Kaip keliauja energija ekosistemoje
Ekosistemos mitybos ryšiai užtikrina medžiagų judėjimą ekosistemoje (2.3.1 pav.). Kiekviena mitybos grandis, maitindamasi kita grandimi, gauna energijos ir maisto medžiagų. Kaip manote, ar visi lygmenys gauna po vienodai medžiagų ir energijos? Kiek galėtų būti dalyvių vienoje mitybos grandinėje? Kaip gamintojų pagaminta energija pasiskirsto kituose mitybos lygmenyse?
Šioje temoje jūs:
- sužinosite, kas yra produkcija;
- suprasite, kodėl kiekvienas lygmuo praranda dalį medžiagų ir energijos;
- braižydami ir analizuodami energijos piramides, suprasite, kaip energija pasiskirsto mitybos grandinėse.
Maisto medžiagų ir energijos naudojimas organizme
Kiekvienas organizmas mitybos grandinėse užima tam tikrą mitybos lygmenį: gamintojo, pirminio arba antrinio vartotojo. Maitindamasis jis gauna gyvybinei veiklai būtinų medžiagų ir energijos. Kaip tos medžiagos ir energija naudojami?
Maisto medžiagos (angliavandeniai) ląstelėse skaidomos ir verčiamos energija (prisiminkite ląstelėse vykstantį ląstelinį kvėpavimą). Gauta energija ląstelėse naudojama naujoms medžiagoms (angliavandeniams, baltymams, riebalams) gaminti. Gamindami naujas medžiagas ir jas kaupdami, organizmai paauga. Kūno masės prieaugis per tam tikrą laiką vadinamas prodùkcija.
Kita gautos energijos dalis naudojama, kad organizmai (gyvūnai) judėtų, ieškotų maisto, slėptųsi, poruotųsi ir augintų palikuonis. Šiltakraujams (paukščiams, žinduoliams) energijos reikia pastoviai kūno temperatūrai palaikyti – termoreguliacijai.
Gautos maisto medžiagos organizmuose nėra iki galo suskaidomos ir paverčiamos į energiją ar prieaugį. Pavyzdžiui, žmogaus virškinimo sistemoje nevirškinama celiuliozė (skaidulos). Nesuskaidytos medžiagos patenka į išmatas ir yra pašalinamos iš organizmo – tai nepanaudota gautų maisto medžiagų dalis. Šios medžiagos atitenka skaidytojams. Skaidydami šias medžiagas, skaidytojai gaus gyvybinei veiklai būtinos energijos.
Paprastai organizmas pasigamina daugiau energijos, nei tuo metu jos reikia. Toks energijos perteklius virsta šiluma ir su vandens garais (prakaitu) pašalinamas iš organizmo. Prisiminkite: kai labai intensyviai judate, pasidaro karšta ir kaktą padengia prakaito lašeliai (2.3.2 pav.). Sunaudota ir kaip šiluma išsisklaidžiusi energija vadinama energijos núostoliu.
Kuo daugiau pagamintos energijos organizmas sunaudoja gyvybinei veiklai ar išsklaido kaip šilumą, tuo mažiau jos lieka augti.
Žinios apie iš maisto gautos energijos pasiskirstymą ir panaudojimą organizme itin svarbios ūkininkams, auginantiems naminius gyvulius ir paukščius. Biotechnologai, genetikai kuria greitu kūno masės prieaugiu išsiskiriančias mėsinių galvijų ir naminių paukščių veisles.
Mėsinius galvijus ir paukščius auginantys ūkininkai stengiasi įrengti tokias jų buveines (paukštynus, fermas) ir sukurti tokias gyvenimo sąlygas, kad šie greičiau užaugtų ir augtų didesni. Pavyzdžiui, paukštynuose palaikoma tokia temperatūra, kad paukščiams kuo mažiau energijos reikėtų sunaudoti termoreguliacijai – šilumos gamybai ar vėsinimuisi. Paukščiai auga nedidelėje erdvėje, kad kuo mažiau judėtų, o pašaras ir vanduo yra lengvai pasiekiami. Jie lesinami maistingu (kaloringu) lesalu, turinčiu daug energijos ir augti būtinų maisto medžiagų (2.3.3 pav.).
Energijos kelias ekosistemoje
Jau žinote, kad energijos virsmai vyksta visuose organizmuose, o energijos šaltinis – maistas. Panagrinėkite, kaip energija keliauja mitybos grandinėje (2.3.4 pav.).
