انتقال انرژی در طبیعت: سفر انرژی از یک تراز به تراز دیگر
ترازهای غذایی: طبقات یک هرم انرژی
یک اکوسیستم را میتوان به صورت یک هرم بزرگ تصور کرد که در آن موجودات زنده در طبقات یا «ترازهای غذایی» مختلفی قرار میگیرند. جایگاه هر موجود در این هرم به این بستگی دارد که غذای خود را از کجا به دست میآورد.
| تراز غذایی | نام دیگر | نحوه دریافت انرژی | مثالهای آشنا |
|---|---|---|---|
| اول | تولیدکنندگان | ساخت غذا به کمک نور خورشید (فرآیند فتوسنتز5) | تمام گیاهان سبز، علفها، درختان، جلبکهای برکه |
| دوم | مصرفکنندگان اولیه | خوردن تولیدکنندگان (گیاهخواران) | گاو، گوسفند، خرگوش، ملخ، زنبور عسل |
| سوم | مصرفکنندگان ثانویه | خوردن مصرفکنندگان اولیه (گوشتخواران) | روباه، قورباغه، مار، عنکبوت، برخی پرندگان |
| چهارم و بالاتر | مصرفکنندگان سوم و ... | خوردن گوشتخواران دیگر (شکارچیان رأس هرم) | عقاب، شیر، کوسه، انسان (وقتی گوشت میخورد) |
این جدول نشان میدهد که انرژی چگونه از پایه هرم (گیاهان) به سمت بالا حرکت میکند. موجودات تجزیهکننده6 مانند قارچها و باکتریها نیز در تمام سطوح فعالیت میکنند و بقایای همه موجودات را تجزیه و مواد مغذی را به خاک بازمیگردانند.
قانون ۱۰ درصد: دلیل اصلی محدودیت انتقال انرژی
حالا به مهمترین بخش میرسیم. وقتی یک خرگوش (تراز دوم) علف میخورد، آیا تمام انرژی ذخیرهشده در علف به بدن خرگوش منتقل میشود؟ خیر! انتقال انرژی بین ترازهای غذایی بسیار ناکارآمد است.
این قانون را با یک مثال عددی ساده نشان میدهیم:
فرض کنید انرژی ذخیرهشده در علفهای یک مزرعه معادل ۱۰,۰۰۰ واحد باشد.
- خرگوشها (تراز دوم) با خوردن این علفها، فقط حدود ۱۰۰۰ واحد انرژی دریافت میکنند. (۱۰٪ از ۱۰,۰۰۰)
- یک روباه (تراز سوم) با خوردن خرگوشها، فقط حدود ۱۰۰ واحد انرژی دریافت میکند. (۱۰٪ از ۱۰۰۰)
- اگر یک عقاب (تراز چهارم) آن روباه را شکار کند، فقط حدود ۱۰ واحد انرژی به دست میآورد. (۱۰٪ از ۱۰۰)
همان طور که میبینید، هر چه به رأس هرم نزدیکتر شویم، انرژی قابل دسترس به سرعت کاهش مییابد. به همین دلیل است که تعداد عقابها در یک منطقه بسیار کمتر از تعداد خرگوشهاست و تعداد خرگوشها نیز از علفها کمتر است. این کاهش انرژی را میتوان با یک فرمول ساده نشان داد: $E_{n} = E_{1} \times (0.1)^{n-1}$ که در آن $E_{1}$ انرژی در تراز اول و $E_{n}$ انرژی در تراز nام است.
نمایش عملی: هرم انرژی در مزرعه و باغچه خانه
برای درک ملموستر، به باغچه خانه یا یک مزرعه کوچک فکر کنید. انرژی خورشید به گیاهان گوجهفرنگی و سبزیجات (تولیدکنندگان) میتابد. این گیاهان از نور خورشید استفاده میکنند و در برگها و میوههای خود انرژی ذخیره میکنند.
حالا، یک کفشدوزک (مصرفکننده اولیه) وارد میشود و از شتههایی که روی برگها هستند تغذیه میکند. انرژی گیاهان ابتدا به شتهها و سپس به کفشدوزک منتقل شده است. یک پرنده کوچک مثل گنجشک (مصرفکننده ثانویه) ممکن است آن کفشدوزک را بخورد. اگر یک گربه (مصرفکننده سوم) آن گنجشک را شکار کند، انرژی دوباره یک تراز بالاتر رفته است. اما آیا در باغچه شما تعداد گربهها بیشتر است یا گنجشکها؟ مسلماً گنجشکها. همین قانون ۱۰ درصد دلیل این موضوع است.
