Şøķåŕą
01-07-2022, 05:49 PM
https://www11.0zz0.com/2022/01/07/14/786284924.jpg
كيف يتم انتقال الطاقة في النظام البيئي
يتم انتقال الطاقة في النظام البيئي فيما بين الكائنات الحية داخل شبكات الغذاء بدايةً بالمنتجين وصولاً للمستهلكين، تستعمل الكائنات الحية الطاقة حتى يعملةا المهام المعقدة، تأتي الأغلبية العظمى من الطاقة المتوفر في الشبكات الغذائية بدايةً من الشمس ومن ثم تتحول إلى طاقة كيميائية عن طريق عملية التمثيل الضوئي داخل النباتات، ويتم تحول نسبة بسيطة من هذه الطاقة الكيميائية بصورة مباشرة لحرارة حين يتم تكسير المركبات خلال التنقية في النباتات، ويتم تحويل معظم الطاقة الكيميائية في المخزون داخل النباتات لأشكال مختلفة من خلال مجموعة مختلفة من المستهلكين، كالأبقار والأرانب والخيول والأغنام واليرقات وغيرها من الحشرات التي تعيش على النباتات.
يتم تخزين جزء من الطاقة الكيميائية المخزنة بمنتج كالعشب والطاقة الكيميائية في الشحوم أو البروتين في الدرجة الأولى المستهلكين الذين يتغذون على العشب، هذه الطاقة متوفرة للمستهلكين من القوائم العالية، وبداخل كل مرحلة من مراحل السلسلة الغذائية، يتم تحويل أغلب الطاقة الكيميائية إلى صورة أخرى مثل الطاقة، ولا تبقى في النظام البيئي.[1]
خطوات انتقال الطاقة بين كائنات بالبيئة
يمكن مرور الطاقة في السلسلة الغذائية ومن ثم تنتقل من كائن حي لأخرلا، حين تحصل الثدييات على دعم طاقتها من الغذاء، فسواء أكان ذلك أكل حيوانات أخرى أو أكل نباتات، تأخذ النباتات طاقتها من خلال عملية التمثيل الضوئي.
يتم تحريك الطاقة بين الكائنات الحية عن طريق السلسلة الغذائية، وتشرع سلاسل الغذاء من المنتجين، يأكلها المستهلكون الاصليون الذين يتغذون بدورهم من خلال المستهلكين الثانويين.
ثم يتم أكلها من خلال المستهلكين من المرتبة الثالثة وخلال يوم طويل من الطعام يمكن أن يتغذى المستهلكون الرباعيون، كل مرحلة من مراحل السلسلة الغذائية تعرف بالمستوى الغذائي.
حين تتواصل سلاسل الغذاء سوياً فإنها تعمل شبكة غذائية.
إذن كيفية تدخل كل هذه الطاقة لشبكة الغذائية، وكيف تتوزع بعد هذا بين الكائنات الحية، فتأخذ النباتات طاقتها من الشمس خلال عملية التمثيل الضوئي، يمكن بعد هذا تمرير هذه الطاقة من كائن حي لآخر داخل السلسلة الغذائية.
يعرف الكائن الحي الذي يأخذ الطاقة من اشعة الشمس المنتج، غالبًا ما تصبح هذه نباتات ولكن في بعض الاحيان يمكن أن تصبح بكتيريا.
على الرغم من أن المنتجين هم من يأتون بالطاقة إلى السلسلة الغذائية من الشمس، فإن المستهلكين هم الذين يكونون أغلبة السلسلة الغذائية، يمكن أن تكون هذه الحيوانات المفترسة والطفيليات.[5]
انتقال الطاقة بالنظام البيئي من الخنفساء للضفدع
وهذه تاعملة متمثلة علي على آلية الانتقال، فيكون الضفدع المعورف أنه من الحيوانات البرمائية ويتغذى على الحشرات وكذلك لحوم الحيوانات الأضعف منه داخل البيئة التي يعيش فيها والمتمثلة في الخنفساء، وذلك لأن الخنفساء تعتبر فريسة سهلة للضفادع، وتعطيهم الطاقة اللازمه، وبدوره أيضاً، سيصبح الضفدع فريسة لحيوان أقوى منه، وتسير العملية التي تشتهر باسم السلسلة الغذائية.