Visose ekosistemose pirminis energijos šaltinis yra šviesos energija. Šviesos energiją geba naudoti gamintojai. Vykdydami fotosintezę, jie pasigamina organinių medžiagų. Kaip gamintojai naudoja pagamintą energiją? 2.2.4 pav. matote, kad dobilo prieaugiui sunaudojama tik 10 proc. energijos. 90 procentų energijos prarandama – sueikvojama dobilo gyvybinei veiklai (ląstelinis kvėpavimas), virsta šiluma ir dalis jos (žuvusios augalų dalys) atitenka skaidytojams.
Žiogas – pirminis vartotojas. Jis gauna tik dalį dobilo energijos – prieaugį (10 proc.). Didesnę gautos energijos dalį vabzdys sunaudoja ląsteliniam kvėpavimui. Ši energija reikalinga žiogo gyvybinei veiklai (judėti, slėptis, kiaušinėliams dėti, maisto paieškoms), o nesunaudota energija išsisklaido kaip šiluma. Nesuvirškintos medžiagos atitenka skaidytojams. Taigi žiogo prieaugiui naudojama tik 10 proc. dobilo energijos, sukauptos kaip prieaugis, o 90 proc. šios energijos sunaudojama žiogo gyvybinei veiklai, virsta šiluma, atitenka skaidytojams.
Kikilis – antrinis vartotojas. Sumedžiojęs žiogą, jis savo prieaugiui sunaudoja tik 10 proc. iš žiogo gautos energijos, o 90 proc. prarandama. Nesuvirškintos medžiagos atitenka skaidytojams.
Katė – tretinis vartotojas. Jos organizme vyks tokie patys procesai kaip ir kikilio, todėl 90 proc. iš kikilio prieaugio gautos energijos ir vėl bus prarasta, o katės prieaugiui bus panaudota tik 10 procentų. Katė šioje mitybos grandinėje gauna mažiausiai energijos. Prisiminkime, kad visi šios mitybos grandinės organizmai ėsdami energijos gavo tik iš prieaugio (10 proc.). Augti panaudojo tik 10 proc. gautos energijos, o 90 procentų sunaudojo gyvybinei veiklai (ląsteliniam kvėpavimui), dalis medžiagų (išmatos su nevirškintomis maisto medžiagomis) atiteko skaidytojams, kita dalis energijos išsisklaidė kaip šiluma. Kiekviename mitybos lygmenyje patiriama energijos nuostolių, todėl prieaugiui lieka vis mažesnis energijos kiekis.
Kaip matote, kuo aukštesnis mitybos lygmuo, tuo energijos lieka mažiau. Dėl šios priežasties ekosistemose mitybos grandinės būna neilgos, paprastai sudarytos iš 3–4 narių. Plėšrūnai paprastai medžioja augalėdžius gyvūnus ar kitus smulkius (mintančius augalėdžiais) plėšrūnus. Kad galėtų kompensuoti didelius energijos nuostolius, plėšrūs žvėrys paprastai minta labai įvairiu maistu ir įvairiose mitybos grandinėse gali užimti skirtingus mitybos lygmenis. Aukščiausius mitybos lygmenis užimančių gyvūnų (stambiųjų plėšrūnų: vilkų, lūšių, lokių) paprastai nemedžioja kiti plėšrūnai.
Mitybos piramidė
Išnagrinėję energijos kelią mitybos grandinėje, matote, kad kiekvienam aukštesniam mitybos lygmeniui atitenka mažiau energijos, nei gavo jo grobis. Energijos pasiskirstymą tarp skirtingų ekosistemos populiacijų ekologai vaizduoja ekològinėmis ener̃gijos piramidėmis (2.3.5 pav.).
Tarkime, dobilai pagamina ir sukaupia 100 proc. energijos. Žiogai iš dobilų gauna tik 10 proc. energijos, o 90 proc. vabzdžiams lieka nepasiekiama (dalį energijos dobilai sunaudoja patys, dalis jos išsisklaido kaip šiluma, žuvusios dobilų dalys atitenka skaidytojams). Kikiliai, lesdami šios mitybos grandinės žiogus, gauna 1 proc. energijos, o praranda 9 proc. energijos. Kikilį sumedžiojusi katė iš jo gauna tik 0,1 proc. energijos, o 0,9 proc. energijos dalies nelieka.
