Животворна електрика - Як живі істоти діляться енергією сонячного світла ScienceBlog
Більша частина світла, яке потрапляє на землю від сонця, перетворюється на тепло і рано чи пізно знову залишає нашу земну кулю. Тим не менше, сонячна енергія стала життєдайною електрикою, в якій кожен бере участь через харчовий ланцюг.
«Сонце зійшло біля Падерборна,/з дуже похмурим жестом./Це справді похмурий бізнес -/Освітіть дурну землю! " - цими словами від «Німеччини. Зимова казка »надає Генріху Гейне великого значення для нашої землі, хоча інакше йому в його гіркому віршованому епосі мало що залишається. Сонце дарує нам лише десять мільярдної частки свого світла - і більше половини його потім поглинається нашою атмосферою або відбивається назад у космос.
Кожен квадратний метр земної поверхні отримує в середньому близько 1700 кілокалорій енергії на рік у вигляді видимого світла, більша частина якого перетворюється на тепло і рано чи пізно залишає землю у вигляді інфрачервоних променів.
Вловлювання сонячної енергії
Тим не менше, одноклітинні організми зуміли захопити невелику частину цієї світлової енергії і жити з неї майже чотири мільярди років тому. Інші живі істоти незабаром навчились харчуватися цими людожерами - і, отже, побічно сонцем. Сонячна енергія стала життєдайною електрикою, незліченні гілки якої живлять різноманітність життя на нашій планеті. Лише примітивні одноклітинні організми, які живуть глибоко під земною поверхнею або в околицях вулканічних щілин і використовують геохімічні процеси як джерело енергії, уникають цього струму.
Енергія - це здатність виконувати роботу. Його неможливо ні створити, ні зруйнувати, він може лише перетворюватися з однієї форми в іншу: від світла до тепла, від руху до електричного струму - і з цього майже у всі інші форми енергії. Хоча кілокалорія офіційно застаріла як показник енергії, вона все ще використовується широкою громадськістю. Одна кілокалорія може нагріти літр води на один градус Цельсія - і давайте пройдемо приблизно тринадцять метрів або поживемо хвилину. Під неправильною назвою "калорія" вона тиранує життя незліченних людей, які затримують енергію у своїх тілах, щоб потурати химерному ідеалу стрункості.
Як би ми, люди, не насолоджувались зігріваючим сонячним світлом - воно не може нас живити безпосередньо. Кожен голодуючий тропічний житель - це сучасний тантал. Тільки рослини та одноклітинні організми, що використовують світло, можуть використовувати чарівну паличку світла для перетворення вуглекислого газу та води в органічну “біомасу”. Це забезпечує травоїдних паливом для вогнищ дихання клітин і, отже, життєвою енергією.
Витік сонячної енергії в харчовому ланцюзі
Такий паразитизм дуже дорогий для травоїдних тварин: вони можуть заощадити лише близько десятої частини світлової енергії, що зберігається в рослинах, у власній біомасі, оскільки вони використовують енергію для переміщення та підтримання температури та хімічного складу свого тіла постійними. Тому один кілограм рослинних кормів часто забезпечує менше ста грамів м’яса. Втрати енергії ще більші для хижаків, оскільки вони зазвичай полюють на свою здобич із великими витратами енергії на великі відстані.
"Просочування" сонячної енергії в цей харчовий ланцюг є драматичним. У дикій природі рослини протягом життя зберігають лише близько піввідсотка сонячних променів як біомасу, рослиноїдні тварини - кілька сотих відсотків, а хижаки - у десять разів менше. Ось чому ми знаємо про великі стада північних оленів або антилоп, але не про тигрів або леопардів. Ще гірше було б для тварин, які харчуються іншими хижаками. Хижаку, який переважно харчувався леопардами, довелося б стояти на черзі так далеко в черзі за сонячною енергією, що він ніколи не міг би достатньо відтворитись. Тож не дивно, що у леопарда немає природного ворога. Ці невблаганні правила харчового ланцюга стосуються і нас, людей. Кожен з нас повинен споживати близько 700 000 кілокалорій хімічної енергії щорічно у формі корисної їжі, щоб вести здоровий і нормальний спосіб життя в довгостроковій перспективі. Як вегетаріанці, жителі міста Цюріх могли б жити менш ніж на сотню квадратних кілометрів площі вирощування, але при чистому м’ясному харчуванні необхідна площа - і, отже, ціна на їжу - була б приблизно в п’ять-десять разів більша.
Культури, гени
Прагнення до сонячної енергії також сформувало розвиток людських культур. Як мисливці та збирачі, наші предки-кочівники повинні були блукати по широких територіях, щоб забезпечити свою частку сонячної енергії. Саме сільське господарство та інтенсивне скотарство дали змогу їм ладнати з меншими територіями, оселятися, засновувати міста та розвивати високу культуру. Для того, щоб виробляти все більше і більше їжі в дедалі менших просторах, ми зараз використовуємо величезну кількість води, штучних добрив, пестицидів та нафти. Для того, щоб створити одну кілокалорію їжі, нам часто доводиться спалювати одну кілокалорію нафти. Наше промислове виробництво продуктів харчування стало гротескною машиною, яка перетворює нафту в їжу.
Наші гени також допомагають нам у пошуках сонячної енергії. Прикладом цього є два тісно пов’язані між собою клани Аріааль у Кенії, один з яких живе як кочовий скотовод в горах, а інший - як осілий фермер у низині. Рідкісний варіант гена (варіант гена дофамінового рецептора DRD4 (прим. Редактора)), який особливо часто зустрічається у людей з агресивністю, відсутністю концентрації, імпульсивністю та гіперактивністю, зустрічається в кочових аріалах переважно в добре харчуються та м’язових аріалах, але головним чином в осілих аріалах. недоїдають і мускулисті чоловіки. Це вказує на те, що цей генетичний варіант вигідний для кочівників, але невигідний для осілих фермерів. Імпульсивність, агресивність та здатність швидко реагувати можуть допомогти кочівникам захищати стада, відкривати нові випаси чи вчитися в дитинстві навіть за нестабільних умов життя - і таким чином забезпечити повноцінне харчування. Однак у сільській громаді такі характеристики були б скоріше перешкодою.
Незалежно від сонячної енергії - ядерного синтезу?
Ми, люди, просунулися вперед на черзі за сонячною енергією: приборкавши вогонь, ми відкрили сонячну енергію, яку живі істоти, що використовують світло, зберігали протягом багатьох років або навіть мільйонів років. А завдяки вітровим та водяним колесам, сонячним електростанціям та сонячним елементам ми повністю уникли цієї черги. Але лише розподіл ядерної енергії відкрив широко застосовуване джерело енергії, яке не є спадщиною нашого сонця. Можливо, одного разу ми зможемо створити штучні сонця за допомогою приборканого злиття атомних ядер у термоядерних реакторах. Це дало б нам людям тепло і електричну енергію, але недостатньо світла для життя на нашій “дурній землі”. Вони ніколи не могли замінити животворний потік природного сонячного світла.