تدفق الطاقة عبر الأنظمة البيئية
| English | العربية |
|---|---|
| producer/prəˈdjuːsə/ | منتج |
| consumer/kənˈsuːmə/ | استهلاكية |
| food chain/fuːd tʃeɪn/ | السلسلة الغذائية |
| trophic level/ˈtrəʊfɪk ˈlevl/ | المستوى الغذائي |
| autotroph/ˌɔːtəʊˈtrɒf/ | كائن ذاتي التغذية |
| heterotroph/ˈhetrətrɒf/ | كائن غير ذاتي التغذية |
| endotherm/ˈendəʊθɜːm/ | كائن حراري داخلي |
| ectotherm/ˈektəðɜːm/ | كائن حراري خارجي |
كيف يمكن لشبكة غذائية أن تنجو في الظلام؟
- لا تستقبل فتحة المحيط العميق ضوء الشمس، لكن المنتجين الكيميائيين يمسكون الطاقة من التفاعلات الكيميائية. يحصل المستهلكون على تلك الطاقة المخزنة عن طريق التغذية.
- قارن هذا بشبكة غذائية مضيئة. يمكن أن تختلف مصادر الطاقة، إلا أن كل كائن حي لا يزال بحاجة إلى ميزانية طاقة وأن كل نقل تغذوي غير مكتمل.
المنتجون يأسرون الطاقة
- المنتج يصنع غذاءً عضوياً باستخدام الطاقة الضوئية أو الكيميائية.
- تشكل المنتجون قاعدة كل سلسلة غذائية.
- يخزنون طاقة الشمس كطاقة كيميائية في السكر.
- يعتمد كل شيء آخر في النظام البيئي على هذه الطاقة المخزنة.
من أين تأتي الطاقة في معظم الأنظمة البيئية في الأصل؟
يتم التقاط ضوء الشمس بواسطة المنتجين (النباتات) عبر البناء الضوئي، مما يغذي النظام البيئي بأكمله.
المنتج في النظام البيئي هو كائن حي…
المنتج يصنع غذائه (البناء الضوئي); المستهلكون يأكلون كائنات أخرى.
المستهلكون والمستويات الغذائية
- المستهلك يأكل كائنات أخرى للحصول على الطاقة.
- كل مرحلة تغذية تمثل مستوى غذائي: منتج، ثم مستهلك أولي، ثم ثانوي، وهكذا.
- تنتقل الطاقة صعوداً عبر سلسلة غذائية من مستوى لآخر.
- ولكن جزءاً فقط منها يصل إلى المرحلة التالية.
بني هرمز الطاقة
اسحب الطاقة التي تمسحها النباتات وانظر إلى مرور جزء من عشرة فقط لكل مستوى - بحيث يتبقى للمفترس العلوي تقريبًا شيئًا.
افترض أن كفاءة النقل هي 10% في هذا المثال. من 10,000 وحدة، كم عدد الوحدات التي تصل إلى المستوى الغذائي التالي؟
بناءً على افتراض 10% المُقدَّم، 10,000 × 0.1 = 1,000. تتفاوت الكفاءة الفعلية للنقل.
كل خطوة تغذية في سلسلة غذائية — مُنتِج، ثم مستهلك — هي مستوى ____.
المستوى الغذائي هو خطوة تغذية واحدة؛ حيث تتناقص الطاقة عند كل مستوى أعلى.
النقل غير مكتمل
- كفاءة نقل توضيحية هي 10%؛ تتفاوت الكفاءات المقاسة.
- يتبقى الجزء الآخر مفقوداً، ومعظمه كحرارة ناتجة عن التنفس.
- لذلك يحتوي كل مستوى أعلى على طاقة أقل بكثير من المستوى الذي أسفله.
- ولهذا السبب تكون السلاسل الغذائية قصيرة والمفترسات العليا نادرة.
حدد جميع العبارات الصحيحة حول تدفق الطاقة.
يدخل الطاقة عبر المنتجين وتنتقل بشكل غير كامل. تتبدد في النهاية على شكل حرارة، بدلاً من تدويرها بلا نهاية عبر الشبكة الغذائية.
لا يُعد ضوء الشمس هو المدخل الوحيد
- الكائن ذاتي التغذية يبني جزيئات عضوية باستخدام مصدر طاقة خارجي. تلتقط الكائنات الضوئية الضوء، بينما تلتقط الكائنات الكيميائية الطاقة من تفاعلات تتضمن مواد كيميائية غير عضوية، مثل تلك المتاحة قرب بعض الفوهات البحرية العميقة.
