同版本。理解同位素和元素是什么,我们首先需要定义什么是原子。你周围的一切都是由微小的构建块原子。原子是由更小的部分称为质子,中子和电子(图2一个)。不同的原子有不同数量的质子,中子和电子。
- 图2 -(一)使用氮作为一个例子,您可以看到,原子是由质子,中子和电子。
- 质子数决定了原子属于哪个元素。(B)氮元素的两种同位素。不同的中子数不同的权重给同位素,导致他们表现不同。(C)随着氮同位素沿食物链传递,每一次一个动物吃他们获得更多的重氮。最多的轻氮是浮游植物和最多的重氮在条纹鲈鱼。
我们组织原子的质子数和定义它们元素。例如,氮是一种元素的原子有7个质子。当相同元素的原子的中子数不同,然而,他们被称为同位素的元素。例如,有两个氮同位素的元素。同位素与更多的中子比同位素重减少中子(图2 b)。
了解营养级有机体,科学家们用氮同位素分析。同位素的不同权重是氮同位素分析的关键。生物过程重氮同位素比光慢氮同位素。这意味着当他们吃东西和氮,他们将保持更多的重同位素缓慢而在肠道。同时,光氮同位素匆匆忙忙的离开身体。
浮游植物(初级生产者)重氮同位素比浮游动物(主要消费者)。虾虾(二级消费者)重氮同位素比一个条纹鲈鱼(三级消费者)(图2 c)。这个过程是非常可预测的,所以看着氮同位素允许科学家找出多少食物网营养级存在。
知道动物是吃什么,科学家们用碳同位素分析。碳是一种元素的原子有6个质子。重碳同位素有7个中子而轻碳同位素有六个。一些主要生产商占据更大的碳光合作用时的阳光,而其他人保持更多的光碳同位素。
一旦科学家了解初级生产者保持更轻碳和保持更重碳,它们可以将它们连接到动物有相似类型的碳同位素。植物,有更大的碳会通过更大的碳比轻的碳植物主要消费者的主要消费(图3)。通过了解同位素,科学家可以利用氮找出有多少水平在一个食物网和碳理解水平之间的关系。非常奇妙!
- 图3 -同位素的分析,结合知识与其他饮食的研究,帮助科学家理解Suisun沼泽的食物网。
- 这里显示的初级生产者浮游植物和水生植被。箭头显示路径碳和氮同位素作为植物和动物被吃掉。图没有Suisun沼泽的每一个有机体,但确实展示了食物网的一些片段组合在一起(2]。从集成和应用程序获得的图像图网络(ian.umces.edu/media-library)。
马什Suisun食物网
2011年秋季,来自加利福尼亚大学的科学家戴维斯想了解Suisun沼泽的食物链在旧金山河口。解开Suisun沼泽的食物网(图1),他们收集了样本的藻类和植物(疑似初级生产者)。他们还收集消费者如浮游动物、蛤蜊、虾、和fish-anything他们怀疑可能是在食物网。然后,样本被送往实验室看氮和碳同位素每个物种。
氮同位素的结果表明科学家Suisun湿地的水生食物网四个营养水平:初级生产者,主要消费者,二级消费者和三级消费者。氮同位素分析证实,植物和藻类是沼泽中的初级生产者。氮显示只有一个主消费者在沼泽-小pileworms。pileworms重氮相对较少。二次消费者有更多的重施氮肥。二级消费者片和糖虾虾。条纹鲈鱼有更重施氮肥,所以这是一个三级消费者(图3)。
结果显示大的差距在食物网。奇怪的是,没有发现pileworms以外的主要消费者。这可能意味着我们错过了其他小主的消费者马什(细菌,例如),因为我们没有样品。有其他漏洞。我们知道其他的鱼类和无脊椎动物在沼泽的水域,我们没有样品。例如,尽管我们没有样本萨克拉门托splittail,我们从其他研究知道他们吃蛤蜊。因为它很难研究水生环境中,有时需要将信息从多个研究得到一个完整的回答我们的问题(图3)。
科学家们从碳同位素数据显示的不同营养水平是如何连接的。Suisun沼泽,更大的碳属于底栖植物和浸没水生植被。底栖植物藻类在水下生活在沼泽泥浆。完全淹没的水生植物是植物生长在水(图3)。巴西伊乐藻是一种水下水生植被。