كيف تكتسب الكائنات الحية الطاقة بشبكة الغذاء
يجب أن نفهم أن أكتساب الكائنات الحية للطاقة وأن طريقة تمرير هذه الطاقة من كائن حي إلى كائن آخر عن طريق شبكات الغذاء وسلاسل الغذاء التي تتكون منها، وتظهر شبكات الغذاء طرق تتدفق الطاقة بصورة مباشرة من خلال النظم البيئية، بما في هذا قوة كفاءة الكائنات الحية في الحصول عليها واستعمالها ومقدار ما بقى للاستعمال من خلال الكائنات الحية الأخرى داخل شبكة الغذاء، يتم الوصول إلى الطاقة من خلال الكائنات الحية بثلاث طرق وهم: التمثيل الضوئي، والتركيب الكيميائي، واستعمال وهضم الكائنات الحية المختلفة أو الكائنات الحية الماضية من خلال الكائنات غيرية التغذية.
يتم تجمع للكائنات بالتمثيل الضوئي والتركيب الكيميائي في مجموعة تعرف باسم autotrophs وهي الكائنات الحية التي يمكنها تصنيع الاكل بشكل أكثر تحديدًا، قادرة على استعمال الكربون غير العضوي كمصدر للكربون، تستعمل autotrophs التمثيل الضوئي (phototrophs) من أشعة الشمس كمصدر للطاقة، في حين تستعمل autotrophs التخليقية الكيميائية (chemoautotrophs) جزيئات غير عضوية كمصدر للطاقة، كما تعمل Autotrophs للانتاج وهي لازمة لكل النظم البيئية، غير هذه الكائنات، ولن تكون الطاقة متوفرة للكائنات الحية الأخرى ولن تكون الحياة ذاتها ممكنة.
Chemoautotrophs هم في الصل بكتيريا تتوفر في النظم البيئية الفريدة حيث لا يوجد اشعة الشمس، مثل تلك المالتي تبطة بالكهوف المظلمة أو الفتحات الحرارية المائية بقاع المحيطات، تستعمل الكثير من المغذيات الكيميائية المتوفرة في الفتحات الحرارية المائية كبريتيد الهيدروجين (H2S)، الذي يتم افرازها من الفتحات، كمصدر للطاقة الكيميائية، هذا يوفر للكيميائيات بتمتل الجزيئات العضوية المعقدة، مثل الجلوكوز ، من أجل طاقتها الذاتية، وبالتالي تمنح الطاقة لباقي النظام البيئي.[2]
مبادئ تدفق الطاقة في البيئة
يتم تدفق الطاقة من خلال سلسلة غذائية نتيجة لقانونين للديناميكا الحرارية، يتم تفعيلها على النظام البيئي، ويقول القانون الأول للديناميكا الحرارية على أن العمليات التي تشتمل على تحويل للطاقة لن تتم تلقائيًا ما لم يكن متواجد نقص للطاقة من صورة غير عشوائية إلى صورة عشوائية، يحتاج هذا القانون أنه في أي نظام بيئي، يستلزم أن يكون كل نقل للطاقة ملازماً بفقد للطاقة في التنفس أو الحرارة غير المتوفرة، وهذا سيؤدي لتدفق الطاقة بين المعدلات الغذائية أيضًا إلى تدهور الطاقة عن طريق الحرارة.[3]
القانون الثاني للديناميكا الحرارية يعتبر قانون المحفاظة على الطاقة، والذي يقول على أنه يمكن تحول الطاقة من مصدر إلى آخر ولكن لا يتم تكوينه أو تدميره، في حالة وجود زيادة أو قلة في الطاقة الداخلية (E) لنظام بيئي، يتم العمل (W)، وتتغير الحرارة (Q).
