كيف يتم انتقال الطاقة في النظام البيئي من الخنفساء إلى الضفدع

كيف يتم انتقال الطاقة في النظام البيئي

تنتقل الطاقة في النظام البيئي بين الكائنات الحية عبر شبكات الغذاء، تبدأ من المنتجين وتصل إلى المستهلكين. تستخدم الكائنات الحية الطاقة لأداء المهام المعقدة، وتعتمد معظم الطاقة المتوفرة في الشبكات الغذائية على الشمس وتتحول بعد ذلك إلى طاقة كيميائية عن طريق عملية التمثيل الضوئي داخل النباتات. يتم تحويل جزء صغير من هذه الطاقة الكيميائية مباشرة إلى حرارة أثناء تكسير المركبات في عملية التنفس الخلوي للنباتات. ويتم تحويل معظم الطاقة الكيميائية المخزنة في النباتات إلى أشكال مختلفة من خلال مجموعة متنوعة من المستهلكين، مثل الأبقار والأرانب والخيول والأغنام واليرقات والحشرات الأخرى التي تعيش على النباتات.

يتم تخزين جزء من الطاقة الكيميائية المخزنة بالعشب والطاقة الكيميائية في الشحوم أو البروتين في المستهلكين الذين يتغذون على العشب. وتكون هذه الطاقة متاحة للمستهلكين الذين يتغذون على المخلوقات في المراتب العليا في السلسلة الغذائية، حيث يتم تحويل معظم الطاقة الكيميائية إلى أشكال أخرى مثل الطاقة، ولا تبقى في النظام البيئي.

خطوات انتقال الطاقة بين كائنات بالبيئة

• يمكن للطاقة أن تنتقل في السلسلة الغذائية وتنتقل من كائن حي إلى آخر، حيث تحصل الثدييات على طاقتها من الغذاء سواء من خلال تناول حيوانات أو نباتات، وتحصل النباتات على طاقتها من خلال العملية الضوئية.
• تتم تحريك الطاقة بين الكائنات الحية عن طريق سلاسل الغذاء، حيث تبدأ هذه السلاسل من المنتجين وتأكلها المستهلكون الأوليون، الذين بدورهم يتغذون على المستهلكين الثانويين.
• يتم أكلها من قبل المستهلكين من المرتبة الثالثة، وخلال يوم طويل من الطعام يمكن للمستهلكين الرباعيين أن يتغذوا، ويعرف كل مرحلة من مراحل السلسلة الغذائية بالمستوى الغذائي.
• عندما تتداخل سلاسل الغذاء معًا، فإنها تشكل شبكة غذائية.
• يتم استيعاب الطاقة في الشبكة الغذائية وتوزيعها بين الكائنات الحية، فتحصل النباتات على طاقتها من الشمس من خلال العملية الضوئية، ثم يتم نقل هذه الطاقة من كائن حي إلى آخر داخل السلسلة الغذائية.
• يُعرف الكائن الحي الذي يحصل على طاقته من أشعة الشمس المنتجة باسم المنتج الضوئي، وغالبًا ما تكون هذه الكائنات نباتات، ولكن في بعض الأحيان قد تكون بكتيريا.
• رغم أن المنتجين هم من يقدمون الطاقة إلى سلسلة الغذاء من خلال الشمس، إلا أن المستهلكين هم العنصر الأساسي في سلسلة الغذاء، ويمكن أن تكون هذه الحيوانات المفترسة والطفيليات جزءًا من السلسلة الغذائية

انتقال الطاقة بالنظام البيئي من الخنفساء للضفدع

وتعتمد هذه العملية على آلية الانتقال، حيث يتغذى الضفدع المعورف على الحشرات ولحوم الحيوانات الأضعف منه داخل البيئة التي يعيش فيها، وتشمل الفريسة الأساسية له الخنافس، وذلك لأن الخنافس تعد فريسة سهلة للضفادع، وتمنحهم الطاقة اللازمة، وبطريقة مشابهة، يصبح الضفدع فريسة لحيوانات أقوى منه، وتسمى هذه العملية بالسلسلة الغذائية.

كيف تكتسب الكائنات الحية الطاقة بشبكة الغذاء

يجب علينا فهم أن الكائنات الحية تحصل على الطاقة وتنقلها بينها من خلال شبكات الغذاء وسلاسل الغذاء التي تتكون منها. تظهر شبكات الغذاء كيف يتدفق الطاقة مباشرة من خلال النظم البيئية، وتظهر كفاءة الكائنات الحية في الحصول على الطاقة واستخدامها ومدى استفادتها منها عن طريق الكائنات الحية الأخرى داخل شبكة الغذاء. يتم الحصول على الطاقة من الكائنات الحية بثلاث طرق: التمثيل الضوئي، والتركيب الكيميائي، واستهلاك وهضم الكائنات الحية المختلفة أو السابقة من قبل كائنات أخرى غيرها.

تتجمع الكائنات بواسطة التمثيل الضوئي والتركيب الكيميائي في مجموعة تعرف بـ autotrophs، وهي الكائنات الحية التي يمكنها تصنيع الطعام بشكل أكثر تحديدا، وهي قادرة على استخدام الكربون غير العضوي كمصدر للكربون. تستخدم autotrophs التمثيل الضوئي (phototrophs) من أشعة الشمس كمصدر للطاقة، في حين يستخدم autotrophs التغذية الكيميائية (chemoautotrophs) جزيئات غير عضوية كمصدر للطاقة. تلعب الأوتوتروفات دورا هاما في عملية الإنتاج وهي ضرورية لجميع النظم البيئية. بدون هذه الكائنات، لن تكون الطاقة متاحة للكائنات الحية الأخرى ولن تكون الحياة ممكنة.

الكيموتروفات هي بكتيريا توجد في النظم البيئية الخاصة حيث لا يوجد ضوء الشمس، مثل تلك الموجودة في الكهوف المظلمة أو الينابيع الحرارية في أعماق المحيطات. تستخدم الكيموتروفات العديد من المواد الكيميائية المتاحة في الينابيع الحرارية المائية مثل كبريتيد الهيدروجين (H2S)، التي تفرزها هذه الينابيع، كمصدر للطاقة الكيميائية. يوفر ذلك الكيموتروفات مصدرا ذاتيا للطاقة من أجل توليد الجزيئات العضوية المعقدة مثل الجلوكوز، وبالتالي تزويد النظام البيئي بالطاقة.

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.

يُعد القانون الثاني للديناميكا الحرارية قانون المحافظة على الطاقة، والذي يؤكد أن الطاقة يمكن تحويلها من مصدر إلى آخر ولكن لا يتم تكوينها أو تدميرها، وعند حدوث زيادة أو نقص في الطاقة الداخلية (E) للنظام، يتم القيام بعمل (W)، وتتغير الحرارة (Q).