זרימת אנרגיה (מערכת אקולוגית): הגדרה, תהליך ודוגמאות

An מערכת אקולוגית מוגדרת כקהילה של אורגניזמים שונים האינטראקציה זה עם זה וסביבתם באזור מסוים. זה מהווה את כל האינטראקציות והקשרים בין שניהם ביוטי (חי) ו אביוטי גורמים (לא חיים).

אנרגיה היא זו שמניעה את המערכת האקולוגית לשגשג. ובעוד כולם החומר נשמר במערכת אקולוגית, אֵנֶרְגִיָה זורם דרך מערכת אקולוגית, כלומר היא לא נשמרת. אנרגיה נכנסת לכל המערכות האקולוגיות כאור שמש והיא הולכת לאיבוד כחום חזרה לסביבה.

עם זאת, לפני שאנרגיה זורמת מהמערכת האקולוגית כחום, היא זורמת בין אורגניזמים בתהליך שנקרא זרימת אנרגיה. זרימת האנרגיה הזו היא שמגיעה מהשמש ואז עוברת מאורגניזם לאורגניזם שהיא הבסיס לכל האינטראקציות והקשרים בתוך מערכת אקולוגית.

ההגדרה של זרימת אנרגיה היא העברת אנרגיה מהשמש ומעלה בכל רמה עוקבת של שרשרת המזון בסביבה.

כל רמה של זרימת אנרגיה על שרשרת המזון במערכת אקולוגית מייעד רמה טרופית, המתייחסת למיקום שאורגניזם או קבוצת אורגניזמים מסוימת תופסת בשרשרת המזון. תחילת השרשרת, שתהיה בתחתית פירמידת האנרגיה, היא ראשון רמה טרופית. הרמה הטרופית הראשונה כוללת מפיקים ואוטוטרופים הממירים אנרגיה סולארית לאנרגיה כימית שמישה באמצעות פוטוסינתזה.

הרמה הבאה למעלה בשרשרת המזון / פירמידת האנרגיה תיחשב כ- רמה טרופית שנייה, אשר בדרך כלל תופסים סוג של צרכן ראשוני כמו אוכלי עשב שאוכלים צמחים או אצות. כל שלב שלאחר מכן בשרשרת המזון שווה ערך לרמה טרופית חדשה.

מלבד רמות trophic, יש עוד כמה מונחים שאתה צריך לדעת כדי להבין את זרימת האנרגיה.

ביומסה:ביומסה הוא חומר אורגני או חומר אורגני. ביומסה הוא החומר האורגני הפיזי שאנרגיה מאוחסנת בו, כמו המסה המרכיבה צמחים ובעלי חיים.

פִּריוֹן: פרודוקטיביות היא הקצב שבו משולבת אנרגיה בגופם של אורגניזמים כביומסה. אתה יכול להגדיר פרודוקטיביות לכל הרמות הגביעיות. לדוגמה, יְסוֹדִי פִּריוֹן הוא התפוקה של יצרנים ראשוניים במערכת אקולוגית.

תפוקה ראשונית גולמית (GPP): GPP הוא הקצב שבו האנרגיה מהשמש נלכדת במולקולות הגלוקוז. זה למעשה מודד כמה אנרגיה כימית כוללת נוצרת על ידי יצרנים ראשוניים במערכת אקולוגית.

תפוקה ראשונית נטו (NPP): NPP מודד גם כמה אנרגיה כימית נוצרת על ידי יצרנים ראשוניים, אך היא גם לוקחת בחשבון את האנרגיה שאבדה עקב הצרכים המטבוליים של היצרנים עצמם. אז NPP הוא הקצב שבו האנרגיה מהשמש נלכדת ונשמרת כחומר ביומסה, והיא שווה לכמות האנרגיה הזמינה לאורגניזמים האחרים במערכת האקולוגית. NPP הוא תמיד סכום נמוך יותר מאשר GPP.

