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高校1~高校2年生 (15-17歳)

生物基礎 生態系とエネルギーの流れ わかりやすく

Ecosystem & Energy Flow

生態系では、エネルギーは太陽から生産者に入り、消費者の側へ一方向に流れ、各段階でその大部分が呼吸を通して熱となって出ていきます。 炭素や窒素のような物質は生物と環境のあいだをめぐりますが、熱として散ったエネルギーは二度と使えません。 ある栄養段階から次の段階に渡るエネルギーはおよそ 10% なので、栄養段階を積み上げると上ほど細くなるエネルギーピラミッドになります。 図では伝達効率を 5% から 20% まで変えながら、棒の幅で表した各段階のエネルギーと、段階ごとに熱として出ていく量を見ることができます。

エネルギーは一方向に流れる

☀️ 太陽から熱まで
①生産者は光合成によって太陽の光エネルギーを有機物の化学エネルギーに変え、生態系にとりこむ
②このエネルギーは食物連鎖に沿って一次消費者、二次消費者へと渡り、各段階でその大部分は呼吸に使われて熱として出ていく
③物質は分解者を経て再び生産者に使われるが、熱として散ったエネルギーは生産者が再び使えないので、生態系の外へ出ていく

エネルギーピラミッド

10%
💡 効率を変えると
①初期値の 10% は「10% の法則」と呼ばれる平均値で、実際の生態系の伝達効率はおよそ 5% から 20% のあいだである
②10% のとき、一次消費者は 1,000 kcal、二次消費者は 100 kcal、三次消費者は 10 kcal で、生産者のエネルギーの 0.1% しか残らない
③効率を 20% に上げても一段ごとにエネルギーは 1/5 になり、三次消費者には生産者のエネルギーの 0.8% しか残らない
④上にいくほどこのようにエネルギーが足りなくなるので、食物連鎖はふつう 4 ～ 5 段階をこえにくい

生態系をつくる要素

生態系の構成

生態系の構成要素

種と種のあいだの相互作用

群集の中の相互作用

二つの種が受ける利益と損失
種類種 A種 B例
種間競争損（−）損（−）同じ食物をめぐって争う二種
捕食と被食利（＋）損（−）ライオン（A）・レイヨウ（B）
寄生利（＋）損（−）寄生虫（A）・宿主（B）
相利共生利（＋）利（＋）ハチと花、シロアリと腸内の原生生物
片利共生利（＋）影響なし（0）コバンザメ（A）・サメ（B）

例題で確認

例題 1
生産者のもつエネルギーが 10,000 kcal で、エネルギー伝達効率が 10% のとき、二次消費者が得るエネルギーは何 kcal か。
1
一段上がるごとに、エネルギーの 10% だけが次の段階に渡る。
2
生産者 10,000 kcal → 一次消費者 1,000 kcal → 二次消費者 100 kcal
▸ 100 kcal
二段上がると 10% の 10%、つまり 1% だけが残る。ピラミッドの図で効率を 10% にすると、二次消費者の棒には 100 kcal と書かれ、その下の二つの段階で 9,000 kcal と 900 kcal が熱として出ていく。
例題 2
ハチは花から蜜を得て、花はハチのおかげで受粉する。この関係はどのような種間相互作用で、二つの種はそれぞれ利益と損失のどちらを受けるか。
1
二つの種がどちらも利益（＋, ＋）を受けるなら、相利共生である。
2
ハチは食物となる蜜を、花は繁殖に必要な受粉を得るので、どちらも利益を受ける。
▸ 相利共生（ハチ ＋、花 ＋）
種間相互作用は、二つの種が受ける影響を利益（＋）・損失（−）・影響なし（0）の組み合わせで分ける。（＋, ＋）は相利共生、（＋, −）は捕食と被食・寄生、（＋, 0）は片利共生、（−, −）は種間競争である。

総まとめ

エネルギーの流れの 10% の法則
次の栄養段階のエネルギー ≈ 前の段階のエネルギーの 10%
残りのおよそ 90% は呼吸に使われるか分解者を経て、最後には熱として出ていく
物質の循環とエネルギーの流れ
物質：循環（生産者 → 消費者 → 分解者 → 生産者）／エネルギー：一方向（太陽 → 生物 → 熱）
物質は再び使われるが、エネルギーは再び使われない
韓国修能 類題
生態系のエネルギーの流れと物質循環についての説明として正しくないものは？
①エネルギーは太陽から始まり、一方向に流れる。
②上位の栄養段階ほどエネルギー量が少なくなる。
③炭素・窒素のような物質は生態系の中を循環する。
④エネルギーは物質と同じように生態系の中を循環する。
⑤各段階のエネルギーの大部分は呼吸を通して熱として出ていく。
▸ ④ エネルギーは物質と同じように生態系の中を循環する。
1
炭素・窒素のような物質は生物と環境のあいだを循環するが、エネルギーは太陽から入って熱として出ていく一方向の流れである。
2
熱として散ったエネルギーは再び使えず循環しないので、誤っているのは④である。
🎯 試験ポイント
①エネルギーは太陽 → 生産者 → 消費者へと一方向に流れ、最後は熱として出ていく
②次の栄養段階に渡るエネルギーはおよそ 10% で、残りは呼吸などを経て熱になる
③生態ピラミッドにはエネルギー・生物量・個体数のピラミッドがあり、このうちエネルギーピラミッドだけは逆転しない
④炭素・窒素のような物質は循環するが、エネルギーは循環しない
⑤食物網が複雑なほど、ある種が減ってもほかの食物で補えるので、生態系は安定する
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最終更新

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