為什麼食肉動物繁殖率都很低,食草動物繁殖率這麼高?

阿祥的農村生活


觀點:所處生態位不同,所以生存與繁殖的策略不同。

我們做一個思維實驗,如果一年從頭到尾只讓你吃羊肉,你需要吃幾隻羊?反正一隻肯定是不夠。就按兩隻算吧(隨意舉例),也就是說10個人需要20只羊。

如果在一個生態系統中反了會怎麼樣?比如:人有20個,羊只有10只,結果就是羊被吃滅絕了,人會為搶羊競爭,導致部分死亡,還有一部分會餓死,最終可能會留下來幾個人,最後也會餓死,因為再也沒有食物了。

現在我們替換一下,人替換成“食肉動物”,羊替換成“食草動物”,所以在一個生態系統中食草動物的能量總量一定要比食肉動物多。由於這個現象,導致了食肉動物和食草動物的繁殖策略不同。

繁殖策略

一般來說食肉動物的繁殖率都較低,如果食肉動物繁殖率很高,那麼所處同一生態圈的食草動物就遭殃了。當食草動物被吃絕了,食肉動物只能滅亡或者遷徙換一個生態圈繼續霍霍。

比如食物鏈頂端的獅子、老虎很難在數量暴增,戰鬥力越強繁殖力就會越弱,如果一個物種打破了這個規則就會像病毒一樣,致死率高,繁殖速度、傳播還快,那麼最終人都消失了,病毒自己也滅亡了,所以這樣的物種一般在地球上或曇花一現。

而一般的食草動物的繁殖率都較高,目的是為了讓食肉動物殺不絕、吃不盡。它們的攻擊力一般會比較弱,因為它們的食物來源是草,不需要耗費大量能量進行捕食。有足夠的草就可以孕育出足夠數量的後代。

如果繁殖率低,種群個體數量太少就很容易被團滅,也就容易滅絕,所以繁殖率低、攻擊力又弱的食草動物容易被大自然所淘汰掉。而繁殖率高的食草動物,有他們的天敵食肉動物,通過進食控制它們的數量,使它們不會氾濫把草啃光了,從而導致穩定的生態被破壞。

為什麼食肉動物需要那麼多食草動物?

世界萬物,包括宇宙本身都需要能量來維持。一杯開水在桌上放置一會變涼;一顆樹如果沒有光照會慢慢枯萎;一顆恆星如果耗盡了核聚變的燃料會坍縮;生物也是一樣,如果沒有能量的來源就無法維持自身的高度有序的運轉。這是熱力學第二定律,熵增定律,一個孤立的系統會從有序逐漸趨於混亂,當混亂達到最大化一切都將塵歸塵,土歸土。

地球作為一個孤立的系統,依靠太陽的能量來維持自身的有序性。植物作為孤立系統依靠陽光使自己有序的發展壯大,食草動物通過吸收植物中的能量保持自己高度有序的生命運轉,食肉動物則通過進食食草動物獲得能量。當食肉動物死亡,它的屍體中的剩餘能量可以變成肥料滋養著土地,也可以為微生物提供能量。

然而能量在傳遞過程中是有損耗的,太陽光的能量像宇宙四邊八方擴散,被地球阻擋的光路,才能供給地球,而地球並無法高效利用這些陽光中的能量,一部分會被反射回宇宙;一部分對生物無用,被大氣層所吸收散射;一部分被物質吸收為地球供熱;只有小小的一部分供給了植物。

植物吸收陽光時,還需要拿出來一部分用作生長代謝,呼吸作用。當食草動物吃下植物時也不能完全吸收植物的能量,他們同樣需要生長代謝,還需要消耗掉一部分為運動提供能量,最終還會排洩出一部分沒有耗盡的能量。

而食肉動物需要捕獵更消耗能量,並且由於食草動物吸收的能量已經被大量消耗掉,所以食草動物本身所含的有效能量也不高,食肉動物就需要更多數量的食草動物來維持自身生長代謝所需,並且在進食的過程中食肉動物腸道對能量吸收率也不高,會排出大量剩餘能量,於是就需要更多食草動物。

