همه چیز درباره هرم انرژی و جزئیات آن در اکولوژی

نکات مهمی که در مورد هرم انرژی و اجزای آن باید بدانید 

هرم انرژی بیانگر این است که چگونه انرژی متابولیک هنگامی که موجودهای زنده، موجودات دیگر را در یک اکوسیستم می خورند، انتقال داده می شود. هرم ها شامل قسمت های مختلفی است که بیانگر ترازهای مختلف غذایی هستند. انرژی از قسمت پایین شروع می شود و سپس به کل ترازهای غذایی می رسد. این جریان انرژی برای سالم نگه داشتن اکوسیستم بسیار مهم است.

بسیاری از افراد شبکه های غذایی را به عنوان این که " چه کسی در حال خوردن چه کسی است " می بینند اما این تئوری ، توضیح واضحی از تولیدات بیولوژیکی ندارد. زنجیره های غذایی نسبتاً مدل های پیچیده ای از جریان انرژی هستند.

برای توضیح بهترین مدل ها از تصاویر گرافیکی به نام هرم انرژی یا هرم اکولوژیکال استفاده می کنند. این هرم نشان می دهد که چگونه انرژی متابولیک هنگام خوردن موجودات زنده توسط یکدیگر در اکوسیستم انتقال داده می شود.

هرم انرژی چیست؟

چنانچه در پلاس وی میخوانید هرم انرژی نشان دهنده میزان انرژی متمرکز در یک توده زیستی جدید در تراز غذای جداگانه در اکوسیستم است. این هرم شامل قسمت های مختلفی است که هر کدام نشان دهنده تراز غذایی متفاوت هستند. این قسمت ها بر اساس این که "چه کسی به کس دیگر غذا می دهد " منظم شده اند. همه قسمت ها ارتفاع یکسان دارند اما پهنای آن ها بر اساس تعداد اجزای اندازه گیری شده متفاوت است.

هرم انرژی برای کیفیت بخشی به انتقال انرژی از یک موجود به موجود دیگر از طریق زنجیره غذایی استفاده می شود . انرژی به عنوان پهنای این هرم زمانی که به تراز های غذایی مختلف می رود ، از قسمت پایین به بالای هرم کم کم کاهش پیدا می کند. 

این انرژی از کجا می آید ؟

انرژی از خورشید وارد سیاره ما می شود. تولید کنندگان یا همان گیاهان در پایه هرم از نور خورشید برای تولید انرژی متابولیک از طریق فتوسنتز استفاده می کنند. بیشتر امواج خورشیدی دوباره به فضا بر می گردند و به گرما تبدیل می شوند. فقط یک الی دو درصد از امواج خورشیدی توسط فرایند های فتوسنتزی جذب می شوند و وارد غذا می گردند.

هرم انرژی در اکولوژی و اکوسیستم

تقریباً 90 درصد از انرژی تولید شده از فتوسنتز متابولیسم خود گیاهان استفاده می شود. انرژی باقی مانده در بافت ها ذخیره می شود و بنابراین زمانی که مصرف کنندگان اولیه گیاهان را می خورند ، فقط 10 درصد از انرژی به آن ها منتقل می گردد. از این ده درصدی که مصرف کنندگان می خورند، تقریبا 90 درصد در متابولیسم آن ها استفاده می شود و فقط 10 درصد در بافت آن ها ذخیره می شود که توسط مصرف کنندگان ثانویه خورده می شود.

این سیکل در طول هرم ادامه پیدا می کند و هر مصرف کننده زیر مجموعه فقط 10 درصد از انرژی تراز قبلی را دریافت می کند.

شکارچی هایی که در نوک هرم قرار دارند ، کم تر از 0.01 درصد انرژی اصلی خورشید را دریافت می کنند. تجزیه کنندگانی مانند قارچ، باکتری و کرم فقط مقدار کمی از انرژی باقی مانده در بافت گیاهان و حیوانات مرده را مصرف می کنند که به آن قانون 10 درصد در اکولوژی گفته می شود.

این قانون به این معناست زمانی که انرژی از یک تراز غذایی به تراز بعدی در اکوسیستم انتقال داده می شود، فقط 10 درصد از انرژی عبور می کند.

جریان انرژی برای سالم نگه داشتن اکوسیستم بسیار حائز اهمیت است و هر چقدر که انرژی در تراز های پایینی بیشتر باشد، در نتیجه موجودات انرژی بیشتری را در هر انتقال می دهند. این انرژی معمولا از طریق کالری ها در هر مترمربع در سال یا هر گرم در متر مربع در سال اندازه گیری می شوند.

4 سطح از هرم انرژی

تراز های مختلفی در اکوسیستم های متفاوت وجود دارد که چنانچه در پلاس وی گفته ایم 4 سطح اصلی از هرم انرژی در این قسمت لیست شده است که نشان می دهد چگونه انرژی در یک اکوسیستم سالم جریان پیدا می کند. 

سطح 1:تولید کنندگان

موجودات غذاساز تولید کنندگانی در یک زنجیره غذایی هستند. آن ها غذای خود را از طریق استفاده از انرژی طبیعی تولید می کنند. بهترین نمونه این تولید کنندگان اولیه ، گیاهان روی زمین و جلبک در آب است. جلبک و گیاهان به جای اینکه موجودات دیگر را بخورند، از خاک و اقیانوس استفاده می کنند تا غذای خود را از طریق فتوسنتز تولید کنند اما در مورد نواحی از زمین چطور که هیچ گونه نور خورشیدی وجود ندارد ؟ مثل عمق دریا.

در این قسمت تولیدکنندگانی وجود دارند که غذای خود را از طریق فرآیند های مختلفی به نام کموسنتز تولید می کنند که از متان به عنوان منبع انرژی به جای نور خورشید در فتوسنتز استفاده می نمایند. 

