ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΟΙΚΟΛΟΓΙΑΣ Μ ά θ η μ α 2 (Α) Τροφικές σχέσεις & Ροή ενέργειας (Β) «Ας σκεφτούμε» με αφορμή τη φωτοσύνθεση
Τα θέματά μας σήμερα Η έννοια των «τροφικών επιπέδων» - παραγωγοί αυτότροφη θρέψη φωτοσύνθεση - καταναλωτές ετερότροφη θρέψη Οι έννοιες - «τροφική αλυσίδα» - «τροφικό πλέγμα» οι τροφικές σχέσεις ποιοτικά Η έννοια της «οικολογικής πυραμίδας» - πυραμίδα αριθμών - πυραμίδα βιομάζας οι τροφικές σχέσεις ποσοτικά - πυραμίδα ενέργειας Η ροή της ενέργειας (ήλιος - παραγωγοί - καταναλωτές) --------------------------------------------------------------------------------Μέρος (Β) ------------- Η φωτοσύνθεση ως αφορμή για «σκέψη»
Οι τροφικές σχέσεις των οργανισμών, κριτήριο ταξινόμησής τους σε «παραγωγούς», «καταναλωτές» & «αποικοδομητές» Οι ζωντανοί οργανισμοί διακρίνονται - σε αυτούς που φτιάχνουν την τροφή τους μόνοι τους - και σε αυτούς που την παίρνουν έτοιμη φυτά ( και μερικά βακτήρια) παραγωγοί ζ ώ α 1ης, 2ης, 3ης τάξης καταναλωτές αποικοδομητές: ιδιαιτερότητα όλα τα τροφικά επίπεδα, τούς παρέχουν τροφή με το θάνατό τους
Οι παραγωγοί: πώς φτιάχνουν την τροφή τους;;; Φωτοσύνθεση: είναι η βιοχημική διαδικασία μέσα από την οποία τα φυτά παράγουν την τροφή τους Χρησιμοποιεί διοξείδιο του άνθρακα (από τον αέρα) νερό (από το έδαφος) ηλιακή ενέργεια (με τη χλωροφύλλη) Παράγει γλυκόζη οξυγόνο νερό
Οι καταναλωτές: πώς εξασφαλίζουν την τροφή τους;;; Οι καταναλωτές 1 ης τάξης είναι φυτοφάγα ζώα - τρέφονται με παραγωγούς: με φυτά ( & μερικά βακτήρια) Οι καταναλωτές 2 ης τάξης είναι σαρκοφάγα ζώα - τρέφονται με τους καταναλωτές 1 ης τάξης ( με φυτοφάγα ζώα) Οι καταναλωτές 3 ης τάξης είναι επίσης σαρκοφάγα ζώα - τρέφονται με τους καταναλωτές 2 ης τάξης ( με μικρότερα σαρκοφάγα ζώα) Οι αποικοδομητές είναι μικροοργανισμοί: βακτήρια & μύκητες - τρέφονται με νεκρή οργανική ύλη νεκρά φυτά, νεκρά ζώα, απορρίμματα ζώων
Τροφικές αλυσίδες: ποιοτική προσέγγιση των τροφικών σχέσεων Απεικονίζουν «ποιος τρώει ποιον», δηλαδή τη - ροή τροφής - ενέργειας ανάμεσα στους διάφορους πληθυσμούς της βιοκοινωνίας Εικόνα 03 Προσοχή στα βέλη: έχουν φορά από αυτόν που τρώγεται, προς αυτόν που τον τρώει Τι μας λέει αυτή η τροφική αλυσίδα; - το χορτάρι τρώγεται από το κουνέλι και το κουνέλι τρώγεται από την αλεπού Πόσα τροφικά επίπεδα έχει και ποια είναι αυτά;;; - παραγωγοί / καταναλωτές 1 ης τάξης / καταναλωτές 2 ης τάξης
Υπάρχει κάτι κοινό σε αυτές τις τροφικές αλυσίδες;;; ξκξ φ Φύλλα βελανιδιάς γυμνοσάλιαγκας τσίχλα ξεφτέρι Πεσμένα φύλλα ξυλόψειρα κότσυφας φ Φυτοπλαγκτόν ζωοπλαγκτόν σκουλήκι ρέγκα Γ Φύκη ψύλλος νερού ψάρι Α ψάρι Β ψάρι Γ