總的來說,一切都是因為維持自身運轉需要能量,能量在流動過程中有效能量會大量流失,損耗。能量從下往上流動越利用越少,如同一個金字塔,所以物種的物質構成也如同一個金字塔。

當然這些都是一般情況,物種多樣性豐富,食物鏈的脈絡複雜,複雜的存在與複雜的情況也非常多。

例如:兔子繁殖率很高,在澳大利亞又沒有強大的天敵,於是它們就氾濫了,草皮都啃沒了,澳大利亞人民很慌張。

大象吃草雖然繁殖率並不高,但是獅子老虎一般情況下都不敢惹,所以也不容易滅絕,數量大大減少主要是人為因素。

大熊貓繁殖率低,但它是食肉動物,因為環境變化,肉類食物大量減少,於是進化成了吃竹子的本領。不過數量很少,如果沒有人類保護,估計就滅絕了。

大自然的生物都是在大自然這個大染缸裡自由繁衍,自由演化,想留在其中就需要物種在環境中慢慢進化磨合,使自身達到平衡,使物種達到平衡,使生態也達到平衡,這樣才能長長久久。


趣談科學


為什麼食肉動物繁殖率都很低,食草動物繁殖率這麼高?

根據動物在生物鏈中的食性以及食物來源的不同,我們可以把它們劃分為食草動物、食肉動物以及在此基礎上有相互重疊的雜食動物三大陣營。在我們的印象中,食草動物天生機敏,數量龐大,但在與食肉動物在生態系統中的地位相比,普遍處於弱勢地位。是什麼原因造就了食草動物的這種繁殖率較高,而甘願被食肉動物捕獵的狀況呢?

二者在生態系統中的地位

一個完善而成熟的生態系統,其中必然包含著生產者、消費者和分解者三大部分,它們的共同存在,使得自然界中的物質和能量有了相應的承載和傳輸的載體,在此基礎上形成了不同層級的特種群落、不同的物種生活方式以及能量的流通傳輸路徑。其中:

  • 生產者是直接可以利用光能和化學能,將環境中的無機物質合成為有機物質的生物。生產者所生產出來的有機物質,不但可以供應自身生長的需求,也可以為其它生物提供物質和能量來源。在陸地環境中,樹木、草和一些自養型的細菌都屬於生產者範疇。

  • 消費者是能夠以生產者本身、生產者排出的有機物質或者其它低級消費者作為食物來源的一類生物,其中能夠以生產者和生產者排出的有機物質為食物的是初級消費者,以初級消費者為食的生物為二級消費者,以二級消費者為食的為三級消費者,一般情況下,我們把三級消費者做為該生態系統的頂級捕獵者,是處於食物鏈的最高層級。

  • 分解者主要包括的是進行異養型的一些細菌和真菌,它們可以將生態系統中動物的屍體、植物的殘枝敗葉進是分解,一方面為自身的生長提供必要的能量來源,同時在分解過程中也可以將上述被分解的複雜有機物質,變為簡單的無機物或者有機物小分子,從而也能夠為生產者所吸收。

從以上的分類可以看出,無論是食草性動物,還是食肉性動物,它們在生態系統中都是處於消費者的角色,只不過食草動物基本上都是屬於初級消費者的範圍,而食肉動物一般是處於二級消費者或者更高的頂級消費者範圍。

能量在生態系統中的流動

推動生態系統穩定存在的基礎,就是物質在生態系統不同層級之間的流動,而物質在生態系統中的流動,是以能量互相轉化的方式實現的。能量在食物鏈中的流動過程,其實就是每一個營養層級的能量輸入、傳遞、轉化和散失全過程。對於輸入一個營養級的總能量來說,其數值等於通過呼吸作用消耗能量、分解者分解過程中釋放的能量、傳遞到下一個營養級的能量三者之和。

而能量在一個營養級之間的利用過程,很大一部分會被生物體本身吸收利用,然後通過呼吸作用以熱能的方式散失到環境中,而這個呼吸作用散失的過程,是維持生物體正常生理機能能量來源的重要渠道。正是因為每一層級生物的呼吸作用以用分解者的分解作用,使得能量在向下一級營養級傳遞的過程中逐級遞減,其總能量損失效率大約是每一層級降低10-20%,越往上層、食物鏈越長,這種能量的損耗積累效應就越明顯,這就是人們形象稱為“能量流動金字塔”的道理。