Piramidės laipteliai rodo, kad ekosistemoje visada bus daugiausia gamintojų, o vartotojų – mažiau. Aukščiausiojo mitybos lygmens vartotojų bus mažiausia, nes kitaip jiems neužtektų maisto ir energijos.
Štai todėl miške (pievoje ar kitoje ekosistemoje) visada matysite daugiausia augalų. Atidžiau patyrinėję aplinką, pastebėsite smulkių augalėdžių bestuburių. Tik tyliai pabuvę kurį laiką miške, išgirsite (o gal ir išvysite) smulkių plėšrūnų (paukščių). Norėdami pastebėti stambų plėšrūną, turėtumėte išsiruošti į specialų stebėjimo žygį. Stambiems plėšrūnams išgyventi reikia labai didelių teritorijų, pavyzdžiui, vienai lūšiai išgyventi reikia net 130 km² teritorijos.
Klausimai ir užduotys
- Paaiškinkite, kas yra organizmo produkcija.
- Paaiškinkite, kas yra mitybos lygmens energijos nuostolis.
- Pasvarstykite, kodėl šviesos energiją vadiname pirminiu energijos šaltiniu.
- Ūkininkas nusprendė auginti žąsis. Patarkite, ką jis turėtų daryti, kad paukščiai užaugtų didesni. Prisiminkite: žąsys yra vandens paukščiai.
- Toliau pateiktos mitybos grandinės:
Rugys → žmogus → uodas Rugys → višta → žmogus
Apibūdinkite žmogaus mitybos lygmenis šiose mitybos grandinėse. Nusibraižykite ekologinę energijos piramidę ir nurodykite, kiek joje procentų energijos gautų žmogus. - Šernas – stambus visaėdis gyvūnas, galintis maitintis tiek augalais, tiek kitais gyvūnais. Remdamiesi energijos pasiskirstymu mitybos grandinėse, paaiškinkite, kodėl viename miške jų gali išgyventi ne keli, o daugiau.
Praktinė veikla
- Remdamiesi pateiktu mitybos tinklu (2.3.6 pav.), sudarykite penkių narių mitybos grandinę.
- Remdamiesi turimais duomenimis, apskaičiuokite energijos pasiskirstymą šioje mitybos grandinėje.
- I mitybos lygmenyje yra 100 proc. pagamintos energijos. Skaidytojams atiteko 32 proc., o II mitybos lygmeniui teko 15 proc. energijos. Kiek energijos buvo sunaudota gyvybinei veiklai ir išsisklaidė kaip šiluma?
- II mitybos lygmuo gavo 15 proc. energijos. 9 proc. energijos sunaudota gyvybinei veiklai ir išsisklaidė kaip šiluma. III mitybos lygmeniui atiteko 2 proc. energijos. Kiek energijos atiteko skaidytojams?
- Žinoma, kad III mitybos lygmuo gavo 2 proc. energijos, o IV mitybos lygmuo gavo 0,5 proc. energijos. Kiek energijos buvo prarasta?
- Kiek energijos liko V mitybos lygmeniui, jeigu žinoma, kad IV mitybos lygmuo prarado 0,4 proc. energijos?
- Remdamiesi skaičiavimo rezultatais, nubraižykite ekologinę energijos piramidę. Braižydami pasirinkite kuo tikslesnius mitybos lygmenų mastelius.
- Nubraižytoje ekologinėje energijos piramidėje surašykite mitybos lygmenų pavadinimus, parodykite keliaujančios energijos srautus (procentais).
- Paaiškinkite, kodėl šioje mitybos grandinėje negali būti VI mitybos lygmens.
Apibendrinimas
- Kiekviename organizme iš maisto gautos energijos dalis naudojama augti. Kūno masės prieaugis per tam tikrą laiką vadinamas produkcija. Organizmo gyvybinėms funkcijoms palaikyti suvartota energija, išsisklaidžiusi kaip šiluma ir atitekusi skaidytojams, vadinama energijos nuostoliu.
- Visose ekosistemose pirminis energijos šaltinis yra šviesos energija, nes ją naudodami gamintojai gamina organines medžiagas (vykstant fotosintezei).
- Ekosistemose mitybos grandinės negali būti ilgos. Aukštesnis mitybos lygmuo gauna mažiau energijos nei žemesnis lygmuo. Kiekviename mitybos lygmenyje daugiausia energijos (apie 90 proc.) prarandama ir tik maža dalis lieka produkcijai augti (apie 10 proc.).
- Service provided by UAB "Biznio mašinų kompanija" and "Star Cloud OÜ"