การเปลี่ยนแปลงพลังงานในระบบนิเวศ

พืชได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์และใช้เพื่อแปลงสารประกอบอนินทรีย์ให้เป็นสารประกอบอินทรีย์ที่อุดมไปด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่งพวกมันเปลี่ยนแสงแดดและคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นน้ำตาลกลูโคสและออกซิเจน ดังนั้นกิจกรรมทางชีวภาพในระบบนิเวศจึงต้องการพลังงานจากดวงอาทิตย์

พลังงานแสงอาทิตย์ที่ได้รับจะผ่านการเปลี่ยนแปลงพลังงานในระบบนิเวศให้เป็นพลังงานเคมี ซึ่งผูกมัดในรูปของกลูโคสเป็นพลังงานศักย์ในระหว่างกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง พลังงานนี้จะไหลไปทั่วระบบนิเวศผ่านห่วงโซ่อาหารและกระบวนการที่เรียกว่า การไหลของพลังงาน.

การสังเคราะห์ด้วยแสง นับเป็นจุดเริ่มต้นของห่วงโซ่ของการเปลี่ยนแปลงพลังงานในระบบนิเวศ ซึ่งสามารถเห็นได้จากตัวอย่างห่วงโซ่อาหารมากมาย สัตว์หลายชนิดกินผลิตภัณฑ์สังเคราะห์แสง เช่น เมื่อแพะกินพุ่มไม้ หนอนกินหญ้า และหนูกินเมล็ดพืช เมื่อสัตว์กินผลิตภัณฑ์จากพืชเหล่านี้ พลังงานอาหารและสารประกอบอินทรีย์จะถูกถ่ายโอนจากพืชสู่สัตว์

ตัวอย่างห่วงโซ่อาหารส่วนใหญ่ในระบบนิเวศจะแสดงให้เห็นว่าสัตว์ที่กินผู้ผลิตอยู่ใน producer กลับถูกสัตว์อื่นกินเข้าไป ถ่ายทอดพลังงานและสารประกอบอินทรีย์จากสัตว์ตัวหนึ่งไปสู่ อื่น ตัวอย่างระบบนิเวศบางส่วน ได้แก่ เมื่อมนุษย์กินแกะ เมื่อนกกินหนอน และเมื่อสิงโตกินม้าลาย ห่วงโซ่ของการเปลี่ยนแปลงพลังงานจากสายพันธุ์หนึ่งไปสู่อีกสายพันธุ์หนึ่งสามารถดำเนินต่อไปได้หลายรอบ แต่ ในที่สุดก็สิ้นสุดลงเมื่อสัตว์ที่ตายแล้วย่อยสลายกลายเป็นอาหารสำหรับเชื้อราแบคทีเรียและอื่น ๆ ตัวย่อยสลาย

เชื้อราและแบคทีเรียเป็นตัวอย่างของ ย่อยสลาย ในการเปลี่ยนแปลงพลังงานในระบบนิเวศ พวกเขามีหน้าที่ทำลายสารประกอบอินทรีย์ที่ซับซ้อนให้เป็นสารอาหารอย่างง่าย ตัวย่อยสลายมีความสำคัญในระบบนิเวศเพราะจะทำลายวัสดุที่ตายแล้วซึ่งยังคงมีแหล่งพลังงานอยู่ มีสิ่งมีชีวิตที่ย่อยสลายได้หลายประเภท ซึ่งมีหน้าที่ในการคืนสารอาหารที่ง่ายกว่าสู่ดินเพื่อให้พืชนำไปใช้ - และวงจรการเปลี่ยนแปลงพลังงานยังคงดำเนินต่อไป

พลังงานที่สะสมโดยผู้ผลิตหลักจะถูกถ่ายโอนผ่านห่วงโซ่อาหารผ่านระดับโภชนาการที่แตกต่างกันในปรากฏการณ์ที่เรียกว่า การไหลของพลังงาน. วิถีการไหลของพลังงานเปลี่ยนจากผู้ผลิตหลักไปสู่ผู้บริโภคหลักไปยังผู้บริโภครองและสุดท้ายไปสู่ผู้ย่อยสลาย พลังงานที่มีอยู่เพียงประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่จะย้ายจากระดับโภชนาการหนึ่งไปอีกระดับหนึ่ง

ตัวอย่างระบบนิเวศและตัวอย่างห่วงโซ่อาหารภายในระบบนิเวศแสดงแนวคิดนี้ได้ง่ายขึ้นเล็กน้อย

ตัวอย่างเช่น ในระบบนิเวศของป่าไม้ ต้นไม้และหญ้าจะเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานเคมี พลังงานนั้นไหลไปสู่ผู้บริโภคหลักของระบบนิเวศเช่นแมลงและสัตว์กินพืชเช่นกวาง ผู้บริโภครอง เช่น สุนัขจิ้งจอก หมาป่า และนกกินและได้รับพลังงานจากสิ่งมีชีวิตเหล่านั้น เมื่อสิ่งมีชีวิตเหล่านั้นตาย เชื้อรา หนอน และตัวย่อยสลายอื่นๆ จะทำลายพวกมันเพื่อรับพลังงานและสารอาหาร

พลังงานที่ไหลผ่านห่วงโซ่อาหารเกิดขึ้นจากกฎสองข้อของอุณหพลศาสตร์ซึ่งนำไปใช้กับระบบนิเวศ

กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ระบุว่ากระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงพลังงานจะไม่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เว้นแต่จะมีการเสื่อมสภาพของพลังงานจากรูปแบบที่ไม่สุ่มไปเป็นรูปแบบสุ่ม กฎหมายนี้กำหนดให้ในระบบนิเวศการถ่ายโอนพลังงานแต่ละครั้งควรมาพร้อมกับการกระจายของพลังงานไปสู่การหายใจหรือความร้อนที่ไม่มีอยู่ พูดง่ายๆ: การถ่ายเทพลังงานระหว่างระดับโภชนาการยังส่งผลให้สูญเสียพลังงานผ่านความร้อน

กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์คือกฎการอนุรักษ์พลังงาน ซึ่งระบุว่าพลังงานอาจถูกเปลี่ยนจากแหล่งหนึ่งไปยังอีกแหล่งหนึ่ง แต่ไม่สามารถสร้างหรือทำลายได้ หากการเพิ่มขึ้นหรือลดลงเกิดขึ้นในพลังงานภายใน (E) ของระบบนิเวศ การทำงาน (W) จะเสร็จสิ้น และความร้อน (Q) จะเปลี่ยนไป