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Quel organisme convertit le plus efficacement une quantité donnée de masse en chaleur ?

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Question à laquelle j'essaye de répondre :

Dans le film populaire The Matrix, la chaleur dégagée par les humains est récupérée comme source d'énergie. Je me suis demandé, si cela était possible, les humains seraient-ils un bon organisme à choisir ? Un autre organisme serait-il meilleur ?

Question que je veux poser :

De nombreux organismes à sang chaud produisent de la chaleur par métabolisme. Différents organismes produisent-ils différents niveaux de chaleur pour la même masse d'intrants (nourriture) ? Existe-t-il un organisme qui dirige le flux d'énergie dans la production de chaleur plus que tout autre organisme ?


Un petit omnivore robuste à sang chaud qui s'apprivoise facilement. Je suggère des rats.

Petit : vous ne voulez pas que beaucoup d'efforts métaboliques soient consacrés à la construction des os et de la structure pour soutenir la structure. Hardy : il doit pouvoir survivre avec peu de soins. Sang chaud : vous voulez en récolter de l'énergie. Facilement apprivoisé : L'animal ne doit pas tenter d'échapper à sa captivité.


Tout sur les organismes photosynthétiques

Certains organismes sont capables de capter l'énergie du soleil et de l'utiliser pour produire des composés organiques. Ce processus, connu sous le nom de photosynthèse, est essentiel à la vie car il fournit de l'énergie aux producteurs et aux consommateurs. Les organismes photosynthétiques, également appelés photoautotrophes, sont des organismes capables de photosynthèse. Certains de ces organismes comprennent des plantes supérieures, des protistes (algues et euglène) et des bactéries.

Points clés à retenir : les organismes photosynthétiques

  • Les organismes photosynthétiques, appelés photoautotrophes, captent l'énergie de la lumière du soleil et l'utilisent pour produire des composés organiques par le processus de photosynthèse.
  • Dans la photosynthèse, les composés inorganiques du dioxyde de carbone, de l'eau et de la lumière du soleil sont utilisés par les photoautotrophes pour produire du glucose, de l'oxygène et de l'eau.
  • Les organismes photosynthétiques comprennent les plantes, les algues, les euglènes et les bactéries

ANALYSE GÉNÉTIQUE

9 CONCLUSION

Dans un éditorial de 1995, « Hommage au chromosome », Joseph Gall écrivait :

Les organismes biologiques, contrairement aux systèmes inanimés complexes, contiennent des informations qui régulent leurs activités quotidiennes et, plus remarquablement, leur permettent de produire de nouveaux organismes à partir de cellules individuelles. Le fait que cette information réside dans les chromosomes a été établi il y a 75 ans… il manquait cependant au récit classique toute compréhension de la nature de l'information portée par les chromosomes. Cette lacune a bien sûr été comblée par les avancées spectaculaires ultérieures de la génétique moléculaire, qui ont montré qu'un gène est un segment d'ADN dont la séquence linéaire de nucléotides spécifie la séquence linéaire d'acides aminés dans la protéine. … Mais tout comme un livre est plus qu'un assortiment aléatoire de mots, les chromosomes sont plus que de simples référentiels de séquences de gènes. Ils doivent contenir des informations réglementaires pour activer et désactiver les gènes et ils doivent contrôler leur propre réplication, réparation, emballage, ainsi que les mouvements complexes qu'ils effectuent pendant la mitose et la méiose. [ Gall, 1995 ]

Gall exprime ici en quelques mots les réalisations de l'analyse génétique ainsi que ses succès méthodologiques et ses impasses épistémologiques.

L'analyse génétique dans les premières décennies du vingtième siècle a dû lutter pour son indépendance [ Falk, 1995b ]. Elle y est parvenue dans une large mesure en concentrant ses efforts sur les aspects phénoménologiques des causes mécaniques de l'hérédité, en appliquant une méthodologie stricte réductionniste. Dans l'ensemble, les gènes (et leur organisation) ont été traités comme des variables intermédiaires, ou comme des constructions hypothétiques, « car au niveau auquel se situe l'expérience génétique, cela ne fait pas la moindre différence que le gène soit une unité hypothétique, ou le gène est une particule matérielle » [ Morgan, 1935 ]. Mais le contexte plus large n'a pas été négligé, que ce soit dans la recherche de leur structure et fonction physico-chimiques, ou dans leur rôle dans l'évolution des populations et des espèces.

Au moment où la génétique a atteint son indépendance sûre, Morgan a affirmé :

L'histoire de la génétique est devenue si étroitement liée à celle de l'embryologie expérimentale que les deux peuvent maintenant, dans une certaine mesure, être racontées comme une seule et même histoire. … aujourd'hui leur interdépendance est si évidente que les généticiens tiennent pour acquis les grandes lignes des faits de l'embryologie, et l'embryologiste se rend compte de sa dépendance à l'égard des preuves de la génétique. [Morgan, 1934, 9]

Le cours ouvert par Beadle et Tatum "un gène - une enzyme" et leur analyse des voies métaboliques dans Neurospora a attiré une large attention sur l'étude de la fonction des gènes dans la tradition de l'analyse génétique de gènes discrets, plutôt que sur celle des systèmes de développement. La présentation de la base moléculaire de l'hérédité avec le modèle d'ADN de Watson et Crick, a orienté les études de recherche vers la fonction des gènes plutôt que vers le développement et la différenciation embryonnaires.

La cartographie détaillée du gène par Benzer et la démonstration de Yanofsky sur la colinéarité de la séquence du gène et celle de la protéine ont rendu plus urgente l'élucidation du processus de la fonction des gènes. Cependant, l'étape suivante était principalement une tâche de biochimie de synthèse de protéines dans le tube à essai [ Rheinberger, 1997 ]. L'analyse génétique est à nouveau intervenue pour donner un sens aux processus de transcription et de traduction en fournissant un modèle de régulation génétique de l'action des gènes [ Jacob et Monod, 1961 ].

Beaucoup pensaient au milieu des années 1960 que l'analyse génétique moléculaire s'était épuisée [Stent, 1968], mais le développement et la différenciation n'étaient pas résolus par l'analyse génétique moléculaire de la régulation des gènes et le paradigme de Jacob et Monod [1961]. Alors que les biologistes moléculaires rencontraient la complexité de l'organisation des gènes eucaryotes, l'analyse génétique « classique » est parvenue à améliorer sa méthodologie et à analyser de plus en plus la fonction des gènes dans un contexte systémique, abordant ainsi de manière plus pertinente les problèmes « classiques » de l'embryologie. Il a fallu un certain temps aux biologistes moléculaires pour apprécier la percée de Lewis en fournissant un modèle phénoménologique de contrôle génétique de la différenciation segmentaire (voir Morange [2000, 196]), mais une fois obtenue, l'analyse génétique du développement embryologique et de la différenciation est devenue de plus en plus moléculaire.

Evelyn Fox Keller attribue ces développements au changement du mode de pensée mécaniste et linéaire vers celui de l'ère kibernétique et de rétroaction informationnelle ( Keller [1995 2000 2002 ], et bien d'autres) qui a changé l'image du gène en tant que agissant agent à celui d'un activé agent. Il ne fait aucun doute que la métaphore « informationnelle » a joué un rôle important dans la pensée génétique. Il faut cependant garder à l'esprit que cette métaphore était loin de la notion mathématique-kibernétique de la théorie de l'information, qui traitait de la fiabilité probabiliste de la transmission des signes, sans référence à leur contenu sémantique, alors que la métaphore informationnelle de l'analyse génétique était dépend de manière cruciale de la comparaison et de la transmission des sémantique informations, telles qu'obtenues par la méthodologie d'hybridation, que ce soit celle d'organismes vivants ou celle de séquences nucléotidiques d'ADN et/ou d'ARN. Plus important encore, Keller ignore les développements internes des conceptions et des techniques des sciences concernées. L'analyse des systèmes de développement (voir Oyama [1985]) et la notion d'évolution ponctuée (voir Eldredge et Gould [1972]), qui ont joué un rôle majeur dans la nouvelle apparence de l'organisme, ont été engendrées loin des foyers de la biologie moléculaire. , par de fervents opposants à la notion d'information. Au moment où les algorithmes informatiques et les machines d'analyse d'un très grand nombre de données sont devenus disponibles, la métaphore de l'information était depuis longtemps oubliée en biologie moléculaire.

