Energetická bilancia (ekológia) - biológia

Molekulárny kompas na zarovnanie buniek

Čo robí listy na jeseň starnúcimi

Demokracia perličiek

Prostredie spoločnosti Ekembo: Ľudia tiež žili v otvorenej krajine

| Genetika | Poľnohospodárstvo, lesníctvo a chov zvierat

Pšeničná odroda vznikla krížením divých tráv

| Genetika | Poľnohospodárstvo, lesníctvo a chov zvierat

Jačmeň Pangenom: míľnik na ceste do sklárne

Pri zníženom príjme potravy, dlhšia životnosť

Metóda bez zvierat predpovedá toxicitu nanočastíc

Migrácia buniek: novoobjavená funkcia známeho proteínu

Energetická bilancia (ekológia)

Energetická bilancia, tiež Energetická bilancia (angl. energetický rozpočet), je termín používaný v ekológii a ekofyziológii na opísanie bilančnej analýzy a prezentácie nepretržitých energetických konverzií. Je teda tiež odvetvím bioenergetiky.

Energetická bilancia a tok energie

Energetické bilancie je možné merať pre jeden organizmus alebo populáciu. Zatiaľ čo u zelených rastlín sa energia potrebná na metabolizmus a rast absorbuje vo forme energie žiarenia, u zvierat sa získava ako organicky viazaná energia pri jedle. V obidvoch prípadoch sa energia uvoľňuje prostredníctvom rastu, produkcie potomstva, sekrečných funkcií a ďalších procesov vyžadujúcich energiu.

Prenos energie uloženej v organizmoch v ekosystéme pozdĺž potravinového reťazca alebo v rámci potravinovej siete sa nazýva Tok energie určený.

Koncepčný prístup

Energetické bilancie sú definované pre určité časové obdobia, napr. B. na druhý, deň alebo rok alebo dokonca počas celého života jednotlivca. Namiesto energetickej rovnováhy by mal mať človek pravdu Bežný účet hovoriť (výkon = jednotka energie za jednotku času). Pojem „energetická bilancia“ sa však v tejto súvislosti neujal, pravdepodobne aby nedošlo k zámene s analogickými termínmi používanými v energetických technológiách alebo v ekonómii.

Použité energetické jednotky sú jednotky fyzickej energie (alebo práce) alebo sily, napr. B. [J] (Joule) alebo [kJ] pre energetické bilancie a z. B. [J/s] (= watt) alebo [kJ/d] pre výkonové bilancie (nazývané tiež sadzby).

Zjednodušená rovnováha energie alebo výkonu pre človek a zviera môžu byť znázornené nasledovne:

C = A + E
A = P + R

C = miera spotreby (= miera požitia, miera stravovania)
A = rýchlosť asimilácie (= rýchlosť absorpcie v črevnom systéme)
P = rýchlosť produkcie (= rýchlosť rastu tkanív a rýchlosť produkcie vajíčok alebo embryí)
R = rýchlosť dýchania (= rýchlosť dýchania)
E = rýchlosť absorpcie (= rýchlosť defekácie a rýchlosť vylučovania)

Okrem toho môžu v závislosti od skupiny zvierat existovať aj ďalšie merané premenné, napríklad energetický obsah uvoľňovaný do životného prostredia, ktorý sa stráca moltovaním (napr. Hmyzom a hadmi). U mnohých zvierat nemožno defekáciu a vylučovanie ľahko rozlíšiť meraním, pretože tieto dve zložky sa uvoľňujú zmiešane (vtáky, hmyz).

Metódy merania a veľkosť vzorky

V praxi sa energetické jednotky často nemeria priamo, ale ľahšie sa dajú určiť premenné veličiny, ako je čerstvá hmota (= čerstvá hmotnosť, mokrá hmotnosť), suchá hmotnosť, suchá hmotnosť bez popola a hmotnosť organicky viazaného uhlíka. Najmä hmotnosť organického uhlíka v potravinách, tkanivách alebo produktoch vylučovania, ktorá sa dá ľahko zmerať pomocou spaľovacieho prístroja (kalorimetra) alebo chemickou oxidačnou reakciou, dobre koreluje s energetickým obsahom príslušnej vzorky, takže ide o vhodné náhradné množstvo. predstavuje. Dýchacia frekvencia sa zvyčajne odhaduje zo spotrebovaného kyslíka alebo vyrobeného oxidu uhličitého. Merania na zvieratách a rastlinách sa vykonávajú experimentálne alebo v kombinovaných analýzach experimentálnej terénnej analýzy.

Príklad: Osoba konzumuje energiu 8 000 - 10 000 kJ denne jedlom, ktoré však môže veľmi kolísať. Vo vyššie uvedených vzorcoch to zodpovedá miere spotreby C. Umožňuje metabolický výkon 100 W. Táto hodnota sa môže dočasne značne zvýšiť, napríklad na viac ako 200 W pri chôdzi strednou rýchlosťou alebo pri ťahaní ľahkého automobilu a krátko na viac ako 1 000 W pri maximálnej fyzickej námahe [1 ]. Toto vysoké množstvo energie sa vynakladá vo forme mechanickej práce vykonávanej kostrovými svalmi, obehovými svalmi a dýchacími pohybmi a tiež bunkovým výdajom na procesy osmoregulácie a molekulárneho transportu. Pri všetkých týchto činnostiach sa automaticky uvoľňuje tepelná energia, čo je vedľajší účinok všetkých procesov zmeny energie. Súčet vyrobenej mechanickej, bunkovej a tepelnej energie sa metodicky zaznamená ako energia dýchania R; rozpad jednotlivých energetických zložiek je často zložitý.

Ekologický význam

Meranie energetických bilancií umožňuje zásadné nahliadnutie do energetických tokov v ekosystéme, a tým aj do porozumenia jeho energetickej a materiálovej rovnováhy. Aj v súvislosti s behaviorálnou a evolučnou biológiou tvoria energetické rovnováhy dôležitý základ pre formovanie teórií, pretože každý organizmus môže svoj energetický príjem venovať buď väčšiemu rastu, reprodukcii alebo pohybovým aktivitám atď. Na úkor iných činností vyžadujúcich energiu. V priebehu evolúcie sa tu vyvinuli rôzne stratégie: Dravé cicavce a vtáky konzumujú pre svoju korisť pomerne veľké množstvo energie, zatiaľ čo krokodíly zvládajú princíp číhania s porovnateľne menšou energiou, a preto môžu vydržať dlhšie obdobia hladu.

Zistenia o energetických bilanciách a ich optimalizácii tiež tvoria teoretický základ pre výpočet produkcie v poľnohospodárstve, chove zvierat a akvakultúre. Tvoria tiež dôležitý základ pre výpočet pozemských hmotných bilancií. Dobytok uvoľňuje dobrých 6% energie, ktorú spotrebuje potravou (okolo 300 litrov za deň) vo forme metánu vzduchom, ktorý dýcha, čo ovplyvňuje nielen energetickú bilanciu týchto prežúvavcov, ale ovplyvňuje aj skleníkový efekt Zeme.

Energetická bilancia celých ekosystémov je určená a vypočítaná ako tok energie. Energetické bilancie a energetické toky úzko súvisia s materiálovými bilanciami (pozri tiež materiálové a energetické výmeny).