معلومة

20.7: الطاقة وتدفق الطاقة - علم الأحياء

20.7: الطاقة وتدفق الطاقة - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أهداف التعلم

  • صف كيف تكتسب الكائنات الحية الطاقة في شبكة الغذاء وفي سلاسل الغذاء المرتبطة بها
  • اشرح كيف تؤثر كفاءة عمليات نقل الطاقة بين المستويات الغذائية على بنية النظام البيئي وديناميكياته

يمكن تمثيل التفاعلات الغذائية في المجتمع بواسطة رسوم بيانية تسمى سلاسل الغذاء و الشبكات الغذائية. قبل مناقشة هذه التمثيلات بالتفصيل ، يجب علينا أولاً مراجعة أساسيات الطاقة. تتدفق الطاقة عبر المجتمع نتيجة للتفاعلات الغذائية.

طاقة

تتطلب كل مهمة تقوم بها الكائنات الحية تقريبًا طاقة. بشكل عام، طاقة تُعرَّف بأنها القدرة على القيام بعمل ، أو إحداث نوع من التغيير. الطاقة موجودة في أشكال مختلفة. تشمل الأمثلة الطاقة الضوئية والطاقة الحركية والطاقة الحرارية والطاقة الكامنة والطاقة الكيميائية.

عندما يتحرك جسم ما ، توجد طاقة مرتبطة بذلك الجسم. فكر في كرة محطمة. حتى كرة التدمير البطيئة يمكن أن تلحق ضررًا كبيرًا بالأجسام الأخرى. تسمى الطاقة المرتبطة بالأجسام المتحركة الطاقة الحركية. طاقة حرارية هي طاقة الحركة في شيء (أي شيء يشغل حيزًا وله كتلة) ويعتبر نوعًا من الطاقة الحركية. كلما كانت المادة أكثر دفئًا ، زادت سرعة حركة جزيئاتها. إن الحركة السريعة للجزيئات في الهواء ، والرصاصة السريعة ، والشخص الذي يمشي كلها لها طاقة حركية. الآن ماذا لو رفعت كرة التحطيم نفسها طابقين فوق الأرض برافعة؟ إذا كانت كرة التحطيم المعلقة لا تتحرك ، فهل هناك طاقة مرتبطة بها؟ الجواب نعم. الطاقة المطلوبة لرفع الكرة المدمرة لم تختف ، لكنها مخزنة الآن في كرة التحطيم بحكم موقعها وقوة الجاذبية المؤثرة عليها. هذا النوع من الطاقة يسمى الطاقة الكامنة. إذا سقطت الكرة ، فإن الطاقة الكامنة ستتحول إلى طاقة حركية حتى يتم استنفاد كل الطاقة الكامنة عندما تستقر الكرة على الأرض. تتأرجح الكرات المدمرة أيضًا مثل البندول ؛ من خلال التأرجح ، هناك تغير مستمر في الطاقة الكامنة (الأعلى في الجزء العلوي من التأرجح) إلى الطاقة الحركية (الأعلى في الجزء السفلي من التأرجح). تشمل الأمثلة الأخرى للطاقة الكامنة طاقة الماء الموجودة خلف سد أو شخص على وشك القفز بالمظلة من طائرة (الشكل ( PageIndex {1} ).

لا ترتبط الطاقة الكامنة بموقع المادة فحسب ، بل ترتبط أيضًا ببنية المادة. على المستوى الجزيئي ، توجد طاقة كامنة مخزنة داخل الروابط التي تربط الذرات معًا في جزيئات الطعام التي نأكلها. يُطلق على نوع الطاقة الكامنة الموجودة داخل الروابط الكيميائية ، والتي يتم إطلاقها عندما تنكسر تلك الروابط الطاقة الكيميائية. الطاقة الكيميائية مسؤولة عن تزويد الخلايا الحية بالطاقة من الغذاء.

لتقدير الطريقة التي تتدفق بها الطاقة داخل وخارج الأنظمة البيولوجية ، من المهم فهم اثنين من القوانين الفيزيائية التي تحكم الطاقة. ال القانون الأول للديناميكا الحرارية تنص على أن الكمية الإجمالية للطاقة في الكون ثابتة ومحفوظة. بعبارة أخرى ، كان هناك دائمًا وسيظل دائمًا نفس القدر من الطاقة في الكون. توجد الطاقة في العديد من الأشكال المختلفة. وفقًا للقانون الأول للديناميكا الحرارية ، يمكن نقل الطاقة من مكان إلى آخر أو تحويلها إلى أشكال مختلفة ، ولكن لا يمكن إنشاؤها أو تدميرها. تحدث عمليات نقل وتحولات الطاقة من حولنا طوال الوقت. تحول المصابيح الكهربائية الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية وطاقة حرارية. تعمل مواقد الغاز على تحويل الطاقة الكيميائية من الغاز الطبيعي إلى طاقة حرارية. تُجري النباتات أحد أكثر تحويلات الطاقة فائدة بيولوجيًا على الأرض: تحويل طاقة ضوء الشمس إلى طاقة كيميائية مخزنة داخل الجزيئات البيولوجية ، مثل السكريات (الشكل ( PageIndex {2} ).