更多的光被发现在陆地植被碳,紧急水生植被、浮游植物。植物只有在土地被称为陆地植被生长。灌木,树和草是陆地植被的例子。紧急水生植被的植物开始生长如下水和进入空气随着他们的成长。规则是这一组的成员。浮游植物是显微藻类,漂浮在水和营养物质和二氧化碳变成食物。
一旦科学家了解不同类型碳的主要生产者,他们看着消费者在生产者的食物网看到他们得到他们的碳。轻、重碳同位素的道路后,科学家可以跟踪消费者都吃些什么。许多无脊椎动物(如浮游动物和蛤)吃了很多的浮游植物,腐烂的自然植被,腐烂的陆地植被。其它无脊椎动物(如片脚类)有更多的碳同位素,连接他们淹没的水生植被和底栖植物。
更高级的消费者使用所有的碳源。大多数次级消费者有更多的碳同位素。这是适用于黑海水母,黄鳍鰕虎鱼,多刺的饭桶。虾,另一方面,有更多的碳同位素。条纹鲈鱼,其中最重要的鱼类在沼泽,下跌几乎中间的碳谱。这意味着条纹鲈鱼吃了大范围的其他消费者(图3)[2]。
未来的研究
解决食物网是一个棘手的问题,但使用同位素分析让我们接近理解谁吃谁的奥秘。从这些研究中获得的知识帮助科学家预测气候变化和发展项目Suisun沼泽附近可能会影响物种在旧金山河口。如果这些变化消灭任何一个物种的食物网,一切都可以改变。预测湿地物种会如何应对变化对管理和保护这些物种是至关重要的。需要做很多工作,深化了我们对所有的植物和动物在这一重要领域连接,这样我们可以更好的保护他们。
术语表
无脊椎动物:↑无脊椎动物是动物没有骨气。
营养级:↑描述整个类别的食物网。主要生产国,主要消费者、次级消费者和三级消费者都是不同的营养水平。
主要生产国:↑生物生产自己的食物。植物是初级生产者。
主要的消费者:↑生物只吃初级生产者。浮游动物主要消费者。
二次消费:↑生物体吃主要消费者和初级生产者。片脚类次级消费者的一个例子,因为他们吃了细菌和水生植被。
三级消费者:↑生物体吃中学和初级消费者。条纹鲈鱼三级消费者,吃片(二级消费者)。
原子:↑我们的宇宙的小积木,由电子,质子,中子。
元素:↑原子的类型,基于质子原子的数量。例如,元素碳6个质子的每个原子。
同位素:↑一个元素的一个同位素取决于数量的中子。同一元素不同同位素的基于中子的数量有不同的行为。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
原始的文章
↑Schroeter r E。瑞尔阿,t。,年轻,m . J。,Moyle, P. B. 2015. The aquatic trophic ecology of Suisun marsh, San Francisco estuary, California, during autumn in a wet year.圣法郎。河口Sci分水岭。十三3。doi: 10.15447 / sfews.2015v13iss3art6
引用
[1]↑Matern, s。,Moyle, P. B., and Pierce, L. C. 2002. Native and alien fishes in a california estuarine marsh: twenty-one years of changing assemblages.反式。点。鱼。Soc。131:797 - 816。1548 - 8659 . doi: 10.1577 / (2002) 131 < 0797: NAAFIA > 2.0.CO; 2
[2]↑Schroeter r E。瑞尔阿,t。,年轻,m . J。,Moyle, P. B. 2015. The aquatic trophic ecology of Suisun marsh, San Francisco estuary, California, during autumn in a wet year.圣法郎。河口Sci分水岭。十三3。doi: 10.15447 / sfews.2015v13iss3art6