從能量流動的角度看動物的繁殖效率

從以上的分析可以看出,在食物鏈的上層,與最初生產者提供的總能量相比,其能量在流動過程中,用於維持機體正常生理活動以及被分解者分解所損耗的能量就非常多。因此,營養級別越高的動物,其生物種類以及種群數量就會相應偏少,否則在能量損耗的情況下,將不能支撐數量過多的營養級高的動物存在。

據科學家們測算,當一個生態系統的營養級數達到5個時,所剩餘的能量就不能夠支撐下一級營養級生物的能量需求了,在這種情況下,即使捕食本領再高超的動物也會因能量的限制而不能正常生存,這個時間再繁衍出更多的後代,不但會在能量受限的情況下很難存活,造成生育成本增加;而且會與現有的動物造成生存競爭壓力持續增大,反而不利於整個種群的可持續發展。因此,肉食動物特別是頂級的肉食動物,其生存法則的一個重要方面就是減少繁殖效率,維持現有種群的穩定。

而作為草食動物就一樣了,它們一方面由於綠色植物的分佈範圍很廣,它們從中獲取生產者能量的途徑比較簡單和容易,因此基本上不會存在能量受限的問題,繁殖效率高也不足為奇。

影響草食動物繁殖率高的其它因素

當然,能量問題,是影響處於不同營養級動物繁殖效率產生巨大差異的重要因素。除此之外,還有一個就是捕獵和被捕獵的客觀原因,草食動物處於消費者的最低層,雖然獲取能量的方式比較容易,但是每時每刻都要經受著被天敵捕食的風險,因此在長期的進化過程中,草食動物逐漸演化出了以下幾種特性:

  • 靈活機警的身體特徵。聽力、視力、嗅覺異常敏銳,睡眠時間碎片化,奔跑能力和耐力出眾,最大限度減少被捕獵到的幾率。

  • 強大的繁殖能力。在生產者提供充足能量的前提下,儘可能地縮短繁殖期,同時提高每次繁殖的數量,從而通過提高種群數量的方式,減少因被捕獵而對種群數量和結構的影響和衝擊。

  • 縮短幼崽成熟期。這個也是為了降低幼崽被天敵捕殺率而演化出的一個特徵,幼崽在出生後沒多久,有的就能夠站立、行走甚至奔跑,從而縮短了適應期以及向上一代學習的時間週期,提高了成活率。

  • 隨著環境的變化進行遷徙。草食性動物對於綠色植物的需求是推動其生存方式轉變的根本動力,它們通常都會有對自然環境變化非常敏感的覺察性,通過植物的興衰、水源的變化等,及時地調整自身和種群的生活空間,有的還進行著大規模、大範圍的遷徙,而個體的繁衍週期也與這個棲息地的轉移週期相匹配。

總結一下

地球上所有生物的生存法則,都是在漫長的進化過程中適應環境的結果。其中,肉食動物和草食動物繁衍效率的明顯差異,來源於它們在食物鏈不同營養級上的生態定位,是由能量的輸入容量和閾值所共同決定的。能量在不同層級之間的逐級遞減,是造成越處於上層的食肉動物,其繁衍效率普遍越低的直接原因。


優美生態環境保衛者


凡事都沒有絕對的,雖然從整體上看,食肉動物的繁殖率確實要比食草動物要低一些,但是也要因動物而異,比如大象是食草動物,但是它的妊娠期就長達22個月,而且每次只有一胎,而斑鬣狗是一種兇猛的食肉動物,它的妊娠期僅有4個月左右,而且每次有兩胎。

所以說,籠統的說食肉動物的繁殖率低於食草動物是不科學的。但是,相對來說,食肉動物的數量確實比食草動物數量要少很多,那麼是什麼造成了這種現象呢?我們一起來討論一下。