التحدي الذي يواجه جميع الكائنات الحية هو الحصول على الطاقة من محيطها في أشكال يمكن استخدامها لأداء العمل الخلوي. قد تبدو المهام الأساسية للخلية الحية المتمثلة في الحصول على الطاقة وتحويلها واستخدامها لإنجاز العمل بسيطة. ومع ذلك ، فإن القانون الثاني للديناميكا الحرارية يوضح سبب كون هذه المهام أصعب مما تبدو عليه. جميع عمليات نقل وتحولات الطاقة ليست فعالة تمامًا أبدًا. في كل عملية نقل للطاقة ، يتم فقد قدر من الطاقة بشكل غير صالح للاستعمال. في معظم الحالات ، هذا النموذج هو الطاقة الحرارية. على سبيل المثال ، عند تشغيل المصباح الكهربائي ، يتم فقدان بعض الطاقة التي يتم تحويلها من الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية كطاقة حرارية. وبالمثل ، يتم فقدان بعض الطاقة كطاقة حرارية أثناء التفاعلات الأيضية التي تحدث في الكائنات الحية.

يرتبط مفهوم النظام والفوضى بالقانون الثاني للديناميكا الحرارية. كلما زادت الطاقة التي يفقدها النظام إلى المناطق المحيطة به ، كلما كان النظام أقل ترتيبًا وأكثر عشوائية. يشير العلماء إلى مقياس العشوائية أو الاضطراب داخل النظام على أنه غير قادر علي. الانتروبيا العالية تعني الفوضى العالية والطاقة المنخفضة. يتم ترتيب الكائنات الحية بدرجة عالية ، وتتطلب مدخلات طاقة ثابتة يتم الحفاظ عليها في حالة انخفاض الانتروبيا.

تدفق الطاقة

تعمل الخلايا على الطاقة الكيميائية الموجودة بشكل أساسي في جزيئات الكربوهيدرات ، ويتم إنتاج غالبية هذه الجزيئات بعملية واحدة: البناء الضوئي. من خلال عملية التمثيل الضوئي ، تقوم كائنات معينة بتحويل الطاقة الشمسية (ضوء الشمس) إلى طاقة كيميائية ، والتي تُستخدم بعد ذلك لبناء جزيئات الكربوهيدرات. الطاقة التي يتم تسخيرها من عملية التمثيل الضوئي تدخل المجتمعات باستمرار ويتم نقلها من كائن حي إلى آخر. لذلك ، بشكل مباشر أو غير مباشر ، توفر عملية التمثيل الضوئي معظم الطاقة التي تتطلبها الكائنات الحية على الأرض.

تسمى الكائنات الحية التي تجري عملية التمثيل الضوئي (مثل النباتات والطحالب وبعض البكتيريا) والكائنات الحية التي تصنع السكريات من خلال وسائل أخرى المنتجين. بدون هذه الكائنات ، لن تكون الطاقة متاحة للكائنات الحية الأخرى ، ولن تكون الحياة ممكنة. المستهلكون، مثل الحيوانات والفطريات والعديد من الكائنات الحية الدقيقة تعتمد على المنتجين ، إما بشكل مباشر أو غير مباشر. على سبيل المثال ، يحصل الغزلان على الطاقة عن طريق تناول النباتات. يحصل الذئب الذي يأكل غزالًا على الطاقة التي جاءت في الأصل من النباتات التي يأكلها ذلك الغزال (الشكل ( PageIndex {3} ). وباستخدام هذا المنطق ، يمكن تتبع جميع الأطعمة التي يتناولها البشر إلى المنتجين الذين يقومون بعملية التمثيل الضوئي (الشكل ( PageIndex {4} )). يأكل المنتجون والمستهلكون الميتون ديتريتيفورس (الذي يأكل على الأنسجة الميتة) و المحللات (التي تكسر هذه الأنسجة إلى جزيئات بسيطة عن طريق إفراز الإنزيمات الهاضمة). تعتبر الحيوانات اللافقارية ، مثل الديدان والديدان الألفية ، أمثلة على الكائنات الحارقة ، في حين أن الفطريات وبعض البكتيريا هي أمثلة على التحلل.

الصفات

عدله قامي الجزائر من المصادر التالية:

2.2.1.1.4: سلاسل الغذاء وشبكات الغذاء - من علم الأحياء بواسطة OpenStax (مرخص CC-BY)


شاهد الفيديو: الحلقة 1:دور العضلة الهيكلية المخططة في تحويل الطاقة (شهر فبراير 2023).