انتقال الطاقة في النظام البيئي

يقوم انتقال الطاقة في النظام البيئي على حركة الطاقة من الشمس إلى المخلوقات الحية ذاتية التغذية التي تصنع غذاءها بنفسها، ثم تنتقل إلى المخلوقات غير ذاتية التغذية عبر مستويات غذائية مختلفة. تبدأ هذه الرحلة من المنتجات الأولية كالنباتات، وتنتهي بالمستهلكات والمحللات. لا تنتقل الطاقة كلها بين المستويات، بل يُفقد نحو $90\%$ منها في كل مستوى على شكل حرارة، بينما ينتقل فقط $10\%$ للمستوى التالي. مثال ذلك: عندما يتغذى الجراد على نبات زهرة الشمس، فإنه يحصل على طاقته، ثم يأتي الفأر ليأكل الجراد فينقل جزءاً قليلاً من هذه الطاقة إليه.

الفكرة الأساسية

تحصل المخلوقات الحية ذاتية التغذية على الطاقة، فتوفرها لكل أفراد الشبكة الغذائية. تبدأ الطاقة من الشمس أو من المواد غير العضوية، وتنتقل عبر مستويات غذائية متتالية في النظام البيئي من خلال سلاسل وشبكات وأهرام بيئية.

الشرح

انظر إلى طريقة حصول المخلوقات على غذائها: تصنف إلى ذاتية التغذية وغير ذاتية التغذية. ذاتية التغذية مثل النباتات والبكتيريا تصنع غذاءها بنفسها عبر البناء الضوئي أو استخدام مواد غير عضوية. أما غير ذاتية التغذية فتحصل على طاقتها بالتهام مخلوقات أخرى وتسمى المستهلكات. تنقسم هذه المستهلكات إلى أكلات أعشاب تأكل النباتات، وأكلات لحوم تفترس غيرها، ومخلوقات قارتة تتغذى على النباتات والحيوانات مثل الإنسان. إضافة إلى ذلك، هناك المخلوقات الكانسة التي تتغذى على أجزاء المواد الميتة لتعيد المواد المغذية للتربة، والمحللات مثل الفطريات والبكتيريا التي تحلل الأجسام الميتة إلى مركبات عضوية. لتمثيل انتقال هذه الطاقة، يستخدم العلماء السلسلة الغذائية التي تمثل مساراً واحداً، أو الشبكة الغذائية التي تمثل علاقات متداخلة أكثر تعقيداً. وعندما تنتقل الطاقة في هذه المستويات يوضح الأهرام البيئية (هرم الطاقة، هرم الكتلة الحيوية، هرم الأعداد) أن $90\%$ من الطاقة يفقد عند الانتقال إلى كل مستوى غذائي جديد على شكل حرارة، ولا ينتقل سوى $10\%$ فقط.

مثال محلول خطوة بخطوة

إذا كانت طاقة المنتجات الأولية في هرم الطاقة تساوي $100\%$ وقيمتها $1000\,J$ (جول)، فكم تبلغ الطاقة المتاحة لمستهلكات المستوى الثاني؟ الخطوة الأولى: حدد طاقة المستوى الأول (المنتجات الأولية) وتساوي $1000\,J$. الخطوة الثانية: احسب طاقة مستهلكات المستوى الأول (المستهلكات الأولية) بانتقال $10\%$ فقط من طاقة المستوى الذي يسبقه؛ إذن $10\% \times 1000 = 100\,J$. الخطوة الثالثة: احسب طاقة مستهلكات المستوى الثاني (المستهلكات الثانوية) بانتقال $10\%$ من طاقة المستوى السابق؛ إذن $10\% \times 100 = 10\,J$. النتيجة النهائية هي أن مستهلكات المستوى الثاني تحصل على $10\,J$ فقط.

أخطاء شائعة

• الاعتقاد بأن كل الطاقة التي يستهلكها المخلوق الحي تنتقل كاملاً إلى المخلوق الذي يليه في المستوى الغذائي التالي، والصواب أن $90\%$ منها يُفقد في العمليات الحيوية وعلى شكل حرارة.
• الخلط بين المخلوقات الكانسة والمحللات؛ فالكانسة تتغذى على أجزاء المواد الميتة مباشرة، بينما المحللات تفرز إنزيمات هاضمة لتحليل المركبات العضوية.

سؤالان للتدريب مع الإجابة

السؤال الأول: ما النسبة المئوية التقريبية للطاقة التي تفقد ولا تنتقل إلى المستويات الغذائية التي تليها في هرم الطاقة؟ الإجابة: يفقد نحو $90\%$ تقريباً من الطاقة الكلية. السؤال الثاني: لماذا يقل حجم الجماعة الحيوية وعدد المخلوقات كلما صعدنا إلى أعلى في هرم الأعداد؟ الإجابة: لأن الطاقة المتوفرة لدعم نمو المخلوقات الحية تقل وتتناقص كلما اتجهنا نحو الأعلى.