Στο πρώτο τροφικό επίπεδο κάθε τροφικής αλυσίδας παραγωγοί Κάθε τροφική αλυσίδα ξεκινά με - παραγωγούς - φυτά μέρη φυτών: σπόροι, φρούτα, νεκρά φύλλα «φύκη» φυτοπλαγκτόν Κάθε τροφική αλυσίδα τελειώνει με - καταναλωτές ανώτερης τάξης: 2 ης ή 3 ης
Τροφικά πλέγματα: μία πιο ολοκληρωμένη ποιοτική προσέγγιση των τροφικών σχέσεων Συνήθως τα ζώα τρέφονται με περισσότερα του ενός «πράγματα» - οι σκαντζόχοιροι π.χ. τρέφονται με σαλιγκάρια / σκουλήκια σκαθάρια Ένα τροφικό πλέγμα - περιλαμβάνει πολλές τροφικές αλυσίδες - δίνει σφαιρική εικόνα των τροφικών σχέσεων μεταξύ των οργανισμών - Πόσες τροφικές αλυσίδες υπάρχουν σε αυτό το πλέγμα;;; - (6)
Πόσο εύκολη είναι η κατάταξη σε τροφικά επίπεδα μέσα στα τροφικά πλέγματα;; Σε ποιο τροφικό επίπεδο ανήκει το σκουμπρί;;; Ανάλογα με την τροφική αλυσίδα όπου μετέχει μπορεί να είναι - καταναλωτής 2 ης τάξης 3 ο τροφικό επίπεδο - Φυτοπλαγκτόν Ζωοπλαγκτόν Σκουμπρί - Φυτοπλαγκτόν Σαρδέλα Σκουμπρί - καταναλωτής 3 ης τάξης 4 ο τροφικό επίπεδο - Φυτοπλαγκτόν Σκουλήκι Σαρδέλα Σκουμπρί - Φυτοπλαγκτόν Σαρδέλα Χέλι Σκουμπρί - καταναλωτής 4 ης τάξης 5 ο τροφικό επίπεδο - Φυτοπλαγκτόν Σκουλήκι Σαρδέλα Χέλι Σκουμπρί
Η ιδέα των πολλαπλών τροφικών επιλογών σε ένα τροφικό πλέγμα Τι θα συμβεί αν απομακρύνουμε τα σκουλήκια;;; - αρουραίοι πρόβλημα: δεν έχουν εναλλακτικές επιλογές τροφής - τρυποκάρυδοι καταφεύγουν σε προνύμφες & αράχνες - φίδια - κουκουβάγιες πρόβλημα: δεν έχουν εναλλακτικές επιλογές τροφής καταφεύγουν σε σπίνους & ποντικούς
Πυραμίδες: η ποσοτική προσέγγιση των τροφικών σχέσεων Οι τροφικές αλυσίδες & τα τροφικά πλέγματα δείχνουν ποιοι οργανισμοί υπάρχουν σε κάθε τροφικό επίπεδο δεν δείχνουν όμως πόσοι Για παράδειγμα, μπορεί να χρειάζονται πολλά φυτά για ένα μόνο φυτοφάγο ζώο και πολλά φυτοφάγα για ένα μόνο σαρκοφάγο ζώο, αλλά οι τροφικές αλυσίδες & τα πλέγματα δεν δείχνουν κάτι τέτοιο - Τι συμβαίνει συνήθως με τους αριθμούς όσο ανεβαίνουμε τροφικά επίπεδα; - Μείωση - Τι συμβαίνει με το μέγεθος των οργανισμών; - Αύξηση - Τι περιλαμβάνει πάντα το 1 ο τροφικό επίπεδο; - Παραγωγούς
Πυραμίδες: η ποσοτική προσέγγιση των τροφικών σχέσεων Δξσκδκσ Ηξδξσ Όσο ανώτερο είναι το τροφικό επίπεδο όπου ανήκει ένας πληθυσμός, - τόσο μικρότερος είναι ο αριθμός των ατόμων που περιλαμβάνει ΕΚΤΟΣ ΕΑΝ - υπάρχει πολύ μεγάλη διαφορά μεγέθους μεταξύ παραγωγών και καταναλωτών 1 ης τάξης, - ή εάν υπάρχουν «παρασιτικές» σχέσεις
Οι πυραμίδες αριθμών Δείχνουν πόσοι οργανισμοί υπάρχουν σε κάθε τροφικό επίπεδο ανά μονάδα έκτασης (π.χ. άτομα 2 ου τροφικού επιπέδου / km 2 όταν φτιάξαμε την πυραμίδα) Δεν λαμβάνουν όμως υπ όψη το μέγεθος των οργανισμών μία βελανιδιά & ένα χόρτο μετράνε το ίδιο (1-1), αλλά. μία βελανιδιά μπορεί να δώσει τροφή σε πολλά φυτοφάγα ζώα «Χ», ενώ ένα χόρτο σε πολύ λιγότερα φυτοφάγα ζώα «Ψ»
