انتقال الطاقة في النظام البيئي

1-2 انتقال الطاقة في النظام البيئي

Flow of Energy in Ecosystem

الأهداف

• تصف انتقال الطاقة في نظام بيئي ما.
• تحدد مصدر الطاقة للمنتجات التي تعتمد على البناء الضوئي في تغذيتها.
• تصف السلاسل الغذائية، والشبكات الغذائية، والهرم الغذائي.

مراجعة المفردات

الطاقة: القدرة على التغيير، فالطاقة لا تفنى ولا تستحدث إلا بمشيئة الله، بل تتحول من شكل إلى آخر.

الذاتي التغذي: المخلوق الحي الذي يصنع غذاءه بنفسه.

غير الذاتي التغذي: المخلوق الحي الذي يعتمد على المخلوقات الأخرى في غذائه.

المفردات الجديدة

أكل الأعشاب
أكل اللحوم
المخلوقات القارتة
المخلوقات الكانسة
المحللات
المستوى الغذائي
السلسلة الغذائية
الشبكة الغذائية
الكتلة الحيوية

الفكرة الرئيسة

تحصل المخلوقات الحية الذاتية التغذي على الطاقة، فتوفرها لكل أفراد الشبكة الغذائية.

الربط مع الحياة

عندما تأكل قطعة من الخبز فإنك تزود جسمك بالطاقة. قد تندهش عندما تعلم أن الشمس هي المصدر الأساسي للطاقة في جسمك، فكيف تدخل الطاقة الشمسية في طعامك؟

الطاقة في النظام البيئي

Energy in Ecosystem

من طرائق دراسة التفاعل بين المخلوقات الحية في النظام البيئي تتبع انتقال الطاقة خلال هذا النظام.

تختلف المخلوقات الحية في طريقة حصولها على الطاقة؛ لهذا فهي تصنف إلى ذاتية التغذي أو غير ذاتية التغذي، بناءً على طريقة حصولها على الطاقة في النظام البيئي.

الذاتية التغذي Autotrophs

النباتات الخضراء جميعها والمخلوقات الحية الأخرى التي تنتج غذاءها بنفسها هي منتجات أولية تسمى ذاتية التغذي.

والمخلوق الحي الذاتي التغذي autotroph هو الذي مكنه الله سبحانه وتعالى من الحصول على الطاقة من ضوء الشمس أو من المواد غير العضوية لينتج غذاءه.

فالمخلوقات الحية التي تحوي الكلوروفيل تمتص الطاقة في أثناء عملية البناء الضوئي، وتستخدمها في تحويل ثاني أكسيد الكربون والماء، وهما مادتان غير عضويتين، إلى جزيئات عضوية.

وفي الأماكن التي لا يتوافر فيها ضوء الشمس، تستخدم بعض البكتيريا كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون لبناء جزيئات عضوية تستخدمها بوصفها غذاء.

وتعد المخلوقات الحية الذاتية التغذي أساسًا لكل الأنظمة البيئية؛ لأنها توفر الطاقة لكل المخلوقات الحية الأخرى في النظام البيئي.

غير الذاتية التغذي Heterotrophs

المخلوق الحي الذي يحصل على احتياجاته من الطاقة بالتهام مخلوقات حية أخرى يسمى غير ذاتي التغذي heterotroph.

والمخلوقات الحية غير الذاتية التغذي تسمى أيضًا المستهلكات.

والمخلوق الحي غير الذاتي التغذي الذي يتغذى على النباتات يسمى آكل الأعشاب herbivore، كالبقرة والأرنب والجراد.

---

أما المخلوقات غير الذاتية التغذي التي تفترس مخلوقات حية أخرى غير ذاتية التغذي، ومنها الأسود والوشق المبين في الشكل 1-12، فتسمى آكلات اللحوم carnivores.

وبالإضافة إلى آكلات الأعشاب وآكلات اللحوم، هناك مخلوقات حية أخرى تتغذى على النباتات والحيوانات تسمى المخلوقات القارتة omnivores.

ومن أهم القوارت الإنسان، ومن أمثلة القوارت في الحيوانات: الغراب والدب والراكون والفأر والقرد.

الشكل 1-12

هذا الوشق غير ذاتي التغذي، وهو على وشك أن يلتهم مخلوقًا آخر غير ذاتي التغذي.

حدد: التصنيف الإضافي لكل من هذين المخلوقين.

اسم الصورة المستخرجة:
`01_الوشق_آكل_اللحوم.jpg`

المخلوقات الكانسة

أما المخلوقات الكانسة detritivores فهي مخلوقات حية تتغذى على أجزاء من المواد الميتة في النظام البيئي، فتعيد بذلك المواد المغذية إلى التربة أو الهواء أو الماء، لتستخدمها المخلوقات الحية الأخرى مرة ثانية.

وتضم المخلوقات الكانسة الضباع وبعض الديدان والحشرات كالذباب، والعديد من الحشرات المائية التي تعيش في قاع جدول مائي؛ حيث تتغذى على قطع صغيرة من النباتات والحيوانات الميتة.

