让我先把题主的完整叙述,截张图。
题主说,能量转化都是逐层递减的。但这话是指的食物链中的能量层级流动,不能把它和你喝的可乐相提并论。这里有两个完全不同的问题,即生态系统中食物链里的能量流动和被个体摄入的食物的能量转化。让我们分别叙述,解开题主最后问的具体问题,比如可乐标注的热量/能量,现在许多食品上都会标注热量,那么又应该如何来理解这个热量/能量问题。
食物链中的能量流动
什么是食物链
1927年,生态学鼻祖,英国动物学家查尔斯·艾尔顿((Charles Sutherland Elton)在《动物生态学》专著中首次提出,大自然中存在的各个物种,彼此之间在吃、被吃、寄生和被寄生以及个体的尸体如何回归生命大循环这样的问题。他提出食物链包括如下几种类型:捕食、寄生、腐生等等,试图给纷繁复杂的大自然以秩序,也由此造就——食物链顶端这样的名词。即在活着的时候,吃别的生物但不会被别的生物吃。
让我们以大海中的虎鲸为例,虎鲸居于食物链顶端,那么按照我们耳熟能详的大鱼吃小鱼,小鱼吃虾米的顺序,来理一下这个食物链吧。
虎鲸 -> 海豹 -> 乌贼 -> 鱼类 ->浮游生物
食物链中的能量流动效率及解释
在生态学中食物链就代表着物质和能量在物种之间转移流动的情况。整个生态系统因此可以被分类为三大类别即生产、消费和分解。最重要的生产者当然是植物,因为它们把阳光的能量转变为基础的化学能,通过光合作用,把二氧化碳和水合成为葡萄糖。
图示:这是一颗果树,它通过光合作用生产出的葡萄糖构造了自己全身,但是对于我们这样的物种而言,我们只能吃它产出的水果。而水果中含有的能量,在这颗果树转化的所有来自太阳的能量来说,只占很小的一部分。这就是食物链中能量转化时的效率差。
据估计,总的来说,当能量在食物链中流动时,每一层级之间的流动效率大约为10~20%。来看一个真实的实验研究吧。
图示:这是一个人工控制的食物链实验。
在这个人工构造的环境中,要想让一切自动运转,你就需要特别小心的控制鲈鱼的数量,如果它们吃完了所有的太阳鱼,那么它们就会饿死。而一个稳定的食物链系统中,鲈鱼所占有的能量就大约为太阳鱼的15%左右。超过这个比例,就意味着系统崩溃,太阳鱼不够鲈鱼吃。
所以,我们观察到的生态系统中的能量转化效率为10~20%,其含义并非指食物的直接转化效率,而是指在一个稳定运转的生态系统中,各物种数量的相对比例,如果超过这样的比例,那对不起,这个系统将会崩溃。
图示:食物链中能量传递的效率低下,是因为食物链里的这些所谓的食物全都是活的,当你把活物当作食物时,这些活物要维持生命,每时每刻都需要消耗或多或少的能量。
以养鸡场为例,现在的大型养鸡场已经将效率发挥到极致,以至于多喂上三五天的饲料,就会亏本。当鸡长到特定重量就要立刻宰杀,而特定的鸡种固定的饲养方式,可以算出来一个均数,喂到第N天时,统一宰杀,能得到多少鸡肉基本固定。通过宰杀将它们所拥有的能量加以冻结,如果你不及时宰杀,这些鸡活着的每一秒都要消耗能量来维持,如果你不喂食,它们就会消耗它们自己身上的肉来维持自己的生命。
实际上,现在食物链这个词已经被食物网代替,就是因为挑食的物种实在太受限制,要想稳定存在,那就得变成杂食动物,从多个渠道获得营养,就不容易把食物吃绝种,把食物吃绝种,虽然暂时提高了能量转化效率,但不是长久之计。
图示:食物链顶端的物种个体通常不多,就是因为受限于食物链或网中的稳定的能量传递效率的限制。
食物中的能量转化
让我们再看一下题主的问题。
首先要纠正的是问题本身,食物中本来就含有糖和或脂肪。能成为养活人类的食物,它必须含有三大宏营养素——糖(可消化碳水化合物)、脂肪和蛋白质。我们通过消化吸收的方式,将这些物质吸收进入体内,消化吸收的效率取决于食物种类,精粮的消化吸收效率大于粗粮,肉类中的蛋白质比植物类蛋白质更容易消化吸收。
在人体内发生营养素之间的转化时,转化效率大约为30%~40%左右。即糖转变成脂肪时,糖中所含有的能量只有40%左右储存到了生成的脂肪中,其它的能量则以热量的形式散发,但这也不算浪费,因为我们本就是恒温动物,维持这个体温本来就需要把食物中的化学能转变为热能。
而这些能量储存物释放的能量供给运动的效率并不高,但是维持人体运转处处都许都能量,不仅仅是运动才需要能量。看看上图,肌肉收缩只是耗能的一个支出项而已。
最后来回答可乐问题,以及可乐所含有的热量/能量与运动的耗能问题。
这罐可乐含有139大卡的热量,由于可乐中的