NPP משתנה בהתאם למערכת האקולוגית. זה תלוי במשתנים כגון:

• אור שמש זמין.
• חומרים מזינים במערכת האקולוגית.
• איכות הקרקע.
• טֶמפֶּרָטוּרָה.
• לַחוּת.
• שיתוף₂ רמות.
  

אנרגיה נכנסת למערכות אקולוגיות כאור שמש והיא הופכת לאנרגיה כימית שמישה על ידי יצרנים כמו צמחי קרקע, אצות וחיידקים פוטוסינתטיים. ברגע שאנרגיה זו נכנסת למערכת האקולוגית באמצעות פוטוסינתזה והופכת לביומסה על ידי אותם יצרנים, האנרגיה זורמת דרך שרשרת המזון כאשר אורגניזמים אוכלים אורגניזמים אחרים.

דשא משתמש בפוטוסינתזה, חיפושית אוכלת דשא, ציפור אוכלת חיפושית וכן הלאה.

כשאתה עולה במפלסים הטרופיים וממשיך לאורך שרשרת המזון, זרימת האנרגיה אינה יעילה במאה אחוז. רק כעשרה אחוז מהאנרגיה הזמינה הופכת אותה מרמה trophic אחת לרמה trophic הבאה, או מאורגניזם אחד למשנהו. שאר אותה אנרגיה זמינה (כ -90 אחוז מהאנרגיה הזו) הולכת לאיבוד כחום.

התפוקה נטו של כל רמה פוחתת בפקטור 10 ככל שעולים בכל רמה trophic.

מדוע העברה זו אינה יעילה במאת האחוזים? ישנן שלוש סיבות עיקריות:

1. לא כל האורגניזמים מכל רמה trophic נצרכים: תחשוב על זה ככה: התפוקה הראשונית נטו מסתכמת בכל האנרגיה הזמינה עבור אורגניזמים במערכת אקולוגית שמספקת המפיקים לאורגניזמים אלה ברמות טרופיות גבוהות יותר. על מנת שכל האנרגיה הזו תזרום מרמה זו לשלב הבא, המשמעות היא כי כל אותם יצרנים יצטרכו להיות נצרכים. כל להב דשא, כל פיסת אצות מיקרוסקופית, כל עלה, כל פרח וכן הלאה. זה לא קורה, מה שאומר שחלק מהאנרגיה הזו לא זורמת מאותה רמה עד לרמות הטרופיות הגבוהות יותר.

2. לא כל האנרגיה יכולה להיות מועברת מרמה אחת לשנייה: הסיבה השנייה שבגללה זרימת האנרגיה אינה יעילה היא מכיוון שאנרגיה כלשהי אינה מסוגלת להיות מועברת, ולכן היא אבודה. לדוגמא, בני אדם אינם יכולים לעכל תאית. אף על פי שתאית זו מכילה אנרגיה, אנשים אינם יכולים לעכל אותה ולקבל ממנה אנרגיה והיא אבודה כ"פסולת "(א.כ., צואה).

זה נכון לגבי כל האורגניזמים: ישנם תאים וחלקי חומר מסוימים שהם לא יכולים לעכל שיופרשו כפסולת / אבדו כחום. כך שגם אם האנרגיה הזמינה שיש לפיסת מזון היא כמות אחת, אי אפשר לאורגניזם שאוכל אותה להשיג כל יחידת אנרגיה זמינה בתוך אותו אוכל. חלק מהאנרגיה הזו תמיד תאבד.

3. מטבוליזם משתמש באנרגיה: לבסוף, אורגניזמים משתמשים באנרגיה ל תהליכים מטבוליים כמו נשימה תאית. אנרגיה זו מנוצלת ולא ניתן להעביר אותה לאחר מכן לרמה הטרופית הבאה.

