上次我们提到了生态学中不可不背的一些定义和物种之间关系的测量。
在这篇文章中，我会带大家具体看看与energy flow和energy loss相关的内容，最后还有许多历年真题哦！
目录
1.Energy flow
2.Energy loss
Energy flow
让我们顺着nutrient cycle来讲energy flow！就像我们上次说过的那样，所有资源都是有限的，所以营养会被多次循环利用。那么在这个过程中就会产生能量的传递和流失。
对于在ecosystem中大多数的动物来说，最初的能量来源是太阳光。有了太阳光，植物就能够进行光合作用茁壮成长然后作为养分被草食动物给吃掉。
相信你以前肯定听到过food chain(食物链)这一词。当很多条食物链同时存在于同一个ecosystem中就形成了food web。在一条食物链中所有物种都可以被分为两大类：producer和consumer。
Producer指的就是我们上次提到的autotrophs。植物，eukaryotic algae和cyanobacteria都属于producer。当它们进行光合作用的时候，light energy被转化为了chemical energy，用于制造生长所需要的carbon compounds（划重点，IB特别爱考这个知识点！！！）。
光合作用中的能量转换⬆️(Source: Google)
Consumers会根据trophic level，也就是在food chain中所占据的位置，被分为primary consumer，secondary consumer，以及tertiary consumer。
举个栗子?：
| Trophic level | Type of organism | Example |
| 1 | Producer | Carrot |
| 2 | Primary Consumer | Rabbit |
| 3 | Secondary Consumer | Fox |
| 4 | Tertiary Consumer | Lion |
把以上的表格按照food chain的顺序写出来的话就会是这样：
Carrot→Rabbit→Fox→Lion
Producer 永远是第一个被吃掉的，而tertiary consumer 会把位处自己之前的生物全部吃掉（箭头是能量传递的方向哦）。
看到这里你可能会问了，既然能量也会被传递到吃腐烂物的detritivores和saprotrophs身上并回收，那为什么它们不在食物链内？
这是因为它们没有固定的trophic level，没有要求他们一定只能够吃某个trophic level的尸体。还是用刚才上面提到过的例子，一条蛆既可以吃腐烂的胡萝卜，也可以吃腐烂的兔子。除此之外，它们也不与任何生物有着直接的互动关系，而是像一块砖哪里需要往哪里搬。它们在食物链的所有trophic level上发挥着作用。
在进入下个topic之前先让我们看看IB都在这个知识点上出过哪些题吧！
历年真题NO.12019MAY TZ1 P1
【答案&解析】
这道题需要我们能够通过food web分辨出trophic level。千万不要忘了箭头所指的方向才是能量传递的方向（同时也代表着trophic level的递进）。
这四个选项中我们可以首先排除选项A和C。没有箭头指向T就代表了T是一个producer，而T指向W证明了W是primary consumer。选项D也是错的，因为Y本身没有一个固定的trophic level：如果按照T→W→Y的顺序的话，Y也可以是个secondary consumer。
最终答案=B
一般在课本中当我们看到食物链的时候，箭头都是从左到右的顺序贯穿了整个过程，导致我们很容易先入为主陷入这种trick question。所以一定要看清楚箭头的方向！
NO.22019MAY TZ2 P1
【答案&解析】
食物链存在的目的是为了显示能量从一个生物体转移到另一个生物体中的走向。顺着这个思路来想的话，我们就只需要排除无法为consumers直接提供能量的选项就可以了。
I：Carbon dioxide需要被producers通过光合作用才能将其转换成carbohydrates和lipids等生物所需要的营养=无法直接提供营养。
II：Protein自身具有维护细胞的功能=可以直接提供能量。
III：在ecology 这个章节中，当carbon dioxide溶于水时hydrogen carbonate ions才会出现=这个已经跟能量传递没有关系了。
排除掉选项ACD，最终答案=B
NO.32018NOV P1
【答案&解析】这道题所考查的是我们对于整体energy flow的了解程度，重点在于chemical energy。刚才我们提到当autotrophs进行光合作用时，light energy会被转换为chemical energy。Star grass是autotrophs，也就证明上图中的I是light energy，而II和III是chemical energy。
排除选项ABD，最终答案=C
Energy loss
在食物链这种类似于大鱼吃小鱼的过程中，能够被吸收的能量只占总能量的少数，更多的能量会在这个传递过程中流失。只有大约10%的能量会被传递到下一个trophic level，其余的能量会通过各种方式流失到环境中。
⬆️Energy pyramid的一个例子这种金字塔图表能够显示一个群体中每个trophic level的能量流动情况。(Source: Oxford textbook)
*注意⚠️⚠️⚠️：计量单位是 kJm-2yr-1(energy per square meter per year)
能量的流失是必然的，因为在进食的时候不是所有部分都会被吃掉(比如毛发或者植物的根)，而且也不是所有被吃进肚的食物都能被完全消化掉（比如骨头可能会随着粪便被排出体外）。除此以外，有些生物在被吃掉之前就已经死了（比如病死的兔子），能量不会被传递给下一个consumer而是被decomposers给瓜分了。
chemical energy还可以被转换为其他不同的能量⚠️。比如肌肉收缩时的kinetic energy和神经细胞发送信号时的electrical energy。
ATP的重要性相信我们在学习membrane transport的时候就已经意识到了。你还记得ATP是怎样产生的吗？没错！就是cell respiration。
当我们体内的细胞进行cell respiration时， heat energy作为by-product会被产生。虽然是by-product，但是也可以让生物的体感温度变高（比如冷血动物）。物理知识告诉我们热量会从较热的物体传递到较冷的物体中，所以生物体内产生的这种热量会流失到环境中然后最终消失。
与上次提到的nutrient cycle不同的是，heat energy无法被回收利用，也没有办法被转换成其他的能量（划重点⚠️⚠️）。这也就是为什么一个生态系统会需要一种持续的外部能量来源，也就是太阳光，来维持整个系统的正常运转。