Keller a raison de désigner Goldschmidt, qui « était typiquement grandiose, penché toujours vers la généralisation globale », a insisté sans relâche sur le développement embryologique en tant que systèmes de réactions interactives et coordonnées : « [S]a recherche était précisément pour les propriétés dynamiques de tels systèmes (Zusammenspiel der Reaktionen). Pour Goldschmidt, l'action des gènes signifiait que les gènes étaient à la fois des catalyseurs et des catalyseurs, des acteurs et des « substances réactives » » [Keller, 1995, 15-16]. Cependant, pour le « généticien américain », la reformulation des problèmes par Sturtevant en termes de « chaîne de réactions dans leurs liens individuels », avait un immense attrait, car, comme le dit Keller, « une fois que le problème du développement est traduit dans la question de la façon dont les gènes produisent leurs effets, la tâche est immédiatement – ​​et presque miraculeusement – ​​simplifiée » [ Keller, 1995 , 16]. Le problème n'était pas de faire passer la notion d'« action génique » à celle d'« activation génique ». Il s'agissait de surmonter le paradigme réductionniste de l'analyse génétique qui était immanent à la théorie génétique de l'hérédité pour de Vries, mais largement pragmatique et instrumentale pour Morgan et ses associés.

Si le déterminisme génétique est devenu stéréotypé, c'est en grande partie grâce à son succès expérimental. Mais l'analyse génétique a avancé vers une perspective systémique de l'intérieur. Dans une large mesure, la grande quantité de données réductionnistes à intégrer a conduit à la sublimation du réductionnisme instrumental de l'analyse génétique. Des méthodes ont été développées vers le début du XXIe siècle en relation avec l'effort de séquençage du génome humain complet (voir, par exemple, Sulston et Ferry [2002]). Beaucoup étaient basés sur les principes d'analyse de l'hybridabilité des séquences nucléotidiques. Le prix de telles collectes d'énormes quantités de données était inévitablement la fiabilité réduite des données individuelles. Ceci a été surmonté dans l'effort de séquençage du génome par le séquençage répété de n'importe quel segment. Cependant, à d'autres fins, comme celle de la construction de "protéomes" (le rendement total des protéines synthétisées par les cellules) ou de "l'interactome" (le modèle total d'interactions protéiques dans des cellules données) (voir, par exemple, Perkel [2004]) le manque d'exactitude des données individuelles était souvent amplement compensé par les algorithmes développés pour rechercher les effets de masse (basés sur des dizaines de milliers de données individuelles) des modèles de production et d'interaction.


Essai sur l'écosystème : signification et composants

Lisez cet essai pour en savoir plus sur l'écosystème. Après avoir lu cet essai, vous découvrirez : 1. La signification de l'écosystème 2. Les composants de l'écosystème 3. La productivité 4. La diversité 5. Les biens et services de l'écosystème 6. L'homéostasie.

  1. Essai sur le sens de l'écosystème
  2. Essai sur les composants de l'écosystème
  3. Essai sur la productivité des écosystèmes
  4. Essai sur la diversité des écosystèmes
  5. Essai sur les biens et services écosystémiques
  6. Essai sur l'homéostasie dans l'écosystème

Essai n° 1. Signification de l'écosystème :

Un écosystème est un système formé par les interactions d'une variété d'organismes individuels entre eux et avec leur environnement physique. Les écosystèmes sont presque autonomes, de sorte que l'échange de nutriments au sein du système est beaucoup plus important que l'échange avec un autre système.

Un écosystème n'est donc pas entièrement une entité biologique. Toute description complète d'un écosystème doit inclure l'environnement physique ainsi que les composantes biologiques et les interactions entre les deux. Les écosystèmes sont de divers types, principalement naturels, mais il y en a quelques-uns qui sont créés par l'homme ou modifiés par l'activité humaine.

Essai n° 2. Composantes de l'écosystème :

Un écosystème n'est pas entièrement une entité biologique. Les composants biologiques ou biotiques d'un écosystème comprennent à la fois les organismes vivants et les produits de ces organismes. Ainsi les microbes, toutes les catégories de plantes et d'animaux ainsi que leurs déchets sont inclus dans les écosystèmes.

Les composants non biologiques ou abiotiques comprennent des caractéristiques climatiques et édaphiques, en particulier des composants climatiques comme la lumière du soleil, la température, l'approvisionnement en air et en eau ainsi que des composants du sol tels que les éléments nutritifs du sol qui sont des facteurs contributifs très importants du fonctionnement de l'écosystème.

Les composants biotiques sont généralement classés en producteurs et en consommateurs de différentes classes, à savoir. les herbivores (animaux qui mangent des plantes), les carnivores (animaux qui mangent la chair d'autres animaux), les omnivores (animaux qui consomment à la fois des plantes et des animaux selon leur disponibilité) et enfin des charognards (animaux qui mangent des matières végétales et animales mortes).

De plus, il existe des classes de décomposeurs, qui comprennent principalement des organismes saprophytes qui aident au processus de recyclage des nutriments et des éléments.

Ce sont des organismes hétérotrophes qui se nourrissent uniquement de matière organique morte, c'est-à-dire des saprophytes. La majeure partie de la décomposition saprophyte est effectuée par des bactéries, des champignons et des protozoaires. Imaginez qu'un morceau d'Utter organique tombe sur le sol d'une forêt.

Dans une séquence typique, des bactéries ou des champignons microscopiques excréteront des produits chimiques, appelés enzymes, qui décomposent les composés chimiques complexes dans l'objet. Certains des produits de dégradation sont absorbés sous forme de nourriture, tandis que d'autres sont laissés pour compte.

Ceux-ci servent d'approvisionnement alimentaire pour d'autres organismes qui poussent la décomposition un peu plus loin. Finalement, les déchets de la dernière ligne de décomposeurs sont des nutriments minéraux pauvres en énergie qui sont réabsorbés, et donc recyclés, par les plantes — Fig. 5.1.

Essai n° 3. Productivité des écosystèmes :

Au cours du processus de production et de consommation, l'énergie est transmise, ou circule, d'un organisme à un autre. Par exemple, l'énergie solaire est convertie en énergie chimique dans les feuilles des plantes vertes. Les feuilles peuvent alors être mangées par certains herbivores, et l'herbivore peut, à son tour, être mangé par un carnivore.

Considérons un écosystème hypothétique qui reçoit 1 000 kilocalories d'énergie lumineuse au cours d'une journée donnée (Fig. 5.2). La plupart de cette énergie n'est pas du tout absorbée. Certains sont simplement réfléchis dans l'espace. De l'énergie absorbée, la plus grande partie est stockée sous forme de chaleur ou utilisée pour l'évaporation de l'eau. Une petite quantité est assimilée par les plantes.

La productivité dans un écosystème est de deux sortes : la productivité primaire et la productivité secondaire. La productivité primaire d'un écosystème est la vitesse à laquelle la matière organique est produite pendant la photosynthèse.

Une certaine quantité de matériel photosynthétique est ensuite utilisée à des fins respiratoires. Le produit photosynthétique initial qui se forme au départ est appelé productivité primaire brute qui s'exprime en Kcal/m 2 /an.

Seulement environ la moitié de la productivité brute s'accumule sous forme de nouvelle matière végétale, car le reste de l'énergie chimique est métabolisé par la propre respiration de la plante et libéré dans l'environnement sous forme de chaleur. Le gain net en matière végétale est appelé productivité primaire nette.

