生存所需的能量来源

地球上所有生命赖以生存的能量,以及人类在现代工业社会中所使用的大部分能源,都来自太阳。
在自然界中,光合作用至关重要。通过一系列的化学反应,来自太阳的能量被用来将水和二氧化碳转化为葡萄糖——一种简单的碳水化合物,并为生物体提供能源。那些可以以这种方式为自己制造食物的生物被称为初级生产者。在陆地上,大部分初级产品是由绿色植物产生的。而在海洋中,负责生产初级产品的生物体是浮游植物——微小的单细胞生物,比如水藻和硅藻。
这些以光合作用为生的生物位于食物链的最底层。初级生产者会被初级消费者——食草动物吃掉。初级消费者又成为次级消费者——食肉动物的食物。有时,即便是食肉动物,也会被更高级别的食肉动物吃掉——比如说,小鸟吃虫,而鹰则捕食小鸟。
根据物理定律,能量的转移总是伴随着损耗。因此在食物链中,由低到高每个层次的个体都会变得越来越少。食草动物吃掉的植物中只有10%左右的能量被有效地利用。其余的能量不是未能被消化,就是随着呼吸以热能的形式散发掉。
能量传递的最后阶段是食腐动物和分解者。诸如地虱和千足虫之类的食腐动物以粪便、死去的植物及动物尸体为食。而分解者——比如某些真菌和细菌——则完成了转换的最后一环,它们会摄取任何残留物质所包含的能量。
人类通过不同的方式将自己嵌入食物链。有些族群就像食草动物,他们收集种子、坚果和浆果,或是种植作物;还有的族群是食肉动物,他们靠捕猎为生,或者饲养牲畜,比如牛;但大多数族群,无论过去还是现在,往往是杂食动物,既吃动物也吃植物。虽然我们更愿意认为自己处于食物链的顶端,但在某些生态系统中,我们也会发现自己出现在那些更大的、更强壮的食肉动物的菜单当中。
在过去,除了食物之外,我们对能量的需求完全依赖于太阳。柴火是植物物质,而那些化石燃料——煤、石油和天然气,也都来自植物。现在,我们可以从水流、波浪和风中获取能量,这些同样来自太阳驱动的大气循环系统。潮汐的力量稍有不同,它更多地依靠月球的引力,只在很小的程度上与太阳有关。地热能利用的是地表深处的热量,而核能释放的能量则来自原子核的裂变。

生命可以没有太阳吗?

并非所有的地球生命都从太阳那里获取能量。深海中缺乏阳光,静水压力大,形成黑暗、低温和高压的环境。由于不能进行光合作用,深海生态系统中没有光合作用的植物,没有植食性动物,只有碎食性和肉食性动物、异养微生物和少量滤食性动物。目前人类已发现的深海生态系统包括:深海海山生态系统、深海化能合成生态系统、深渊生态系统、海底火山生态系统和海底湖泊生态系统等。

深海探测潜艇“阿尔文”号

如海底火山生态系统,美国的深潜器“阿尔文”号对加拉帕戈斯群岛附近等处海底热泉的调查,发现了新的海底火山热泉生态系统。其中以滤食性动物为主。这里生物所需的能量来自地球外壳下面的熔岩层,通过火山口释放出来,在火山热泉喷出的海水中,富有硫化氢和硫酸盐类;硫化细菌十分繁茂,密度达106个/毫升。这些细菌以化学合成作用进行有机物的初级生产,为滤食性动物提供饵料,这些微生物又成为蛤类、鲍鱼、虾类和巨型管虫的食物。这里形成了一条脆弱的完全独立于外界的生态系统。

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