المحللات

أما المحللات decomposers فمثلها مثل الحيوانات الكانسة، تحلل المخلوقات الميتة عن طريق إفراز إنزيمات هاضمة.

وتعد الفطريات في الشكل 1-13 وبعض أنواع البكتيريا من المحللات.

تقوم المخلوقات الحية غير الذاتية التغذي جميعها، ومنها الكانسات، بتحليل جزء من المواد المغذية عندما تتغذى على مخلوقات حية أخرى، وتحلل أجسامها إلى مركبات عضوية.

وتقوم المحللات بتحليل المركبات العضوية لتوفر المواد المغذية للمنتجات من أجل إعادة استخدامها.

وبدون المحللات والكانسات يمتلئ الغلاف الحيوي بالمخلوقات الميتة التي تحوي أجسامها مواد مغذية لن تكون متاحة للمخلوقات الحية الأخرى.

وتشكل الكانسات جزءًا مهمًّا من دورة الحياة؛ لأنها توفر المواد المغذية لكل المخلوقات الحية الأخرى.

الشكل 1-13

يحصل هذا الفطر على غذائه وطاقته من جذع الشجرة الميتة. وتعد الفطريات محللات تدور المواد المغذية الموجودة في المخلوقات الميتة.

اشرح: أهمية المحللات في النظام البيئي.

اسم الصورة المستخرجة:
`02_الفطريات_من_المحللات.jpg`

---

نماذج انتقال الطاقة

Models of Energy Flow

يستخدم علماء البيئة السلاسل والشبكات الغذائية لعمل نماذج لانتقال الطاقة في نظام بيئي ما.

ومثل أي نموذج، تعد هذه السلاسل والشبكات الغذائية تمثيلًا مبسطًا لانتقال الطاقة.

كل خطوة في السلسلة أو الشبكة الغذائية يطلق عليها مستوى غذائي trophic level.

وتشكل المخلوقات الحية الذاتية التغذي المستوى الغذائي الأول في الأنظمة البيئية جميعها، أما المخلوقات الحية غير الذاتية التغذي فتشكل المستويات الأخرى.

وما عدا المستوى الغذائي الأول، تحصل المخلوقات الحية في كل مستوى غذائي على طاقتها من المستوى الغذائي الذي يسبقه.

السلاسل الغذائية

Food chains

السلسلة الغذائية food chain نموذج بسيط يمثل كيف تنتقل الطاقة ضمن النظام البيئي.

ويبين الشكل 1-14 سلسلة غذائية نموذجية في حقل أعشاب؛ حيث تمثل الأسهم انتقال الطاقة في اتجاه واحد يبدأ من الذاتية التغذي وينتقل إلى غير الذاتية التغذي.

تستخدم الزهرة طاقة الشمس لصنع غذائها، ويحصل الجراد على طاقته بالتغذي على الزهرة، ويستمد الفأر طاقته من أكل الجراد، وأخيرًا تستمد الأفعى طاقتها من تغذيها على الفأر.

ويستخدم كل مخلوق حي جزءًا من الطاقة التي يحصل عليها من المخلوق الذي تغذى عليه في العمليات الحيوية الخلوية، ولبناء خلايا وأنسجة جديدة.

وتتحرر الطاقة المتبقية إلى البيئة المحيطة لتصبح غير متاحة للمخلوقات الحية ضمن السلسلة الغذائية.

الشكل 1-14

السلسلة الغذائية نموذج بسيط يمثل انتقال الطاقة من مخلوق حي إلى آخر.

تسلسل السلسلة الغذائية:

نبات منتج ← الجراد آكل أعشاب ← فأر مخلوق قارت ← أفعى آكل لحوم.

اسم الصورة المستخرجة:
`03_سلسلة_غذائية_انتقال_الطاقة.jpg`

تجربة 1-1

صمم شبكة غذائية

كيف تنتقل الطاقة من مخلوق حي إلى آخر في نظام بيئي ما؟

تبين السلسلة الغذائية مسارًا واحدًا فقط لانتقال الطاقة في النظام البيئي، أما الشبكة الغذائية فتبين العلاقات المتداخلة التي تظهر في السلاسل الغذائية.

خطوات العمل

• املأ بطاقة السلامة في دليل التجارب العملية على منصة عين الإثرائية.
• استخدم المعلومات الآتية لبناء شبكة غذائية في نظام بيئي لإحدى المناطق:

• تتغذى الثعالب الحمراء على الراكون والروبيان والجراد والبرسيم الأحمر والخلد والسنجاب الرمادي.
• البرسيم الأحمر يأكله الجراد وجرذ المسك والثعلب الأحمر والخلد.
• الخلد والسنجاب الرمادي والراكون تتغذى جميعها على أجزاء من شجر البلوط.
• يتغذى الروبيان على الطحالب الخضراء والكانسات، ويكون غذاءً لجرذ المسك والثعلب الأحمر.
• يتغذى الراكون على جرذ المسك والخلد والسنجاب الرمادي والبلوط.

