エネルギーフロー（エコシステム）：定義、プロセス、例

アン 生態系 は、特定の領域で相互作用するさまざまな生物のコミュニティおよびそれらの環境として定義されます。 それは両方の間のすべての相互作用と関係を説明します 生物的 （生きている）そして 非生物的 （非生物）要因。

エネルギーは生態系を繁栄させるものです。 そして、すべての間に 物質は保存されています 生態系では、 エネルギー 流れ 生態系を介して、それは保存されていないことを意味します。 エネルギーは太陽光としてすべての生態系に入り、熱が環境に戻るにつれて徐々に失われます。

しかし、エネルギーが熱として生態系から流出する前に、それはと呼ばれるプロセスで生物間を流れます エネルギーの流れ. 生態系内のすべての相互作用と関係の基礎となるのは、太陽から来て、生物から生物へと流れるこのエネルギーの流れです。

エネルギーの流れの定義は、太陽からのエネルギーの伝達であり、環境内の食物連鎖の後続の各レベルを上っていきます。

上の各レベルのエネルギーの流れ 食物連鎖 生態系では、栄養レベルによって指定されます。これは、特定の生物または生物のグループが食物連鎖で占める位置を指します。 エネルギーピラミッドの最下部にあるチェーンの始まりは、 最初 栄養段階. 最初の栄養段階には、光合成によって太陽エネルギーを使用可能な化学エネルギーに変換する生産者と独立栄養生物が含まれます。

食物連鎖/エネルギーピラミッドの次のレベルは、 2番目の栄養段階、これは通常、植物や藻類を食べる草食動物のような一次消費者のタイプによって占められています。 食物連鎖の後続の各ステップは、新しい栄養段階に相当します。

栄養段階に加えて、エネルギーの流れを理解するために知っておく必要のある用語がいくつかあります。

バイオマス：バイオマス 有機物または有機物です。 バイオマスは、植物や動物を構成する塊のように、エネルギーが蓄えられる物理的な有機物質です。

生産性： 生産性は、エネルギーがバイオマスとして生物の体内に組み込まれる速度です。 あらゆる栄養段階の生産性を定義できます。 例えば、 プライマリ 生産性 生態系における一次生産者の生産性です。

総一次生産性（GPP）： GPPは、太陽からのエネルギーがブドウ糖分子に取り込まれる速度です。 これは基本的に、生態系の一次生産者によって生成される総化学エネルギーの量を測定します。

純一次生産性（NPP）： NPPはまた、一次生産者によって生成される化学エネルギーの量を測定しますが、生産者自身による代謝の必要性のために失われるエネルギーも考慮に入れます。 したがって、NPPは、太陽からのエネルギーがバイオマス物質として捕捉および保存される速度であり、生態系内の他の生物が利用できるエネルギーの量に等しくなります。 NPPは 常に GPPよりも少ない金額。

NPPは生態系によって異なります。 次のような変数によって異なります。

• 利用可能な日光。
• 生態系の栄養素。
• 土壌の質。
• 温度。
• 水分。
• CO₂ レベル。
  

エネルギーは太陽光として生態系に入り、陸上植物、藻類、光合成細菌などの生産者によって使用可能な化学エネルギーに変換されます。 このエネルギーが光合成を介して生態系に入り、それらの生産者によってバイオマスに変換されると、生物が他の生物を食べるときにエネルギーが食物連鎖を通って流れます。

草は光合成を利用し、カブトムシは草を食べ、鳥はカブトムシを食べるなどです。

栄養段階を上って食物連鎖に沿って進むと、エネルギーの流れは100パーセント効率的ではありません。 利用可能なエネルギーの約10％だけが、ある栄養段階から次の栄養段階へ、またはある生物から次の生物へと移動します。 その利用可能なエネルギーの残り（そのエネルギーの約90パーセント）は熱として失われます。

各栄養段階に上がると、各レベルの純生産性は10分の1に減少します。

この転送が100％効率的でないのはなぜですか？ 主な理由は3つあります。

1. 各栄養段階のすべての生物が消費されるわけではありません。 このように考えてください。純一次生産性は、生態系内の生物が利用できるすべてのエネルギーに相当し、より高い栄養段階にある生物の生産者によって提供されます。 そのエネルギーのすべてをそのレベルから次のレベルに流すためには、それらの生産者のすべてを消費する必要があることを意味します。 すべての草の葉、すべての微細な藻類、すべての葉、すべての花など。 それは起こりません、それはそのエネルギーのいくらかがそのレベルからより高い栄養段階まで流れないことを意味します。

2. すべてのエネルギーをあるレベルから次のレベルに伝達できるわけではありません。 エネルギーの流れが非効率的である2番目の理由は、一部のエネルギーが伝達できず、したがって失われるためです。 たとえば、人間はセルロースを消化できません。 そのセルロースにはエネルギーが含まれていますが、人々はそれを消化してエネルギーを得ることができず、「廃棄物」（別名、糞便）として失われます。

これはすべての生物に当てはまります。消化できない特定の細胞や物質があり、それらは廃棄物として排泄されたり、熱として失われたりします。 したがって、ある食品が持つ利用可能なエネルギーが1つの量であっても、それを食べる生物がその食品内の利用可能なエネルギーのすべての単位を取得することは不可能です。 そのエネルギーの一部は常に失われます。

3. 代謝はエネルギーを使用します： 最後に、生物はエネルギーを消費します 代謝過程 細胞呼吸のように。 このエネルギーは使い果たされ、次の栄養段階に移すことはできません。

エネルギーの流れは、食物連鎖を通じて、ある生物から次の生物へのエネルギーの移動として説明できます。生産者から始まり、生物が互いに消費されるにつれて連鎖を上っていきます。 このタイプのチェーンを表示する、または単に栄養レベルを表示する別の方法は、食物/エネルギーピラミッドを使用することです。

