مسار انتقال الطاقة في المواد الغذائية

كيف تكتسب الكائنات الحية الطاقة من الغذاء

تحتاج جميع الكائنات الحية إلى الطاقة لتنفيذ العمليات الحيوية المعقدة والتي تشكل حياتها، فلا يمكن للكائنات الحية أن تفكك البروتينات والدهون والأحماض النووية والكربوهيدرات إلى وحداتها الفردية دون توفر مصدر ثابت للطاقة.

من الضروري فهم كيفية اكتساب الكائنات الحية للطاقة وانتقالها في النظام البيئي، حيث تنتقل الطاقة من كائن حي إلى آخر من خلال شبكات الغذاء وسلاسل الغذاء. توضح شبكات الغذاء تدفق الطاقة مباشرة عبر النظم البيئية، وتشمل كفاءة الكائنات الحية في اكتساب الطاقة واستخدامها، والكمية المتبقية للاستخدام من قبل كائنات حية أخرى في الشبكة الغذائية. يتم الحصول على الطاقة في الكائنات الحية عبر ثلاث طرق: التمثيل الضوئي، والتركيب الكيميائي، واستهلاك وهضم الكائنات الحية الأخرى أو الكائنات الحية السابقة من قبل كائنات أخرى غير نباتية.

تتمثل كائنات التمثيل الضوئي والتخليق الكيميائي في فئة تعرف باسم الذاتية الغذائية (autotrophs)، وهي الكائنات الحية القادرة على تصنيع طعامها بشكل أكثر تحديدًا، وقادرة على استخدام الكربون غير العضوي كمصدر للكربون.

تستخدم الكائنات الحية المجهرية الأوتوتروفية التمثيل الضوئي بشمسه كمصدر للطاقة، في حين تستخدم الأوتوتروفية التخليقية الكيميائية جزيئات غير عضوية كمصدر للطاقة.

تعمل الكائنات الأتوتروفية كمنتجات وهي ضرورية لجميع النظم البيئية، وبدون وجود هذه الكائنات، لن تكون الطاقة متاحة للكائنات الحية الأخرى ولن تكون الحياة نفسها ممكنة.

تعمل العناصر الغذائية الضوئية ، مثل النباتات والطحالب والبكتيريا الضوئية ، كمصدر للطاقة لمعظم النظم البيئية في العالم، غالبًا ما توصف هذه النظم البيئية برعي شبكات الغذاء، تسخر Photoautotrophs الطاقة الشمسية للشمس عن طريق تحويلها إلى طاقة كيميائية في شكل ATP و NADP، تُستخدم الطاقة المخزنة في ATP لتجميع الجزيئات العضوية المعقدة ، مثل الجلوكوز.

الكائنات الكيميائية الذاتية الاستقلالية هي في الأساس بكتيريا توجد في النظم البيئية النادرة حيث لا يتوفر ضوء الشمس ، مثل تلك المرتبطة بالكهوف المظلمة أو الفتحات الحرارية المائية في قاع المحيط، العديد من الكائنات الكيميائية الذاتية الاستقلالية في الفتحات الحرارية المائية تستخدم كبريتيد الهيدروجين H 2 S، الذي ينبعث من المخارج، كمصدر للطاقة الكيميائية، وهذا يسمح للكائنات الكيميائية بتجميع الجزيئات العضوية المعقدة ، مثل الجلوكوز ، للحصول على طاقة خاصة بها، وبالتالي توفير الطاقة لبقية النظام البيئي، مثل الجمبري السباح ، وعدد قليل من الكركند القرفصاء ، ومئات من بلح البحر التي توجد في فتحة حرارية مائية في قاع المحيط، نظرا لعدم وصول أي ضوء شمسي إلى هذا العمق ، فإن النظام البيئي مدعوم بوجود بكتيريا كيميائية مغذية ومواد عضوية تغرق من سطح المحي.

كيفية تمرير الطاقة من كائن حي لأخر

يمكن نقل الطاقة داخل السلسلة الغذائية من كائن حي إلى آخر، وفي حين يحصل الثدييات على طاقتها من الطعام، سواء كان ذلك بأكل حيوانات أخرى أو نباتات، تحصل النباتات على طاقتها من عملية التمثيل الضوئي.

