エネルギーダイナミクス

熱力学の第一法則であるエネルギーは、生成または破壊することはできず、変換するだけで、古典的な食物網内で実証できます。ここでは、太陽からの光エネルギーは、まず植物によって放射エネルギーとして利用され、次に複雑な炭水化物として貯蔵される化学エネルギーに変換されます。一部の植生は最終的に動物によって消費されます。糖を分解する過程で、エネルギーは熱として放出されるか、後で使用される化学エネルギー貯蔵として高分子に蓄えられるか、捕食者に渡されます。食物連鎖におけるこれらの各段階は、栄養段階と呼ばれます。植物は生産者です。リスが一次消費者であり、捕食性のキツネが二次消費者になります。栄養段階から次の段階に移される有機物はバイオマスと呼ばれ、通常はエネルギー単位、カロリー、またはキロカロリーで測定されます。

しかし、バイオマスの移動は直線的ではありません。一次生産者が太陽からエネルギーを受け取り、食物を作った後、細胞呼吸により、少量が使用できない熱エネルギーに変換され、二酸化炭素とともに環境に放出されます。利用される光エネルギーの総量は、総一次生産性またはGPPと呼ばれます。GPPから呼吸によって失われたエネルギーを差し引くと、結果は正味一次生産性またはNPP、つまりバイオマスが貯蔵されるエネルギー率になります。同様に、一次消費者は植物から化学エネルギーを収穫していますが、代謝中に二酸化炭素とともに少量の熱エネルギーも放出します。そして、消費されたバイオマスの一部だけが彼らの組織に復元されます。最後に、捕食者レベルでは、太陽から利用された元のエネルギーのほんの一部しか使用できません。したがって、生産者から一次消費者に移転されるバイオマスは、生産者から二次消費者に移転されるバイオマスと等しくありません。食物連鎖の各レベルでのバイオマスのこれらの変化は、特定の生態系全体の生産性について教えてくれます。

このラボでは、生産者であるキャベツから主要な消費者であるキャベツワームへのバイオマスとエネルギーの移動を測定することにより、エネルギーダイナミクスと生産性のこれらの原理を調査します。