エネルギーの流れは非効率的であるため、食物連鎖の最低レベルは、ほとんどの場合、エネルギーとバイオマスの両方の点で最大です。 それがピラミッドの底に現れる理由です。 それが最大のレベルです。 食物ピラミッドの各栄養段階または各レベルを上に移動すると、エネルギーとバイオマスの両方が減少します。そのため、ピラミッドを上に移動すると、レベルの数が狭くなり、視覚的に狭くなります。

このように考えてください。各レベルを上に移動すると、利用可能なエネルギー量の90％が失われます。 エネルギーの10％しか流れないため、以前のレベルほど多くの生物をサポートすることはできません。 これにより、各レベルでのエネルギーとバイオマスの両方が減少します。

そのため、通常、食物連鎖の下位にある生物の数が多くなります（草、昆虫、小魚など、 たとえば）そして食物連鎖の最上位にあるはるかに少数の生物（たとえば、クマ、クジラ、ライオンなど）。

生態系でエネルギーがどのように流れるかについての一般的な連鎖は次のとおりです。

1. エネルギーは太陽光を介して生態系に入ります 太陽光エネルギー.
2. 一次生産者 （別名、最初の栄養段階）その太陽エネルギーを光合成によって化学エネルギーに変えます。 一般的な例は、陸上植物、光合成細菌、藻類です。 これらの生産者は光合成独立栄養生物です。つまり、太陽のエネルギーと二酸化炭素を使って独自の食物/有機分子を作り出します。
3. 生産者が作り出すその化学エネルギーのいくつかは、 問題に組み込まれました それがそれらのプロデューサーを構成します。 残りは熱として失われ、それらの生物の代謝に使用されます。
4. その後、それらはによって消費されます 一次消費者 （別名、第2栄養段階）。 一般的な例は、植物を食べる草食動物や雑食動物です。 それらの有機体の物質に蓄えられたエネルギーは、その次の栄養段階に移されます。 一部のエネルギーは、熱や廃棄物として失われます。
5. 次の栄養段階には、2番目の栄養段階で生物を食べる他の消費者/捕食者が含まれます（二次消費者、三次消費者など). 食物連鎖を上るたびに、いくらかのエネルギーが失われます。
6. 生物が死ぬとき、 分解者 ワームのように、バクテリアや菌類は死んだ有機体を分解し、両方とも栄養素を生態系にリサイクルし、自分たちのためにエネルギーを取ります。 いつものように、いくらかのエネルギーはまだ熱として失われます。

生産者がいなければ、どんな量のエネルギーも使用可能な形で生態系に入る方法はありません。 エネルギーは、太陽光とそれらの一次生産者を介して継続的に生態系に入る必要があります。そうしないと、生態系内の食物網/チェーン全体が崩壊し、存在しなくなります。

温帯林の生態系 エネルギーの流れがどのように機能するかを表示するための優れた例です。

それはすべて、生態系に入る太陽エネルギーから始まります。 この太陽光と二酸化炭素は、次のような森林環境の多くの一次生産者によって使用されます。

• 木（カエデ、オーク、アッシュ、パインなど）。
• 草。
• ブドウの木。
• 池/小川の藻類。

次は一次消費者です。 温帯林では、これには鹿のような草食動物、さまざまな草食性の昆虫、リス、シマリス、ウサギなどが含まれます。 これらの生物は一次生産者を食べ、彼らのエネルギーを彼ら自身の体に取り入れます。 一部のエネルギーは熱と廃棄物として失われます。

次に、二次および三次消費者はそれらの他の生物を食べます。 温帯林では、これにはアライグマ、捕食性昆虫、キツネ、コヨーテ、オオカミ、クマ、猛禽類などの動物が含まれます。

これらの有機体のいずれかが死ぬと、分解者は死んだ有機体の体を破壊し、エネルギーは分解者に流れます。 温帯林では、これにはワーム、菌類、さまざまな種類のバクテリアが含まれます。

ピラミッド型の「エネルギーの流れ」の概念は、この例でも示すことができます。 最も利用可能なエネルギーとバイオマスは、食品/エネルギーピラミッドの最低レベルにあります。つまり、顕花植物、草、低木などの形の生産者です。 エネルギー/バイオマスが最も少ないレベルは、クマやオオカミのような高レベルの消費者の形でピラミッド/食物連鎖の最上位にあります。

一方 海洋生態系 サンゴ礁が温帯林のような陸域の生態系とは大きく異なるように、エネルギーの流れの概念がまったく同じように機能することがわかります。

サンゴ礁環境における一次生産者は、主に微細なプランクトン、サンゴに見られる微細な植物のような生物であり、サンゴ礁の周りの水に浮遊しています。 そこから、さまざまな魚、軟体動物、およびサンゴ礁に生息するウニのような他の草食性の生き物が、それらの生産者（主にこの生態系の藻類）をエネルギーとして消費します。

その後、エネルギーは次の栄養段階に流れます。この生態系では、ウツボ、フエダイ、アカエイ、イカなどとともに、サメやバラクーダなどのより大きな捕食性の魚になります。

サンゴ礁にも分解者がいます。 いくつかの例が含まれます：

• ナマコ。
• 細菌種。
• エビ。
• クモヒトデ。
• さまざまなカニの種（たとえば、デコレーターカニ）。

このエコシステムを備えたピラミッドの概念も見ることができます。 最も利用可能なエネルギーとバイオマスは、食物ピラミッドの最初の栄養段階と最も低いレベル、つまり藻類とサンゴ生物の形での生産者に存在します。 エネルギーと蓄積されたバイオマスが最も少ないレベルは、サメのような高レベルの消費者の形でトップです。