В краткой форме были описаны методы определения первичной продукции в связи с постановкой исследований, проводимых на прудах и залежах: темная или светлая бутылки, дневная кривая, изучение связи хлорофилла с освещением водной среды, урожайность и поглощение углекислоты для наземных экосистем.
Перечисленные методы не являются единственными, но они дают картину различных основных подходов к определению скорости, с которой свет при помощи автотрофных организмов превращается в потенциальную энергию пищи. В ненарушенной системе трудно проследить разветвляющиеся пути энергии за пределами первого трофического уровня и точно определить источники энергии (а именно пищу) и скорости ее использования специфическими популяциями гетеротрофов. На помощь приходят новые орудия атомного века, такие, как радиоактивные меченые атомы, позволяющие распутать сложную жизненную паутину, которая характерна даже для простых ситуаций в природе. Мы уже говорили выше о больших преимуществах меченых атомов в изучении функции экосистем и был описан эксперимент лабораторного типа. Меченые атомы могут принести еще большую пользу в полевых работах. На фотографии видно, как в самом обычном квадрате каждая растительная особь получает метку путем нанесения на листья раствора с радиоактивным веществом. При работе с концентрированными растворами в начале эксперимента должны быть применены некоторые меры предосторожности, а именно: резиновые перчатки, пипетки с дистанционным управлением и защитная одежда. После того как раствор поглощен и распределился в большом объеме растительной биомассы, концентрация радиоактивных веществ оказывается настолько низкой, что больше не представляет опасности для исследователя, а также ни в какой мере не сможет повлиять на жизнь изучаемого сообщества. Современная аппаратура столь чувствительна, что может обнаружить интенсивность радиоактивности меньшую, чем радиоактивность на стрелках наших часов, которые многие из нас носят постоянно. Иными словами, правильное планирование и предосторожности при постановке экспериментов позволяют применять радиоактивные элементы безо всякого ущерба как в полевых условиях, так и в лабораториях.
Через определенные интервалы после метки растений радиоактивным фосфором Р32 собирались пробы населения мелких животных, обитающих в травостое, и определялось количество фосфора Р32 в их биомассе. Животные, ставшие радиоактивными, либо захватили вещество непосредственно из растений, либо съели животных, которые перед этим питались на растении. Таким образом, этот метод позволяет выделить одну единственную пищевую цепь, которая начинается с одного вида автотрофа в ненарушенной ничем экосистеме. Первый по времени пик дают животные, такие, как мелкие прямокрылые (Oecanthus) и муравьи (Dorymyrmex), которые проявили наибольшую активность по извлечению вещества из растений. Отметим, что радиоактивность отсчитывается по оси Y в виде числа распадов в 1 мин соответственно числу импульсов в 1 мин для проб, помещенных в счетчик. В показания счетчика вносились поправки на радиоактивный распад и принималась во внимание чувствительность данного прибора при учете β-частиц, испускаемых радиоактивным фосфором Р32. Крупные пожиратели растений, как прямокрылое рода Melanoplus, давали пик позднее, а хищники, такие, как пауки, не проявляли максимальной радиоактивности раньше четырех недель после исходного мечения растений. Задержка в появлении радиоактивного фосфора была обнаружена только у таких животных, как улитки и жуки, которые жили в поверхностном слое подстилки. Таким образом, в данном опыте удалось хорошо выявить трофические и экологические нити, а также скорость захвата и выделения радиоактивных элементов, что дает ключ к пониманию скоростей обмена веществ у организмов, живущих в природе. Для полевых исследовательских работ метка специфических источников энергии и популяций с последующим прослеживанием судьбы помеченных веществ представляет почти неограниченные возможности.
В только что описанном эксперименте метод меченых атомов был использован для наблюдения движения и для изучения косвенным путем миграции энергии через пищевую цепь. В природных условиях не менее важно иметь возможность прослеживать передвижение отдельных особей; для выполнения этой задачи необходимо иметь стойкую метку, которая была бы прикреплена к каждой особи и не переходила бы от одного организма к другому. Радиоактивное золото испускает лучи, и их можно обнаружить на значительном расстоянии. Мышь носит название «золотой» (не в связи с золотой проволокой, а потому, что ее шкурка имеет золотистый цвет). По своему поведению она может считаться ночным животным. Через сутки после того, как меченая мышь была выпущена в местность, где она жила до отлова, исследователь, пользуясь детектором на длинном шесте, тщательно обследовал район выпуска мыши и обнаружил ее лишь в густом сплетении лиан на стволе дерева. Гнездо было так великолепно замаскировано, что обнаружить его другим путем было бы невозможно, если бы на помощь не пришла радиоактивная метка. Маленький черный ящик представляет собою аппарат, непрерывно фиксирующий радиоактивность. Путем периодических отметок можно выявить, какое время мышь проводит в гнезде и какое тратит на поиски пищи. Здесь вновь выявляется роль радиоактивных меченых атомов, расширяющих довольно скромные возможности человека, который не видит в темноте и не может проследить путь мыши в чаще леса.