8 דקות
שדה חיטה אחד יכול לפרנס 10 אנשים שאוכלים לחם — או אדם אחד בלבד שאוכל בקר שגודל על אותה חיטה. זה לא קסם ולא כלכלה — זו ביולוגיה בסיסית. בשיעור הזה נבין מדוע האנרגיה "נאבדת" בכל מעבר בין רמות, איך בונים פירמידות אקולוגיות נכון, ומה ההבדל בין אנרגיה לחומר. נתחיל מהתחלה.
כל מערכת אקולוגית כוללת שתי קבוצות גדולות של יצורים. הקבוצה הראשונה היא היוצרים — אוטוטרופים כמו צמחים, אצות וציאנובקטריה, שקולטים אנרגיית אור ומקשרים אותה בקשר כימי בתהליך הפוטוסינתזה. בבתי גידול חשוכים, כמו מעיינות חמים תת-ימיים, קיימים גם יוצרים כמוסינתטיים שמנצלים אנרגיה מחמצון תרכובות אנאורגניות — ללא אור כלל. הקבוצה השנייה היא ההטרוטרופים: כל שאר היצורים, שאינם מסוגלים לקשר אנרגיה מן הסביבה ונזונים מחומר אורגני שיצרו אחרים. בתוך ההטרוטרופים נבחין בין צרכנים — בעלי חיים שאוכלים יצורים אחרים — ובין מפרקים, שהם בעיקר חיידקים ופטריות.
הרמה הטרופית מגדירה את מיקומו של אורגניזם בשרשרת העברת האנרגיה. יוצרים נמצאים ברמה הראשונה. צרכנים ראשוניים הם אוכלי הצמחים — למשל, חילזוני מים בכנרת. צרכנים שניוניים ניזונים מהם — כמו דגי אמנון. ומעליהם יושבים הצרכנים השלישיוניים. כדאי לשים לב: אורגניזם אוכל-כול כמו שועל אינו שייך לרמה אחת בלבד. שועל בחורש ישראלי ניזון מחגבים, מעכברים ומפירות — בו-זמנית — ולכן הוא משתייך לכמה רמות טרופיות בעת ובעונה אחת. המפרקים, לעומת זאת, הם ערוץ מקביל לחלוטין: הם מפרקים חומר אורגני מת מכל הרמות ומשחררים מינרלים לסביבה — לא אנרגיה.
שרשרת מזון היא רצף ליניארי, והחץ בה מצביע תמיד בכיוון זרימת האנרגיה — מן הנאכל אל האוכל. טעות נפוצה מאוד היא לצייר חץ מהטורף אל הנטרף. אם למשל מסמנים חץ בין קנה לשלדג בשמורת החולה, הכיוון הנכון הוא מן הקנה אל השלדג — כי הקנה הוא הנאכל, והשלדג הוא האוכל. מארג מזון הוא הצטלבות של שרשראות רבות: אותו אורגניזם יכול להופיע ביותר ממקום אחד, ולכן המארג מציג תמונה מורכבת ומציאותית יותר מאשר שרשרת בודדת.
עכשיו נגיע ללב העניין: מה קורה לאנרגיה בכל מעבר בין רמות? רק כ-10% מאנרגיית רמה טרופית אחת נאספים בביומסה של הרמה שמעליה. 90% הנותרים "נאבדים" — אבל חשוב להבין שהאנרגיה לא נעלמת ולא נהרסת. היא פשוט הופכת לחום ומתפזרת לסביבה, בהתאם לחוק שימור האנרגיה. הדרכים שבהן זה קורה הן אחדות: רוב האנרגיה הופכת לחום בנשימה התאית של הצרכנים עצמם. חלק מהביומסה כלל אינו נאכל — שורשים, גזעים, פרטים שלא נטרפו. חלק נאכל אך אינו מתעכל ויוצא בהפרשות. וחלק עובר למפרקים לאחר המוות. כל זה חוזר כחום — לא חוזר לשרשרת.
ומה עם ההבדל בין GPP לבין NPP? GPP הוא התפוקה הגולמית של הצמח — כל האנרגיה שנקשרה בפוטוסינתזה. אבל הצמח עצמו שורף חלק ממנה בנשימה כדי לתפקד. מה שנשאר אחרי הפחתת הנשימה הוא ה-NPP — התפוקה הנקייה, שממנה בלבד יכולים הצרכנים הראשוניים לנהות. בחורש ישראלי בקיץ, הצמחים יכולים לצרוך עד 40% מה-GPP שלהם בנשימה. לכן כאשר מחשבים את האנרגיה הזמינה לצרכנים הראשוניים, לוקחים 10% מה-NPP — לא מה-GPP. לוקחים 10% מה-GPP זו טעות שמובילה להערכת-יתר משמעותית.