Οι πυραμίδες αριθμών Έτσι είναι δυνατόν να έχουμε πυραμίδες με περίεργα σχήματα Μικρός αριθμός από βελανιδιές (βλ.oak trees) - είναι αρκετός για να υποστηρίξει τροφικά έναν - πολύ μεγαλύτερο αριθμό από κάμπιες (βλ.caterpillars) - Έτσι όμως, η «βάση» της πυραμίδας είναι μικρή Πάνω σε μία πασχαλίτσα (π.χ.) μπορούν να παρασιτούν (δηλ. να τρέφονται από αυτήν) πολλά παράσιτα Έτσι το 3 ο τροφικό επίπεδο (βλ. ladybirds) αριθμεί λιγότερα άτομα από το 4 ο (βλ. parasites) και - η «κορυφή» της πυραμίδας είναι μεγάλη
Ποια τροφική αλυσίδα αντιστοιχεί σε κάθε πυραμίδα αριθμών; Λάχανο κάμπια πάρα πάρα πολύ μικρό έντομο (Α) Βελανιδιά ψείρα φυτών πουλί (Β) Σιτάρι αρουραίος ψύλλος (Γ) Γρασίδι κουνέλι αλεπού (Δ) 1Δ / 2Γ / 3Β / 4Α
Ποια τροφική αλυσίδα αντιστοιχεί σε κάθε πυραμίδα αριθμών; 1. πεύκο κάμπια κότσυφας 2. βελανιδιά κάμπια πάρα πολύ μικρό έντομο 3. χορτάρι λαγός ψύλλος 4. βελανιδιά ψείρα φυτών πουλί 5. σιτάρι αρουραίος ψύλλος 6. γρασίδι κουνέλι αλεπού 3α // 5α 1β // 4β 2γ 6 (-)
Πυραμίδες βιομάζας Για να ξεπεράσουμε το πρόβλημα με τους αριθμούς - μετράμε τη βιομάζα σε κάθε τροφικό επίπεδο - και φτιάχνουμε έτσι «πυραμίδες βιομάζας» είναι η μάζα των οργανισμών (το «βάρος» τους) παίρνουμε δείγμα οργανισμών κατατάσσουμε τους οργανισμούς στα διάφορα τροφικά επίπεδα ζυγίζουμε βρίσκουμε το μέσο όρο μάζας ανά οργανισμό πολλαπλασιάζουμε με τον αριθμό των οργανισμών του επιπέδου και τελικά λέμε ότι υπάρχουν «X» kg βιομάζας ανά μονάδα έκτασης (π.χ. ανά m 2 ) σε δεδομένη χρονική στιγμή
Οι πυραμίδες βιομάζας έχουν μειονεκτήματα;;; Η μέτρηση της βιομάζας γίνεται σε συγκεκριμένη χρονική στιγμή, και δεν λαμβάνεται υπ όψη το πόσο γρήγορα αυξάνει κάθε πληθυσμός Όταν οι παραγωγοί είναι πολύ μικροί οργανισμοί με πολύ γρήγορους ρυθμούς ανάπτυξης, τότε η πυραμίδα βιομάζας μπορεί να έχει περίεργο σχήμα Για παράδειγμα, το φυτοπλαγκτόν αυξάνεται με πολύ γρήγορο ρυθμό έχει μικρό κύκλο ζωής τρώγεται συνεχώς π.χ. από το ζωοπλαγκτόν Έτσι, η βιομάζα του σε δεδομένη στιγμή μπορεί να είναι μικρή αλλά π.χ. στη διάρκεια ενός έτους είναι τεράστια Επίσης, η βιομάζα ποικίλλει με τις εποχές - Τι γίνεται το χειμώνα π.χ. με τα φύλλα, τους καρπούς, τα φρούτα;;;
Οι πυραμίδες ενέργειας Δείχνουν το ποσό της ενέργειας που περνά από το ένα τροφικό επίπεδο στο άλλο ανά μονάδα έκτασης και ανά μονάδα χρόνου Τι δείχνει λοιπόν αυτή π.χ. η «πυραμίδα ενέργειας»;;; Δείχνει ότι 87.000 KJ είναι η Ε που είναι δυνατόν να περάσει από τα φυτά στους γυρίνους ( ανά m 2 και ανά έτος) 14.000 KJ είναι η Ε που είναι δυνατόν να περάσει από τους γυρίνους στα μικρά ψάρια ( ανά m 2 και ανά έτος) κ.ο.κ Για ποια ενέργεια μιλάμε προφανώς;;; Η ενέργεια που μπορεί να περάσει από ένα τροφικό επίπεδο σε ένα άλλο είναι αυτή που έχει χρησιμοποιηθεί για την αύξηση της βιομάζας του πρώτου ( με άλλα λόγια, αυτή που έχει ενσωματωθεί στη βιομάζα του)