التحليل

• حدد جميع آكلات الأعشاب وآكلات اللحوم والمخلوقات القارتة والكانسة في الشبكة الغذائية.
• صف كيف يمكن أن يتأثر جرذ المسك إذا قضت الأمراض على شجر البلوط.

---

الشبكات الغذائية

Food webs

علاقات التغذي أكثر تعقيدًا من السلسلة الغذائية المفردة؛ لأن معظم المخلوقات الحية تتغذى على أكثر من نوع من المخلوقات.

فالطيور مثلًا تتغذى على البذور والثمار والحشرات المتنوعة.

والنموذج الأكثر استعمالًا لتمثيل العلاقات الغذائية في النظام البيئي هو الشبكة الغذائية food web.

وهي نموذج يمثل السلاسل الغذائية المتداخلة المتنوعة، والمسارات التي تنتقل فيها الطاقة خلال مجموعة من المخلوقات الحية.

ويبين الشكل 1-15 شبكة غذائية توضح العلاقات الغذائية في مجتمع صحراوي.

الشكل 1-15

الشبكة الغذائية نموذج للطرائق المتعددة التي تنتقل فيها الطاقة بواسطة المخلوقات الحية.

وتشمل المخلوقات الظاهرة في الشبكة الغذائية:

نبات الصبار
وعل
طائر السلوى
سلحفاة
الأفعى ذات الأجراس
علجوم
طائر الجواب
ذئب
غراب
جربوع
نمل
سحلية
ابن عرس

اسم الصورة المستخرجة:
`04_الشبكة_الغذائية_في_المجتمع_الصحراوي.jpg`

---

الهرم البيئي

Ecological Pyramid

يستخدم علماء البيئة نموذجًا آخر لتوضيح انتقال الطاقة خلال النظام البيئي، هو الهرم البيئي.

وهو مخطط يمكن أن يوضح الكميات النسبية من الطاقة والكتلة الحيوية وأعداد المخلوقات الحية في كل مستوى غذائي في النظام البيئي.

الشكل 1-16

الهرم البيئي نموذج يستخدم لتمثيل المستويات الغذائية في النظام البيئي.

هرم الطاقة

يمثل كل مستوى من مستويات هرم الطاقة كمية الطاقة المتوافرة فيه.

ويحدث فقد في الطاقة مقداره 90% كلما انتقلنا نحو الأعلى.

مستويات هرم الطاقة

• 100% منتجات أولية.
• 10% مستهلكات أولية.
• 1% مستهلكات ثانوية.
• 0.1% مستهلكات المستوى الثالث.

ويحدث فقد في الطاقة على شكل حرارة.

وتتغذى الطفيليات والمحللات في كل مستوى.

اسم الصورة المستخرجة:
`05_هرم_الطاقة.jpg`

هرم الكتلة الحيوية

في هرم الكتلة الحيوية يمثل كل مستوى كمية الكتلة الحيوية التي يستهلكها المستوى الذي فوقه.

المستويات الظاهرة

• 809 g/m² منتجات أولية.
• 37 g/m² مستهلكات أولية.
• 11 g/m² مستهلكات ثانوية.
• 1.5 g/m² مستهلكات المستوى الثالث.

وتتناقص الكتلة الحيوية المتوافرة كلما اتجهنا نحو قمة الهرم.

اسم الصورة المستخرجة:
`06_هرم_الكتلة_الحيوية.jpg`

هرم الأعداد

في هرم الأعداد يمثل كل مستوى أعداد المخلوقات الحية التي يستهلكها المستوى الذي فوقه.

المستويات الظاهرة

• 1,500,000 منتجات أولية.
• 200,000 مستهلكات أولية.
• 90,000 مستهلكات ثانوية.
• مستهلكات المستوى الثالث.

ويقل حجم الجماعة الحيوية كلما اتجهنا نحو قمة الهرم.

اسم الصورة المستخرجة:
`07_هرم_الأعداد.jpg`

---

يبين هرم الطاقة في الشكل 1-16 أن 90% تقريبًا من الطاقة الكلية في مستوى غذائي لا تنتقل إلى المستوى الغذائي الذي يليه.

ويحدث ذلك لأن معظم الطاقة الموجودة في المخلوقات الحية في كل مستوى تستهلك في العمليات الحيوية الخلوية، أو تنطلق إلى البيئة المحيطة في صورة حرارة.

وتتناقص عادة كمية الكتلة الحيوية biomass، وهي الكتلة الإجمالية للمادة الحيوية عند كل مستوى غذائي، في كل مستوى غذائي.

وكما يوضح هرم الأعداد، فإن العدد النسبي للمخلوقات عند كل مستوى غذائي يتناقص أيضًا؛ لأن الطاقة المتوافرة لدعم نمو المخلوقات الحية تقل.