سطح 2:مصرف کنندگان اولیه

تراز دوم هرم انرژی شامل مصرف کنندگان هستند. این ها گونه ای هستند که نمی توانند غذای خود را تولید کنند و وابسته به موجودات دیگر برای زنده ماندن هستند . حیواناتی مثل زرافه و بوفالو مصرف کنندگان اولیه محسوب می شوند.

آن ها فقط تولیدکنندگانی مثل گیاهان، باکتری و جلبک را می خورند. مصرف کنندگان اولیه بر اساس اکوسیستم خود متفاوت هستند. بعضی از این گونه های ملخ ، گیاهان جنگلی را مصرف می کنند. آن ها همچنین سایز مختلفی دارند که سایزشان ممکن است به اندازه ریزترین جانوران دریا و یا بزرگترین فیل ها باشد.

سطح 3:مصرف کنندگان ثانویه

مصرف کنندگان ثانویه گوشت خواران یا همه چیز خوار ها هستند که مصرف کنندگان اولیه را می خورند. گوشتخواران حیواناتی هستند که حیوانات دیگر را می خورند.

همه چیزخوار ها را موجوداتی هستند که هم گیاه و حیوان می خورند. مثلاً انسان ها همه چیز خوار هستند و تولیدکنندگانی مثل گیاه را در کنار مصرف کنندگانی مثل حیوانات می خورند.

مار، موش و دارکوب همگی نمونه هایی از مصرف کنندگان ثانویه هستند. موش زمینی هم حیوان می خورد و هم گیاه و نمی تواند به عنوان مصرف کننده اولیه و ثانویه محسوب شود  همچنین توسط دیگر مصرف کنندگان ثانویه همانند مار خورده می شود. 

سطح 4:مصرف کنندگان ثالث

مصرف کنندگان ثالث آن هایی هستند که گوشت خواران دیگر را می خورند . آن ها هم مصرف کنندگان ثانویه و هم اولیه را به عنوان منبع اصلی غذا استفاده می کنند.

عقاب طلایی یک نمونه بارز از مصرف کننده ثالث است زیرا روباه را می خورد که به تراز سوم غذایی در هرم انرژی مرتبط است . انسان ها نیز طیف وسیعی از رژیم های غذایی را دارند و مواد غذایی را از هر تراز غذایی دریافت می کنند . همچنین می توانند در سطح دو سه یا چهار وجود داشته باشند.

اگر افراد گیاه خواری را انتخاب کنند ، در تراز مصرف کنندگان اولیه قرار می گیرند و با خوردن غذاهایی مثل مرغ به مصرف کنندگان ثانویه تبدیل می شوند. اگر چه اگر آن مرد از حشره ها استفاده کند، انسان ها جزء مصرف کنندگان ثالث به حساب می آیند.  

موجودات نوک هرم

هر موجود در نوک هرم ، همچنین در بالاترین نقطه انرژی قرار دارد. نقش آن ها در نگه داشتن جمعیت موجودات زنده در قلمرو خود بسیار حائز اهمیت است . نهنگ ، شیر، ببر ، خرس قطبی و کروکودیل نمونه های بارزی از این موجودات هستند. 

نمونه واقعی از هرم انرژی

بیایید نگاهی به هرم انرژی واقعی سیلور اسپرینگ در فلوریدا بیاندازیم. آن ها جریان انرژی را از کیلوکالری در همه منابع در سال اندازه گیری می کنند. تولید کنندگان 20810 کیلوکالری دارند همان طور که در عکس می بینید ، درختان انرژی آن ها را از نور خورشید دریافت می کنند.

تیم تحقیقاتی روی انرژی 3368 کیلوکالری مطالعه کرده است که به سطح بعدی می رسد و برای مصرف کنندگان اولیه است. به این معنی که تقریباً 16 درصد از انرژی به سطح بعدی می رسد. 

مصرف کنندگان ثانویه و ثالث هم به طور مشابه 383 و 21 کیلو کالری دریافت می کنند. به این معنا که مصرف کنندگان ثانویه 11.3 درصد از انرژی را از سطح قبلی می گیرند. در حالی که مصرف کنندگان ثالث، 5.4 درصد از انرژی را از مصرف کنندگان ثانویه می گیرند و علاوه بر آن، طبقه تجزیه کنندگان هم وجود دارند که تقریباً 5060 کیلو کالری انرژی دریافت می کنند. یافته ها به طور کلی نشان می دهد که بهره وری اکولوژیکال تقریباً بین 5 الی 20 درصد است و بستگی به میزان بهره وری اکوسیستم دارد.

راه های دیگر اندازه گیری انرژی

راه های دیگر تجزیه تحلیل اکوسیستم زیست توده است. به همین دلیل است که از هرم زیست توده استفاده می کنیم که کمیت زیست توده موجود در هر تراز را از اکوسیستم در یک زمان مشخص نشان می دهد. 

هرم زیست توده

زیست توده بیان گر میزان کلی ماده ارگانیک و زنده در یک اکوسیستم است. این انرژی معمولاً با کالری در هر مترمربع و گرم در هر متر مربع اندازه گیری می شود.

هرم های زیست توده لزوماً به سمت بالا نیستند. مثلا از تولید کنندگان در اکوسیستم هایی مثل دریاچه پایین تر از مصرف کنندگانی مثل ماهی ها و حشره هستند. زیرا عمر کوتاهی دارند اما تولید آنها بسیار سریع است.

یکی از راه های تجزیه و تحلیل کردن اکوسیستم، تعداد هرم هاست. این تعداد نشان دهنده تعداد موجودات به صورت جداگانه از طریق زیست توده یا سایز موجود در هر تراز غذایی است.