Skip to main content
Global

20.1: تدفق الطاقة عبر النظم البيئية

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    191482

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    النظام البيئي هو مجتمع من الكائنات الحية وبيئتها غير الحيوية (غير الحية). يمكن أن تكون النظم البيئية صغيرة، مثل أحواض المد والجزر الموجودة بالقرب من الشواطئ الصخرية للعديد من المحيطات، أو كبيرة، مثل تلك الموجودة في الغابات الاستوائية المطيرة في الأمازون في البرازيل (الشكل\(\PageIndex{1}\)).

    تظهر الصورة اليسرى بركة المد الصخرية مع الأعشاب البحرية والقواقع. تظهر الصورة اليمنى غابة الأمازون المطيرة.
    الشكل\(\PageIndex{1}\): A (أ) النظام البيئي لحوض المد والجزر في جزيرة ماتينيكوس بولاية مين هو نظام بيئي صغير، في حين أن (ب) غابات الأمازون المطيرة في البرازيل هي نظام بيئي كبير. (الفضل أ: تعديل عمل لجيم كوهن؛ الائتمان ب: تعديل العمل من قبل إيفان مليناريك)

    هناك ثلاث فئات واسعة من النظم البيئية بناءً على بيئتها العامة: المياه العذبة والبحرية والبرية. ضمن هذه الفئات الثلاث توجد أنواع النظم البيئية الفردية القائمة على الموائل البيئية والكائنات الحية الموجودة.

    إيكولوجيا النظم البيئية

    غالبًا ما تنطوي الحياة في النظام البيئي على التنافس على الموارد المحدودة، وهو ما يحدث داخل نوع واحد وبين الأنواع المختلفة. تتنافس الكائنات الحية على الغذاء والماء وضوء الشمس والفضاء والمغذيات المعدنية. توفر هذه الموارد الطاقة لعمليات التمثيل الغذائي والمادة لتشكيل الهياكل الفيزيائية للكائنات الحية. العوامل الحاسمة الأخرى التي تؤثر على ديناميكيات المجتمع هي مكونات بيئتها المادية: مناخ الموطن (المواسم وأشعة الشمس وهطول الأمطار) والارتفاع والجيولوجيا. يمكن أن تكون هذه جميعها متغيرات بيئية مهمة تحدد الكائنات الحية التي يمكن أن توجد داخل منطقة معينة.

    تعد النظم البيئية للمياه العذبة هي الأقل شيوعًا، حيث توجد على 1.8 بالمائة فقط من سطح الأرض. تشمل هذه الأنظمة البحيرات والأنهار والجداول والينابيع؛ وهي متنوعة تمامًا وتدعم مجموعة متنوعة من الحيوانات والنباتات والفطريات والطواحين وبدائيات النواة.

    النظم البيئية البحرية هي الأكثر شيوعًا، حيث تضم 75 بالمائة من سطح الأرض وتتكون من ثلاثة أنواع أساسية: المحيطات الضحلة، ومياه أعماق المحيطات، وقاع المحيط العميق. تشمل النظم البيئية للمحيطات الضحلة النظم البيئية للشعاب المرجانية شديدة التنوع البيولوجي، ومع ذلك فإن مياه أعماق المحيطات معروفة بأعداد كبيرة من العوالق والكريل (القشريات الصغيرة) التي تدعمها. وتكتسي هاتان البيئتان أهمية خاصة لأجهزة التنفس الهوائية في جميع أنحاء العالم، حيث تؤدي العوالق النباتية 40 في المائة من جميع عمليات التمثيل الضوئي على الأرض. على الرغم من عدم تنوع النظم البيئية لقاع المحيطات مثل الاثنين الآخرين، إلا أنها تحتوي على مجموعة متنوعة من الكائنات البحرية. توجد مثل هذه النظم البيئية حتى في الأعماق حيث لا يستطيع الضوء اختراق المياه.