تتم عملية نقل الطاقة بين الكائنات الحية من خلال السلسلة الغذائية، حيث تبدأ سلاسل الغذاء من المنتجين ويتناولها المستهلكون الأساسيون الذين يتم تناولهم بدورهم من قبل المستهلكين الثانويين.

ثم يتم تناولها من قبل المستهلكين من الدرجة الثالثة، وفي يوم واحد من تناول الطعام يمكن للمستهلكين الرباعيين أن يتناولوا الطعام من مستوى الغذاء الثالث، ويُعرف كل مستوى في سلسلة الغذاء باسم مستوى غذائي، وعندما تترابط سلاسل الغذاء معًا، فإنها تشكل شبكة غذائية.

دخول الطاقة إلى شبكة الغذاء وتوزيعها بين الكائنات الحية

يقوم النبات بامتصاص الطاقة من الشمس خلال عملية التمثيل الضوئي، ثم يتم نقل هذه الطاقة من كائن حي إلى آخر في سلسلة الغذاء.

يُطلق على الكائن الحي الذي يستخدم طاقة الشمس كمصدر للطاقة باسم المنتج الضوئي، وغالبًا ما تكون هذه الكائنات الحية النباتات، لكن في بعض الحالات يمكن أن تكون البكتيريا.

على الرغم من أن المنتجين هم من يجلبون الطاقة إلى السلسلة الغذائية من الشمس، فإن المستهلكين هم الذين يشكلون غالبية السلسلة الغذائية، ويمكن أن تكون هذه الحيوانات المفترسة والطفيليات، وعندما يتناول المستهلك النباتات الأساسية، يتم تمرير 10٪ فقط من الطاقة.

سبب إنخفاض الطاقة المأخوذة

يمكن أن تكون الأسباب المختلفة للطاقة المنقولة بشكل غير كافي هي عدم تناول بعض الكائنات الحية، أو الهضم غير الكامل للكائنات الحية، أو فقدان الطاقة في عمليات الإخراج أو فقدان الطاقة على شكل حرارة.

ينتقل 20٪ من طاقة المستهلكين إلى مستهلكين آخرين، وذلك لأن الحيوانات أكثر كفاءة في نقل الطاقة من النباتات، ويفقد الكثير من الطاقة في الإخراج ويفقد البعض آخر في محاولة الحفاظ على درجة حرارة الجسم ثابتة.

عندما يتوفى المنتجون أو المستهلكون، يتم إطعامهم باستخدام المحللات، حيث تقوم هذه المحللات بتقسيم المواد المعقدة إلى مكونات بسيطة باستخدام الطاقة المحتواة فيها، وبهذه الطريقة يتم إطلاق المعادن والعناصر التي يحتاجها النباتات في شكل يمكنها امتصاصها.

سبب قتل بعض النباتات

في بعض الأحيان قد يتعين قتل بعض النباتات، ويمكن استخدام مبيدات الأعشاب لقتلها، ومع ذلك، يجب استخدامها بعناية لأنها قد تتسبب في تلف النباتات التي لا تريد قتلها.

إذا كنت ترغب في التخلص من الآفات، أي الكائنات الحية التي تتنافس مع البشر على الموارد والفضاء، يمكنك استخدام المبيدات الحشرية أو استخدام الضوابط البيولوجية.

المبيدات هي مواد كيميائية سامة للآفات، يمكنك أيضًا استخدام الضوابط البيولوجية للتخلص من الآفات، عادة ما تكون الكائنات الحية المستخدمة كمكافحة بيولوجية إما مفترسات أو طفيليات لكائن الآفات، مثال على هذا النوع من التحكم هو الدعسوقة التي تتغذى على حشرات المن، يمكن أن يتسبب المن في أضرار جسيمة للمحاصيل.

غالبًا ما تعمل الضوابط البيولوجية بشكل أبطأ من المبيدات الآفات، كما أنها يمكن أن تكون سيئة لأن الكائن الحي نفسه قد يصبح الآفة في الوقت المناسي.

لتحويل الطاقة في الحيوانات، يقوم العديد من المزارعين بتقييد الحركة للحد من فقد الطاقة، وعلى الجانب الآخر، يمكن تحويل هذه الطاقة إلى كتلة الجسم، كما يمكن الحفاظ على البيئة دافئة لتقليل فقدان الحرارة من الجسم .