Ainsi la Productivité primaire nette = Productivité primaire brute – Respiration végétale

Dans l'ensemble, la productivité dépend de divers facteurs tels que l'ensoleillement, la température, les précipitations et la disponibilité des nutriments. La quantité totale de matière organique présente à un moment donné dans un écosystème est appelée biomasse.

La biomasse est égale à la matière organique totale gagnée grâce à la productivité primaire nette sur une période de temps moins la quantité de matière qui est consommée et perdue pendant la respiration par les animaux. Revenons à l'hypothétique écosystème qui reçoit 1000 Kcal de lumière solaire (Fig. 5.2).

Bien que l'efficacité du transfert d'énergie varie d'un écosystème à l'autre, en moyenne, sur les 1 000 Kcal absorbés, seuls 12 Kcal environ sont utilisés lors de la photosynthèse. Sur ces 12 Kcal, 2 Kcal sont utilisés pour la respiration des plantes et environ 10 Kcal sont stockés dans les tissus végétaux en tant que matière riche en énergie, que les animaux peuvent utiliser pour se nourrir.

1 000 Kcal de lumière solaire → 988 Kcal perdus dans l'environnement + 12 Kcal stockés sous forme de tissu végétal.

La productivité primaire nette des divers écosystèmes varie nettement. Parmi elles, les forêts tropicales humides sont les plus productives et les zones rocheuses, glacées et sableuses sont les écosystèmes les moins productifs (tableau 5.2).

La variation des modèles mondiaux de production primaire illustre la gamme et la variété des caractéristiques et du fonctionnement des écosystèmes. Les principaux facteurs affectant les modèles mondiaux de production primaire sont la lumière, la chaleur, l'eau, le dioxyde de carbone et l'oxygène, et les éléments nutritifs.

Occupant la majeure partie de la surface de la Terre, les océans fournissent un excellent exemple de la façon dont la productivité varie en fonction des conditions régionales. Dans les océans, il existe des modèles de productivité primaire très bien cartographiés et prévisibles (tableau 5.3).

Les travaux de recherche océanographique russes au cours des années 1960 ont défini cinq principales régions productives des océans. En général, la productivité est la plus élevée là où il y a une forte circulation d'eau, les courants ascendants faisant remonter les eaux profondes à la surface.

Les concentrations de nutriments ont tendance à être plus élevées dans les eaux profondes en raison de la pluie continue de matières provenant des eaux peu profondes, au-delà de la zone euphotique (où les autotrophes peuvent recycler les nutriments dans la chaîne alimentaire). Une productivité élevée est plus courante dans les eaux peu profondes, où les plantes peuvent atteindre de plus grandes tailles.

Les impacts humains sur la production primaire sont très importants dans de nombreux écosystèmes. Le schéma général des facteurs environnementaux naturels qui contrôlent la production primaire à l'échelle mondiale est présenté dans le tableau 5.4. Ceci, cependant, ne fournit qu'un aperçu général de la productivité de l'écosystème (au niveau du biome). Le modèle d'influence des principaux facteurs limitatifs indiqués est souvent différent à l'échelle régionale ou locale.

La productivité secondaire est définie comme le taux de formation de nouvelle matière organique par les hétérotrophes de la productivité primaire nette disponible dans une forêt, les herbivores (par exemple les insectes, les cerfs) ne mangent qu'environ 1 à 3%.

Dans les prairies, jusqu'à 15 % de la végétation peut être mangée par les herbivores. Dans l'océan, 80% de la productivité primaire nette est consommée par les herbivores. Très peu de la matière végétale qui est consommée est en fait convertie en tissu animal.

En termes de contenu énergétique, la conversion n'est que d'environ 10 pour cent. En résumé, bien qu'il existe de grandes variations d'un écosystème à l'autre, en général, pour chaque 10 Kcal de tissu végétal disponible pour les herbivores, environ 1 Kcal sera consommé et seulement environ 0,1 Kcal sera stocké sous forme de poids corporel.

Les carnivores qui mangent des herbivores sont également inefficaces pour convertir la nourriture en poids corporel, de sorte que l'énergie disponible pour le carnivore est encore moindre. Il est donc évident que la quantité d'énergie utilisable diminue, à mesure qu'elle est transférée de la lumière du soleil aux plantes aux animaux.

Il y a donc une quantité décroissante d'énergie disponible à chaque niveau trophique. En conséquence, il y aura une masse décroissante d'organismes à chaque niveau. Cette relation peut être représentée comme la Fig. 5.3 et appelée “pyramide de l'énergie”.

Je. Chaîne alimentaire et réseaux trophiques :

Le flux d'énergie alimentaire dans un écosystème progresse à travers une chaîne alimentaire dans laquelle une étape se succède : les consommateurs primaires mangent les producteurs, les consommateurs secondaires mangent les consommateurs primaires, et ainsi de suite. Dans tout écosystème, il existe deux chaînes alimentaires principales, la chaîne alimentaire de pâturage et la chaîne alimentaire détritique (Fig. 5.4).

Les deux filières alimentaires se distinguent par leur source d'énergie ou de nourriture pour les premiers consommateurs. Dans les écosystèmes de pâturage, les autotrophes, ou tissus végétaux vivants, sont la principale source d'énergie pour les premiers consommateurs, les herbivores. Dans la chaîne alimentaire détritique, les premiers consommateurs, principalement des bactéries et des champignons, utilisent la matière organique morte, les détritus, comme source d'énergie.

Ii. Chaînes alimentaires de pâturage :

La chaîne alimentaire du pâturage est la plus évidente pour nous. Le bétail broutant dans les pâturages, les cerfs broutant dans la forêt, les lapins se nourrissant dans les vieux champs et les insectes nuisibles se nourrissant des cultures maraîchères représentent les groupes de consommateurs de base de la chaîne alimentaire du pâturage.

Bien que très visible, la chaîne alimentaire du pâturage n'est pas la principale chaîne alimentaire dans les écosystèmes terrestres et de nombreux écosystèmes aquatiques. Ce n'est que dans certains écosystèmes aquatiques que les herbivores au pâturage jouent un rôle dominant dans le flux d'énergie.

Des données volumineuses existent sur la productivité du phytoplancton, les taux de filtration par le zooplancton au pâturage et les efficacités de production du zooplancton. Cependant, peu de données sont disponibles sur le flux d'énergie, le taux de broutage, les taux de renouvellement de la biomasse pour le phytoplancton et le renouvellement de la biomasse du zooplancton au sein du même système aquatique.

Dans les systèmes terrestres, une faible proportion de la production primaire passe par la chaîne alimentaire du pâturage. Sur une période de trois ans, seulement 2,6 % de la production primaire nette d'une forêt de peupliers jaunes ont été utilisés par les herbivores au pâturage, bien que les trous pratiqués dans les niveaux de croissance aient entraîné une perte de 7,2 % de la surface photosynthétique.

Iii. Chaînes alimentaires détritiques :

La chaîne alimentaire détritique est commune à tous les écosystèmes, mais dans les écosystèmes terrestres et littoraux, c'est la principale voie de circulation de l'énergie.

Dans les forêts de peupliers jaunes (Liriodendron tulipifera), 50 pour cent de la production primaire brute sont consacrés à l'entretien et à la respiration, 13 pour cent sont accumulés sous forme de nouveaux tissus, 2 pour cent sont consommés par les herbivores et 35 pour cent vont à la chaîne alimentaire détritique .

Les deux tiers aux trois quarts de l'énergie stockée dans un écosystème de prairies non pâturées par le bétail sont renvoyées au sol sous forme de matière végétale morte, et moins d'un quart est consommée par les herbivores.

De la quantité consommée par les herbivores, environ la moitié est retournée au sol sous forme d'excréments. Dans l'écosystème des marais salants, l'herbivore dominant au pâturage, la sauterelle, ne consomme que 2 % de la production nette dont il dispose.