    يتم تجميع النظم البيئية الأرضية، المعروفة أيضًا بتنوعها، في فئات كبيرة تسمى المناطق الأحيائية. المنطقة الأحيائية هي مجتمع واسع النطاق من الكائنات الحية، يتم تحديده بشكل أساسي على الأرض من خلال أنواع النباتات السائدة الموجودة في المناطق الجغرافية من الكوكب ذات الظروف المناخية المماثلة. تشمل أمثلة المناطق الأحيائية الغابات الاستوائية المطيرة والسافانا والصحاري والأراضي العشبية والغابات المعتدلة والتندرا. إن تجميع هذه النظم البيئية في عدد قليل من فئات المناطق الأحيائية يحجب التنوع الكبير للنظم البيئية الفردية داخلها. على سبيل المثال، فإن صبار الساجوارو (Carnegiea gigantean) والحياة النباتية الأخرى في صحراء سونوران بالولايات المتحدة متنوعة نسبيًا مقارنة بصحراء بوا فيستا الصخرية المهجورة، وهي جزيرة قبالة سواحل غرب إفريقيا (الشكل\(\PageIndex{2}\)).

    تُظهر الصورة (أ) صبار الساجوارو الذي يشبه أعمدة الهاتف بأذرع ممتدة منها. تُظهر الصورة (ب) سهلًا قاحلًا من التربة الحمراء متناثرًا بالصخور.
    الشكل\(\PageIndex{2}\): يمكن أن تختلف النظم البيئية الصحراوية، مثل جميع النظم البيئية، بشكل كبير. تتمتع الصحراء في (أ) منتزه ساجوارو الوطني بولاية أريزونا بحياة نباتية وفيرة، في حين أن الصحراء الصخرية (ب) جزيرة بوا فيستا، الرأس الأخضر، إفريقيا، خالية من الحياة النباتية. (الفضل أ: تعديل عمل لجاي غالفين؛ الائتمان ب: تعديل العمل من قبل إنغو فولبرن)

    النظم البيئية والاضطرابات

    النظم البيئية معقدة مع العديد من الأجزاء المتفاعلة. يتعرضون بشكل روتيني لاضطرابات مختلفة: التغيرات في البيئة التي تؤثر على تركيباتهم، مثل التغيرات السنوية في هطول الأمطار ودرجة الحرارة. العديد من الاضطرابات هي نتيجة العمليات الطبيعية. على سبيل المثال، عندما يتسبب البرق في نشوب حريق في الغابات ويدمر جزءًا من النظام البيئي للغابات، فإن الأرض تمتلئ في النهاية بالأعشاب، تليها الشجيرات والشجيرات، ثم الأشجار الناضجة لاحقًا: وبالتالي، تتم استعادة الغابة إلى حالتها السابقة. هذه العملية عالمية جدًا لدرجة أن علماء البيئة أطلقوا عليها اسمًا - الخلافة. أصبح تأثير الاضطرابات البيئية الناجمة عن الأنشطة البشرية الآن بنفس أهمية التغييرات التي تحدثها العمليات الطبيعية. الممارسات الزراعية البشرية، وتلوث الهواء، والأمطار الحمضية، وإزالة الغابات العالمية، والصيد الجائر، والانسكابات النفطية، والإلقاء غير القانوني على الأرض وفي المحيطات كلها لها تأثيرات على النظم البيئية.

    التوازن هو حالة ديناميكية للنظام البيئي حيث، على الرغم من التغيرات في أعداد الأنواع وظهورها، يظل التنوع البيولوجي ثابتًا إلى حد ما. في علم البيئة، يتم استخدام معلمتين لقياس التغيرات في النظم البيئية: المقاومة والمرونة. تسمى قدرة النظام البيئي على البقاء في حالة توازن على الرغم من الاضطرابات بالمقاومة. تسمى السرعة التي يستعيد بها النظام البيئي التوازن بعد تعرضه للاضطراب بالمرونة. تعتبر مقاومة النظام البيئي ومرونته مهمة بشكل خاص عند النظر في التأثير البشري. قد تتغير طبيعة النظام البيئي لدرجة أنه يمكن أن يفقد مرونته تمامًا. يمكن أن تؤدي هذه العملية إلى التدمير الكامل أو التغيير الذي لا رجعة فيه للنظام البيئي.