Οι πυραμίδες ενέργειας Εάν όμως οι γυρίνοι μπορούν να παίρνουν από τα φυτά Ε 87.000 KJ, και ενσωματώνουν στη βιομάζα τους μόνο 14.000 KJ τα οποία και μπορούν να περάσουν στα μικρά ψάρια, τότε τα υπόλοιπα 73.000 KJ έχουν χαθεί Πού;;; Οι γυρίνοι χρησιμοποιούν Ε για τις δραστηριότητές τους και αποβάλλουν θερμότητα χάνουν ενέργεια λόγω των απεκκρίσεών τους αφήνουν. αφάγωτα Θυμηθείτε Η ενέργεια που μπορεί να περάσει από ένα τροφικό επίπεδο σε ένα άλλο είναι αυτή έχει χρησιμοποιηθεί για την αύξηση της βιομάζας του πρώτου Η υπόλοιπη χάνεται ( δραστηριότητες - θ, απεκκρίσεις, αφάγωτα) o από τα 87.000 KJ με τα οποία αρχίσαμε, o. μόνο τα 67 KJ θα μείνουν τελικά ενσωματωμένα στη βιομάζα των καταναλωτών 3 ης τάξης της πυραμίδας
Οι πυραμίδες ενέργειας έχουν και αυτές μειονεκτήματα;;; Οι πυραμίδες ενέργειας δεν έχουν ποτέ περίεργο σχήμα: μόνο ένα μέρος της ενέργειας περνάει στο επόμενο επίπεδο Θυμηθείτε τι είδαμε αντίθετα στις πυραμίδες αριθμού και βιομάζας Μας δίνουν τη δυνατότητα να συγκρίνουμε διάφορες ομάδες οργανισμών που ζουν σε διαφορετικούς βιότοπους ως προς την αποτελεσματικότητα στη μεταφορά ενέργειας από ένα τροφικό επίπεδο στα επόμενα Ωστόσο, είναι αρκετά δύσκολο να συγκεντρώσει κανείς τα στοιχεία που απαιτούνται για την κατασκευή μιας τέτοιας πυραμίδας (. αποτέφρωση και θερμιδόμετρο)
Η είσοδος της ενέργειας στο «οικοσύστημα» γίνεται χάρη στη φωτοσύνθεση Φωτοσύνθεση: είναι η βιοχημική διαδικασία μέσα από την οποία τα φυτά παράγουν την τροφή τους Χρησιμοποιεί διοξείδιο του άνθρακα (από τον αέρα) νερό (από το έδαφος) ηλιακή ενέργεια (με τη χλωροφύλλη) Παράγει γλυκόζη οξυγόνο νερό
Η ροή της ενέργειας: από τον ήλιο στους παραγωγούς Σε κάθε «οικοσύστημα» λοιπόν, η ενέργεια προέρχεται από τον ήλιο Τα φυτά χρησιμοποιούν την ενέργεια του ήλιου για να φτιάξουν την τροφή τους μία χημική ένωση (ένα σάκχαρο που λέγεται γλυκόζη) από απλά υλικά όπως το διοξείδιο του άνθρακα που παίρνουν από τον αέρα και το νερό που παίρνουν από το έδαφος Αυτό είναι δυνατό χάρη στη φωτοσύνθεση Επειδή η τροφή (= γλυκόζη = χημική ένωση) φτιάχνεται με ενέργεια από τον ήλιο, λέμε ότι «τα φυτά μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε χημική» Όταν η τροφή (= γλυκόζη = χημική ένωση) διασπάται δίνει στα φυτά την ενέργεια που χρειάζονται
