열역학의 제1법칙, 즉 에너지는 생성되거나 파괴될 수 없고 변형될 수만 있다는 것은 고전적인 먹이 그물 내에서 입증될 수 있습니다. 여기에서 태양의 빛 에너지는 먼저 식물에 의해 복사 에너지로 활용된 다음 복합 탄수화물로 저장된 화학 에너지로 변환됩니다. 일부 식물은 결국 동물에 의해 소비됩니다. 당을 분해하는 과정에서 에너지는 열로 방출되거나, 나중에 사용하기 위한 화학 에너지 비축량으로 거대분자에 저장되거나, 포식자에게 전달됩니다. 먹이 사슬의 이러한 각 단계를 영양 수준이라고 합니다. 식물은 생산자입니다. 다람쥐가 1차 소비자가 될 것이고, 육식성 여우가 2차 소비자가 될 것이다. 영양 수준에서 다음 단계로 이동하는 유기물을 바이오매스라고 하며, 일반적으로 에너지 단위, 칼로리 또는 킬로 칼로리로 측정됩니다.
그러나 바이오매스의 이동은 선형이 아닙니다. 1차 생산자가 태양으로부터 에너지를 받아 음식을 만든 후, 세포 호흡으로 인해 소량이 사용할 수 없는 열 에너지로 변환되어 이산화탄소와 함께 환경으로 방출됩니다. 활용된 총 광 에너지를 총 1차 생산성 또는 GPP라고 합니다. GPP에서 호흡으로 손실된 에너지를 빼면 결과는 바이오매스가 저장되는 에너지 비율인 순 1차 생산성 또는 NPP입니다. 마찬가지로, 1차 소비자는 식물에서 화학 에너지를 수확하는 동시에 신진대사 중에 이산화탄소와 함께 소량의 열 에너지를 방출합니다. 그리고 소비된 바이오매스의 일부만 조직으로 복원됩니다. 마지막으로, 포식자 수준에서는 태양으로부터 이용되는 원래 에너지의 일부만 사용할 수 있습니다. 따라서, 생산자로부터 1차 소비자에게 전달되는 바이오매스는 생산자로부터 2차 소비자에게 전달되는 바이오매스와 동일하지 않다. 먹이 사슬의 각 단계에서 이러한 바이오매스의 변화는 특정 생태계 전체의 생산성에 대해 알려줍니다.
이 실험실에서는 생산자인 양배추에서 1차 소비자인 양배추 벌레로의 바이오매스와 에너지 전달을 측정하여 에너지 역학 및 생산성의 이러한 원리를 조사합니다.