プリンキピア

第46章生態系

Section Summary節のまとめ

Organisms in an ecosystem acquire energy in a variety of ways, which is transferred between trophic levels as the energy flows from the bottom to the top of the food web, with energy being lost at each transfer. The efficiency of these transfers is important for understanding the different behaviors and eating habits of warm-blooded versus cold-blooded animals. Modeling of ecosystem energy is best done with ecological pyramids of energy, although other ecological pyramids provide other vital information about ecosystem structure.
生態系の生物はさまざまな方法でエネルギーを得る。エネルギーは食物網の底辺から頂点へ流れ、栄養段階間で移動するたびに失われる。この移動の効率は、恒温動物と変温動物の行動や食習慣の違いを理解するうえで重要である。生態系のエネルギーのモデル化にはエネルギーピラミッドが最も適しているが、ほかの生態ピラミッドも生態系構造について重要な情報を与える。

Visual Connection Questions図を使った問題

Exercises 15練習問題 15
Exercise 15問題 15
Figure 46.10 Pyramids depicting the number of organisms or biomass may be inverted, upright, or even diamond-shaped. Energy pyramids, however, are always upright. Why?
図46.10 生物数や生物量を示すピラミッドは、逆転したり、正立したり、ひし形になったりする。しかしエネルギーピラミッドは必ず正立する。なぜだろうか。
Solution解き方
Figure 46.10 Pyramids of organisms may be inverted or diamond-shaped because a large organism, such as a tree, can sustain many smaller organisms. Likewise, a low biomass of organisms can sustain a larger biomass at the next trophic level because the organisms reproduce rapidly and thus supply continuous nourishment. Energy pyramids, however, must always be upright because of the laws of thermodynamics. The first law of thermodynamics states that energy can neither be created nor destroyed; thus, each trophic level must acquire energy from the trophic level below. The second law of thermodynamics states that, during the transfer of energy, some energy is always lost as heat; thus, less energy is available at each higher trophic level.
英語のヒント
図46.10 個体数ピラミッドが逆転したりひし形になったりするのは、樹木のような大きな生物が、多数の小さな生物を支えられるためである。同様に、生物が速やかに増殖し、継続して栄養を供給すれば、小さい生物量で次の栄養段階のより大きな生物量を支えられる。一方、エネルギーピラミッドは、熱力学の法則により必ず正立しなければならない。第一法則によれば、エネルギーを新たに作ったり消滅させたりはできないため、各栄養段階は下の段階からエネルギーを得なければならない。第二法則によれば、エネルギーの移動中には必ず一部が熱として失われる。そのため、上の栄養段階ほど利用可能なエネルギーが少なくなる。

