אקולוגיה
עקרונותיה של האקולוגיה > גלגולי אנרגיה וחומר

לכל מערכת אקולוגית, מלבד המבנה שלה – חברה ביולוגית ובית גידול, יש תפקוד אופייני. תפקוד זה הוא מעבר של אנרגיה וחומרים דרך המרכיבים הביוטים והאביוטים שלה. בפשטות, בכל מערכת אקולוגית מתבצעים תהליכים בהם נצרכים אנרגיה וחומרים על ידי האורגניזמים מהסביבה, אלה מעובדים במערכת ולבסוף נפלטים חזרה לסביבה.
בכל מערכת אקולוגית דרושים אורגניזמים שיוכלו להכניס אנרגיה וחומרים אל המערכת ממקורות אביוטיים. אורגניזמים אלה מכונים אוטוטרופים (אוטו – עצמי, טרופיות – הזנה). האוטוטרופים מקיימים תהליכים בהם הם קולטים אנרגיה ממקורות אביוטיים, וחומרים אנאורגניים, לצורך הפקת חומרים אורגניים עתירי אנרגיה. האוטוטרופים השכיחים ביותר, הצמחים, מקיימים את תהליך הפוטוסינתזה, בו הם צורכים אור מן השמש, וחומרים כמים ופחמן דו-חמצני, כדי ליצור גלוקוז – תרכובת אורגנית עתירת אנרגיה. תרכובות אורגניות כגלוקוז משמשות מקור אנרגיה לאורגניזמים על ידי פירוקו חזרה למים ופחמן דו-חמצני תוך פליטת אנרגיה בתהליך הקרוי נשימה תאית. לאחר הפירוק, האנרגיה הנוצרת משמשת את האורגניזם לבניית גופו ולתפקודו. האוטוטרופים אמנם משתמשים בתרכובות עתירות האנרגיה אותם יצרו, אך תרכובות אלה משמשות גם אורגניזמים אחרים. אלה קרויים הטרוטרופים (הטרו – שונה), והם אינם מסוגלים לנצל אנרגיה וחומרים ממקורות אביוטיים. לכן הטרוטרופים צורכים ("אוכלים") אורגניזמים אוטוטרופים, או אורגניזמים הטרוטרופים אחרים. בגופם של הנאכלים מצויים תרכובות אורגניות "מן המוכן", שיכולות לשמש את ההטרוטרוף לצורך תפקודו.
האורגניזמים במערכת האקולוגית נחלקים למספר רמות הזנה (או רמות טרופיות). האנרגיה והחומר עוברים ממקור האנרגיה (ברוב המכריע של המערכות – השמש) אל רמות ההזנה השונות כשכל רמת הזנה ניזונה על פי רוב מקודמתה. תהליך זה קרוי שרשרת מזון או מארג מזון
רמת ההזנה הראשונה היא יצרנים ראשוניים. לרמת הזנה זו משתייכים האוטוטרופים. היצרנים קולטים אנרגיה וחומר ממקורות אביוטיים.
ההטרוטרופים ("צרכנים"), ניזונים מחומר אורגני למחייתם. הצרכנים דורשים אנרגיה וחומר ממקורות ביוטיים למחייתם, והם משיגים אותה על ידי צריכת אורגניזמים אחרים. הצרכנים מתחלקים למספר סוגים:
צמחונים צרכנים ראשוניים (מכונים לעיתים יצרנים שניוניים) הם בעלי חיים הניזונים למחייתם ישירות מהאוטוטרופים (צמחים על פי רוב).
צרכנים שניוניים (או יצרנים שלישוניים) ניזונים מבעלי חיים אחרים (צרכנים ראשוניים או שניוניים)
צרכנים שלישוניים או טורפי על ניזונים (גם) מצרכנים שניוניים.
אוכלי רקב ניזונים מחומר אורגני מת.
מפרקים הם מיקרואורגניזמים אשר ניזונים מחומר אורגני מת, אך בניגוד לאוכלי הרקב הם מפרקים אותו מחוץ לגופם (תוך שהם מעשירים את סביבתם בחומרים שהיו כלואים בו).
ישנם אורגניזמים המשתייכים לכמה מהקטגוריות לעיל, אלו קרויים אוכלי כל.
תהליך זה של מעבר אנרגיה בין רמות ההזנה השונות כרוך באיבוד אנרגיה. האנרגיה אובדת כחום אל הסביבה בכל אחד מהמעברים, כ"תוצר לוואי" של התהליכים המשמשים כל רמת הזנה. חום הוא צורת אנרגיה שלא ניתן לנצלה, ולכן אנרגיה המתגלגלת לחום נחשבת מבחינת המערכת האקולוגית כאובדת. כתוצאה מכך, כמות האנרגיה הזמינה לאורגניזם פוחתת ככל שזה משתייך לרמת הזנה גבוהה יותר. בנוסף, עקב "בריחת" האנרגיה השוטפת מתוכה, המערכת האקולוגית חייבת להכניס כל העת אנרגיה חדשה לתוכה, כדי שתמשיך להתקיים. לכן כל חברי המערכת האקולוגית תלויים למעשה בתפקודם התקין של היצרנים באצירת האנרגיה.
בניגוד לאנרגיה אשר אובדת כחום, החומרים המשמשים לבניית גופם של האורגניזמים נותרים שמישים. לכן חומרים עוברים דרך מערכות אקולוגיות במחזורי חומרים, כדוגמת מחזור המים. החומרים נצרכים ממקורות אביוטיים על ידי היצרנים, ואלה נצרכים על ידי הצרכנים. שלא כמו בזרימת האנרגיה במערכת, החומרים יכולים להיות מנוצלים שוב על ידי היצרנים. זאת כיוון שלאחר מותם, אורגניזמים עוברים תהליכי פירוק למרכיביהם האנאורגניים, שיכולים לשמש את היצרנים. תהליכי פירוק אלה נעשים על ידי המפרקים. לכן, מערכות אקולוגיות עשירות במפרקים יאופיינו במחזורי חומרים יעילים ביותר.