Iv. Chaînes alimentaires supplémentaires :

D'autres groupes d'alimentation, tels que les parasites et les charognards, forment des chaînes alimentaires supplémentaires dans la communauté. Les chaînes alimentaires parasitaires sont très compliquées en raison du cycle de vie des parasites. Certains parasites sont transmis d'un hôte à un autre par des prédateurs de la chaîne alimentaire.

Les parasites externes (ectoparasites) peuvent se déplacer d'un hôte à un autre. D'autres parasites sont transmis par les insectes d'un hôte à un autre par la circulation sanguine ou les fluides végétaux.

Cependant, les systèmes naturels sont rarement aussi ordonnés et linéaires. De nombreux organismes occupent simultanément plusieurs niveaux trophiques.

Par exemple, un corbeau peut être un consommateur primaire lorsqu'il mange du maïs, un consommateur secondaire lorsqu'il mange des sauterelles et un consommateur tertiaire s'il parvient à attraper une musaraigne ou un petit serpent. De plus, les corbeaux mangent des animaux morts et sont donc aussi des charognards.

Dans presque tous les écosystèmes naturels, les modes de consommation sont si compliqués que le terme réseau trophique est plus descriptif car il existe de nombreux liens croisés reliant les divers organismes (Fig. 5.5).

Une fois que la nourriture est mangée, son énergie suit une variété de modèles à travers les organismes. Tous les aliments ne peuvent pas être entièrement digérés et assimilés. Les cheveux, les plumes, les exosquelettes d'insectes, le cartilage et les os dans les aliments d'origine animale et la cellulose et la ligine dans les aliments d'origine végétale ne peuvent pas être digérés par la plupart des animaux. Ces matières sont soit évacuées par défécation, soit régurgitées en boulettes de restes indigérés.

Les organismes utilisent la majeure partie de l'énergie alimentaire qu'ils assimilent dans leur corps pour répondre à leurs besoins métaboliques :

Exécution du travail, croissance et reproduction. Parce que les transformations énergétiques biologiques sont inefficaces, une proportion substantielle de l'énergie alimentaire métabolisée est perdue, inutilisée, sous forme de chaleur. Les organismes ne sont pas différents des machines artificielles à cet égard.

La majeure partie de l'énergie contenue dans l'essence est perdue sous forme de chaleur dans le moteur d'une voiture plutôt que d'être transformée en énergie de mouvement. Dans les communautés naturelles, l'énergie utilisée pour effectuer un travail ou dissipée sous forme de chaleur ne peut pas être consommée par d'autres organismes et est perdue à jamais pour l'écosystème.

L'énergie assimilée qui n'est pas perdue par la respiration ou l'excrétion est disponible pour la synthèse d'une nouvelle biomasse par la croissance et la reproduction. Les populations perdent de la biomasse par la mort, la maladie ou la chute annuelle des feuilles, où elles pénètrent dans les voies détritiques de la chaîne alimentaire.

La biomasse restante est finalement consommée par les herbivores ou les prédateurs et son énergie entre ainsi dans le prochain niveau trophique supérieur de la communauté (Fig. 5.6).

V. Efficacité énergétique :

Le mouvement de l'énergie à travers la communauté dépend de l'efficacité avec laquelle les organismes consomment leurs ressources alimentaires et les convertissent en biomasse. Cette efficacité est appelée chaîne alimentaire ou efficacité écologique.

L'efficacité écologique est déterminée à la fois par les caractéristiques physiologiques internes des organismes et par leurs relations écologiques externes avec l'environnement. Pour comprendre la base biologique de l'efficacité écologique, il faut disséquer le maillon individuel de la chaîne alimentaire en ses éléments constitutifs (Fig. 5.7).

L'efficacité écologique dépend de l'efficacité de trois étapes majeures dans l'exploitation, l'assimilation et la production nette des flux d'énergie (tableau 5.5).

Le produit des efficacités d'assimilation et de production nette est la production brute à partir de l'efficacité - le pourcentage des efficacités d'exploitation et de production brute est la chaîne alimentaire ou l'efficacité écologique - le pourcentage d'énergie alimentaire disponible dans les proies convertie en biomasse de consommation.

La mesure du flux d'énergie à travers une communauté entière est une tâche complexe et pratiquement impossible. Pourtant, le flux total d'énergie et l'efficacité de son mouvement déterminent la structure trophique de base de la communauté, le nombre de niveaux trophiques, l'importance relative des détritus et de l'alimentation des prédateurs, les valeurs à l'état d'équilibre pour la biomasse et les détritus accumulés et les taux de renouvellement de la matière organique dans le communauté.

Chacune de ces propriétés, à son tour, influence la stabilité inhérente de la communauté.

L'étude de la transformation de l'énergie par les plantes et les animaux fournit cependant un aperçu utile des bases de l'efficacité écologique et de la structure trophique de la communauté.

Les plantes sont de terribles prédateurs car elles exploitent l'énergie lumineuse, les animaux, cependant, ont des problèmes différents : ils ont la capacité de se nourrir et consomment donc de la masse organique et l'assimilation de l'énergie a lieu par la suite. Le flux d'énergie entre les niveaux trophiques représente la somme des activités alimentaires de nombreuses espèces.

Les populations individuelles ne consomment généralement qu'une petite fraction des ressources alimentaires disponibles. Les carnivores, les granivores et les herbivores aquatiques sont les plus efficaces, les espèces les plus communes consomment 10 à 100% de la nourriture à leur disposition. Les herbivores terrestres ne consomment généralement que 1 à 10 % de la végétation feuillue.

Essai n° 4. Diversité des écosystèmes :

L'écosystème varie considérablement, en ce qui concerne à la fois sa composition biotique et abiotique et leurs interactions. D'une manière générale, en ce qui concerne l'habitat, il existe deux grandes catégories d'écosystèmes, à savoir l'écosystème terrestre ou terrestre ou le biome et l'écosystème aquatique. Chacun d'eux, encore une fois, est divisé en plusieurs types d'écosystèmes en fonction de la température atmosphérique, des précipitations et de la nature du sol ou du substrat.

L'état de l'habitat varie considérablement des zones côtières aux montagnes, déserts, collines et plaines alluviales dans les zones tropicales et subtropicales. Du point de vue de l'habitat, les principaux écosystèmes terrestres sont ainsi représentés sur la figure 5.8. Les principaux types d'écosystèmes dans l'habitat terrestre sont les prairies, les forêts tropicales humides, les forêts de feuillus, les zones montagneuses, désertiques, côtières, alpines et glaciaires, etc.

Deux facteurs abiotiques majeurs régulent la structure de la communauté végétale dans l'habitat terrestre, à savoir les précipitations et la température. Les principales communautés végétales étaient la forêt tropicale humide, la forêt pluviale tempérée, la forêt tropicale saisonnière, la forêt tempérée, la forêt épineuse ou la savane, les zones boisées ou prairies, la taïga, le désert et la toundra.

Le schéma de distribution des principaux biomes terrestres est illustré à la figure 5.9. La topographie globale et la composition biotique de chacune des zones décrites ci-dessus sont assez uniques et se distinguent les unes des autres (Fig. 5.10). Dans de nombreux cas, l'interférence humaine sur ces écosystèmes entraîne une altération du climat, du paysage et donc aussi de la composition des espèces.

Bien que les plantes aient été largement adaptées aux changements climatiques, des facteurs climatiques majeurs régissent le modèle de succession des espèces biologiques dans différentes zones d'habitat. Trois profils de succession distincts des communautés végétales sont représentés sur la figure 5.11, pour montrer l'influence des gradients climatiques sur la formation des communautés.

En ce qui concerne l'écosystème aquatique, il y avait un assez bon nombre de diversités. Les principaux types étaient les lacs, la haute mer, les eaux côtières, les habitats coralliens, les rivières, les étangs, les réservoirs et les régions marécageuses, etc. Les formes de vie varient considérablement dans chacune des zones de l'écosystème.