    سلاسل الغذاء والشبكات الغذائية

    السلسلة الغذائية هي سلسلة خطية من الكائنات الحية التي تمر من خلالها العناصر الغذائية والطاقة بينما يأكل كائن حي آخر؛ والمستويات في السلسلة الغذائية هي المنتجون والمستهلكون الأساسيون والمستهلكون ذوو المستوى الأعلى وأخيرًا المتحللة. تُستخدم هذه المستويات لوصف بنية النظام البيئي وديناميكياته. هناك مسار واحد عبر السلسلة الغذائية. يحتل كل كائن حي في السلسلة الغذائية مستوى غذائيًا محددًا (مستوى الطاقة)، أو موقعه في السلسلة الغذائية أو الشبكة الغذائية.

    في العديد من النظم البيئية، تتكون قاعدة أو أساس السلسلة الغذائية من كائنات التمثيل الضوئي (النباتات أو العوالق النباتية)، والتي تسمى المنتجين. الكائنات الحية التي تستهلك المنتجين هي الحيوانات العاشبة: المستهلكون الأساسيون. عادة ما يكون المستهلكون الثانويون من آكلات اللحوم التي تأكل المستهلكين الأساسيين. المستهلكون من الدرجة الثالثة هم آكلة اللحوم التي تأكل آكلة اللحوم الأخرى. يتغذى المستهلكون ذوو المستوى العالي على المستويات الغذائية الأدنى التالية، وما إلى ذلك، حتى الكائنات الحية في قمة السلسلة الغذائية: المستهلكون الرئيسيون. في السلسلة الغذائية لبحيرة أونتاريو، كما هو موضح في الشكل\(\PageIndex{3}\)، يعتبر سلمون شينوك المستهلك الرئيسي في الجزء العلوي من هذه السلسلة الغذائية.

    في هذا الرسم التوضيحي، المستوى الغذائي السفلي هو الطحالب الخضراء، وهي المنتج الأساسي. المستهلكون الأساسيون هم الرخويات أو القواقع. المستهلكون الثانويون هم أسماك صغيرة تسمى sculpin اللزجة. المستهلك الثالث والرئيسي هو سمك السلمون من طراز Chinook.
    الشكل\(\PageIndex{3}\): هذه هي المستويات الغذائية لسلسلة غذائية في بحيرة أونتاريو على الحدود بين الولايات المتحدة وكندا. تتدفق الطاقة والعناصر الغذائية من الطحالب الخضراء التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي في القاعدة إلى قمة السلسلة الغذائية: سمك السلمون من طراز Chinook. (مصدر: تعديل العمل من قبل الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي/NOAA)

    الطاقة هي أحد العوامل الرئيسية التي تحد من عدد الخطوات في السلسلة الغذائية. يتم فقدان الطاقة في كل مستوى غذائي وبين المستويات الغذائية كحرارة وفي النقل إلى المحللات (الشكل\(\PageIndex{4}\)). وبالتالي، بعد عدد محدود من عمليات نقل الطاقة الغذائية، قد لا تكون كمية الطاقة المتبقية في السلسلة الغذائية كبيرة بما يكفي لدعم السكان القادرين على البقاء على مستوى غذائي أعلى.

    يوضح الرسم البياني محتوى الطاقة في المستويات الغذائية المختلفة. يبلغ محتوى الطاقة للمنتجين أكثر من 20000 سعر حراري لكل متر مربع في السنة. محتوى الطاقة لدى المستهلكين الأساسيين أصغر بكثير، حوالي 4000 كيلو كالوري/م 2/سنة. يبلغ محتوى الطاقة للمستهلكين الثانويين 100 كيلو كالوري/م 2/سنة، ومحتوى الطاقة للمستهلكين من الدرجة الثالثة هو 1 كيلو كالوري/متر مربع/سنة فقط
    الشكل\(\PageIndex{4}\): تظهر الطاقة النسبية في المستويات الغذائية في النظام البيئي في سيلفر سبرينغز بولاية فلوريدا. يحتوي كل مستوى غذائي على كمية أقل من الطاقة المتاحة، وعادة، ولكن ليس دائمًا، يدعم كتلة أصغر من الكائنات الحية في المستوى التالي.