- الكائن غير ذاتي التغذية يحصل على مادة عضوية من كائنات أخرى ويستقلب الكربوهيدرات أو الدهون أو البروتينات. المحللات والقماميات هي أيضاً كائنات غير ذاتية التغذية، وليست مصدراً منفصلاً للطاقة الجديدة.
منتقٍ قريب من فتحة داكنة يستخدم الطاقة من التفاعلات الكيميائية غير العضوية. هو…
يمكن للذاتية التغذية استخدام الطاقة الكيميائية بالإضافة إلى الضوء.
الميزانيات الطاقية تؤثر على البقاء والتكاثر
- كائن داخلي الحرارة يولد حرارة استقلابية كبيرة لتنظيم درجة حرارة الجسم. كائن خارجي الحرارة يعتمد أكثر على الحرارة البيئية ويمكنه التحرك نحو الشمس أو الظل؛ وكلاهما يستخدم الطاقة للقيام بالوظائف الخلوية.
- الطاقة المكتسبة ناقص تكاليف الصيانة متاحة للنمو والتخزين والتكاثر. إذا تجاوزت التكاليف المدخول، قد تنخفض مخزون الجسم والإنتاج التكاثري. يمكن أن تعكس التكاثر الموسمي أو تبديل استراتيجيات التكاثر تغيرات في توفر الطاقة.
يمكن أن يؤدي المدخل المستمر للطاقة أقل من تكاليف الصيانة إلى تقليل الإنتاج الإنجابي.
يبقى طاقة أقل للنمو أو التكاثر، وقد يتم استهلاك الاحتياطيات المخزنة.
مثال محلول: استخدام كفاءة النقل المقاسة
- إنتاج المنتجين هو 20,000 كيلو جول فوق مساحة وزمن معيّن؛ إنتاج مستهلك أولي هو 2,400 كيلو جول فوق نفس المسافة والزمن. كفاءة النقل = 2,400 ÷ 20,000 × 100 = 12%.
- إذا كان إنتاج مستهلك ثانٍ هو 240 كيلو جول، فإن النقل التالي هو 10%. تختلف الكفاءات؛ لا تفرض قاعدة عالمية 10%. الإنتاج الأقل للمنتجين يدعم إنتاجاً أقل للمستهلكين إلا إذا عوض مورد آخر.
إنتاج المنتج هو 20,000 كيلو جول وإنتاج المستهلك هو 2,400 كيلو جول. ما هي نسبة كفاءة النقل المئوية؟
2400 ÷ 20000 × 100 = 12%.
الطاقة تتدفق؛ الذرات تدور
- تتغير الطاقة شكلها وتشتت في النهاية كحرارة؛ لا تُدمر ولا تُعاد تدويرها ضوئياً. مدخل طاقة جديد يدعم النظام البيئي. تتحرك المادة بين الكائنات الحية والمخازن غير الحية.
- تابع حركة الماء والكربون والنيتروجين والفوسفور في دوران المواد عبر الأنظمة البيئية. ميّز المخزن، حيث تُخزن المادة، عن العملية التي تحركها.
التنفس يحرق الطاقة بحيث لا تصبح موجودة بأي شكل آخر.
تُحفظ الطاقة لكنها تتبدد على شكل حرارة غير متاحة للانتقال إلى المستوى الغذائي التالي.
الطاقة لا تُعاد تدويرها عبر سلسلة غذائية — بل تفقد تدريجياً. تتشتت بعض الطاقة كحرارة؛ يمكن أن تدخل المادة العضوية غير المأكولة أو غير المهضومة مسارات المحلل. كفاءة نقل 10% هي مثال مفيد، وليست قانوناً ثابتاً. على عكس العناصر الغذائية، تمر الطاقة برحلة أحادية الاتجاه وتتطلب مداخلاً مستمراً من ضوء الشمس أو المصادر الكيميائية.
متابعة 10,000 وحدة من الطاقة:
- تمسك النباتات 10,000 وحدة من طاقة الشمس.
- المستهلكون الأوليون الذين يتغذون عليها يحصلون على حوالي 1,000 (10%).
- المستهلكون الثانويون يحصلون على حوالي 100 — لدرجة أن القليل المتبقي لا يكفي لتغذية مستوى رابع أو خامس.
تدخل الطاقة إلى النظام البيئي كضوء شمس، تلتقطه المنتجون. تتدفق صعوداً عبر السلسلة الغذائية عبر المستهلكين، مستوى تغذوي واحد في كل مرة. النقل غير مكتمل ومتغير؛ تتشتت الكثير من الطاقة في النهاية كحرارة — لذا سلاسل الغذاء قصيرة والحيوانات المفترسة العلوية قليلة.