לאחר 4 רמות טרופיות, נשארת רק 0.01% מה-NPP המקורי. אם נתחיל מ-20,000 קילו-ג'אול למ"ר לשנה, ברמה החמישית ייוותרו כ-2 קילו-ג'אול בלבד — כמות שאין בה כדי לפרנס אוכלוסייה של בעלי חיים גדולים. זו הסיבה שאוכלוסיות טורפי-על, כמו נמרים ברמת הגולן, קטנות תמיד ורגישות להכחדה. וזו גם הסיבה שאותו שטח חקלאי מפרנס 10 אנשים בתזונה צמחית — אבל רק אחד בתזונה מבוססת על בשר.
פירמידות אקולוגיות הן כלי להמחשת הנתונים האלה. פירמידת אנרגיה מציגה את כמות האנרגיה שעברה בכל רמה ליחידת שטח ליחידת זמן. היא לעולם אינה מתהפכת — כי אנרגיה אינה נוצרת יש מאין, וכל מעבר מלווה באיבוד לחום. הבסיס תמיד רחב מהראש. פירמידת ביומסה מציגה את מסת החומר החי הקיימת בכל רמה ברגע נתון — וכאן יכולה להיות הפתעה: היא יכולה להתהפך. בכנרת, הפיטופלנקטון מתחדש כל-כך מהר שמסתו הרגעית קטנה ממסת הזואופלנקטון הניזון ממנו. זה לא סותר את חוק הת'רמודינמיקה — הפיטופלנקטון מייצר לאורך זמן הרבה יותר מספיק כדי לקיים את הזואופלנקטון, אבל בכל רגע נתון ביומסתו הצבורה קטנה יותר. פירמידת ביומסה היא "תמונת מצב", ואילו פירמידת אנרגיה מציגה תזרים לאורך זמן. פירמידת מספרים מתהפכת בקלות אף יותר: עץ בודד בחורש ישראלי נושא אלפי חרקים אוכלי עלים, ועל כל עיט קטן עשויים לחיות עשרות טפילים.
נעצור רגע על שלוש שגיאות נפוצות שכדאי לזכור. השגיאה הראשונה: "האנרגיה מסתובבת במחזור כמו החומר." זה שגוי לחלוטין. האנרגיה נכנסת למערכת כאור ויוצאת כחום — היא לא חוזרת. המינרלים כן חוזרים — אבל לא האנרגיה. השגיאה השנייה: "90% נעלמים — נהרסים." גם זה שגוי. האנרגיה אינה נהרסת, היא הופכת לחום שאינו זמין יותר ליצורים חיים. השגיאה השלישית: "כל אורגניזם שייך לרמה טרופית אחת בלבד." אוכלי-כול — כמו השועל — פשוט שוברים את הכלל הזה.
נסיים בנושא שמחבר את כל מה שלמדנו לעולם האמיתי: ביו-הצטברות. חומרים יציבים ומסיסים בשמן, כמו חומר ההדברה DDT או תרכובות כספית, אינם מתפרקים בגוף ואינם מופרשים ביעילות. בכל רמה טרופית, טורף בולע את כל הכמות שנצברה בכל הפרטים שאכל — כך ריכוז החומר עולה מרמה לרמה. בטבלה שבה נמדדו ריכוזי כספית באגם בצפון ישראל — אצות, סרטנים, דג בורי קטן ודג אמנון גדול — הריכוז הגבוה ביותר נמצא בדג האמנון הגדול: 9.5 חלקים למיליון, לעומת 0.01 באצות. זה מעיד שהאמנון הגדול הוא הטורף העליון — הוא צבר כספית מכל הפרטים שאכל בכל הרמות שמתחת. זו הסיבה שעופות דורסים ניזוקו הכי הרבה משימוש ב-DDT, וזו הסיבה לתקנות המגבילות אכילת דגי-טרף גדולים.
בשורה אחת: אנרגיה זורמת בכיוון אחד ומאבדת 90% בכל רמה. חומר מסתובב במחזור. פירמידת אנרגיה — לעולם לא מתהפכת. פירמידת ביומסה — יכולה. זה כל מה שצריך לזכור.