    هناك مشكلة واحدة عند استخدام السلاسل الغذائية لوصف معظم النظم البيئية. حتى عندما يتم تجميع جميع الكائنات الحية في مستويات غذائية مناسبة، يمكن لبعض هذه الكائنات أن تتغذى على أكثر من مستوى غذائي واحد؛ وبالمثل، يمكن أيضًا تغذية بعض هذه الكائنات الحية من مستويات غذائية متعددة. بالإضافة إلى ذلك، تتغذى الأنواع وتؤكل من قبل أكثر من نوع. وبعبارة أخرى، فإن النموذج الخطي للنظم البيئية، السلسلة الغذائية، هو تمثيل افتراضي ومبسط للغاية لهيكل النظام البيئي. يعد النموذج الشامل - الذي يتضمن جميع التفاعلات بين الأنواع المختلفة وعلاقاتها المعقدة المترابطة مع بعضها البعض ومع البيئة - نموذجًا أكثر دقة ووصفيًا للنظم البيئية. شبكة الغذاء هي مفهوم يفسر التفاعلات الغذائية المتعددة (التغذية) بين كل نوع والعديد من الأنواع التي قد تتغذى عليها، أو التي تتغذى عليها. في الشبكة الغذائية، قد تتخطى الروابط الغذائية المتعددة بين كل نوع والأنواع الأخرى التي تتفاعل معه مستويات غذائية متعددة. يتم وصف حركات المادة والطاقة في جميع النظم البيئية تقريبًا بشكل أكثر دقة من خلال شبكات الغذاء (الشكل\(\PageIndex{5}\)).

    يُظهر المستوى السفلي من الرسم التوضيحي عوامل التحلل، التي تشمل الفطريات والعفن وديدان الأرض والبكتيريا الموجودة في التربة. يُظهر المستوى التالي فوق أجهزة التحلل المنتجين: النباتات. يُظهر المستوى فوق المنتجين المستهلكين الأساسيين الذين يأكلون المنتجين. بعض الأمثلة هي السناجب والفئران والطيور الآكلة للبذور والخنافس. يتم تناول المستهلكين الأساسيين بدورهم من قبل المستهلكين الثانويين، مثل الروبوتات والحيوانات الأليفة والعناكب والضفادع. يأكل المستهلكون من الدرجة الثالثة مثل الثعالب والبوم والثعابين مستهلكين ثانويين وأساسيين. في نهاية المطاف، يصبح جميع المستهلكين والمنتجين غذاءً للمحللة.
    الشكل\(\PageIndex{5}\): تُظهر شبكة الغذاء هذه التفاعلات بين الكائنات الحية عبر المستويات الغذائية. تشير السهام من كائن حي يتم استهلاكه إلى الكائن الحي الذي يستهلكه. في نهاية المطاف، يصبح جميع المنتجين والمستهلكين غذاءً للمحللة (الفطريات والعفن وديدان الأرض والبكتيريا في التربة). (بطاقة الائتمان «فوكس»: تعديل العمل بقلم كيفن باشر، NPS؛ الائتمان «البومة»: تعديل عمل جون وكارين هولينجسورث، USFWS؛ الائتمان «الأفعى»: تعديل العمل من قبل ستيف جورفيتسون؛ الائتمان «روبن»: تعديل العمل من قبل آلان فيرنون؛ الائتمان «الضفدع»: تعديل العمل من قبل أليساندرو كاتينازي؛ الائتمان» العنكبوت»: تعديل العمل من قبل «Sanba38"/ويكيميديا كومنز؛ الائتمان «citipede»: تعديل العمل من قبل «Bauerph» /ويكيميديا كومنز؛ الائتمان «السنجاب»: تعديل العمل من قبل Dawn Huczek؛ الائتمان «الماوس»: تعديل العمل من قبل NIGMS، NIH؛ الائتمان «العصفور»: تعديل العمل من قبل ديفيد فريل؛ الائتمان «الخنفساء»: تعديل العمل من قبل سكوت باور، دائرة البحوث الزراعية التابعة لوزارة الزراعة الأمريكية؛ الائتمان «الفطر»: تعديل العمل من قبل كريس وي؛ «قالب» الائتمان: تعديل العمل من قبل الدكتورة لوسيل جورج، مركز مكافحة الأمراض والوقاية منها؛ الائتمان: «دودة الأرض»: تعديل العمل من قبل روب هيل؛ الائتمان «البكتيريا»: تعديل العمل من قبل دون ستالونز، مركز مكافحة الأمراض والوقاية منها)