Η ροή της ενέργειας: από τον ήλιο στους παραγωγούς Όμως, το μεγαλύτερο μέρος της ηλιακής ενέργειας «πάει χαμένο» Ένα μεγάλο μέρος (50%) είναι ακατάλληλο για τη φωτοσύνθεση Ένα άλλο μέρος ανακλάται από το φύλλο (5%) ή το διαπερνά τελείως (5%) Από αυτό που απορροφάται τελικά από το φύλλο (40%), μόνο ένα πολύ μικρότερο μέρος (10%) χρησιμοποιείται για παραγωγή γλυκόζης, η οποία μόνο εν μέρει θα χρησιμοποιηθεί θα την αύξηση της βιομάζας του φυτού (βλ. σχήμα)
Η ροή της ενέργειας: από τον ήλιο στους παραγωγούς Η γλυκόζη που παράγεται με τη φωτοσύνθεση σηματοδοτεί τη λεγόμενη «μικτή πρωτογενή παραγωγικότητα» ή πιο απλά, τη «μικτή παραγωγικότητα του φυτού» Όση τώρα από αυτή τη γλυκόζη χρησιμοποιείται τελικά για την αύξηση της βιομάζας του φυτού αφού καλυφθούν οι ενεργειακές του ανάγκες (δηλ. όση ενσωματώνεται τελικά στη βιομάζα του φυτού) σηματοδοτεί τη λεγόμενη «καθαρή πρωτογενή παραγωγικότητα» ή πιο απλά, την «καθαρή παραγωγικότητα του φυτού» Αντιλαμβάνεστε ότι η «καθαρή παραγωγικότητα των φυτών» ενός οικοσυστήματος αντιπροσωπεύει την ενέργεια που είναι εν δυνάμει διαθέσιμη στα φυτοφάγα ζώα ( μέσω τροφής)
Η ροή της ενέργειας: μέσα από τους παραγωγούς Πιο απλά λοιπόν, ας σκεφτούμε ότι: Τα φυτά - όπως ασφαλώς και όλοι οι άλλοι ζωντανοί οργανισμοί - χρειάζονται συνεχώς ενέργεια για κάθε τους δραστηριότητα Άρα, ένα μεγάλο μέρος της τροφής τους το καταναλώνουν. για να πάρουν την ενέργεια αυτή Και ό,τι απομένει το χρησιμοποιούν για «να μεγαλώσουν», δηλαδή για να αυξήσουν τη βιομάζα τους (ανάπτυξη)
Η ροή της ενέργειας: από τους παραγωγούς στους καταναλωτές Όμως τα φυτά είναι τροφή για καταναλωτές 1 ης τάξης, δηλ. η βιομάζα τους τρώγεται από φυτοφάγα ζώα Έτσι λοιπόν, ένα μέρος της ενέργειας που είναι «αποθηκευμένη» στη βιομάζα των φυτών, περνάει μέσω της τροφής στα φυτοφάγα ζώα Και τι γίνεται στη συνέχεια με τα φυτοφάγα ζώα;;;; Ασφαλώς αντίστοιχα πράγματα
Η ροή της ενέργειας: μέσα από τους καταναλωτές Ομοίως τα φυτοφάγα ζώα, δηλ. οι καταναλωτές 1 ης τάξης, χρειάζονται συνεχώς ενέργεια για κάθε τους δραστηριότητα Άρα, ένα μεγάλο μέρος της τροφής τους το καταναλώνουν για να πάρουν την ενέργεια αυτή και μόνο ό,τι απομένει το χρησιμοποιούν για «να μεγαλώσουν», δηλαδή για να αυξήσουν τη βιομάζα τους (ανάπτυξη) Όμως τα φυτοφάγα ζώα είναι τροφή για καταναλωτές 2 ης τάξης, δηλαδή η βιομάζα τους τρώγεται από σαρκοφάγα ζώα Έτσι λοιπόν, ένα μέρος της ενέργειας που είναι «αποθηκευμένη» στη βιομάζα των καταναλωτών 1 ης τάξης, περνάει μέσω της τροφής στους καταναλωτές 2 ης Το ίδιο ακριβώς συμβαίνει και στη συνέχεια, δηλ. και οι καταναλωτές 2ης τάξης χρησιμοποιούν την ενέργεια με τον ίδιο τρόπο και μεταφέρουν μόνο ένα μέρος της μέσω της τροφής στους καταναλωτές 3 ης τάξης κ.ο.κ.