Même au sein d'une seule zone écosystémique, il existe des régions distinctes où, en raison de la variation de la niche écologique, la composition des espèces varie considérablement en diversité et en densité. Deux exemples clairs de distribution d'espèces dans un lac et dans l'océan sont représentés dans des figures séparées, c'est-à-dire les Figs. 5.12 et 5.13.

Un lac est un grand plan d'eau principalement statique ou ayant rarement un système d'écoulement. Du point de vue biologique, un lac comporte plusieurs couches :

1. Niveau de compensation, la profondeur à laquelle l'énergie lumineuse est juste suffisante pour que la photosynthèse équilibre les besoins respiratoires des producteurs primaires.

2. Zone euphotique, cette couche se situe au-dessus du niveau de compensation.

3. Zone profonde, cette couche se situe en dessous du niveau de compensation.

Dans la zone euphotique, encore une fois, il y a deux subdivisions : la zone littorale peu profonde, la zone limnétique plus profonde. Les phytoplanctons sont majoritairement dominants en zone limnétique et abondants en zone littorale. Il y a aussi des floraisons occasionnelles. Les zooplanctons et les nectons nageurs sont également abondants dans la zone limnétique.

La zone profonde, par définition, manque de lumière suffisante par photosynthèse (c'est-à-dire < 1% de la lumière incidente totale), elle est donc dominée par les consommateurs. Cette zone a une plus grande quantité de débris, c'est-à-dire plus de charge organique. Les lacs les plus productifs sont ceux qui ont une large zone littorale par rapport à leur volume.

Ici, la lumière du soleil atteint la plupart des eaux des lacs, fournissant une source d'énergie pour les producteurs primaires en plus d'un réchauffement important pendant la saison de croissance.

La faible profondeur de l'eau permet le développement d'une importante biomasse de plantes aquatiques à racines peu productives. Les proliférations de phytoplancton sont caractéristiques en raison des concentrations élevées de nutriments inorganiques produites lorsque les micro-organismes du fond dégradent de grands volumes de matière organique.

Les eaux profondes ayant de faibles concentrations en oxygène, la stagnation des eaux de fond est relativement fréquente. Ces lacs peu profonds et hautement productifs sont appelés lacs eutrophes.

En revanche, les lacs oligotrophes sont beaucoup moins productifs. Un lac oligotrophe est généralement profond et à parois abruptes, avec une zone littorale étroite. Les concentrations de nutriments inorganiques sont faibles, tout comme la densité du phytoplancton. Les fleurs sont rares, car la compétition intense pour les nutriments maintient les niveaux de population bas.

L'oxygène dissous est élevé dans l'hypolimnion, son grand volume, ses basses températures et son faible apport de matière organique servent à contrôler les microbes appauvrissant l'oxygène. Les pousses de fond d'eau froide comme le touladi ou la ouananiche trouvent des habitats convenables dans la zone profonde.

Essai n° 5. Biens et services écosystémiques :

Chaque écosystème fournit un certain nombre de biens et de services à l'humanité directement ou indirectement. These includes material supply like food, fiber, fuel, medicines and bio-chemicals or it helps in control of flood, erosion, habitat protection, waste recycling, recreation and so on. An example of provisioning of goods and services of estuarine ecosystem is shown in Table 5.6.

Essay # 6. Homeostasis in Ecosystem:

Ecosystems are capable of self-maintenance and self-regulation as are their component populations and organisms.

Thus cybernetics—the science of controls, has important application in ecology, especially since man increasingly tends to disrupt natural controls or attempts to substitute artificial mechanisms for natural ones. ‘Homéostasie‘ is the term generally applied to the tendency for biological systems to resist change and to remain in a state of equilibrium.

However, the control depends on ‘feedback’, either in positive or negative ways. The positive feedback is deviation accelerating, while negative feedback is deviation counteracting. Both natural and man-made activities induced the changes in the ecosystem, but regulated feedback mechanism tends to resist the same thus, somewhat, homeostasis is maintained.

In every ecosystem, there are three basic components:

Inputs, internal cycling and output, those are influenced by soil & climate. The input of nutrients to the ecosystem depends on the type of biogeochemical cycle.

Nutrients with a gaseous cycle, such as carbon and nitrogen, enter the ecosystem via the atmosphere. In contrast, nutrients such as calcium and phosphorus have sedimentary cycles, with inputs dependent on the weathering of rocks and minerals.

Primary productivity in ecosystems depends on the uptake of essential mineral (inorganic) nutrients by plants and their incorporation into living tissues. Nutrients in organic form, stored in living tissues, represent a significant proportion of the total nutrient pool in most ecosystems.

As these living tissues senescence, the nutrients are returned to the soil or sediments in the form of dead organic matter.

Various microbial decomposers transform the organic nutrients into a mineral form, a process called mineralization, and the nutrients are once again available to the plants for uptake and incorporation into new tissues. This process is called internal cycling and is an essential feature of all ecosystems. It represents a recycling of nutrients within the ecosystem.

The export of nutrients i.e., output from the ecosystem represents a loss that must be offset by inputs if a net decline is not to occur. Export can occur in a variety of ways, depending on the nature of the specific biogeochemical cycle.

Carbon is exported to the atmosphere in the form of CO2 via the process of respiration by all living organisms. Likewise, a variety of microbial and plant processes result in the transformation of organic and inorganic nutrients to a gaseous phase that can subsequently be transported from the ecosystem in the atmosphere.

Examples of these processes will be provided in the following sections, which examine specific biogeochemical cycles. A generalized model is shown in Fig. 5.25. The feedback systems as available in internal cycling balances the homeostasis of ecosystem.


Adding sodium produces material that is most efficient at converting heat to electricity

In the production of power, nearly two-thirds of energy input from fossil fuels is lost as waste heat. Industry is hungry for materials that can convert this heat to useful electricity, but a good thermoelectric material is hard to find.

Increasing the efficiency of thermoelectric materials is essential if they are to be used commercially. Northwestern University researchers now report that doping tin selenide with sodium boosts its performance as a thermoelectric material, pushing it toward usefulness. The doped material produces a significantly greater amount of electricity than the undoped material, given the same amount of heat input.

Details of the sodium-doped tin selenide—the most efficient thermoelectric material to date at producing electricity from waste heat—will be published Nov. 26 by the journal Science.

The Northwestern development could lead to new thermoelectric devices with potential applications in the automobile industry, glass- and brick-making factories, refineries, coal- and gas-fired power plants, and places where large combustion engines operate continuously (such as in large ships and tankers).

Most semiconducting materials, such as silicon, have only one conduction band to work with for doping, but tin selenide is unusual and has multiple bands the researchers took advantage of these bands. They showed they could use sodium to access these channels and send electrons quickly through the material, driving up the heat conversion efficiency.

"The secret to our material is that multiband doping produces enhanced electrical properties," said Mercouri G. Kanatzidis, an inorganic chemist who led the multidisciplinary team. "By doping multiple bands, we are able to multiply the positive effect. To increase the efficiency, we need the electrons to be as mobile as possible. Tin selenide provides us with a superhighway—it has at least four fast-moving lanes for hole carriers instead of one congested lane."

Kanatzidis, a Charles E. and Emma H. Morrison Professor of Chemistry in the Weinberg College of Arts and Sciences, is a world leader in thermoelectric materials research. He is a corresponding author of the paper.

To produce a voltage, a good thermoelectric material needs to maintain a hot side—where the waste heat is, for example—while the other side remains cool. (A voltage can be harvested as power.) Less than two years ago, Kanatzidis and his team, with postdoctoral fellow Lidong Zhao as protagonist, identified tin selenide as a surprisingly good thermoelectric material it is a poor conductor of heat (much like wood)—a desirable property for a thermoelectric—while maintaining good electrical conductivity.

Kanatzidis' colleague Christopher M. Wolverton, a computational theorist, calculated the electronic structure of tin selenide. He found the electrical properties could be improved by adding a doping material.