    مفهوم في العمل

    رمز QR يمثل عنوان URL

    توجه إلى هذا المحاكي التفاعلي عبر الإنترنت للتحقق من وظيفة الويب الغذائي. في مربع المختبرات التفاعلية، ضمن Food Web، انقر فوق الخطوة 1. اقرأ التعليمات أولاً، ثم انقر فوق الخطوة 2 للحصول على إرشادات إضافية. عندما تكون مستعدًا لإنشاء محاكاة، في الزاوية العلوية اليسرى من مربع المختبرات التفاعلية، انقر فوق OPEN SIMULATOR.

    غالبًا ما يتم عرض نوعين عامين من شبكات الغذاء يتفاعلون داخل نظام بيئي واحد. تحتوي شبكة أغذية الرعي على نباتات أو كائنات أخرى تقوم بعملية التمثيل الضوئي في قاعدتها، تليها الحيوانات العاشبة والحيوانات آكلة اللحوم المختلفة. تتكون الشبكة الغذائية الضارة من قاعدة من الكائنات الحية التي تتغذى على المواد العضوية المتحللة (الكائنات الحية الميتة)، بما في ذلك المتحللة (التي تكسر الكائنات الحية الميتة والمتحللة) والمواد الضارة (التي تستهلك المخلفات العضوية). عادة ما تكون هذه الكائنات الحية هي البكتيريا والفطريات والحيوانات اللافقارية التي تعيد تدوير المواد العضوية مرة أخرى إلى الجزء الحيوي من النظام البيئي حيث تستهلكها هي نفسها كائنات حية أخرى. نظرًا لأن النظم البيئية تتطلب طريقة لإعادة تدوير المواد من الكائنات الحية الميتة، فإن شبكات أغذية الرعي لها شبكة غذائية ضارة مرتبطة بها. على سبيل المثال، في النظام البيئي للمرج، قد تدعم النباتات شبكة غذائية للرعي من الكائنات الحية المختلفة والمستويات الأولية وغيرها من المستهلكين، بينما تدعم في نفس الوقت شبكة غذائية ضارة من البكتيريا والفطريات التي تتغذى على النباتات والحيوانات الميتة. وفي الوقت نفسه، يمكن لشبكة الغذاء المهملة أن تساهم بالطاقة في شبكة أغذية الرعي، كما هو الحال عندما يأكل روبن دودة الأرض.

    كيف تكتسب الكائنات الحية الطاقة في شبكة الغذاء

    تتطلب جميع الكائنات الحية الطاقة بشكل أو بآخر. يتم استخدام الطاقة في معظم مسارات التمثيل الغذائي المعقدة (عادة في شكل ATP)، وخاصة تلك المسؤولة عن بناء جزيئات كبيرة من مركبات أصغر. لن تتمكن الكائنات الحية من تجميع الجزيئات الكبيرة (البروتينات والدهون والأحماض النووية والكربوهيدرات المعقدة) من مونومراتها بدون مدخلات طاقة ثابتة.

    توضح مخططات شبكة الغذاء كيفية تدفق الطاقة بشكل مباشر عبر النظم البيئية. يمكن أن تشير أيضًا إلى مدى كفاءة الكائنات الحية في اكتساب الطاقة واستخدامها والكمية المتبقية لاستخدامها من قبل الكائنات الحية الأخرى في الشبكة الغذائية. يتم الحصول على الطاقة من الكائنات الحية بطريقتين: تقوم الأوتوتروفات بتسخير الضوء أو الطاقة الكيميائية وتكتسب العناصر غير المتجانسة الطاقة من خلال استهلاك وهضم الكائنات الحية الأخرى أو الكائنات الحية سابقًا.

    كائنات التمثيل الضوئي والتخليق الكيميائي هي كائنات ذاتية التمثيل، وهي كائنات حية قادرة على تصنيع طعامها (وبشكل أكثر تحديدًا، قادرة على استخدام الكربون غير العضوي كمصدر للكربون). تستخدم أجهزة التمثيل الضوئي الذاتية (autototrophs) ضوء الشمس كمصدر للطاقة، وتستخدم أجهزة التمثيل الكيميائي الذاتي (chemoautotrophs) الجزيئات غير العضوية كمصدر للطاقة. تعد الأنظمة الذاتية أمرًا بالغ الأهمية لمعظم النظم البيئية: فهي المستوى الغذائي للمنتج. وبدون هذه الكائنات الحية، لن تكون الطاقة متاحة للكائنات الحية الأخرى، ولن تكون الحياة نفسها ممكنة.