Ο «κανόνας» του 10% Η μεταφορά της ενέργειας από τους παραγωγούς στους καταναλωτές 1 ης τάξης έχει απώλειες Για κάθε 100 gr φυτού-τροφής, μόνο τα 10 gr καταλήγουν στο σώμα του ζώου ως βιομάζα του Τι συμβαίνει με το 90% που δεν περνάει στο επόμενο τροφικό επίπεδο;;; πολλή τροφή - ενέργεια χρησιμοποιείται για τις δραστηριότητες του ζώου ( και μέρος χάνεται ως θερμότητα) κάποια τροφή - ενέργεια περνάει από το σώμα και αποβάλλεται χωρίς να χρησιμοποιηθεί ( περιττώματα, ούρα) κάποια από τη διαθέσιμη τροφή - ενέργεια δεν καταναλώνεται καθόλου ( π.χ. κορμοί, ρίζες)
Παράδειγμα: το ενεργειακό «ισοζύγιο» μιας αγελάδας Από την ενέργεια που παίρνει η αγελάδα με το χόρτο που τρώει ένα μέρος πάει τελείως χαμένο γι αυτήν: περιττώματα - ούρα ένα άλλο μέρος χρησιμοποιείται για δραστηριότητες και χάνεται ως θερμότητα μόνο το υπόλοιπο 10% χρησιμοποιείται για την αύξηση της βιομάζας της («γίνεται κρέας»)
Ας σκεφτούμε Εάν 1 άνθρωπος μπορεί να συντηρηθεί με 1 μπακαλιάρο την ημέρα (βλ. cod), ή με 10 χέλια την ημέρα (βλ. sand eels), ή με 100 γαρίδες την ημέρα (βλ. animal plankton), ή με 2 kg φυτοπλαγκτόν την ημέρα (βλ. plant plankton) Τότε πόσοι άνθρωποι μπορούν να συντηρηθούν για 1 χρόνο (365 μέρες) καθώς «κονταίνει» η τροφ. αλυσίδα;;;; Σκεφτείτε π.χ. για τα χέλια: Πόσα χέλια το χρόνο χρειάζεται ένας άνθρωπος; Πόσα χέλια είναι διαθέσιμα; Πόσους ανθρώπους μπορούν να καλύψουν;
Ας σκεφτούμε Ποιο είναι το συμπέρασμα από αυτήν την απλή άσκηση;;; Μία χορτοφαγική διατροφή μπορεί να υποστηρίξει τροφικά πολύ περισσότερους ανθρώπους από ό,τι μία διατροφή με ζώα Πράγματι, αφαιρώντας «κρίκους» από την τροφική αλυσίδα είδαμε να εξασφαλίζεται τροφή για όλο και περισσότερους ανθρώπους Γιατί;;; Αφαιρώντας «κρίκους» από την τροφική αλυσίδα αποφεύγουμε τις απώλειες ενέργειας μεταξύ των... «κρίκων» αυτών, δηλ. αποφεύγουμε τις απώλειες ενέργειας μεταξύ των τροφικών επιπέδων Όσο μικρότερη είναι η τροφική αλυσίδα, τόσο λιγότερες είναι οι απώλειες ενέργειας
Μέρος (Β) «Δεξιότητες σκέψης» με γνωστικό πλαίσιο τη φωτοσύνθεση
Φωτοσύνθεση: οικολογική πλευρά & βιοχημική πλευρά Φωτοσύνθεση: είναι η βιοχημική διαδικασία μέσα από την οποία τα φυτά παράγουν την τροφή τους Και μετά;;;;;;; Τροφικές σχέσεις. Χρησιμοποιεί διοξείδιο του άνθρακα (από τον αέρα) νερό (από το έδαφος) ηλιακή ενέργεια (με τη χλωροφύλλη) Παράγει γλυκόζη = η τροφή του φυτού ( άμυλο) οξυγόνο νερό μία ένωση που όταν διασπάται δίνει στο φυτό ενέργεια