ניתן לתאר את זרימת האנרגיה דרך שרשראות המזון כהעברת אנרגיה מאורגניזם אחד לאחר, החל מהיצרנים ועולה במעלה השרשרת כאשר אורגניזמים נצרכים זה על ידי זה. דרך נוספת להציג סוג זה של שרשרת או פשוט להציג את הרמות הטרופיות היא באמצעות פירמידות מזון / אנרגיה.

מכיוון שזרימת האנרגיה אינה יעילה, הרמה הנמוכה ביותר בשרשרת המזון היא כמעט תמיד הגדולה ביותר מבחינת אנרגיה וגם ביומסה. לכן זה מופיע בבסיס הפירמידה; זו הרמה שהיא הגדולה ביותר. ככל שעולים במעלה כל מפלגה טרופית או כל מפלס בפירמידת המזון, הן האנרגיה והן הביומסה יורדות, ולכן הרמות מצטמצמות במספר ומצמצמות חזותית ככל שעולים במעלה הפירמידה.

חשוב על זה ככה: אתה מאבד 90 אחוז מכמות האנרגיה הזמינה כשאתה עולה בכל רמה. רק 10 אחוז מהאנרגיה זורמת לאורך, שלא יכולה לתמוך בכמה שיותר אורגניזמים כמו הרמה הקודמת. התוצאה היא פחות אנרגיה ופחות ביומסה בכל רמה.

זה מסביר מדוע בדרך כלל יש מספר גדול יותר של אורגניזמים בשרשרת המזון (כמו דשא, חרקים ודגים קטנים, למשל) ומספר קטן בהרבה של אורגניזמים בראש שרשרת המזון (כמו דובים, לווייתנים ואריות, למשל).

הנה שרשרת כללית של האנרגיה הזורמת במערכת אקולוגית:

1. אנרגיה נכנסת למערכת האקולוגית דרך אור השמש כמו אנרגיה סולארית.
2. מפיקים עיקריים (aka, הרמה הטרופית הראשונה) הופכים את אנרגיית השמש לאנרגיה כימית באמצעות פוטוסינתזה. דוגמאות נפוצות הן צמחי יבשה, חיידקים פוטוסינתטיים ואצות. יצרנים אלה הם אוטוטרופים פוטוסינתטיים, כלומר הם יוצרים מזון / מולקולות אורגניות משלהם עם אנרגיית השמש ופחמן דו חמצני.
3. חלק מאותה אנרגיה כימית שהיצרנים יוצרים היא אז שולב בעניין שמרכיב את אותם מפיקים. השאר אבוד כחום ומשמש בחילוף החומרים של אותם אורגניזמים.
4. לאחר מכן הם נצרכים על ידי צרכנים ראשוניים (aka, רמה trophic השני). דוגמאות נפוצות הן אוכלי עשב וכל אוכלי אוכלים צמחים. האנרגיה שאוחסנה בחומר של אותם אורגניזמים מועברת לרמה הטרופית הבאה. קצת אנרגיה הולכת לאיבוד כחום וכבזבוז.
5. הרמה הטרופית הבאה כוללת צרכנים / טורפים אחרים שיאכלו את האורגניזמים ברמה הטרופית השנייה (צרכנים משניים, צרכנים שלישוניים וכו '). בכל צעד שעולים בשרשרת המזון, קצת אנרגיה הולכת לאיבוד.
6. כאשר אורגניזמים מתים, פורקים כמו תולעים, חיידקים ופטריות מפרקים את האורגניזמים המתים ושניהם ממחזרים חומרים מזינים למערכת האקולוגית ולוקחים אנרגיה לעצמם. כמו תמיד, אנרגיה מסוימת עדיין הולכת לאיבוד כחום.

ללא מפיקים, לא תהיה שום דרך להכניס כמות אנרגיה למערכת האקולוגית בצורה שמישה. אנרגיה חייבת להיכנס ללא הרף למערכת האקולוגית דרך אור השמש ואל אותם יצרנים ראשוניים, אחרת כל רשת המזון / שרשרת במערכת האקולוגית תתמוטט ותפסיק להתקיים.