    تعد أجهزة التصوير الذاتي، مثل النباتات والطحالب والبكتيريا التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي، مصدر الطاقة لغالبية النظم البيئية في العالم. غالبًا ما يتم وصف هذه النظم البيئية من خلال شبكات الرعي والغذاء الضارة. تسخّر الفوتوتوتروفات الطاقة الشمسية للشمس عن طريق تحويلها إلى طاقة كيميائية في شكل ATP (و NADP). يتم استخدام الطاقة المخزنة في ATP لتجميع الجزيئات العضوية المعقدة، مثل الجلوكوز. يُطلق على المعدل الذي يقوم به منتجو التمثيل الضوئي دمج الطاقة من الشمس بالإنتاجية الأولية الإجمالية. ومع ذلك، لا تتوفر كل الطاقة التي يدمجها المنتجون للكائنات الحية الأخرى في شبكة الغذاء لأن المنتجين يجب أن ينمووا ويتكاثروا أيضًا، مما يستهلك الطاقة. الإنتاجية الأولية الصافية هي الطاقة التي تبقى في المنتجين بعد حساب تنفس هذه الكائنات الحية وفقدان الحرارة. بعد ذلك، تصبح الإنتاجية الصافية متاحة للمستهلكين الأساسيين في المستوى الغذائي التالي.

    تتكون المواد الكيميائية الآلية في المقام الأول من البكتيريا والعرايا التي توجد في النظم البيئية النادرة حيث لا يتوفر ضوء الشمس، مثل تلك المرتبطة بالكهوف المظلمة أو الفتحات الحرارية المائية في قاع المحيط (الشكل\(\PageIndex{6}\)). تستخدم العديد من المواد الكيميائية الآلية في الفتحات الحرارية المائية كبريتيد الهيدروجين (H 2 S)، الذي يتم إطلاقه من الفتحات كمصدر للطاقة الكيميائية؛ وهذا يسمح لها بتجميع الجزيئات العضوية المعقدة، مثل الجلوكوز، للحصول على طاقتها الخاصة، وبالتالي توفير الطاقة لبقية النظام البيئي.

    تظهر الصورة الروبيان وجراد البحر وسرطان البحر وهي تزحف على قاع المحيط الصخري المليء بلح البحر.
    الشكل\(\PageIndex{6}\): يمكن رؤية الجمبري أثناء السباحة، وعدد قليل من الكركند، ومئات من بلح البحر المفعم بفتحات التهوية في فتحة مائية حرارية في قاع المحيط. نظرًا لعدم اختراق ضوء الشمس إلى هذا العمق، فإن النظام البيئي مدعوم ببكتيريا التغذية الكيميائية والمواد العضوية التي تغرق من سطح المحيط. تم التقاط هذه الصورة في عام 2006 في بركان NW Eifuku المغمور قبالة سواحل اليابان من قبل الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA). تقع قمة هذا البركان النشط للغاية على بعد 1535 مترًا تحت السطح.

    عواقب شبكات الغذاء: التكبير البيولوجي

    يعد التضخم البيولوجي أحد أهم عواقب ديناميكيات النظام البيئي من حيث التأثير البشري. والتضخم الأحيائي هو التركيز المتزايد للمواد الثابتة والسامة في الكائنات الحية في كل مستوى غذائي متعاقب. هذه مواد قابلة للذوبان في الدهون وغير قابلة للذوبان في الماء ويتم تخزينها في احتياطيات الدهون لكل كائن حي. ثبت أن العديد من المواد تتضخم بيولوجيًا، بما في ذلك الدراسات الكلاسيكية التي أجريت على مبيد الآفات ثنائي كلورو فينيل ثلاثي كلورو الإيثان (DDT)، والذي تم وصفه في أكثر الكتب مبيعًا في الستينيات، وهو Silent Spring من قبل راشيل كارسون. كان الـ دي دي تي مبيد آفات شائع الاستخدام قبل أن تصبح مخاطره على المستهلكين الرئيسيين، مثل النسر الأصلع، معروفة. في النظم البيئية المائية، استهلكت الكائنات الحية من كل مستوى غذائي العديد من الكائنات الحية في المستوى الأدنى، مما تسبب في زيادة الـ دي دي تي في الطيور (المستهلكين الرئيسيين) التي تأكل الأسماك. وهكذا، جمعت الطيور كميات كافية من الـ دي دي تي للتسبب في هشاشة قشور بيضها. أدى هذا التأثير إلى زيادة تكسير البيض أثناء التعشيش وتبين أن له آثارًا مدمرة على مجموعات الطيور هذه. تم حظر استخدام الـ دي دي تي في الولايات المتحدة في السبعينيات.