Review Questions確認問題

Exercises 16–21練習問題 16–21
Exercise 16問題 16
The weight of living organisms in an ecosystem at a particular point in time is called:
ある一時点に生態系内にいる生物の重さを何というか。
  1. energy
    エネルギー
  2. production
    生産
  3. entropy
    エントロピー
  4. biomass
    生物量
Solution解き方
D
D
Exercise 17問題 17
Which term describes the process whereby toxic substances increase along trophic levels of an ecosystem?
生態系の栄養段階を上がるにつれて有害物質が増える過程を、何というか。
  1. biomassification
    生物量化
  2. biomagnification
    生物濃縮
  3. bioentropy
    生物エントロピー
  4. heterotrophy
    従属栄養
Solution解き方
B
B
Exercise 18問題 18
Choose the term that encompasses all organisms that can make their own food using inorganic molecules:
無機分子を使って自分の食物を作れる生物すべてを含む用語を選びなさい。
  1. autotrophs
    独立栄養生物
  2. heterotrophs
    従属栄養生物
  3. photoautotrophs
    光独立栄養生物
  4. chemoautotrophs
    化学独立栄養生物
Solution解き方
D
D
Exercise 19問題 19
In the English Channel ecosystem, the number of primary producers is smaller than the number of primary consumers because________.
イギリス海峡の生態系で、一次生産者の数が一次消費者の数より少ないのは、________ためである。
  1. the apex consumers have a low turnover rate
    頂点消費者の入れ替わり速度が低い
  2. the primary producers have a low turnover rate
    一次生産者の入れ替わり速度が低い
  3. the primary producers have a high turnover rate
    一次生産者の入れ替わり速度が高い
  4. the primary consumers have a high turnover rate
    一次消費者の入れ替わり速度が高い
Solution解き方
C
C
Exercise 20問題 20
What law of chemistry determines how much energy can be transferred when it is converted from one form to another?
エネルギーをある形から別の形へ変換するとき、どれだけ移動できるかを決める化学の法則は何か。
  1. the first law of thermodynamics
    熱力学の第一法則
  2. the second law of thermodynamics
    熱力学の第二法則
  3. the conservation of matter
    物質保存
  4. the conservation of energy
    エネルギー保存
Solution解き方
B
B
Exercise 21問題 21
The mussels that live at the NW Eifuku volcano are examples of _______.
北西永福海山にすむイガイ類は、_______の例である。
  1. chemoautotrophs
    化学独立栄養生物
  2. photoautotrophs
    光独立栄養生物
  3. apex predators
    頂点捕食者
  4. primary consumers
    一次消費者
Solution解き方
D
D

