چرخه های غذایی
چرخه‌های غذایی (nutrient cycles)
اصطلاحی در زمینۀ تشریح فرآیندهایی طبیعی که تمامی عناصر مورد نیاز برای تأمین حیات در بوم‌سپهر[۱] را به گردش درمی‌آورد. کرۀ زمین از ۹۲ عنصر تشکیل شده است که در طبیعت یافت می‌شوند؛ از این تعداد بیست عنصر را در مقادیری نظرگیر مصرف می‌کنند. حدود ۷۰ عنصر را موجودات ذره‌بینی (خُردسازواره‌ها) در مقادیر کم در قالب دریافت انرژی، تشکیل‌دادن پروتوپلاسم و آنزیم‌ها، و انجام فعالیت‌های حیاتی به مصرف می‌رسانند. دسترس‌پذیریِ این عناصر در شکل‌هایی که گیاهان و جانوران بتوانند از آن‌ها استفاده کنند برای ادامۀ حیات بر روی کرۀ زمین از اهمیتی بی‌چون و چرا برخوردار است. هرچند این عناصر همواره بازیابی می‌شوند، امّا انرژی چنین نیست. درنتیجه جریان دایم انرژی خورشیدی حیات را تداوم می‌بخشد. چرخۀ آب، یا گردش آب در طبیعت[۲]، شالودۀ تمام چرخه‌های غذایی دیگر را تشکیل می‌دهد، زیرا آب برای همۀ صورت‌های حیات، جز معدودی از ساده‌ترین اشکال آن، عاملی اساسی به‌شمار می‌آید. آب وجه عمدۀ انتقال بسیاری از مواد غذایی دیگر و عامل جداسازی مواد غذایی از سنگ‌ها و خاک‌ها نیز به‌حساب می‌آید. دو چرخۀ دیگر یعنی چرخۀ کربن و چرخۀ نیتروژن جداگانه مورد بحث قرار می‌گیرند. چرخۀ کربن پیچیدگی روابط دخیل در فرآیندهای بازیافت را به وضوح تشریح می‌کند. گیاهان سبز برای به‌دام‌انداختن انرژی خورشیدی و ترکیب‌کردن مواد معدنی، کربن، دی‌اکسید کربن و آب برای ساختن گلوکز و سایر کربوهیدرات‌ها از طریق فرآیند نورساخت (فتوسنتز)، و درعین حال رهاکردن اکسیژن اضافی در جوّ، توانایی منحصربه‌فردی دارند. همچنین این گیاهان، بلافاصله یا پس از مدتی (یا در هر دو وضعیت)، مقداری از غذاهایی را که ساخته‌اند اکسیده می‌کنند تا انرژی خورشیدی به دام‌افتاده در آن‌ها را به‌دست آورند. با این حال، این گیاهان همواره غذایی را که تولید می‌کنند بیشتر از مقداری است که اکسیده می‌کنند و اگر جانوران نبودند که از گیاهان تغذیه کنند و دی‌اکسید کربن را از طریق تنفس، دفع[۳]، تخمیر[۴]، و فساد و واپاشی[۵] (به‌وسیلۀ عمل باکتریایی) به جوّ برگردانند، عاقبت تمامی دی‌اکسید کربن موجود به‌پایان می‌رسید. همین سلسلۀ رابطه‌ها جزئی از چرخۀ آب، چرخۀ نیتروژن، و چندین چرخۀ کانی[۶] و مواد معدنی است. در هر مرحلۀ اکسایش، انرژی رها می‌شود، و مقدار زیادی فعالیت شیمیایی دیگر صورت می‌پذیرد، ازجمله تجزیۀ پروتئین‌ها به اسیدهای آمینه و تشکیل پروتئین‌های جدید؛ شکل‌گیری اجزای استخوان‌بندی؛ تشکیل و ذخیرۀ چربی‌ها، همان‌گونه که هر موجود زنده مواد غذایی را مطابق با رمز وراثتی خود سازمان می‌دهد؛ و حذف مواد بلا‌استفاده. باکتری‌ها و سایر عوامل تجزیه و فساد غالباً مهم‌ترین نقش را در تداومِ عملکرد چرخه‌های غذایی ایفا می‌کنند. جانوران مواد غذاییِ مورد نیاز بافت‌های اندام‌شان را از طریق خوردن پروتئین‌های حیوانی و نباتی تأمین می‌کنند. گیاهان پروتئین‌ِ ترکیب‌های معدنی ناشی از خاک، یا نیتروژن آزاد در هوا، را به کمک باکتری‌های خاص خاک سنتز می‌کنند (می‌سازند). در واپسین مرحله، باکتری‌ها از طریق تجزیه و فساد، گروه آمینو را از پروتئین به‌صورت آمونیاک رها می‌کنند. گوگرد از گازهای آتشفشانی و هوازدگی[۷] سولفیدهای حاوی آهن در سنگ‌های آذرین[۸] استخراج می‌شود. در