    المواد الأخرى التي تتضخم بيولوجيًا هي ثنائي الفينيل متعدد الكلور (PCB)، والتي كانت تستخدم كسوائل تبريد في الولايات المتحدة حتى تم حظر استخدامها في عام 1979، والمعادن الثقيلة، مثل الزئبق والرصاص والكادميوم. من الأفضل دراسة هذه المواد في النظم البيئية المائية، حيث تتراكم أنواع الأسماك المفترسة تركيزات عالية جدًا من المواد السامة ذات التركيزات المنخفضة جدًا في البيئة وفي المنتجين. كما هو موضح في دراسة أجرتها NOAA في خليج ساجينو ببحيرة هورون في بحيرات أمريكا الشمالية الكبرى (الشكل\(\PageIndex{7}\))، زادت تركيزات ثنائي الفينيل متعدد الكلور من منتجي النظام البيئي (العوالق النباتية) من خلال المستويات الغذائية المختلفة لأنواع الأسماك. يحتوي المستهلك الرئيسي، وهو العين، على أكثر من أربعة أضعاف كمية مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور مقارنة بالعوالق النباتية. أيضًا، استنادًا إلى نتائج دراسات أخرى، قد تحتوي الطيور التي تأكل هذه الأسماك على مستويات من ثنائي الفينيل متعدد الكلور أعلى بمقدار واحد على الأقل من تلك الموجودة في أسماك البحيرة.

    الرسم التوضيحي عبارة عن رسم بياني يرسم إجمالي مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور بالميكروجرام لكل جرام من الوزن الجاف مقابل تخصيب النيتروجين 15، ويظهر أن مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور تتركز بشكل متزايد في مستويات غذائية أعلى. يصبح منحدر الرسم البياني حادًا بشكل متزايد مع زيادة مستويات المستهلك، من العوالق النباتية إلى العين.
    الشكل\(\PageIndex{7}\): يوضح هذا الرسم البياني تركيزات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الموجودة في المستويات الغذائية المختلفة في النظام البيئي لخليج ساجينو في بحيرة هورون. لاحظ أن الأسماك في المستويات الغذائية الأعلى تتراكم مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور أكثر من تلك الموجودة في المستويات الغذائية المنخفضة. (تصوير: باتريشيا فان هوف، NOAA)

    وقد أثيرت مخاوف أخرى بسبب التضخم البيولوجي للمعادن الثقيلة، مثل الزئبق والكادميوم، في أنواع معينة من المأكولات البحرية. توصي وكالة حماية البيئة الأمريكية بأن النساء الحوامل والأطفال الصغار يجب ألا يستهلكوا أي سمك سيف أو قرش أو سمك الماكريل أو سمك القرميد بسبب محتواها العالي من الزئبق. يُنصح هؤلاء الأفراد بتناول الأسماك منخفضة الزئبق: السلمون والروبيان والبولوك وسمك السلور. يعد التضخم البيولوجي مثالًا جيدًا على كيفية تأثير ديناميكيات النظام البيئي على حياتنا اليومية، حتى التأثير على الطعام الذي نتناوله.

