STEAM｜从「螳螂捕蝉」 了解食物链与生态平衡｜星岛教室

在自然界中，每一种生物在食物链中都扮演着不可或缺的角色，食物链的概念不仅是一系列的捕食与被捕食的关系，也是生态系统中能量和物质循环的核心。成语「螳螂捕蝉」正是一个典型例子，凸显了生物间的竞争与相互依赖的关系，继而引发有关食物腐化及其物理变化的探讨。

螳螂与蝉的捕食关系

「螳螂捕蝉，黄雀在后」的其中一个典故源自春秋时期，一名侍从得知吴王执意要攻打楚国，遂透过自然界的景象让吴王从中领悟个中的利害关系。当时树上有一只蝉，但牠只顾着喝露水唱歌，却不知道螳螂就埋伏在身后；同时当螳螂一心想吃蝉时，却又不知道黄雀正在虎视眈眈。

以上例子除了展示食物链中物种间的竞争，螳螂是「捕食者」，而蝉则是「被捕食者」的关系外，还显示出能量的流动，螳螂从蝉中获取能量，使其生存和繁衍。

另一方面，蝉从地下破土而出后，由羽化、交配、产卵至死亡只有4至6周，蝉的自然死亡也为其他微生物提供了生存的机会，带出食物链中的下一个环节。

食物链循环

食物链通常由「生产者」、「消费者」和「分解者」3个部分组成。

• 「生产者」例如植物，通过光合作用将太阳能转化为化学能。
• 「消费者」无法将太阳能转化为化学能，例如螳螂依赖捕食、蝉则依赖吸食植物的汁液来获取能量。
• 「分解者」例如真菌和细菌则负责将死亡的有机物分解为无机物，将养分释放回土壤中，供生产者再次利用。蝉的残骸会成为微生物和其他分解者的食物源，造就了生态系统的循环性和多样性。

「食物腐化」过程

当有机物如蝉的身体开始腐坏时，这一过程称为「食物腐化」。它包含一系列复杂的物理和化学变化，这些变化由多种微生物、真菌和环境因素共同驱动。

1. 物理变化：在最初的几小时内，蝉的身体会经历脱水。一旦失去水分，组织的结构会变得脆弱，细胞壁开始破裂。这种变化会使蝉的肉质变得松弛，为后续的分解奠定基础。
2. 化学变化：随着时间推移，细菌和真菌会逐渐繁殖并进入腐烂的肉中。这些微生物将分解有机物，释放出各种酶来消化组织，并导致异味的产生，这亦是家居垃圾中腐臭味的来源。
3. 生态影响：食物的腐化过程会影响周围的生态系统。例如，在蝉腐烂后，可能会吸引其他动物，如蜗牛和虫子。另外，随着物质的降解，氮、磷等养分重新被释放回生态系统中，促进植物生长。

「螳螂捕蝉，黄雀在后」给予我们启示，生态系统中任何一种生物的行为都可能引起连锁反应，甚至影响整个生态平衡。

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生态失衡︰蝗灾

食物链的相互依赖关系对生态系统平衡担当相当重要的一环。无论是「螳螂捕蝉」的直接循环，还是蝉腐败后对土壤养分的影响，都是自然界保持平衡的一部分。当生态系统中的一个环节被打破，这将直接影响其余环节，最终造成生态失衡。例如，若螳螂数量急剧增加，牠们会大量捕食蝉，进而引发蝉的数量急减，这可能影响其他依赖蝉作为食物的生物，亦导致食物腐化减慢，养分释放不及时，进而影响整体生态系统的健康。

导致生态系统失衡的主因可归咎于人类活动，以致动植物丧失栖息地及破碎化、全球暖化、环境污染等，最终导致生物多样性减少，破坏食物链，削弱生态系统的自我修复能力。2019年非洲多个国家面对数十年来最严重的蝗灾，并延续至2022年，严重威胁全球粮食安全。当时有专家认为蝗灾爆发和全球变暖有一定关联，由于印度洋表层海水温度持续升高，持续降雨令沙漠植物繁茂，有利蝗虫卵孵化，导致蝗虫得以大量繁殖，达到数千亿只，爆发蝗灾。

为了维持生态系统平衡，各国不可坐视不理，中国则采取天敌治蝗。2000年5月，新疆北部亦发生特大蝗灾，不但采用化学药物，还出动「生物部队」，除了新疆的本地牧鸡、牧鸭，浙江当时也派出3万只鸭乘飞机赶往新疆，帮忙消灭蝗虫，挽救了一次生态系统失衡及粮食安全危机。

生活方式大反思

「螳螂捕蝉」的故事是生态系统平衡与能量流动的缩影。从捕食者与被捕食者的关系，到食物腐化所引发的物理变化，各环节之间都紧密相连。在这个错综复杂的生态网中，无论是微小的昆虫，还是无边界的自然环境，皆在其中发挥重要作用。了解这样的互动关系，可引导我们反思人类的生活方式与环境的相互影响。

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小思考，大智慧

1. 试举出另一个与食物链有关的中文成语，并解释原因。
2. 一只鸭子一天能吃多少只蝗虫？
3. 为何蝉的生命周期长达13或17年？

参考答案

1. 「物竞天择」，指在自然界中，生物之间为了生存而展开竞争，适者生存，强者存活的原则。它凸显了生态系统中物种之间的相互关系及生存竞争现象，与食物链密切相关。
2. 一只鸭子一天能吃200多只蝗虫。鸭掌踏过之处，蝗虫纷纷跳起来，鸭子用牠弹簧般灵活的脖颈在空中啄食，犹如武林高手用筷子夹苍蝇般弹无虚发。
3. 蝉的生命周期长达13或17年，是一种进化的生存策略。牠们为了避开天敌和适应寒冷气候，多年在地下生活。而选用13或17这些「质数」作为周期，令不同年龄周期的蝉相遇机会极小（例如13年与17年的蝉要221年才碰头一次），这样便可减少在同一地点竞争资源的机会。「以量取胜」亦提升繁殖成功率，每隔13或17年，这些蝉会成千上万地同时破土而出，庞大数量会让鸟类、狐狸、松鼠等天敌迅速饱食，甚至吃剩，从而确保大部分个体能完成交配繁衍。

本栏逢周四刊登，由教育评议会邀请资深中小学老师、校长及大学讲师撰稿，旨在为学生提供多元化的STEAM学习材料，引发学生探求知识的兴趣，将学习融入生活，培养学生的世界观、敏锐的触觉、积极学习的态度。

文：中华基督教会何福堂小学老师吴家琪、中华基督教会何福堂小学老师傅碧芬

本文标题原为〈螳螂捕蝉黄雀在后 ——食物链与生态平衡启示〉。

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