أهمية انتقال الطاقة في النظام البيئي
دورات هامة بين الهواء والتربة وبين النباتات والحيوانات والميكروبات حيث تحيا هذه الكائنات وتموت، وتأخذ الكائنات الحية على الغازات والمياه من البيئة وتصدر النفايات من الغازات أو السائلة أو الصلبةلتصل للبيئة.
شبكات الغذاء تعتبر نماذج يعلن كيفية انتقال المادة والطاقة بين المنتجين والمستهلكين والمحللين بينما تقوم المجموعات الثلاث في نظام بيئي، تتم عمليات نقل المادة في وخارج البيئة المادية على كل الفئات، وتقوم المُحلِّلات بإعادة تدوير المغذيات من النباتات الميتة أو المواد الحيوانية لتصل للتربة في البيئات الأرضية أو تصل للمياه داخل البيئات المائية، ثم يعاد تدوير الذرات التي تكون الكائنات الحية داخل النظام البيئي بصورة متكررة بين الأجزاء الحية وغير الحية من النظام البيئي.
يعطي التمثيل الضوئي والتنفس الخلوي (بما في هذا العمليات اللاهوائية) أغلب الطاقة اللازمة لعمليات الحياة، تشكل النباتات أو الطحالب أقبل مستوى داخل شبكة الغذاء، في وجود رابط صاعد داخلشبكة الغذاء، يتم انتقال جزء صغير فقط من المادة المستهلكة بالمستوى كم الأقل إلى الأعلى، لتوفير النمو وإطلاق الطاقة في التنفس الخلوي في المستوى الأعلى، بالنظر إلى عدم الكفاءة لهذا، يتوفر عدد أقل من الكائنات الحية بصورة عامة داخل المستويات الأعلى من الشبكة الغذائية.
يعد التمثيل الضوئي المعروف والتنفس الخلوي من المكونات الهامة لدورة الكربون، حيث يتم تبادل الكربون بين المحيط الحيوي والغلاف الجوي والمحيطات والغلاف الأرضيعن طريق العمليات الكيميائية والفيزيائية والجيولوجية والبيولوجية.[4]
كيف يتم انتقال الطاقة في النظام البيئي
يتم انتقال الطاقة في النظام البيئي فيما بين الكائنات الحية داخل شبكات الغذاء بدايةً بالمنتجين وصولاً للمستهلكين، تستعمل الكائنات الحية الطاقة حتى يعملةا المهام المعقدة، تأتي الأغلبية العظمى من الطاقة المتوفر في الشبكات الغذائية بدايةً من الشمس ومن ثم تتحول إلى طاقة كيميائية عن طريق عملية التمثيل الضوئي داخل النباتات، ويتم تحول نسبة بسيطة من هذه الطاقة الكيميائية بصورة مباشرة لحرارة حين يتم تكسير المركبات خلال التنقية في النباتات، ويتم تحويل معظم الطاقة الكيميائية في المخزون داخل النباتات لأشكال مختلفة من خلال مجموعة مختلفة من المستهلكين، كالأبقار والأرانب والخيول والأغنام واليرقات وغيرها من الحشرات التي تعيش على النباتات.
يتم تخزين جزء من الطاقة الكيميائية المخزنة بمنتج كالعشب والطاقة الكيميائية في الشحوم أو البروتين في الدرجة الأولى المستهلكين الذين يتغذون على العشب، هذه الطاقة متوفرة للمستهلكين من القوائم العالية، وبداخل كل مرحلة من مراحل السلسلة الغذائية، يتم تحويل أغلب الطاقة الكيميائية إلى صورة أخرى مثل الطاقة، ولا تبقى في النظام البيئي.[1]
خطوات انتقال الطاقة بين كائنات بالبيئة
يمكن مرور الطاقة في السلسلة الغذائية ومن ثم تنتقل من كائن حي لأخرلا، حين تحصل الثدييات على دعم طاقتها من الغذاء، فسواء أكان ذلك أكل حيوانات أخرى أو أكل نباتات، تأخذ النباتات طاقتها من خلال عملية التمثيل الضوئي.