繁殖能力

在開始我們就說過了,動物的繁殖能力高低與它的食性並沒有直接的關係,而是與它的生存環境、習性以及食物鏈的位置有很大的關係。比如獅子是一種大型的肉食性貓科動物,但是它的妊娠期只有110天左右,而且每次能夠產下2-4只幼崽。

但是,大部分食草動物的妊娠期都要超過半年,而且每次大都只有1個幼崽。比如牛的妊娠期長達280天,單胎率約佔97.7%-99%之間。

所以說,單獨拿繁殖能力來說,食肉動物甚至要比食草動物強。因此,繁殖能力對於食肉和食草動物的數量雖然有影響,但是影響也不是很大的。那麼,是什麼影響了食草動物與食肉動物之間的數量差呢?有三個因素。

(一)物種基數

在自然界中,食草動物的數量是遠遠多於食肉動物的,也就是說食草動物的基數就比食肉動物要大。而造成這種現象的主要原因就是營養級。營養級簡單來說就是生物在食物鏈中的位置,比如植物從土壤中汲取營養,它們就屬於初級生產者,也成為自養生物,而以植物為食的食草動物就屬於初級消費者,吃食草動物的食肉動物,就屬於二級消費者,以此類推。

在生態系統中,能量的傳遞是遞減的,舉個例子,兔子吃的是草,而草是通過光合作用以及從土壤裡吸取的營養生長的,一片草地才能夠一個兔子生活,而狐狸以野兔為食,但是多個野兔才供養其狐狸的需求,而再往上一級就是老虎,老虎吃狐狸,但是也只能吸取狐狸的部分能量。

既然,能量的傳遞是遞減的,那就代表著食物鏈位置越靠上的動物,對能量的獲取更少,相對的就影響了物種的數量。而物種的基數越小,它能繁殖的後代也是有限的,所以,即使許多食肉動物比食草動物的繁殖能力強,數量也不如食草動物。

(二)後代的存活率

從表面上看,食肉動物威風凜凜了,捕殺食草動物是手到擒來的事。其實,事實並非如此,我們就拿非洲大草原上的兩種常見的動物獅子和斑馬來說把。上面我們說過,獅子只有4個月左右的妊娠期,一次就能產下2-4只幼崽,但是,幼獅的存活率僅有20%,原因有三點:先天性的缺陷、捕獵的風險以及同類的獵殺(新老獅王更替時,新獅王有獵殺老獅王幼崽的習慣)。而斑馬雖然妊娠期長達1年,每次僅有一胎,但是斑馬幼崽的存活率卻高達50%,除去先天性的缺陷外,被食肉動物捕殺僅佔一小部分。


也就是說,雖然食肉動物能生,但是後代存活率同比與食草動物這種不能生的動物是持平的。這在一定程度上也是一種生態平衡。因此,食肉動物和食草動物的數量是相對穩定的。

(三)食物獲取難易度

食物獲取的難易度對動物數量的影響也很大。在自然界中,大部分的食草動物都是群居動物,而且它們由於獲取食物太容易(草和植物),所以體型也相對較大。但是,食肉動物的獵物就是食草動物,面對群居且體型龐大的食草動物,食肉動物的食物獲取難度就很大,我們還是以獅子為例,獅群外出狩獵時,經常會空手而歸,飢腸轆轆的它們也就沒有足夠的營養哺育後代,這就會形成新一輪的優勝劣汰。


食肉動物除了捕獵難度較大外,受傷的幾率也很大,面對大體型的食草動物時,一個不留神就會受傷,而食肉動物一旦受傷很可能就失去了階段性捕獵獵物的能力,這對食肉動物來說是致命的。

總結

在自然生態中,由於能量的傳遞關係,食肉動物本身就比食肉動物要少,再加上幼崽的成活率較低以及食物獲取難度較大,始終在制約著食肉動物的數量,而食草動物則相對繁殖能力較差,但是好在基數比較大,幼崽成活率也比較高,所以,整個生態系統是平衡的。


但是,如果一旦有人類的介入,比如大量捕殺食肉動物或者食草動物,那麼,生態就會失衡,最終造成動物區域性滅絕的惡果,進而影響人類的生存環境。所以,還是那句話“保護野生動物就是在保護人類本身”。


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