"Tin selenide is very unusual, not only because of its exceedingly low thermal conductivity, but also because it has many conduction lanes," said Wolverton, a senior author of the paper and professor of materials science and engineering in the McCormick School of Engineering and Applied Science. "Our calculations said if the material could be doped, its thermal power and electrical conductivity would increase. But we didn't know what to use as a dopant."

Sodium was the first dopant the researchers tried, and it produced the results they were looking for. "Chris' computations opened our eyes to doping," Kanatzidis said. He and Zhao successfully grew crystals of the new doped material.

The researchers also were pleased to see that adding sodium did not affect the already very low thermal conductivity of the material. It stayed low, so the heat stays on one side of the thermoelectric material. Electrons like to be in a low-energy state, so they move from the hot (high-energy) side to the cool side. The hot side becomes positive, and the cool side becomes negative, creating a voltage.

"Previously, there was no obvious path for finding improved thermoelectrics," Wolverton said. "Now we have discovered a few useful knobs to turn as we develop new materials."

The efficiency of waste heat conversion in thermoelectrics is reflected by its "figure of merit," called ZT. In April 2014, the researchers reported that tin selenide exhibits a ZT of 2.6 at around 650 degrees Celsius. That was the highest ZT to date—a world record. But the undoped material produced that record-high ZT only at that temperature. (There is a ZT for every temperature.)

The new doped material produces high ZTs across a broad temperature range, from room temperature to 500 degrees Celsius. Thus, the average ZT of the doped material is much higher, resulting in higher conversion efficiency.

"Now we have record-high ZTs across a broad range of temperatures," Kanatzidis said. "The larger the temperature difference in a thermoelectric device, the greater the efficiency."


AskNature

Life depends upon the building up and breaking down of biological molecules. Catalysts, in the form of proteins or RNA, play an important role by dramatically increasing the rate of a chemical transformation––without being consumed in the reaction. The regulatory role that catalysts play in complex biochemical cascades is one reason so many simultaneous chemical transformations can occur inside living cells in water at ambient conditions. For example, the 10‑enzyme catalytic breakdown and transformation of glucose to pyruvate in the glycolysis metabolic pathway.

Chemically Assemble Organic Compounds

Part of the reason that synthesis reactions (chemical assembly) can occur under such mild conditions as ambient temperature and pressure in water is because most often, they occur in a stepwise, enzyme‑mediated fashion, sipping or releasing small amounts of energy at each step. For example, the synthesis of glucose from carbon dioxide in the Calvin cycle is a 15‑step process, each step regulated by a different enzyme.

Transform Chemical Energy

Life’s chemistry runs on the transformation of energy stored in chemical bonds. For example, glucose is a major energy storage molecule in living systems because the oxidative breakdown of glucose into carbon dioxide and water releases energy. Animals, fungi, and bacteria store up to 30,000 units of glucose in a single unit of glycogen, a 3‑D structured molecule with branching chains of glucose molecules emanating from a protein core. When energy is needed for metabolic processes, glucose molecules are detached and oxidized.

Transform Radiant Energy (Light)

The sun is the ultimate source of energy for many living systems. The sun emits radiant energy, which is carried by light and other electromagnetic radiation as streams of photons. When radiant energy reaches a living system, two events can happen. The radiant energy can convert to heat, or living systems can convert it to chemical energy. The latter conversion is not simple, but is a multi‑step process starting when living systems such as algae, some bacteria, and plants capture photons. For example, a potato plant captures photons then converts the light energy into chemical energy through photosynthesis, storing the chemical energy underground as carbohydrates. The carbohydrates in turn feed other living systems.

Les plantes

Phylum Plantae (“plants”): Angiosperms, gymnosperms, green algae, and more

Plants have evolved by using special structures within their cells to harness energy directly from sunlight. There are currently over 350,000 known species of plants which include angiosperms (flowering trees and plants), gymnosperms (conifers, Gingkos, and others), ferns, hornworts, liverworts, mosses, and green algae. While most get energy through the process of photosynthesis, some are partially carnivores, feeding on the bodies of insects, and others are plant parasites, feeding entirely off of other plants. Plants reproduce through fruits, seeds, spores, and even asexually. They evolved around 500 million years ago and can now be found on every continent worldwide.

Introduction

For the first half of Earth’s life to date, oxygen was all but absent from an atmosphere made mostly of nitrogen, carbon dioxide, and methane. The evolution of animals and life as we now know it owe everything to photosynthesis .

About 2.5 billion years ago, cyanobacteria —the first organisms that used sunlight and carbon dioxide to produce oxygen and sugars via photosynthesis—transformed our atmosphere. Later, algae evolved with this ability, and about 0.5 billion years ago, the first land plants sprouted.

Algae, plankton, and land plants now work together to keep our atmosphere full of oxygen.

The Strategy

Photosynthesis occurs in special plant cells called chloroplast s, which are the type of cells found in leaves. A single chloroplast is like a bag filled with the main ingredients needed for photosynthesis. It has water soaked up from the plant’s roots, atmospheric carbon dioxide absorbed by the leaves, and chlorophyll contained in folded, maze-like organelles called thylakoid s.

Chlorophyll is the true catalyst of photosynthesis. Cyanobacteria, plankton, and land plants all rely on this light-sensitive molecule to spark the process.

Chlorophyll molecules are so bad at absorbing green light that they reflect it like tiny mirrors, causing our eyes to see most leaves as green. It’s usually only in autumn, after chlorophyll degrades, that we peep those infinite shades of yellow and orange produced by carotenoid pigment s.

The process of photosynthesis in plants involves a series of steps and reactions that use sunlight, water, and carbon dioxide to produce sugars that the plant uses to grow. Oxygen is released from the leaves as a byproduct.

The Strategy

But chlorophyll’s superpower isn’t the ability to reflect green light—it’s the ability to absorb blue and red light like a sponge. The sun’s blue and red light energizes chlorophyll, causing it to lose electrons, which become mobile forms of chemical energy that powers plant growth. The chlorophyll replenishes its lost electrons not by drinking water but by splitting it apart and taking electrons from the hydrogen, leaving oxygen as a byproduct to be “exhaled”.

The electrons freed from chlorophyll need something to carry them to where they can be put to use, and two molecules ( ATP and NADPH ) work much like energy transport buckets. They bring the electrons to the space outside of the thylakoid folds but still inside the chloroplast “bag.” In this area, called the stroma , the energy brought by the molecular buckets forces carbon dioxide to combine with other molecules, forming glucose . After these reactions occur, the buckets—now empty of electrons—return to the thylakoid folds to receive another batch from sunlight-stimulated chlorophyll.

When plants have enough sunlight, water, and fertile soil, the photosynthesis cycle continues to churn out more and more glucose. Glucose is like food that plants use to build their bodies. They combine thousands of glucose molecules to make cellulose , the main component of their cell walls. The more cellulose they make, the more they grow.

The Potential

Nature, through photosynthesis, enables plants to convert the sun’s energy into a form that they and other living things can make use of. Plants transfer that energy directly to most other living things as food or as food for animals that other animals eat.

Humans also extract this energy indirectly from wood, or from plants that decayed millions of years ago into oil, coal, and natural gas. Burning these materials to provide electricity and heat has, through overexploitation, led to dire consequences that have upset the balance of life on Earth.

What if humans could harness this power in a different way? Imagine green chemistry that’s catalyzed by sunlight instead of having to mine for heavy metals like copper, tin, or platinum. Think of the potential that chemical processes requiring little heat have to reduce energy consumption. With a better understanding of photosynthesis, we may transform agriculture to consume less water and preserve more land for native plants and forests. As we continue to grapple with climate change, listening to what plants can teach us can shine a light down a greener path.


Examples of Autotrophs

Les plantes

Plants, with very few exceptions (such as the venus fly trap which can eat insects) are photoautotrophs. They produce sugars and other essential ingredients for life by using their pigments, such as chlorophyll, to capture photons and harness their energy. When plants are consumed by animals, animals are then able to use that energy and those organic materials for themselves.