يتم تحريك الطاقة بين الكائنات الحية عن طريق السلسلة الغذائية، وتشرع سلاسل الغذاء من المنتجين، يأكلها المستهلكون الاصليون الذين يتغذون بدورهم من خلال المستهلكين الثانويين.
ثم يتم أكلها من خلال المستهلكين من المرتبة الثالثة وخلال يوم طويل من الطعام يمكن أن يتغذى المستهلكون الرباعيون، كل مرحلة من مراحل السلسلة الغذائية تعرف بالمستوى الغذائي.
حين تتواصل سلاسل الغذاء سوياً فإنها تعمل شبكة غذائية.
إذن كيفية تدخل كل هذه الطاقة لشبكة الغذائية، وكيف تتوزع بعد هذا بين الكائنات الحية، فتأخذ النباتات طاقتها من الشمس خلال عملية التمثيل الضوئي، يمكن بعد هذا تمرير هذه الطاقة من كائن حي لآخر داخل السلسلة الغذائية.
يعرف الكائن الحي الذي يأخذ الطاقة من اشعة الشمس المنتج، غالبًا ما تصبح هذه نباتات ولكن في بعض الاحيان يمكن أن تصبح بكتيريا.
على الرغم من أن المنتجين هم من يأتون بالطاقة إلى السلسلة الغذائية من الشمس، فإن المستهلكين هم الذين يكونون أغلبة السلسلة الغذائية، يمكن أن تكون هذه الحيوانات المفترسة والطفيليات.[5]
انتقال الطاقة بالنظام البيئي من الخنفساء للضفدع
وهذه تاعملة متمثلة علي على آلية الانتقال، فيكون الضفدع المعورف أنه من الحيوانات البرمائية ويتغذى على الحشرات وكذلك لحوم الحيوانات الأضعف منه داخل البيئة التي يعيش فيها والمتمثلة في الخنفساء، وذلك لأن الخنفساء تعتبر فريسة سهلة للضفادع، وتعطيهم الطاقة اللازمه، وبدوره أيضاً، سيصبح الضفدع فريسة لحيوان أقوى منه، وتسير العملية التي تشتهر باسم السلسلة الغذائية.
كيف تكتسب الكائنات الحية الطاقة بشبكة الغذاء
يجب أن نفهم أن أكتساب الكائنات الحية للطاقة وأن طريقة تمرير هذه الطاقة من كائن حي إلى كائن آخر عن طريق شبكات الغذاء وسلاسل الغذاء التي تتكون منها، وتظهر شبكات الغذاء طرق تتدفق الطاقة بصورة مباشرة من خلال النظم البيئية، بما في هذا قوة كفاءة الكائنات الحية في الحصول عليها واستعمالها ومقدار ما بقى للاستعمال من خلال الكائنات الحية الأخرى داخل شبكة الغذاء، يتم الوصول إلى الطاقة من خلال الكائنات الحية بثلاث طرق وهم: التمثيل الضوئي، والتركيب الكيميائي، واستعمال وهضم الكائنات الحية المختلفة أو الكائنات الحية الماضية من خلال الكائنات غيرية التغذية.
يتم تجمع للكائنات بالتمثيل الضوئي والتركيب الكيميائي في مجموعة تعرف باسم autotrophs وهي الكائنات الحية التي يمكنها تصنيع الاكل بشكل أكثر تحديدًا، قادرة على استعمال الكربون غير العضوي كمصدر للكربون، تستعمل autotrophs التمثيل الضوئي (phototrophs) من أشعة الشمس كمصدر للطاقة، في حين تستعمل autotrophs التخليقية الكيميائية (chemoautotrophs) جزيئات غير عضوية كمصدر للطاقة، كما تعمل Autotrophs للانتاج وهي لازمة لكل النظم البيئية، غير هذه الكائنات، ولن تكون الطاقة متوفرة للكائنات الحية الأخرى ولن تكون الحياة ذاتها ممكنة.
