안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
생태계에서 영양 단계를 올라갈 때마다 이동하는 에너지가 이전 단계의 약 10% 내외로 줄어드는 이유는, 섭취한 에너지의 대부분이 생물체의 생명 유지 활동와 열에너지 방출, 배설, 미섭취 부위로 빠져나가기 때문입니다.
소비자가 먹이를 섭취하여 소화와 흡수한 유기물은 세포 호흡 과정에서 분해되어 ATP를 생성하고, 생물은 체온 유지, 근육 운동, 신경 전달, 내부 물질 합성 등 생존에 필요한 모든 활동에 이 에너지를 사용합니다. 에너지가 한 형태에서 다른 형태로 전환될 때, 일부 에너지는 반드시 사용 불가능한 형태인 열에너지로 전환되어 생태계 외부로 방출되면, 이 열은 다른 생물이 다시 에너지원으로 사용할 수 없습니다.
그리고, 생물이 섭취한 먹이의 모든 영양소가 체내로 흡수되는 것은 아닙니다. 식물의 셀룰로스나 동물의 뼈·깃털처럼 소화 효소로 분해하지 못하는 성분은 소화관을 그대로 통과해 분변으로 배출되고, 소변 등 대사 부산물로 배출되는 물질에도 화학 에너지가 포함되어 있으므로, 상위 포식자에게 전달되지 못하고 손실됩니다. 하위 영양 단계의 모든 개체가 상위 포식자에게 먹히는 것은 아닙니다. 포식자에게 먹히지 않고 자연사한 사체나, 식물에서 떨어져 나간 낙엽·뿌리 등에 남아있는 에너지는 먹이사슬을 따라 올라가지 못합니다. 이 에너지는 곰팡이, 세균, 지렁이 같은 분해자 생태계로 빠져나가 따로 소모됩니다.
이처럼 상위 단계로 갈수록 이용 가능한 에너지가 지수함수적으로 줄어들기 때문에, 최상위 포식자는 생존에 필요한 최소한의 에너지를 얻기 위해 매우 넓은 영역을 필요로 하게 됩니다. 결과적으로 지상 생태계의 먹이사슬은 보통 4~5단계를 넘지 못하는 피라미드 구조를 형성합니다.