این موضوع در انتخاب غذای ما انسانها نیز اثر دارد. خوردن غذاهای گیاهی (مانند نان و برنج) انرژی را مستقیماً از تراز اول دریافت میکنیم، در حالی که خوردن گوشت (مانند استیک گاو) یعنی دریافت انرژی از تراز دوم یا سوم. به همین دلیل، برای تولید یک کیلوگرم گوشت گاو، نیاز به مقدار بسیار زیادی علوفه و آب داریم، زیرا انرژی در هر انتقال، به شدت کاهش یافته است.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر، همیشه این طور نیست. این یک تصور سادهشده است. در واقعیت، شبکه غذایی وجود دارد. برای مثال، یک خرس میتواند هم توت (تراز اول) بخورد و هم ماهی (تراز سوم یا چهارم) شکار کند. بنابراین، یک موجود میتواند در بیش از یک تراز غذایی قرار گیرد.
پاسخ: عدد ۱۰٪ یک میانگین و قاعده کلی است. این رقم در طبیعت میتواند بین ۵٪ تا ۲۰٪ متغیر باشد. از آن به عنوان یک قانون یاد میکنیم زیرا به ما یک درک کیفی و تقریبی مهم میدهد: انتقال انرژی بسیار ناکارآمد است و در هر مرحله اکثر آن از دست میرود. این مفهوم کلیدی برای درک محدودیتهای جمعیت موجودات در رأس هرم غذایی است.
پاسخ: دقیقاً به دلیل کاهش شدید انرژی. پس از چهار یا پنج انتقال، انرژی باقیمانده آنقدر ناچیز میشود که نمیتواند جمعیت پایدار و قابل توجهی از شکارچیان را در ترازهای بالاتر حمایت کند. به مثال عددی قبل برگردید: از ۱۰,۰۰۰ واحد در پایه، در تراز پنجم فقط حدود ۱ واحد انرژی باقی میماند! این انرژی برای زنده ماندن یک شکارچی کافی نیست.
انرژی در طبیعت مانند یک سرمایه ارزشمند است که از خورشید آغاز میشود و در هر مرحله از چرخه انتقال، مقدار زیادی از آن هزینه میشود. قانون ۱۰٪ به ما نشان میدهد که چرا تعداد گیاهان از گیاهخواران بیشتر است و چرا شکارچیان بزرگ مانند شیرها همیشه کمیابترین موجودات یک اکوسیستم هستند. درک این موضوع نه تنها زیبایی و نظم طبیعت را به ما نشان میدهد، بلکه اهمیت حفظ همهٔ ترازهای غذایی و منابع انرژی پایه را برای حفظ تعادل حیات روی زمین یادآوری میکند.
پاورقی
1تولیدکنندگان (Producers): موجودات زندهای که میتوانند با استفاده از انرژی خورشید و فرآیند فتوسنتز، مواد آلی و غذای خود را بسازند.
2زنجیره غذایی (Food Chain): مسیر خطی و سادهشده انتقال انرژی از یک موجود زنده به موجود دیگر.
3شبکه غذایی (Food Web): مجموعهای به هم پیوسته از چندین زنجیره غذایی که پیچیدگی واقعی رابطه تغذیهای در یک اکوسیستم را نشان میدهد.
4تراز غذایی (Trophic Level): جایگاه یک موجود زنده در زنجیره غذایی که بر اساس منبع اصلی انرژی آن تعیین میشود.
5فتوسنتز (Photosynthesis): فرآیند شیمیایی که در آن گیاهان سبز با استفاده از نور خورشید، آب و دیاکسیدکربن، قند (گلوکز) و اکسیژن تولید میکنند. فرمول ساده آن: $6CO_2 + 6H_2O + Light \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2$
6تجزیهکنندگان (Decomposers): موجوداتی مانند قارچها و باکتریها که بقایای جانداران مرده یا مواد دفعی را تجزیه کرده و مواد مغذی را به خاک بازمیگردانند.