Ας σκεφτούμε. Τι θα ψάχνατε να βρείτε σε ένα φυτό για να βεβαιωθείτε ότι φωτοσυνθέτει;;; Τι θα κάνατε σε ένα φυτό για να βεβαιωθείτε ότι πράγματι χρειάζεται για τη φωτοσύνθεσή του φως;; νερό;; διοξείδιο του άνθρακα;;; χλωροφύλλη;;;
Πώς μπορώ να ελέγξω ότι ένα φυτό φωτοσυνθέτει;;;; Τι παράγει η φωτοσύνθεση;;; - γλυκόζη η οποία αποθηκεύεται ως ΑΜΥΛΟ Τι πρέπει να ψάξω λοιπόν;;; Αφού «Φ ΑΜΥΛΟ», για να ελέγξω τη Φ ψάχνω για ΑΜΥΛΟ μπλε χρώμα
Πώς μπορώ να ελέγξω τι θέλει ένα φυτό για να φωτοσυνθέσει;;; Πόσα «πράγματα» ξέρω ότι χρειάζεται το φυτό για Φ; - (3):διοξείδιο, νερό, φως (+ βέβαια τη χλωροφύλλη) Τι θα κάνω για να δείξω ότι όντως θέλει π.χ. το «1»; - θα του δίνω μόνο τα «2» & «3»και θα βλέπω αν φωτοσυνθέτει Αν το φυτό χρειάζεται όντως το «1» «υπόθεση» - και εγώ του στερώ το «1» και του δίνω μόνο «2» & «3» «πείραμα» - τότε περιμένω να μην Φ (=όχι άμυλο) «πρόβλεψη» Τι σημαίνει όμως αν βρω άμυλο;;; διάψευση πρόβλεψης - ότι το φυτό κάνει Φ: άρα δεν χρειάζεται «1», ή - ότι το φυτό έκανε Φ πριν του στερήσω το «1»: παλιό το άμυλο που βρίσκω όχι απαραίτητα διάψευση υπόθεσης Τι πρέπει λοιπόν να έχω εξασφαλίσει πριν τον έλεγχό μου;;; - ότι το φυτό δεν έχει αποθέματα αμύλου όταν αρχίζω το πείραμα πώς;;; βάζω το φυτό στο σκοτάδι πριν τον έλεγχο, καταναλώνει τα αποθέματά του και έτσι ό,τι άμυλο μετρήσω, θα ξέρω ότι δεν είναι παλιό αλλά φτιάχτηκε στη διάρκεια του πειράματος
Πώς θα ελέγξω ότι φυτό χρειάζεται διοξείδιο για τη Φ;;; Φυτό χωρίς αποθέματα αμύλου - σε πλαστική σακούλα - μαζί με κάτι που να απορροφά το διοξείδιο «γιατί;;;» Το αφήνω στον ήλιο για λίγες ώρες - ψάχνω για άμυλο Πώς θα σκεφτώ;;; - Αν όντως θέλει διοξείδιο για τη Φ - και εγώ του το στερώ στο πείραμα, - τότε περιμένω όχι Φ, δηλ. όχι άμυλο - Αν όμως βρω άμυλο (και έχω βεβαιωθεί ότι δεν είναι παλιό) - τότε φαίνεται ότι το φυτό δεν θέλει διοξείδιο για τη Φ
Πώς θα ελέγξω ότι το φυτό χρειάζεται φως για τη Φ;;; Φυτό χωρίς αποθέματα αμύλου - καλύπτω μέρος φύλλου με αλουμινόχαρτο «γιατί;;;» Το αφήνω στον ήλιο για λίγες ώρες - ψάχνω για άμυλο Πώς θα σκεφτώ;;; - Αν όντως θέλει φως για Φ - και εγώ του το στερώ σε κάποιο μέρος του φύλλου - τότε περιμένω στο μέρος αυτό όχι Φ, δηλ. όχι άμυλο - Αν όμως βρω εκεί άμυλο (και έχω βεβαιωθεί ότι δεν είναι παλιό) - τότε φαίνεται ότι το φυτό δεν θέλει φως για Φ
