STEAM｜從「螳螂捕蟬」 了解食物鏈與生態平衡｜星島教室

在自然界中，每一種生物在食物鏈中都扮演着不可或缺的角色，食物鏈的概念不僅是一系列的捕食與被捕食的關係，也是生態系統中能量和物質循環的核心。成語「螳螂捕蟬」正是一個典型例子，凸顯了生物間的競爭與相互依賴的關係，繼而引發有關食物腐化及其物理變化的探討。

螳螂與蟬的捕食關係

「螳螂捕蟬，黃雀在後」的其中一個典故源自春秋時期，一名侍從得知吳王執意要攻打楚國，遂透過自然界的景象讓吳王從中領悟箇中的利害關係。當時樹上有一隻蟬，但牠只顧着喝露水唱歌，卻不知道螳螂就埋伏在身後；同時當螳螂一心想吃蟬時，卻又不知道黃雀正在虎視眈眈。

以上例子除了展示食物鏈中物種間的競爭，螳螂是「捕食者」，而蟬則是「被捕食者」的關係外，還顯示出能量的流動，螳螂從蟬中獲取能量，使其生存和繁衍。

另一方面，蟬從地下破土而出後，由羽化、交配、產卵至死亡只有4至6周，蟬的自然死亡也為其他微生物提供了生存的機會，帶出食物鏈中的下一個環節。

食物鏈循環

食物鏈通常由「生產者」、「消費者」和「分解者」3個部分組成。

• 「生產者」例如植物，通過光合作用將太陽能轉化為化學能。
• 「消費者」無法將太陽能轉化為化學能，例如螳螂依賴捕食、蟬則依賴吸食植物的汁液來獲取能量。
• 「分解者」例如真菌和細菌則負責將死亡的有機物分解為無機物，將養分釋放回土壤中，供生產者再次利用。蟬的殘骸會成為微生物和其他分解者的食物源，造就了生態系統的循環性和多樣性。

「食物腐化」過程

當有機物如蟬的身體開始腐壞時，這一過程稱為「食物腐化」。它包含一系列複雜的物理和化學變化，這些變化由多種微生物、真菌和環境因素共同驅動。

1. 物理變化：在最初的幾小時內，蟬的身體會經歷脫水。一旦失去水分，組織的結構會變得脆弱，細胞壁開始破裂。這種變化會使蟬的肉質變得鬆弛，為後續的分解奠定基礎。
2. 化學變化：隨着時間推移，細菌和真菌會逐漸繁殖並進入腐爛的肉中。這些微生物將分解有機物，釋放出各種酶來消化組織，並導致異味的產生，這亦是家居垃圾中腐臭味的來源。
3. 生態影響：食物的腐化過程會影響周圍的生態系統。例如，在蟬腐爛後，可能會吸引其他動物，如蝸牛和蟲子。另外，隨着物質的降解，氮、磷等養分重新被釋放回生態系統中，促進植物生長。

「螳螂捕蟬，黃雀在後」給予我們啟示，生態系統中任何一種生物的行為都可能引起連鎖反應，甚至影響整個生態平衡。

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生態失衡︰蝗災

食物鏈的相互依賴關係對生態系統平衡擔當相當重要的一環。無論是「螳螂捕蟬」的直接循環，還是蟬腐敗後對土壤養分的影響，都是自然界保持平衡的一部分。當生態系統中的一個環節被打破，這將直接影響其餘環節，最終造成生態失衡。例如，若螳螂數量急劇增加，牠們會大量捕食蟬，進而引發蟬的數量急減，這可能影響其他依賴蟬作為食物的生物，亦導致食物腐化減慢，養分釋放不及時，進而影響整體生態系統的健康。

導致生態系統失衡的主因可歸咎於人類活動，以致動植物喪失棲息地及破碎化、全球暖化、環境污染等，最終導致生物多樣性減少，破壞食物鏈，削弱生態系統的自我修復能力。2019年非洲多個國家面對數十年來最嚴重的蝗災，並延續至2022年，嚴重威脅全球糧食安全。當時有專家認為蝗災爆發和全球變暖有一定關聯，由於印度洋表層海水溫度持續升高，持續降雨令沙漠植物繁茂，有利蝗蟲卵孵化，導致蝗蟲得以大量繁殖，達到數千億隻，爆發蝗災。

為了維持生態系統平衡，各國不可坐視不理，中國則採取天敵治蝗。2000年5月，新疆北部亦發生特大蝗災，不但採用化學藥物，還出動「生物部隊」，除了新疆的本地牧雞、牧鴨，浙江當時也派出3萬隻鴨乘飛機趕往新疆，幫忙消滅蝗蟲，挽救了一次生態系統失衡及糧食安全危機。

生活方式大反思

「螳螂捕蟬」的故事是生態系統平衡與能量流動的縮影。從捕食者與被捕食者的關係，到食物腐化所引發的物理變化，各環節之間都緊密相連。在這個錯綜複雜的生態網中，無論是微小的昆蟲，還是無邊界的自然環境，皆在其中發揮重要作用。了解這樣的互動關係，可引導我們反思人類的生活方式與環境的相互影響。

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小思考，大智慧

1. 試舉出另一個與食物鏈有關的中文成語，並解釋原因。
2. 一隻鴨子一天能吃多少隻蝗蟲？
3. 為何蟬的生命周期長達13或17年？

參考答案

1. 「物競天擇」，指在自然界中，生物之間為了生存而展開競爭，適者生存，強者存活的原則。它凸顯了生態系統中物種之間的相互關係及生存競爭現象，與食物鏈密切相關。
2. 一隻鴨子一天能吃200多隻蝗蟲。鴨掌踏過之處，蝗蟲紛紛跳起來，鴨子用牠彈簧般靈活的脖頸在空中啄食，猶如武林高手用筷子夾蒼蠅般彈無虛發。
3. 蟬的生命周期長達13或17年，是一種進化的生存策略。牠們為了避開天敵和適應寒冷氣候，多年在地下生活。而選用13或17這些「質數」作為周期，令不同年齡周期的蟬相遇機會極小（例如13年與17年的蟬要221年才碰頭一次），這樣便可減少在同一地點競爭資源的機會。「以量取勝」亦提升繁殖成功率，每隔13或17年，這些蟬會成千上萬地同時破土而出，龐大數量會讓鳥類、狐狸、松鼠等天敵迅速飽食，甚至吃剩，從而確保大部分個體能完成交配繁衍。

本欄逢周四刊登，由教育評議會邀請資深中小學老師、校長及大學講師撰稿，旨在為學生提供多元化的STEAM學習材料，引發學生探求知識的興趣，將學習融入生活，培養學生的世界觀、敏銳的觸覺、積極學習的態度。

文：中華基督教會何福堂小學老師吳家琪、中華基督教會何福堂小學老師傅碧芬

本文標題原為〈螳螂捕蟬黃雀在後 ——食物鏈與生態平衡啟示〉。

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