تحتاج الكائنات الحية إلى الطاقة لتنمو وتتنفس وتتكاثر وتتحرك ، لا يمكن توليد الطاقة من لا شيء ، لذا يجب نقلها من خلال النظام البيئي ، المصدر الرئيسي للطاقة لكل نظام بيئي تقريبًا على الأرض هو الشمس ، يستخدم المنتجون الأساسيون الطاقة من الشمس لإنتاج طعامهم على شكل جلوكوز ، ثم يتم تناول المنتجين الأساسيين من قبل المستهلكين الأساسيين الذين يأكلون بدورهم من قبل المستهلكين الثانويين ، وهكذا ، بحيث تتدفق الطاقة من مستوى غذائي واحد ، أو مستوى السلسلة الغذائية ، إلى المستوى التالي .

لا يتم تمرير كل الطاقة من مستوى واحد في السلسلة الغذائية إلى المستوى التالي ، قد يتم فقد حوالي 90 في المائة من الطاقة كحرارة (يتم إطلاقها أثناء التنفس) أو من خلال الحركة أو في مواد لا يهضمها المستهلك ، يمكن نقل الطاقة المخزنة في المواد غير المهضومة إلى المحللات ، المتحللات هي كائنات حية مثل البكتيريا والفطريات التي يمكنها الحصول على الطاقة عن طريق تحطيم الكائنات الحية الميتة.

نقل الطاقة

يصف نقل الطاقة التغيرات في الطاقة التي تحدث بين الكائنات الحية داخل النظام البيئي ، الكائنات الحية تتغير باستمرار لأنها تنمو و تتحرك و تتكاثر ، هذه التغييرات تغذيها الطاقة ، تلتقط النباتات من خلال عملية التمثيل الضوئي ، بعض الطاقة المشعة للشمس وتحولها إلى طاقة كيميائية يتم تخزينها ككتلة حيوية للنبات ، ثم تستهلك هذه الكتلة الحيوية من قبل كائنات أخرى داخل سلسلة أو شبكة الغذاء و هي سلسلة من الكائنات الحية التي ترتبط بعلاقة التغذية والإنتاجية الخاصة بها ، أما شبكة الغذاء هي مجموعة مترابطة من العديد من سلاسل الطعام.

نقل الطاقة هو عملية ذات اتجاه واحد ، بمجرد إطلاق الطاقة الكامنة في شكل ما من تخزينها في الكتلة الحيوية ، لا يمكن إعادة استخدامها أو إعادة تدويرها أو تحويلها إلى حرارة مهدرة ، وهذا يعني أنه إذا توقفت الشمس ، مصدر الطاقة النهائي للأنظمة البيئية ، عن التوهج ، فإن الحياة كما يعرفها البشر ستنتهي قريبًا ، لحسن الحظ ، توفر الشمس كل يوم طاقة جديدة على شكل بروتونات لدعم شبكات الغذاء على الأرض.

[1]

كيف تنتقل الطاقة في النظام البيئي

يتم

انتقال الطاقة في النظام البيئي

من خلال الكائنات الحية في شبكات الغذاء من المنتجين إلى المستهلكين ، يتم استخدام الطاقة من قبل الكائنات الحية لتنفيذ المهام المعقدة.

تنشأ الغالبية العظمى من الطاقة الموجودة في شبكات الغذاء من الشمس ويتم تحويلها ، إلى طاقة كيميائية من خلال عملية التمثيل الضوئي في النباتات ، يتم تحويل نسبة صغيرة من هذه الطاقة الكيميائية مباشرة إلى حرارة عندما تتحلل المركبات أثناء الري التنفس في النباتات ، يتم تحويل معظم الطاقة الكيميائية المخزنة في النباتات إلى أشكال أخرى من خلال مجموعة متنوعة من المستهلكين ، مثل الأبقار والأرانب والخيول والأغنام واليرقات وغيرها من النباتات التي تأكل الحشرات.

يتم تخزين بعض الطاقة الكيميائية المخزنة في منتج مثل العشب كطاقة كيميائية في الدهون أو البروتين في المستهلكين من الدرجة الأولى الذين يأكلون العشب ، هذه الطاقة متاحة للمستهلكين من المستوى الأعلى ،في كل مرحلة من مراحل السلسلة الغذائية ، يتم تحويل معظم الطاقة الكيميائية إلى أشكال أخرى مثل الحرارة ، ولا تبقى داخل النظام البيئي.

أسهل طريقة لإثبات تدفق الطاقة هذة هي من خلال سلسلة غذائية ، يمثل كل رابط في السلسلة مستوى غذائيًا جديدًا ، وتظهر الأسهم الطاقة التي يتم تمريرها على طول السلسلة ، دائمًا ما يكون المنتج الأساسي في أسفل سلسلة الغذاء.

في النظم البيئية الأرضية ، معظم المنتجين الأساسيين هم نباتات ، وفي النظم البيئية البحرية ، فإن معظم المنتجين الأساسيين هم العوالق النباتية ، كلاهما ينتج معظم العناصر الغذائية والطاقة اللازمة لدعم بقية السلسلة الغذائية في النظم البيئية الخاصة بكل منهما.