Critical Thinking Questions考察問題

Exercises 22–25練習問題 22–25
Exercise 22問題 22
Compare the three types of ecological pyramids and how well they describe ecosystem structure. Identify which ones can be inverted and give an example of an inverted pyramid for each.
3種類の生態ピラミッドと、それぞれが生態系の構造をどれだけよく表せるかを比較しよう。逆転しうるものを挙げ、それぞれについて逆転する例を示そう。
Solution解き方
Pyramids of numbers display the number of individual organisms on each trophic level. These pyramids can be either upright or inverted, depending on the number of the organisms. Pyramids of biomass display the weight of organisms at each level. Inverted pyramids of biomass can occur when the primary producer has a high turnover rate. Pyramids of energy are usually upright and are the best representation of energy flow and ecosystem structure.
個体数ピラミッドは、各栄養段階の生物の個体数を示す。生物の数によって正立する場合も逆転する場合もある。生物量ピラミッドは、各段階の生物の重さを示す。一次生産者の入れ替わり速度が高いと、生物量ピラミッドが逆転することがある。エネルギーピラミッドは通常正立し、エネルギーの流れと生態系構造を最もよく表す。
Exercise 23問題 23
How does the amount of food a warm-blooded animal (endotherm) eats relate to its net production efficiency (NPE)?
恒温動物（内温動物）の食べる量は、その純生産効率（NPE）とどう関係するか。
Solution解き方
NPE measures the rate at which one trophic level can use and make biomass from what it attained in the previous level, taking into account respiration, defecation, and heat loss. Endotherms have high metabolism and generate a lot of body heat. Although this gives them advantages in their activity level in colder temperatures, these organisms are 10 times less efficient at harnessing the energy from the food they eat compared with cold-blooded animals, and thus have to eat more and more often.
NPEは、呼吸、排便、熱損失を考慮したうえで、ある栄養段階が前の段階から得たものを利用し、生物量へ変える割合を測る。内温動物は代謝が高く、大量の体熱を生み出す。これは寒い環境で活動するうえで有利だが、食物のエネルギーを利用する効率は変温動物の10分の1である。そのため、より多く、より頻繁に食べなければならない。
Exercise 24問題 24
A study uses an inverted pyramid to demonstrate the relationship between sharks, their aquatic prey, and phytoplankton in an ocean region. What type of pyramid must be used? What does this convey to readers about predation in the area?
ある研究では、海域のサメ、その水中の獲物、植物プランクトンの関係を、逆転したピラミッドで示している。どの種類のピラミッドを使っているはずか。この図から、その海域の捕食について何が読み取れるか。
Solution解き方
An inverted ecological pyramid describing the relationship between the three groups must be a biomass pyramid. This model suggests that the area is subject to heavy predation, with the prey species feeding heavily on the phytoplankton, and in turn being consumed by the sharks.
この3群の関係を示す逆転した生態ピラミッドは、生物量ピラミッドでなければならない。このモデルは、その海域で強い捕食が起きていることを示唆する。獲物の種が植物プランクトンを大量に食べ、その獲物が今度はサメに食べられている。
Exercise 25問題 25
Describe what a pyramid of numbers would like if an ecologist models the relationship between bird parasites, blue jays, and oak trees in a hectare. Does this match the energy flow pyramid?
生態学者が1ヘクタール内の鳥の寄生生物、アオカケス、オークの関係をモデル化すると、個体数ピラミッドはどんな形になるか。エネルギー流のピラミッドと一致するだろうか。
Solution解き方
In this ecological model, the oak trees (producers) would be at the bottom, the blue jays would be in the middle level (primary consumer of acorns), and the parasites would be at the top level (secondary consumer). However, the pyramid would be inverted since each bird could support several parasites, and each tree could support several birds. This pyramid would appear to be the opposite of the energy flow pyramid.
この生態モデルでは、オーク（生産者）が底辺、アオカケス（ドングリの一次消費者）が中段、寄生生物（二次消費者）が最上段となる。ただし、1羽の鳥は複数の寄生生物を、1本の木は複数の鳥を支えられるため、ピラミッドは逆転する。これは、エネルギー流のピラミッドとは逆に見える。
assimilation
同化
biomass consumed and assimilated from the previous trophic level after accounting for the energy lost due to incomplete ingestion of food, energy used for respiration, and energy lost as waste
前の栄養段階から摂取・同化した生物量で、不完全な食物摂取、呼吸、排泄物によるエネルギー損失を計算に入れたもの。
biomagnification
生物濃縮
increasing concentrations of persistent, toxic substances in organisms at each trophic level, from the primary producers to the apex consumers
一次生産者から頂点消費者へ栄養段階を上がるにつれて、生物内の残留性の高い有害物質の濃度が増加すること。
biomass
生物量
total weight, at the time of measurement, of living or previously living organisms in a unit area within a trophic level
測定時点の単位面積内にある、ある栄養段階の、生きているか以前は生きていた生物の総重量。
chemoautotroph
化学独立栄養生物
organism capable of synthesizing its own food using energy from inorganic molecules
無機分子からのエネルギーを使い、自らの食物を合成できる生物。
ecological pyramid
生態ピラミッド
(also, Eltonian pyramid) graphical representation of different trophic levels in an ecosystem based of organism numbers, biomass, or energy content
エルトン・ピラミッドともいう。生物数、生物量、エネルギー量に基づき、生態系の各栄養段階を図示したもの。
gross primary productivity
総一次生産力
rate at which photosynthetic primary producers incorporate energy from the sun
光合成を行う一次生産者が、太陽からエネルギーを取り込む速度。
net consumer productivity
消費者の純生産力
energy content available to the organisms of the next trophic level
次の栄養段階の生物が利用できるエネルギー量。
net primary productivity
純一次生産力
energy that remains in the primary producers after accounting for the organisms’ respiration and heat loss
呼吸と熱損失を計算に入れた後に、一次生産者に残るエネルギー。
net production efficiency (NPE)
純生産効率（NPE）
measure of the ability of a trophic level to convert the energy it receives from the previous trophic level into biomass
ある栄養段階が、前の栄養段階から受け取ったエネルギーを生物量へ変換する能力の指標。
trophic level transfer efficiency (TLTE)
栄養段階間移行効率（TLTE）
energy transfer efficiency between two successive trophic levels
連続する2つの栄養段階の間でのエネルギー移動の効率。