زنجیرهٔ غذایی و هرم انرژی
دنبال میکنیم انرژی خورشید از علف تا شکارچی چطور پلهپله کم میشود و چرا شکارچیها همیشه کمشمارند.
در پایان این درس میتوانید
- تولیدکننده، مصرفکننده و تجزیهکننده را در یک زنجیره نشان دهی.
- قاعدهٔ ده درصد را در یک مثال عددی به کار ببری.
- بگویی چرا هرم انرژی هرچه بالاتر میرود باریکتر میشود.
- حساب کنی برای ساختن یک کیلوگرم گوشتخوار چند کیلوگرم گیاه لازم است.
- با کموزیادکردن تعداد سطح در شبیهساز ببینی چرا زنجیرهها بلند نمیشوند.
یک مرتع را در بهار تصور کن. هزاران بوتهٔ علف آنجا روییده، شاید صد گوسفند بچرند، و در تمام آن دشت شاید فقط یک یا دو گرگ زندگی کند. چرا هیچوقت به اندازهٔ گوسفندها گرگ نداریم؟ چرا طبیعت اینقدر شکارچیها را کم میآفریند؟ پاسخ نه در شجاعت گرگ است و نه در ترس گوسفند؛ پاسخ در حساب انرژی است.
هر جاندار در کدام پله است
گیاه سبز غذایش را خودش میسازد، پس تولیدکننده است و همیشه پلهٔ اول. جانوری که گیاه میخورد گیاهخوار است و پلهٔ دوم. جانوری که گیاهخوار را میخورد گوشتخوار است و پلهٔ سوم، و همینطور بالاتر. یک نمونهٔ آشنا:
علف ← ملخ ← قورباغه ← مار
در طبیعت این زنجیرهها تنها نیستند؛ ملخ را پرنده هم میخورد و مار را عقاب. وقتی چند زنجیره در هم گره میخورند، شبکهٔ غذایی ساخته میشود. کنار همهٔ اینها تجزیهکنندهها کار میکنند: قارچها و باکتریها که بقایای جانداران را میشکنند و مواد را به خاک برمیگردانند.
قاعدهٔ ده درصد
از انرژی هر پله، تنها حدود یکدهم به پلهٔ بالاتر میرسد. بقیه کجا میرود؟ بخشی با تنفس به گرما تبدیل میشود، بخشی صرف راهرفتن و گرمماندن میشود، بخشی دفع میشود و بخشی هم اصلاً خورده نمیشود؛ ریشه در خاک میماند و استخوان روی زمین.
یک مثال عددی کاملاً حلشده
فرض کن یک مرتع ۱٬۰۰۰ کیلوگرم علف بسازد و در هر پله همان ده درصد منتقل شود:
- علف: ۱٬۰۰۰ کیلوگرم، یعنی ۱۰۰ درصد انرژی.
- ملخها: ۱٬۰۰۰ ضربدر ۰٫۱ برابر ۱۰۰ کیلوگرم، یعنی ۱۰ درصد.
- قورباغهها: ۱۰۰ ضربدر ۰٫۱ برابر ۱۰ کیلوگرم، یعنی ۱ درصد.
- مارها: ۱۰ ضربدر ۰٫۱ برابر ۱ کیلوگرم، یعنی ۰٫۱ درصد.
پس برای ساختن تنها یک کیلوگرم مار، هزار کیلوگرم علف لازم بوده است. برای هر کیلوگرم گوشتخوارِ پلهٔ سوم هم حدود صد کیلوگرم گیاه لازم است. حالا روشن است چرا شکارچیها کمشمارند: انرژی برای بیشتر از این تعداد نمیرسد.
اگر پلهٔ پنجمی هم بسازی، سهمش تنها ۰٫۰۱ درصد میشود. این مقدار حتی برای زندهماندن یک جانور هم کافی نیست؛ برای همین است که زنجیرههای غذایی در طبیعت معمولاً چهار یا پنج پله بیشتر ندارند.
کاربرد در دنیای واقعی
همین قاعده توضیح میدهد چرا تولید یک کیلوگرم گوشت به زمین و آب بسیار بیشتری نیاز دارد تا یک کیلوگرم گندم؛ چون در گوشت، انرژی یک پله بالاتر رفته و نهدهم آن در راه از دست رفته است. همین قاعده هم میگوید چرا جانوران بالای هرم مثل یوزپلنگ و عقاب زودتر از بقیه در خطر انقراض میافتند: جمعیتشان از همان اول کوچک است و کوچکشدن چراگاه یا کمشدن طعمه، بیدرنگ به آنها میرسد.
رابطههای کلیدی
مأموریت شبیهسازی
هرم را بساز و ببین انرژی از پلهٔ گیاه تا پلهٔ شکارچی چقدر آب میرود.
- تولیدکننده را روی ۱۰۰، بازده انتقال را روی ۱۰ و تعداد سطح را روی ۴ بگذار و عدد کنار هر پله را یادداشت کن.
- عدد انرژی بالاترین پله را بخوان و ببین چند برابر کوچکتر از پلهٔ گیاهان است.
- تعداد سطح را روی ۵ بگذار و جملهٔ پایداری را که زیر پانل نوشته میشود بخوان.
- تعداد سطح را به ۴ برگردان و بازده انتقال را روی ۲۰ بگذار؛ ببین بالاترین پله چقدر جان میگیرد.
- بازده انتقال را تا کمترین مقدار ممکن پایین بیاور و ببین هرم چقدر باریک میشود.
آزمون این درس
۵ پرسش چهارگزینهای. پس از ثبت، پاسخ درست و توضیح هر پرسش را میبینید. میتوانید هر چند بار که خواستید تلاش کنید؛ بهترین نمره در کارنامه ثبت میشود.