能量流失的总结图⬆️（Source: Google）
Trophic level 之间的能量流失限制了食物链的长度，trophic level的数量和biomass。一个食物链一般只会有三到四个trophic level，这是因为越往后可用的能量就越少，剩余的能量不足以支撑其他的trophic levels。
Biomass是一种生物体在同一个trophic level的总质量，其中包括细胞组织和所含的carbon compounds，比如碳水化合物。除了以上能量流失的原因以外，当生物进行cell respiration时还会损失二氧化碳和水，也就导致Biomass会随着tropical level的递进逐渐减小。除此之外，移除代谢废物比如urea也会造成biomass的减少。其中的逻辑是只要生物体内的carbon compound减少，biomass就会变小。
让我们稍微总结一下energy loss的知识点然后看看IB出的历年真题吧！
能量流失的原因
01浪费粮食没吃干净
02消化不了所以吸收不了
03进行cell respiration时以heat energy的形式流失=下一个trophic level能用的能量是没有被用完的chemical energy
历年真题NO.12020NOV P1
【答案&解析】
遇到这种题只要看到有respiration那答案就肯定是respiration。IB在syllabus中特别强调了 “Energy released from carbon compounds by respiration is used in living organisms and converted to heat”。Respiration是无时无刻不在发生的，而且也是其他三个选项能够发生的基础前提。
最终答案=D
题外话: phytoplankton是plankton的一种，准确来说是浮游植物。
NO.22019MAY TZ2 P1
【答案&解析】
Pyramid of energy所展示的是一个生态环境中每个trophic level之间能量的流动。从下往上的顺序分别是producer→primary consumer→secondary consumer→tertiary consumer。
最终答案=C
NO.32018MAY TZ2 P1
【答案&解析】
这道问题需要我们对biomass，inorganic nutrients和chemical energy的流向十分清楚。
I：Biomass因为能量流失的原因会随着trophic level的递进而decrease（不是increase！）=错
II：Inorganic nutrients在一个生态系统中都不像太阳光那样是取之不尽用之不竭的，是一定会通过decomposers被循环利用的。IB syllabus中也特别强调了: “The supply of inorganic nutrients in maintained by nutrient cycling”=对
III：再次引用IB syllabus中的原话: “Light energy is converted to chemical energy in carbon compounds by photosynthesis”=对
最终答案=C
NO.42019MAY TZ1 P2
重点⚠️：sustainable，明示着我们聊一聊关于循环利用的那些事这是一个要求我们outline的4分题，所以只要答出以下四点就?️。我们可以按照what→how的思路进行回答。
What: 什么被循环了？具体举一个例子
- Recycling of nutrients/elements/components/materials [1]
- Example of recycled nutrient/element e.g. carbon [1]
How: 怎么被循环的？如何产生的？
- Decomposers/saprotrophs break down organic matter/release nutrient [1]
- Energy supplied by the sun/energy is lost from ecosystems as heat/energy cannot be recycled [1]
- Energy flow along food chains/web/trophic level [1]
其他：具体的一些例子
- Oxygen released by autotrophs/photosynthesis/plants [1]
- Carbon dioxide released by respiration [1]
- Supplies of water from rainfall/precipitation/rivers/water cycle [1]
NO.52019MAY TZ2 P2
重点⚠️：energy flow，需要提到light energy和chemical energy以及energy loss。同样是一个outline的4分题，我们继续按照what→how的思路解答。
What: 什么energy? Energy flow的过程中会发生什么？
- Energy from the sun/light energy is converted to chemical energy by photosynthesis [1]
- Chemical energy flows through the food chains by feeding [1]
- Energy is released by respiration/energy from respiration is used by living organisms and converted to heat [1]
How: Energy loss是如何发生的？
- Heat is not recyclable/lost from food chains [1]
- Energy is lost in excretion/uneaten material/egestion/faeces [1]
其他：与energy loss/energy transfer的相关内容
- Energy losses between trophic levels limits the length of food chains/energy transfer is only 10% between trophic levels [1]
最后一点碎碎念
这次带大家过了一遍第四章中energy flow和energy loss 的内容，可以结合上次的内容一起复习哦～相比上次的各种定义和计算，IB更喜欢在与能量相关的内容上出题......大家一定要仔细审题！
让我们下次再见啦～祝大家都可以7777！
【竞赛报名/项目咨询请加微信：mollywei007】