    ملخص القسم

    توجد النظم البيئية تحت الأرض، على الأرض، في البحر، وفي الهواء. تكتسب الكائنات الحية في النظام البيئي الطاقة بطرق متنوعة، والتي تنتقل بين المستويات الغذائية مع تدفق الطاقة من القاعدة إلى قمة الشبكة الغذائية، مع فقدان الطاقة عند كل عملية نقل. هناك طاقة مفقودة في كل مستوى غذائي، لذا فإن أطوال السلاسل الغذائية محدودة لأن هناك نقطة لا يتبقى فيها ما يكفي من الطاقة لدعم مجموعة من المستهلكين. تعمل المركبات القابلة للذوبان في الدهون على تضخيم السلسلة الغذائية بيولوجيًا مما يتسبب في تلف كبار المستهلكين. حتى عندما تكون التركيزات البيئية للسموم منخفضة.

    مسرد المصطلحات

    أوتوتروف
    كائن حي قادر على تصنيع جزيئات الطعام الخاصة به من جزيئات غير عضوية أصغر
    ذروة المستهلك
    كائن حي في الجزء العلوي من السلسلة الغذائية
    التضخم الأحيائي
    تركيز متزايد من المواد السامة الثابتة في الكائنات الحية في كل مستوى غذائي، من المنتجين إلى المستهلكين الرئيسيين
    منطقة حيوية
    مجتمع واسع النطاق من الكائنات الحية، يتم تحديده بشكل أساسي على الأرض من خلال أنواع النباتات السائدة الموجودة في المناطق الجغرافية من الكوكب ذات الظروف المناخية المماثلة
    التحليل الكيميائي
    كائن حي قادر على تصنيع طعامه باستخدام الطاقة من الجزيئات غير العضوية
    شبكة طعام ديتريتال
    نوع من الشبكات الغذائية التي تدعمها الكائنات الحية الميتة أو المتحللة بدلاً من الكائنات الحية؛ غالبًا ما ترتبط هذه الشبكات بشبكات أغذية الرعي داخل نفس النظام البيئي
    النظام البيئي
    مجتمع من الكائنات الحية وتفاعلاتها مع بيئتها اللاأحيائية
    حالة توازن
    الحالة الثابتة للنظام الذي لا تتغير فيه العلاقات بين عناصر النظام
    سلسلة الغذاء
    تسلسل خطي للعلاقات الغذائية (التغذية) للمنتجين والمستهلكين الأساسيين والمستهلكين ذوي المستوى الأعلى
    شبكة الغذاء
    شبكة من العلاقات الغذائية (التغذية) بين المنتجين والمستهلكين الأساسيين والمستهلكين ذوي المستوى الأعلى في النظام البيئي
    شبكة أغذية الرعي
    نوع من الشبكات الغذائية يكون فيه المنتجون إما نباتات على الأرض أو عوالق نباتية في الماء؛ غالبًا ما يرتبط بشبكة غذائية ضارة داخل نفس النظام البيئي
    إجمالي الإنتاجية الأولية
    المعدل الذي يدمج به منتجو التمثيل الضوئي الطاقة من الشمس
    صافي الإنتاجية الأولية
    الطاقة التي تبقى في المنتجين بعد حساب تنفس الكائنات الحية وفقدان الحرارة
    فوتوتوتروف
    كائن حي يستخدم ضوء الشمس كمصدر للطاقة لتجميع جزيئات الطعام الخاصة به
    المستهلك الأساسي
    المستوى الغذائي الذي يحصل على طاقته من منتجي النظام البيئي
    منتج
    المستوى الغذائي الذي يحصل على طاقته من أشعة الشمس أو المواد الكيميائية غير العضوية أو المواد العضوية الميتة أو المتحللة
    المرونة (البيئية)
    السرعة التي يستعيد بها النظام البيئي التوازن بعد تعرضه للاضطراب
    مقاومة (بيئية)
    قدرة النظام البيئي على البقاء في حالة توازن على الرغم من الاضطرابات
    مستهلك ثانوي
    مستوى غذائي في نظام بيئي، عادة ما يكون من أكلة اللحوم التي تأكل مستهلكًا أساسيًا
    مستهلك من الدرجة الثالثة
    مستوى غذائي في النظام البيئي، وعادة ما تكون من الحيوانات آكلة اللحوم التي تأكل آكلة اللحوم الأخرى
    المستوى الغذائي
    موقع نوع أو مجموعة من الأنواع في سلسلة غذائية أو شبكة غذائية

    المساهمون والصفات