טרנספורמציות אנרגיה במערכות אקולוגיות

תוֹכֶן

• טרנספורמציית אנרגיה במערכות אקולוגיות מתחילה בפוטוסינתזה
• מפרקים
• זרימת אנרגיה בדוגמאות של המערכת האקולוגית
• עקרונות זרימת האנרגיה

צמחים מקבלים את אנרגיית השמש ומשתמשים בה כדי להמיר תרכובות אורגניות לתרכובות אורגניות עשירות. באופן ספציפי הם הופכים אור שמש ופחמן דו חמצני לגלוקוז וחמצן. לכן פעילויות ביולוגיות במערכת אקולוגית דורשות אנרגיה מהשמש.

האנרגיה הסולארית שהתקבלה עוברת טרנספורמציה אנרגטית במערכות אקולוגיות לאנרגיה כימית, הנקשרת בצורת גלוקוזה כאנרגיה פוטנציאלית במהלך תהליך הפוטוסינתזה. אנרגיה זו זורמת אז במערכת האקולוגית דרך שרשרת המזון ותהליך שנקרא זרימת אנרגיה.

טרנספורמציית אנרגיה במערכות אקולוגיות מתחילה בפוטוסינתזה

הפוטוסינתזה מציינת את תחילתה של שרשרת המרות אנרגיה במערכת אקולוגית, אותה ניתן לראות בדוגמאות רבות של שרשרת מזון. מספר בעלי חיים ניזונים ממוצרי הפוטוסינתזה, למשל כאשר עזים אוכלות שיחים, תולעים אוכלות עשב וחולדות אוכלות דגנים. כאשר בעלי חיים ניזונים ממוצרים צמחיים אלה, אנרגיית המזון ותרכובות אורגניות מועברות מהצמחים לבעלי החיים.

מרבית הדוגמאות לשרשרת המזון במערכות אקולוגיות יראו גם כי אותם בעלי חיים שאוכלים יצרנים נאכלים בתורם על ידי בעלי חיים אחרים, ומעבירים אנרגיה ותרכובות אורגניות מחיה אחת לאחרת. כמה דוגמאות למערכת האקולוגית לכך הן כאשר בני אדם אוכלים כבשים, כאשר ציפורים ניזונות מתולעים וכאריות אוכלים זברות. שרשרת הטרנספורמציה זו של אנרגיה ממין אחד למשנהו יכולה להימשך מספר מחזורים, אך בסופו של דבר היא מסתיימת כאשר בעלי החיים המתים מתפרקים והופכים לתזונה לפטריות, חיידקים ומפרקים אחרים.

מפרקים

פטריות וחיידקים הן דוגמאות לפירוקי טרנספורמציה באנרגיה במערכות אקולוגיות. הם אחראים על פירוק התרכובות האורגניות המורכבות לחומרים מזינים פשוטים. מפרקים חשובים במערכת האקולוגית מכיוון שהם מפרקים חומרים מתים שעדיין מכילים מקורות אנרגיה. ישנם סוגים שונים של אורגניזמים מפורקים, האחראים על החזרת חומרים מזינים פשוטים יותר לאדמה שישמשו את הצמחים - וכך ממשיך מחזור הפיכת האנרגיה.

זרימת אנרגיה בדוגמאות של המערכת האקולוגית

אנרגיה שנצברה על ידי היצרנים הראשיים מועברת דרך שרשרת המזון דרך רמות טרופיות שונות בתופעה הנקראת זרימת אנרגיה. מסלול זרימת האנרגיה עובר מיצרנים ראשוניים לצרכנים ראשוניים לצרכנים משניים ולבסוף למפרקים. רק כעשרה אחוזים מהאנרגיה הזמינה עוברים מרמה גביעית אחת לאחרת.

דוגמאות של מערכות אקולוגיות ודוגמאות לשרשרת מזון בתוך מערכות אקולוגיות מציגות מושג זה קצת יותר קל.

לדוגמה, במערכת אקולוגית של יער, עצים ועשבים הופכים אנרגיה סולארית לאנרגיה כימית. אנרגיה זו זורמת לצרכנים הראשיים של המערכת האקולוגית כמו חרקים ועשבוני עשב כמו צבי. צרכנים משניים כמו שועלים, זאבים וציפורים אוכלים ומקבלים אנרגיה מאותם אורגניזמים. כאשר מישהו מאותם אורגניזמים מת, פטריות, תולעים ומפרקים אחרים מפרקים אותם כדי לקבל אנרגיה וחומרים מזינים.

עקרונות זרימת האנרגיה

זרימת אנרגיה דרך שרשרת מזון מתרחשת כתוצאה משני חוקים של תרמודינמיקה, המוחלים על המערכת האקולוגית.

החוק הראשון של התרמודינמיקה קובע כי תהליכים הכרוכים בטרנספורמציית אנרגיה לא יתרחשו באופן ספונטני אלא אם כן תהיה השפלה של אנרגיה מצורה לא אקראית לצורה אקראית. חוק זה מחייב שבמערכת אקולוגית כל העברת אנרגיה צריכה להיות מלווה בפיזור אנרגיה לנשימה או לחום שאינו זמין. במילים פשוטות: העברת אנרגיה בין רמות טרופי גורמת גם לאובדן אנרגיה דרך חום.

החוק השני של התרמודינמיקה הוא חוק שימור האנרגיה, הקובע כי אנרגיה עשויה להפוך ממקור אחד למשנהו אך אינה נוצרת ואינה מושמדת. אם מתרחשת עלייה או ירידה באנרגיה הפנימית (E) של מערכת אקולוגית, העבודה (W) נעשית והחום (Q) משתנה.