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[转载]食物链的本质是什么?

已有 1986 次阅读 2021-6-4 08:25 |系统分类:科研笔记|文章来源:转载

     自然界对能量平衡能力的需求,不仅驱动了生物的出现(此时,可能有读者问,月球上的能量分布也不均衡啊,为什么月球中没有出现生物?该问题的答案在后文中会有详细的解释),还驱动了食物链的出现。下面我们以草、羚羊和狼组成的食物链为例来进行说明。已知,太阳能是草的能量供体,草是羚羊的能量供体,羚羊是狼的能量供体。我们将这条食物链中的能量流动过程分解为以下五个部分:

      1)太阳能向草流动的过程。草利用光能将能量相对较低的二氧化碳和水转换为能量相对较高的葡萄糖。从光能的角度看,这是一个从光能相对较强的地方向光能相对较弱的地方传递的过程,是个自发的过程。从化学能的角度看,这个过程是一个能量从能量相对较低物质到能量相对较高的物质传递的过程。根据前文所述,该“逆流”现象的发生,是为了维持生物结构和功能的稳定,进而将环境中难以释放的化学能转变成相对比较容易释放和传递的热能的过程。因此,该过程也是环境中的能量分布向更均衡状态转变的过程。

      2)土壤中的化学能向草流动的过程。草在生长过程中,需要从土壤中获取矿物质、无机盐、有机质等,这些物质在土壤中的分布往往不均衡。不同的物质具有不同的化学结构,也就具有不同的能量。这些物质在土壤中分布的不均衡性致使土壤中的能量分布不均衡。草将这些物质吸收入自己体内,然后通过自身的代谢过程对这些物质进行加工处理,再重新分配至每个组成细胞中。由于各个细胞之间的组分相似,各个细胞之间的能量差异也就相对较小,也就是说,能量在草中的分布相对更加的均衡。对于这个过程,我们可以说,经过草这一能量传递介体的作用,原来在土壤中分布不均衡的物质,被转换成在草内分布相对更加均衡的物质。由此可见,草的生长过程,是土壤中分布不均衡的能量在草中重新分配的过程,也是自然界向能量均衡状态转变的过程。

      3)草内化学能转化为热能和自由能的能量流动过程。草在光合作用过程中生成的葡萄糖,在呼吸作用过程中又会被分解成二氧化碳和水,同时释放出热能和自由能。伴随着呼吸作用的进行,相对难以释放和传递的储存在化学物质中的化学能,被转化成相对比较容易释放和传递的热能。热能在环境中的再分配过程,也是环境中的能量分布向更均衡状态转变的过程。

      4)草中的能量向羚羊流动的过程。羚羊吃草的过程,也是将草中的能量在羚羊体内重新分配的过程。可能会有读者问,草细胞之间的能量差异与羚羊细胞之间的能量差异差不多啊(这里忽略同一生物不同组织之间的细胞差异),为什么自然界中会出现羚羊?为什么草又要被羚羊吃掉?的确,对于草本身而言,可以认为是一个能量分布相对均衡的体系。然而,草在自身构建过程中,生成了很多能量相对较高的物质,这部分物质也有释放其能量的需要。此外,对于草单个个体而言,是一个能量分布相对均衡的体系,然而,对于草所属的自然环境而言,依然是一个能量分布不均衡的体系(例如,有的地方有草,有的地方没有,有的地方草的长势比较好,有的地方草的长势较差),即仍然有对能量平衡能力的需要,也就有对能量传递单元的需要,进而有对能量传递介体的需要。在这些因素的驱动条件下,以草作为能量供体的能量传递介体也就应运而生。我们现在看到的羚羊,并不是从天而降,而是自然界依据自身对能量平衡能力的需求,对可以以草作为能量供体的能量传递介体不断选择的结果。羚羊在自我构建过程中,也伴随着原本储存在草内化学物质中的化学能向热能的转变。羚羊的运动性及体温稳定性,使得单只羚羊中化学能向热能的转变效率比在单颗草中更高,因而适合自然界向能量均衡状态转变的需要,也就有存在的可能。

      5)羚羊中的能量向狼流动的过程。狼介导羚羊的能量流动过程与羚羊介导草的能量流动过程类似,是将自然界中难以释放的储存在羚羊中的化学能转换成相对比较容易传递的热能的过程,是化学能向热能转化过程中,转化效率进一步升级的结果。

      综上所述,生物介导的能流的意义在于将自然界中相对难以释放和传递的化学能转化为相对更容易释放和传递的热能,食物链的出现是该转化过程转化效率一步步提升的结果。在食物链中,越顶层的生物,将化学能转化为热能的效率往往越高,也就越容易满足自然界向能量均衡状态转变的需要。此外,由于生物在行使其能量传递能力的过程中,还需要从中获取维持自身能量传递能力所需要的物质和能量,因而,食物链中每一环节的生物,都是自然界对能量平衡能力的需要与生物在介导能量流动过程中还需要满足自身构建需求之间相互作用的结果。

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