生態系におけるエネルギーの流れ: 定義、特徴、例

生態系は、特定の環境または地理的領域内で相互に作用する生物 (植物、動物、その他の生物など) のコミュニティです。生態系内の既存の生物多様性はすべて、微生物から巨大動物に至るまで、既存の栄養または摂食相互作用に基づいて栄養段階に編成されています。獲物と捕食者の摂食関係のこの構造は、エネルギーの流れや種の特有の特性などのいくつかの要因によって決定されます。

「ワイルド＆グリーン」では、生態系におけるエネルギーの流れの定義、特徴、例について説明するこの記事を通じて、生態系内のエネルギーの流れについてさらに学ぶことを提案します。

生態系に生息するすべての生き物は、その重要な機能を実行し、ライフサイクルを発展させるために物質とエネルギーを必要とします。生態系内の生物は、物質とエネルギーの入手方法に応じて栄養段階に分類され、次のレベルに区別されます。

• 生産者:太陽エネルギーを捕捉して使用し、無機物を有機物に変換する役割を担う独立栄養生物によって形成されます。
• 消費者:生産者を餌として必要な物質とエネルギーを得る従属栄養生物です。これらは捕食関係に応じて一次消費者、二次消費者、三次消費者に分けられます。
• 分解者: 分解生物のグループには、有機および無機の残骸を分解して、生産者が後で使用する物質に変換する細菌や菌類が含まれます。

このように、エネルギーは生産者によって物質の形で捕捉・固定され、常に捕食関係を介してより高次の栄養段階に移動することで生態系内を流れ、生態系内に物質と​​エネルギーの流れが生じます。このトピックをさらに拡張し、レベル間のフローをより深く理解するには、栄養レベルとは何か、その内容と例に関する「ワイルド＆グリーン」の他の投稿を読むことをお勧めします。

太陽は地球上のほとんどの生態系にとって主なエネルギー源です。しかし、太陽が必要なエネルギーを供給するなら、生態系ではエネルギーの流れはどのように起こるのでしょうか?これがプロセスです:

1. 太陽エネルギーは、食物連鎖の基礎の構成要素である生産者による光合成によって吸収され、物質に固定されます。光合成のプロセスを通じて固定されるエネルギーは、地球の表面に到達する太陽​​エネルギーの総量のわずか 1% に相当します。
2. このエネルギーは、バイオマスの形の物質とともに、次の栄養段階で伝達され、あるレベルから別のレベルの間で 10 ～ 20% の効率でより高いレベルに到達し、生態系の物質とエネルギーの流れを生み出します。 。
3. 生態系内のエネルギーは、生態系内を移動するにつれて散逸されます。つまり、細胞呼吸のプロセスを通じて、熱の形で各栄養段階の環境に少しずつ放出されます。異なる栄養段階間のこれらのエネルギー損失により、食物連鎖の長さと、より高い栄養段階に到達するバイオマスが制限されます。このように、生態系内のエネルギーの流れは一方向です。つまり、生産者からより高い栄養段階まで一方向に進みます。
4. それどころか、各栄養段階から生じる物質（生物の死体、生物の残骸、排泄物、枝、枯れ葉など）は土壌に蓄積し、分解生物が利用できるようになります。また、エネルギーを熱の形で環境に放出します。
5. これらの分解者は、この有機物を変換し、無機物の形で環境に戻す役割を果たします。無機物は、独立栄養生物が食物網に入るために再び使用されます。したがって、閉じた物質サイクルと一方向のエネルギーの流れは区別されます。

最も重要な生態系におけるエネルギーの流れの特徴の 1 つは、一方では、エネルギーは生成も破壊もされず、変換されるだけであり、他方では、この形態の変化はエネルギーの損失を伴うということです。熱という形で。

生態系の栄養段階への構造化とそのエネルギーの流れは、太陽をエネルギー源として使用しない一部の海洋生物を除いて、陸上生態系と海洋生態系の両方で同様に起こります。この記事で説明する概念を明確にするために、陸上システム、特に森林の食物網の例に焦点を当てます。一般に、森林では食物網の次の構成要素を特定できます。

• 生産者：木、低木、植物。
• 主な消費者: ウサギ、マウス、リス。
• 二次消費者：キツネからタカへ。
• スカベンジャー：キツネとハゲワシ。
• 分解者: 昆虫、菌類、細菌、その他さまざまな微生物。

森林食物網におけるエネルギーの流れ

1. 土壌中に存在する水と無機塩は、樹木や植物の根から吸収され、葉に運ばれ、そこで太陽から得られるCO2やエネルギーとともに、光合成のプロセスを通じて有機物が製造されます。
2. これらの植物は一次消費者によって消費されます。
3. これらは、次に、その捕食者、つまり下位レベルを捕食する二次および三次消費者によって消費されます。
4. また、樹木から落ちた葉、枝、果実などが林床に堆積し、分解者が有機物を無機養分に変える役割を果たします。これらの栄養素は植物や木の根によって再び吸収され、サイクルが再び始まります。

下の画像では、このトピックに関する別のより一般的な例を見ることができます。土壌の食物網が反映されていることがわかります。これは、生態系におけるエネルギーの流れを理解するための例としても役立ちます。

生物は熱を他の形態のエネルギーに変換できないため、生態系は熱の形でエネルギーを失います。細胞呼吸プロセスに由来する熱は生物の温度上昇を引き起こします。これは冷血生物にとって非常に好ましい現象であり、生物の活動性を高めるのに役立ちます。それでも、熱力学の物理法則によれば、熱はより冷たい物体からより熱い物体へと伝達されます。このようにして、時間の経過とともに、生物によって生成された熱は媒体または環境に放散されます。これによりエコシステム内の時間が奪われるかもしれませんが、最終的には失われることになります。

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