Green Algae

Green algaes, which may be familiar to you as pond scum, are also photoautotrophs. Green algae may in fact bear a great resemblance to the first common life form on Earth – cyanobacteria, a green bacteria that grew in mats and began the process of turning Earth into a world with an oxygen atmosphere.

”Iron Bacteria” – Acidithiobacillus ferrooxidans

La bactérie Acidithiobacillus ferrooxidans obtains energy from ferrous iron. In the process, it converts the iron atoms from a molecular form where they cannot be dissolved in water to a molecular form where they can.

Par conséquent, Acidithiobacillus ferrooxidans has been used to extract iron from ores that could not be extracted through conventional means.

The field of biohydrometallurgy is the study of using living organisms to obtain metals by dissolving them in water, where they can be further processed.


Pros and Cons of Fermentation

With oxygen, organisms can use aerobic cellular respiration to produce up to 36 molecules of ATP from just one molecule of glucose. Without oxygen, some human cells must use fermentation to produce ATP, and this process produces only two molecules of ATP per molecule of glucose. Although fermentation produces less ATP, it has the advantage of doing so very quickly. It allows your muscles, for example, to get the energy they need for short bursts of intense activity. Aerobic cellular respiration, in contrast, produces ATP more slowly.

Mythe: lactic acid build-up can cause muscle fatigue and a burning sensation in muscles. The soreness is thought to be due to microscopic damage to the muscle fibers.

Réalité: The statement about lactic acid causing the burn in the muscle has no solid experimental proof. Alternate hypotheses suggest that through the production of lactic acid, the internal pH of the muscle decreases, triggering contraction in muscle due to the activation of motor neurons.


What type of food might an organism that lives its entire life in interstellar space eat?

Unfortunately, the creature you describe is so far from reality and the laws of physics that we are pretty much 100% in the realm of magic.

First off, let's talk eyesight. The metaphor of a baseball at 0.1 m isn't quite good enough. Let's take a look at the most likely food source, a comet. Comets themselves are not light sources. They get their light from a nearby star. A absolute-best-case-scenario for our creature is a comet or asteroid at 110 AU, which is right on the edge of interstellar space. Unfortunately for our poor creature, at that distance comets have no tail. They only get a tail when they get into the inner solar system, so they look like small asteroids at a distance.

There's a decent number of 100 km in diameter asteroids (larger than that, they're extremely rare). Assuming it was a sphere, that'd give it a frontal surface area of about 8×10 9 m 2 . At a distance of 110 AU, that covers 3×10 &minus17 steradians. Doing the math with our own Sun's luminosity, that's about 9×10 8 watts of energy hitting the asteroid.

Now let's re-radiate that energy out, so that our creature can see it. You mention its ability to travel across the galaxy, which is thousands of light years wide. Let's give it an easy morsel: it's only 1 light year away (10 16 m). We can do some more math here, to determine that the intensity of the light 1 light year away is 8×10 &minus25 W/m 2 .

C'est un tiny amount of light. Let's try to put a number on it. The most likely band to be looking at is the hydrogen gap, where hydrogen absorbs the least, 27 cm. At this frequency, a photon has about 10 &minus24 J. This means, on average, a 1.2-square meter detector will see about 1 photon per second from our comet! This creature is going to have to be massif! So massive that eating comets is going to be a pretty paltry diet.

That's also assuming a very nice frais detector that can pick up those photons. It's going to have to be near a whopper of a thruster. A single hydrogen atom at 50% the speed of light had to be given 2.3×10 &minus11 J of energy. Let's pretend the creature harnesses pure antimatter to store energy. That amount of energy would take the annihilation of 2.6×10 &minus28 kg of matter and antimatter to produce. Coincidentally, a hydrogen atom is 1.6×10 &minus27 kg, so basically for every 6 hydrogen atoms in your creature, you need a corresponding pair of hydrogen/anti-hydrogen atoms to be used as fuel. Given that you also want to slow down, this basically says the creature is physically impossible because its energy needs are too high, even given parfait hardware. (None of these "thrusters." You'd never make them efficient enough.)

The energy requirements of the bio luminescence is even more of a problem. And, of course, there's the issue that any light you see from a mate 10 light years away is now 10 years old.

Your best bet is to remove the insanely fast movement, ignore the eye sight, and do what Lostinfrance recommended: have it consume interstellar hydrogen. Of course, you'd still need to dip into planetary systems from time to time to get more materials besides hydrogen. There's not much else out there. I'd also make them live for a few billion years to solve the issue of finding a mate.

Give it the ability to generate a vast magnetic field, making it a living Bussard ramjet. Then it could scoop up and "eat" interstellar hydrogen. It wouldn't exactly have a digestive system, more a combustion chamber.

Unfortunately the poor thing might get hungry even so.

Note: I am not saying this is realistic, just that this is how I could see it working. Well, this is as close to what your thinking about you can get IMO while not being totally impossible.

Perhaps your creature evolved to go into a dormant, VERY energy-conservative state known as hibernation while in interstellar space. It goes from star system to star system at some fraction of the speed of light by slingshotting itself off of multiple gas giants in each system (most systems have 1 or two of them it seems). Your creature would not be able to survive solely on junk available in interstellar space because it is to sparse.

Once it reaches the Kuiper belt of a system, though, it would have (depending on size) enough minerals to survive and would come out of hibernation.

Animal itself would likely just float around with minimal control as to the direction it is going (so as to conserve energy). This could happen by the animal evolving some sort of biological thruster system to propel it in the desired direction. I imagine that this animal would gain minerals from asteroids and comets and gain energy by absorbing radiation/sunlight in a process similar to photosynthesis. Otherwise it would absorb what was needed from passing comets and asteroids and dispose of the junk in the universal waste-disposing system: crapping.

You can look at a Baleen Whale to get an idea of its behavior patterns. Baleen whales essentially swim around with their mouths open, swallowing anything useful that come in (plankton, small fish) and getting rid of everything else.

tldr: You need an ocean in space.

As many other answers have stated, this isn't within the realm of known physics. Accelerating n'importe quoi substantial to .5c takes a ridiculous amount of energy, let alone something that does so with the biological equivalent of rocket engines. Forget thrusters and go with something more exotic like pushing on the quantum virtual vacuum. Now on to your real question. What to eat.

Whatever this creature's method of locomotion, it's going to need massive amounts of energy. Unfortunately for our friendly neighborhood space whales, space is big[citation needed] and there's not much in it[dubious-discuss]. In order to harvest the amount of energy required, it's going to take an entire ecosystem.

This makes an intuitive sense when you think about it. It would be impossible for only one type of creature to have evolved on Earth, every part of the planet depends on every other part to produce its food in some way, shape or form. Plants absorb energy from the sun and concentrate it, herbivores eat those plants, carnivores eat those herbivores, then ultimately microorganisms eat the carnivores when they die and supply nutrients the plants need to keep harvesting sunlight (if you cite this explanation for any formal discussion of biology, you have only yourself to blame). So we need a similar ecosystem in space to support your space whales.

You could have swarms of plankton-like creatures that cluster around stars and soak up sunlight, and maybe others that feed on raw materials in planets (probably gas giants) and asteroids. Then perhaps a chain of other creatures eat those and concentrate their energy, and these whales are the apex predator of the system (as @oberron mentioned). In fact, it's probably better to think of these as space sharks instead of whales, because no whale on Earth is capable of accelerating its massive bulk very quickly (that would take more energy than they're capable of harvesting from plankton alone). I'd also save the high-end acceleration for migratory purposes, when food runs low in one solar system they need to boost on over to another, risking their energy reserves on the bet that there's more food there. Once accelerated they could go into a sort of hibernation where they turn off most body functions until they get where they're going or sense food somewhere, and just coast along in the meantime.

The moral of the story is there isn't enough energy just floating around in space as we know it to make this possible, so you're going to have to flesh out your ecosystem to make it work in some plausible way. Time to create more creatures!