جميع الكتلة الحيوية الناتجة عن المنتجين الأساسيين تسمى الإنتاجية الأولية الإجمالية. صافي الإنتاجية الأولية هو ما يتبقى بعد أن يستخدم المنتج الأساسي الطاقة التي يحتاجها للتنفس. هذا هو الجزء المتاح لاستهلاك المستهلكين الأساسيين وتجاوز السلسلة الغذائية. في النظم البيئية الأرضية ، تكون الإنتاجية الأولية الأعلى في الأماكن الدافئة والرطبة مع الكثير من ضوء الشمس ، مثل مناطق الغابات الاستوائية ، في المقابل ، تمتلك الصحاري أدنى إنتاجية أولية ، في النظم البيئية البحرية ، تكون الإنتاجية الأولية هي الأعلى في المياه الضحلة والغنية بالمغذيات ، مثل الشعاب المرجانية وأحواض الطحالب .

المستهلكون الأساسيون ، مثل حلزون الأرض الأفريقي العملاق (Achatina fulica) ، يأكلون المنتجين الأساسيين ، مثل النباتات التي يأكلها الحلزون ، وأخذوا الطاقة منهم ، مثل المنتجين الأساسيين ، يتم تناول المستهلكين الأساسيين بدورهم ، ولكن من قبل المستهلكين الثانويين ،هذه هي الطريقة التي تتدفق بها الطاقة من مستوى غذائي إلى المستوى التالي.

[2]

تدفق الطاقة في النظم البيئية

يعد تدفق الطاقة في النظم البيئية أمرًا حيويًا لازدهار الحياة على الأرض ، ما يقرب من جميع الطاقة في النظم البيئية للأرض مصدرها الشمس ، بمجرد وصول هذه الطاقة الشمسية إلى الأرض ، يتم توزيعها بين النظم البيئية بطريقة معقدة للغاية ، هناك طريقة بسيطة لتحليل هذا التوزيع من خلال سلسلة الغذاء أو شبكة الغذاء .

جميع الكائنات الحية ، الميتة أو الحية ، لديها القدرة على نقل الطاقة في النظام البيئي ، لإظهار تدفق الطاقة من خلال النظم البيئية ، يتم رسم سلاسل الغذاء في بعض الأحيان أهرامات الطاقة ، تمثل كل خطوة في الهرم مستوى غذائي مختلف ، بدءًا من المنتجين الأساسيين في الأسفل ، يمثل عرض كل خطوة معدل تدفق الطاقة خلال كل مستوى غذائي ، تتقلص الخطوات إلى أعلى الهرم لأن بعض تلك الطاقة يتغير إلى شكل لا يمكن للكائن الحي أن يستهلكه في الخطوة الأعلى التالية في السلسلة الغذائية ، يحدث هذا في كل خطوة من الهرم.

لن تكون كل الطاقة المولدة أو المستهلكة في مستوى غذائي واحد متاحة للكائنات الحية في المستوى الغذائي الأعلى التالي ، في كل مستوى ، تُفرز بعض الكتلة الحيوية المستهلكة كنفايات ، وتتحول بعض الطاقة إلى حرارة وبالتالي غير متاحة للاستهلاك أثناء التنفس ، وتموت بعض النباتات والحيوانات دون أن تؤكل .

مما يعني أن كتلتها الحيوية لا تنتقل إلى المرحلة التالية مستهلك، يتم تفكيك النفايات والمواد الميتة بواسطة كائنات التحليل ويتم إعادة تدوير العناصر الغذائية في التربة ليتم امتصاصها مرة أخرى من قبل النباتات ، ولكن يتم تغيير معظم الطاقة إلى الحرارة خلال هذه العملية ، في المتوسط ، يتم تمرير حوالي 10 في المائة فقط من الطاقة المخزنة ككتلة حيوية في مستوى غذائي من مستوى إلى آخر، يُعرف هذا بـ “قاعدة الـ 10 بالمائة” ويحد من عدد المستويات الغذائية التي يمكن أن يدعمها النظام البيئي.

[3]

كيف تحصل الكائنات الحية على الطاقة في شبكة الغذاء

كل الكائنات الحية تتطلب طاقة بشكل أو بآخر لأن الطاقة مطلوبة من قبل معظم مسارات التمثيل الغذائي المعقدة (غالبًا في شكل ATP) ، لن تكون الكائنات الحية قادرة على تجميع الجزيئات الكبيرة (البروتينات والدهون والأحماض النووية والكربوهيدرات المعقدة) من وحداتها الأحادية دون إدخال طاقة ثابت.

تنتقل تلك الطاقة من كائن إلى آخر من خلال شبكات الغذاء وسلاسل الغذاء المكونة لها ، توضح الشبكات الغذائية كيف تتدفق الطاقة بشكل مباشر من خلال النظم البيئية ، بما في ذلك مدى كفاءة الكائنات الحية في الحصول عليها واستخدامها ومقدار ما تبقى للاستخدام من قبل الكائنات الأخرى في شبكة الغذاء ، يتم اكتساب الطاقة من خلال الكائنات الحية بثلاث طرق:

التمثيل الضوئي.
التخليق الكيميائي .
استهلاك وهضم الكائنات الحية .