Chemoautotrophs هم في الصل بكتيريا تتوفر في النظم البيئية الفريدة حيث لا يوجد اشعة الشمس، مثل تلك المالتي تبطة بالكهوف المظلمة أو الفتحات الحرارية المائية بقاع المحيطات، تستعمل الكثير من المغذيات الكيميائية المتوفرة في الفتحات الحرارية المائية كبريتيد الهيدروجين (H2S)، الذي يتم افرازها من الفتحات، كمصدر للطاقة الكيميائية، هذا يوفر للكيميائيات بتمتل الجزيئات العضوية المعقدة، مثل الجلوكوز ، من أجل طاقتها الذاتية، وبالتالي تمنح الطاقة لباقي النظام البيئي.[2]
مبادئ تدفق الطاقة في البيئة
يتم تدفق الطاقة من خلال سلسلة غذائية نتيجة لقانونين للديناميكا الحرارية، يتم تفعيلها على النظام البيئي، ويقول القانون الأول للديناميكا الحرارية على أن العمليات التي تشتمل على تحويل للطاقة لن تتم تلقائيًا ما لم يكن متواجد نقص للطاقة من صورة غير عشوائية إلى صورة عشوائية، يحتاج هذا القانون أنه في أي نظام بيئي، يستلزم أن يكون كل نقل للطاقة ملازماً بفقد للطاقة في التنفس أو الحرارة غير المتوفرة، وهذا سيؤدي لتدفق الطاقة بين المعدلات الغذائية أيضًا إلى تدهور الطاقة عن طريق الحرارة.[3]
القانون الثاني للديناميكا الحرارية يعتبر قانون المحفاظة على الطاقة، والذي يقول على أنه يمكن تحول الطاقة من مصدر إلى آخر ولكن لا يتم تكوينه أو تدميره، في حالة وجود زيادة أو قلة في الطاقة الداخلية (E) لنظام بيئي، يتم العمل (W)، وتتغير الحرارة (Q).
أهمية انتقال الطاقة في النظام البيئي
دورات هامة بين الهواء والتربة وبين النباتات والحيوانات والميكروبات حيث تحيا هذه الكائنات وتموت، وتأخذ الكائنات الحية على الغازات والمياه من البيئة وتصدر النفايات من الغازات أو السائلة أو الصلبةلتصل للبيئة.
شبكات الغذاء تعتبر نماذج يعلن كيفية انتقال المادة والطاقة بين المنتجين والمستهلكين والمحللين بينما تقوم المجموعات الثلاث في نظام بيئي، تتم عمليات نقل المادة في وخارج البيئة المادية على كل الفئات، وتقوم المُحلِّلات بإعادة تدوير المغذيات من النباتات الميتة أو المواد الحيوانية لتصل للتربة في البيئات الأرضية أو تصل للمياه داخل البيئات المائية، ثم يعاد تدوير الذرات التي تكون الكائنات الحية داخل النظام البيئي بصورة متكررة بين الأجزاء الحية وغير الحية من النظام البيئي.
يعطي التمثيل الضوئي والتنفس الخلوي (بما في هذا العمليات اللاهوائية) أغلب الطاقة اللازمة لعمليات الحياة، تشكل النباتات أو الطحالب أقبل مستوى داخل شبكة الغذاء، في وجود رابط صاعد داخلشبكة الغذاء، يتم انتقال جزء صغير فقط من المادة المستهلكة بالمستوى كم الأقل إلى الأعلى، لتوفير النمو وإطلاق الطاقة في التنفس الخلوي في المستوى الأعلى، بالنظر إلى عدم الكفاءة لهذا، يتوفر عدد أقل من الكائنات الحية بصورة عامة داخل المستويات الأعلى من الشبكة الغذائية.
يعد التمثيل الضوئي المعروف والتنفس الخلوي من المكونات الهامة لدورة الكربون، حيث يتم تبادل الكربون بين المحيط الحيوي والغلاف الجوي والمحيطات والغلاف الأرضيعن طريق العمليات الكيميائية والفيزيائية والجيولوجية والبيولوجية.[4]