Let me start by looking at the rockets.

If it's capable of reaching a speed of c/2 - and then slowing back down so as not to have a very 'impacting' arrival, it needs to have a delta-V of c, which requires its fuel to be expelled at light speed. (Where does that energy come from?) And even then the half lightspeed feat will require ejecting exactly 100% of its mass (at light speed) by the time it has slowed down.

If you tone it down to reasonable levels, the key point remains energy management. All non-extinct forms of life do their energy management well. This thing is going to require immense levels of energy just for propulsion. So after you tone it down sufficiently, you're going to be looking at something that eats stars. Maybe not whole (how big are they supposed to be?), but the delicious stuff would be well below the surface. (Do they sun-dive for their food? See also the huge velocities things would have as they impact the sun, just from the sun's gravity.)

This brings thermodynamics into the picture, as they will need to tame the high heat levels of not just the dive/eating but keeping and digesting their food. Who needs bioluminescence anyway?

Alternatively it would need to eat through huge amounts of matter to extract fissionables. Or have a la magie matter-to-energy conversion thing that would be quite desired by all intelligent space-faring species, to the point of hunting them whenever they were seen, unless they learned to make their own.

Also, why does it need that pressurization? It'll need a membrane sturdy enough to survive high-velocity dust and keep things from falling off. But beyond that, the pressure fluid is probably useless extra mass that will eat into its energy budget.

What if it's made wholly of antimatter? Its food source of regular matter would therefore be quite tasty indeed (and extremely energetic) provide it had a means to properly ingest it (some sort of magnetics) so it doesn't simply collide and burn. Its food? (plot twist time) the unfortunate craft of all the space-faring species' who discover a strange, moving object in interstellar space and send a big rocket to investigate.

This is a tuffy, Let's ditch most of the science and hit specific problems.

It can't eat in the normal way. There is just nothing to eat. Photosynthesis gives us a decent model, but stars are really far a part, a space turnip isn't going to make it much further from the sun then earth is. So let's look at what is more "available" then light. Gamma Radiation, X-Ray Radiation, and the like. So basically "Radiation" is a food source. It could work, but it wouldn't give very much energy.

It defecates I don't see this happening. It would have to "use" almost 100% of the energy that it collects. See the section on thrusters though.

It moves Well, ok, so long as it doesn't move much, sure why not. If it moves too much you have an energy problem again. I would say it would be ok to "spasm" every once in a long while.

It grows Sure, why not. The problem is growing takes more energy then maintaining. With such a rare food intake, that precious energy probably can't go too much to growing.

It ejects eggs, attracts mates, and has sex in interstellar space Unless your writing space whale porn, let this one go. For all known lifeforms, sexual reproduction is a energy intensive task. Even plants, and they let someone else do all the work. Super abstract, all the energy of making an egg and a sperm, then finding a mate, sharing it, and hatching it, that's quite a bit of waste. Have them produce a-sexually. It's "easier". Once they reach a certain size, they split. In this case the "mother" split would need to die in 90% of the cases. Only if it was really lucky would the mother bit get to live.

It has skin that pressurizes its insides so that its insides are pressurized even when the organism lives in the vacuum of space. Why, There is no need for this. In this odd lifeforms, it's insides don't need air-pressure. It can evolve ways around that.

It has thrusters on its back that it can eject fuel out of to change its velocity. This is another odd one. I think you might be better off with "farts to change direction" There is not a lot in space, so where are you going to get this fuel. Assuming that this thing eats "radiation" it's gonna need a lot of it. You can get some propulsion by "emitting radiation" but not as much as your going to need. Look to satellites' magnetic engines for your best, currently known bet, and do something like that.

It is capable of accelerating to 50% the speed of light relative to the rest of the galaxy in 3 months allowing it to cover astronomical distances in search of food and mates. First, that's horribly slow. That's 8 years between star systems. The good news is, that as long as you don't care about slowing down, I suppose it's doable. It can speed up really really slowly, absorbing the radiation of a star as it gets closer, smashing into it, destroying it, and absorbing some matter in the process. Then fart propel it's self in a minor coarse correction, leaving behind a decimated ruin or a solar system.

Its eyesight is so good that it can see an object the size of Saturn from as far as Earth as a human seeing a baseball at a distance of 0.1m. Yeah, that's pretty crappy on interstellar terms. Using the normal analogy of Sol to Alpha century when both are the size of grapefruit, you would need to see that grapefruit from across the US. The good news is that because it eats "radiation" it doesn't have to "see" just has to point it's self at the most tasty radiation it can. And because it only has minor fart propulsion, it's not going to get a bunch of choices.

It has bioluminescence that allows it to be seen by potential mates. Unless it can light up brighter then a star, no it doesn't. It simply won't work. You can make it shiny though as a side effect of absorbing the "radiation".

You would have a MASSIVE lifeform, that basically, breaks wind in a single direction, hoping to find enough "Radiation" to sustain it's self. It wouldn't be very smart, it doesn't have the energy for that. Every 200 billion years or so it would clone it's self, without slowing down mind you, let out a massive fart (of radiation) and change direction by 0.0000001 degrees.

The creature would need to live near forever, it would be HUGE and would wipe out any solar system it came near.


Which plant is the most effective at converting CO2 to Oxygen?

Photosynthetic efficiency is the proper term for this and it's actually measured as sunlight to biomass. The reason is because the same amount of CO2 + (other stuff 1 ) = O2 + (other stuff 1 ), so efficient is always 1-to-1 ratio if you measure CO2 to O2 conversion.

In any case, the most efficient plant is sugar cane at around 7%. However, plants are put to same by algae have efficiency rations of up to 30%.

1 I know "other stuff" this is not very scientifically accurate but I'm trying to simplify things.

The high photosynthetic efficiency of sugar cane is also a reason why it is commonly used to make ethanol.

I don't know if the % of light energy that falls on a leaf is the critical factor in practice.

Well it's hard to speculate on relevant criteria. I would suggest that algae is a huge leg up because it can easily create 100% surface coverage over a given area for a bare minimum of biomass- leaving much energy left over.

That is, if you want the bio-energy. The question of oxygen generation. probably someone thinking of a biodome space station. In which case algae will be the clear winner, given the very high surface-to-mass ratio, short life cycle, and overall simplicity. Photonic efficiency is just a bonus.

Are these also the fastest converters or is this another property?

What plant that can be grown indoors in a household is most effective? (Im guessing sugar cane won't flourish in pots.)

I was always told spider plants are good for this, but online the suggestion always seems to be mother in laws tongue and arecia palm

So theoretically what would produce more oxygen? The amazon or a sugar cane field the size of the amazon.

I took the post to mean efficiency as a ratio of "CO2 conversion per unit of time to plant biomass".

Here, trees would seem to be rather inefficient, due to a low proportion of their biomass being dedicated to photosynthesis, while ferns, mosses and grasses would be better.

Do you have any data on that ratio?

Thank you for not lumping plants and algae together.

Does anyone know whether light, traveling slower in water, causing its bending, refraction,and filtering effects prior to impacting algae, results in an easier, more focused, and larger area of worthwhile light impacting the algae, enabling a greater efficiency of photosynthesis, or if it's just some fucky biological thing that makes it more effective?

Follow up question: wouldn't a plant with a larger green surface area convert more CO2 to O2?

Does the efficiency measurement take into account the amount of carbon dioxide released as a byproduct of cellular respiration process?

As everyone should know, if they don't already, is that the same plants that produce oxygen during the day, produce carbon dioxide at night.

This said, the amount of carbon dioxide produced by the plant species should also be taken into account to calculate a "real" efficiency score.

C'EST À DIRE. - how much oxygen is produced subtracted by the about of carbon dioxide is produce

Theoretically, if Sugar Cane has a higher conversion ratio for CO2 to O2, but also has a higher conversion ratio from O2 to CO2, then it will balance out, maybe even make it less "efficient" then some other species of plant.


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