چرخۀ گوگرد، باکتری‌های بی‌هوازیِ موجود در خاک از گوگرد به همان طریقی استفاده می‌کنند که باکتری‌های نیترات‌ساز (شوره‌ساز) از نیتروژن بهره می‌گیرند. سایر باکتری‌هایی که گوگرد مصرف می‌کنند حاوی رنگدانه[۹]های سبز یا ارغوانی‌اند که بسیار شبیه به سبزینه (کلروفیل)[۱۰] عمل می‌کنند و به باکتری امکان می‌دهند که دی‌اکسید کربن و سولفید هیدورژن را تجزیه کنند و از انرژی خورشید برای تولید هیدروکربن‌ها بهره گیرند. فسفر برای کلّ حیات از عناصر اساسی به‌شمار می‌آید، زیرا یکی از مؤلفه‌های اصلیِ اسید دی‌اکسی ریبونوکلئیک (دی اِن ای)[۱۱] یعنی مادّه‌ای شیمیایی است که هستۀ تمامی یاخته‌ها را می‌سازد و تولید مثل و زادآوری[۱۲] هم در سطح یاخته و هم سازواره (ارگانیسم) را کنترل می‌کند. فسفات‌ها از راه ریشه‌های گیاهان سبز جذب می‌شوند و در فرآیند سنتزسازی موجودات زنده به مصرف می‌رسند. سپس از طریق زنجیره‌های غذایی به جانوران منتقل می‌شوند، و سرانجام پس از مرگ جانور، از راه تجزیۀ باکتریایی و قارچی، در خاک رها می‌شوند. پیامدهای اتلاف فسفر از سرشارسازی دریاچه‌ها وخیم‌تر است. اولاً، منابع قابل استفاده فسفر در مقایسه با تقاضاهای اکوسیستم نسبتاً اندک‌اند. فسفری که از خاک شسته می‌شود و یا در رودخانه‌ها تخلیه می‌شود و به اقیانوس راه می‌یابد و در آن‌جا مقداری از آن، همراه مواد غذایی دیگر، در آب‌های عمیق نهشته می‌شود، از دسترس گیاهان و، بنابراین، جانوران خارج خواهد شد. به‌علاوه، چون مقدار زیادی فسفر در استخوان‌ها، دندان‌ها، و پوسته‌های نرم‌تنان وجود دارد که به‌آسانی تجزیه نمی‌شود، بازیافت آن به‌کندی صورت می‌گیرد. افزون بر این‌ها، آهن، کلسیم، پتاسیم، منیزیوم، کبالت، کادمیوم، مس، منگنز، روی، مولیبدن، بور، سدیم، کلر، ید، و سایر عناصری که معمولاً کمتر مصرف می‌شوند، جملگی برای بسیاری از صورت‌های حیات ضروری‌اند. چندین عنصر، از قبیل آهن و کلسیم، الگوهای زیست‌زمین‌شیمیایی پیچیده‌ای دارند که ممکن است بر دسترس‌پذیری سایر عناصر به‌شدّت تأثیر گذارند. چرخه‌های زیادی هم وجود دارند که اطلاعات ما دربارۀ آن‌ها اندک است. اهمیت ماهیّت فراگیر چرخه‌های غذایی در سال‌های اخیر با کشف دِ دِ ت (DDT) در بافت اندام پنگوئن‌های جنوبگانی آشکار شده است. این پنگوئن‌ها دِ دِ ت را با خوردن میگویی دریافت کردند که از پلانکتون اقیانوسی تغذیه می‌کرد؛ آن پلانکتون نیز، به‌نوبۀ خود، آفت‌کشی را دریافت کرده بود که از خاک شسته شده و به آب‌های جاری اقیانوس راه یافته بود. نشانۀ تأمل‌برانگیز مشابهی در آن سوی کرۀ زمین هنگامی ظاهر شد که مقادیر نظرگیری از استرانسیوم ۹۰ ناشی از انفجارهای اتمی به‌وسیلۀ جریان‌های هوا انتقال یافتند، در خاک شمالگان نهشته شدند، جذب گلسنگ‌ها گردیدند، گوزن‌های شمالی آن‌ها را خوردند، و سرانجام در بافت‌های اندام انسان‌های ساکن در آن منطقه یافت شدند. در واقع، چرخه‌های غذایی به آسیب‌پذیری آدمی اشاره می‌کنند؛ از آن‌جا که حیات به‌سبب روابط درهم‌تنیده و به هم وابستۀ گیاهان سبز و جانوران ادامه دارد، و فعالیت باکتری‌ها، آن را تکمیل می‌کند و در حالی که مواد غذایی همواره در داخل اکوسیستم و در درون موجودات زنده از طریق عمل آب منتقل می‌شوند، هر چیزی که این چرخه‌ها را مختل یا قطع کند آثار فراگیر و بالقوه هلاک‌کننده‌ای بر آن می‌گذارد.