מערכות אקולוגיות יערות ממוזגות הם דוגמה מצוינת לתצוגה כיצד זרימת האנרגיה עובדת.

הכל מתחיל באנרגיית השמש שנכנסת למערכת האקולוגית. אור שמש זה בתוספת פחמן דו חמצני ישמש מספר יצרנים ראשוניים בסביבת יער, כולל:

• עצים (כגון מייפל, אלון, אפר ואורן).
• דשא.
• גפנים.
• אצות בבריכות / נחלים.

לאחר מכן מגיעים הצרכנים העיקריים. ביער הממוזג, זה יכלול אוכלי עשב כמו צבאים, חרקים אוכלי עשב שונים, סנאים, שבבי שבבים, ארנבות ועוד. אורגניזמים אלה אוכלים את היצרנים הראשוניים ומשלבים את האנרגיה שלהם בגופם. קצת אנרגיה הולכת לאיבוד כחום ובזבוז.

צרכנים משניים ושלישוניים אוכלים את אותם אורגניזמים אחרים. ביער ממוזג, זה כולל בעלי חיים כמו דביבונים, חרקים טורפים, שועלים, זאבי ערבות, זאבים, דובים ועופות דורסים.

כאשר כל אחד מהאורגניזמים הללו מת, מפרקים מפרקים את גופם של האורגניזמים המתים, והאנרגיה זורמת לפורקים. ביער ממוזג זה יכלול תולעים, פטריות וסוגים שונים של חיידקים.

את המושג הפירמידי של "זרימת אנרגיה" ניתן להדגים גם בדוגמה זו. האנרגיה והביומסה הזמינים ביותר הם ברמה הנמוכה ביותר של פירמידת המזון / אנרגיה: המפיקים בצורת צמחים פורחים, עשבים, שיחים ועוד. הרמה עם הכי הרבה אנרגיה / ביומסה נמצאת בראש הפירמידה / שרשרת המזון בדמות צרכנים ברמה גבוהה כמו דובים וזאבים.

בזמן מערכות אקולוגיות ימיות כמו שונית אלמוגים שונים מאוד ממערכות אקולוגיות יבשות כמו יערות ממוזגים, אתה יכול לראות כיצד הרעיון של זרימת אנרגיה עובד באותו אופן בדיוק.

היצרנים העיקריים בסביבת שונית האלמוגים הם בעיקר פלנקטון מיקרוסקופי, אורגניזמים דמויי צמחים מיקרוסקופיים הנמצאים באלמוגים וצפים חופשיים במים סביב שונית האלמוגים. משם, דגים שונים, רכיכות ויצורים עשבוניים אחרים, כמו קיפודי ים החיים בשונית, צורכים את אותם יצרנים (בעיקר אצות במערכת אקולוגית זו) לצורך אנרגיה.

לאחר מכן האנרגיה זורמת לרמה הטרופית הבאה, שבמערכת אקולוגית זו יהיו דגים טורפים גדולים יותר כמו כרישים וברקודה יחד עם צלופח המורי, דגי חטף, קרני עוקץ, קלמארי ועוד.

מפרקים קיימים גם בשוניות האלמוגים. כמה דוגמאות כוללות:

• מלפפוני ים.
• מינים חיידקיים.
• שרימפ.
• כוכבי ים שבירים.
• מיני סרטן שונים (למשל סרטן הקישוטים).

אתה יכול גם לראות את מושג הפירמידה עם מערכת אקולוגית זו. האנרגיה והביומסה הזמינים ביותר קיימים ברמה הטרופית הראשונה וברמה הנמוכה ביותר של פירמידת המזון: המפיקים בצורת אצות ואורגניזמים של אלמוגים. הרמה עם הכי הרבה אנרגיה וביומסה מצטברת נמצאת בראש הדמות של צרכנים ברמה גבוהה כמו כרישים.