Ας σκεφτούμε: τι συμβαίνει με τη χλωροφύλλη;;; Φυτό με «δίχρωμα» φύλλα Μένει στο σκοτάδι: 4 μέρες (1ο βήμα) Μετά μένει στο φως: 4 ώρες (2ο βήμα) Ελέγχεται για άμυλο (3 βήμα) Τι έπρεπε να έχω κάνει μεταξύ (1) & (2) ;;; - μήπως έναν έλεγχο για να σιγουρευτώ πως τελείωσαν τα αποθέματα αμύλου και άρα πως ό,τι μετρήσω στο εξής δεν θα είναι παλιό;;; Το μπλε του αμύλου είναι αχνό: τι θα μπορούσα να είχα κάνει για πιο έντονο;;; - μήπως να «παίξω» στο 2ο βήμα με το χρόνο μου;;; Τι συμπέρασμα βγάζω για τη σχέση «Φ-χλ»;;; - η χλ. είναι απαραίτητη για τη Φ, γιατί.. Τι θα συμβεί σε σπόρους που όταν βλαστάνουν δίνουν φυτά με «κιτρινωπά» φύλλα;;; Θα επιβιώσουν;;; Γιατί;;;;
Τι κάνει το φυτό με τα προϊόντα της φωτοσύνθεσης;;;: Τα κρατάει στα φύλλα όπου παράγονται;;; Η γλυκόζη - γλυκόζη = τροφή - τροφή χρειάζονται όλα τα μέρη - άρα.. μεταφέρεται παντού με τα αγγεία ( σωλήνες ) του φυτού Πώς χρησιμοποιείται η γλυκόζη που μεταφέρεται σε όλο το φυτό;; - δίνει ενέργεια - αποθηκεύεται ως ΑΜΥΛΟ για να χρησιμοποιηθεί αργότερα - φτιάχνει κυτταρίνη
Τι κάνει το φυτό με τα προϊόντα της φωτοσύνθεσης;;;: Το οξυγόνο Ένα μέρος το χρησιμοποιεί στις αντιδράσεις παραγωγής ενέργειας: πού;;;; Ένα άλλο μέρος το ελευθερώνει στην ατμόσφαιρα Άρα, ούτε το οξυγόνο μένει στα φύλλα - πάει σε όλα τα κύτταρα του φυτού για να χρησιμοποιηθεί εκεί στις αντιδράσεις παραγωγής ενέργειας - ελευθερώνεται στον αέρα Πόσο είναι σημαντικό αυτό;;; Για ποιους;;;;
Η Φ χρειάζεται φως: ποιο φως όμως;;; Ιώδες, μπλε, πράσινο, κίτρινο, πορτοκαλί ή κόκκινο;;;
Ας σκεφτούμε λοιπόν τι γίνεται με το φως «Χρώμα» φωτός & Φ - τι μετράω;;; Π.χ. «πόσος χρόνος χρειάζεται για να ελευθερωθούν 20 φυσαλίδες οξυγόνου;;;» «Παίζω» με τα «χρώματα» του φωτός, αλλά κρατάω την έντασή του ίδια Ποια είναι τα 2 καλύτερα «χρώματα»;;; - είναι αυτά που όταν τα χρησιμοποιώ για να φωτίσω το φυτό, τότε το φυτό μου «βγάζει» τις 20 φυσαλίδες σε μικρότερο χρόνο Πώς μπορούμε να αυξήσουμε την αξιοπιστία μας;; - επαναλαμβάνοντας τη μέτρησή μας για κάθε χρώμα πιο πολλές φορές
Ας «μπούμε» λιγάκι όμως και στο εσωτερικό του φύλλου για να δούμε τα κύτταρά του και μέσα σε αυτά να δούμε ακόμα πιο μικρές «δομές», τους χλωροπλάστες, όπου γίνεται η αντίδραση της φωτοσύνθεσης μικρά ανοίγματα («στόματα») από όπου - μπαίνει το διοξείδιο - βγαίνει το οξυγόνο
Για τις διαφάνειες του μαθήματος χρησιμοποιήθηκαν εικόνες από τα βιβλία: Biology For U Gareth Williams (Stanley Thornes Pbs) Understanding Biology Through Problem Solving Harry Hoey (Blackie and Son Ltd) ΒΙΟΛΟΓΙΑ (Γ Λυκείου Γενικής Παιδείας) Σ. Σαλαμαστράκης, Γ. Γιανακόπουλος, Ι.Λάγιος (Εκδόσεις Μεταίχμιο)