JAKIE JEST PRAWO DOTYCZĄCE EKOLOGICZNEJ DZIESIĘCINY CZY 10%? - BIOLOGIA - 2026

Prawo dziesięciny ekologicznej , prawo ekologiczne lub 10% podnosi jak energia wędruje w jej wyprowadzeniu przez różnych poziomach troficznych. Często twierdzi się również, że ta zasada jest po prostu bezpośrednią konsekwencją drugiej zasady termodynamiki.

Energia ekologiczna jest częścią ekologii, która dotyczy ilościowego określenia zależności, które nakreśliliśmy powyżej. Uważa się, że Raymond Lindemann (szczególnie w swojej przełomowej pracy z 1942 r.) Był tym, który stworzył podstawy tego kierunku studiów.

Rysunek 1. Sieć troficzna. Źródło: Thompsma, z Wikimedia Commons

Jego praca koncentrowała się na pojęciach łańcucha pokarmowego i sieci oraz na kwantyfikacji efektywności transferu energii między różnymi poziomami troficznymi.

Lindemann rozpoczyna od padającego promieniowania słonecznego lub energii, którą otrzymuje społeczność, poprzez wychwytywanie przez rośliny w procesie fotosyntezy i kontynuuje monitorowanie tego wychwytywania i jego późniejszego wykorzystania przez roślinożerców (konsumentów pierwotnych), a następnie przez mięsożerców (konsumentów wtórnych) ) i wreszcie przez rozkładających się.

Jakie jest ekologiczne prawo dotyczące dziesięciny?

Po pionierskiej pracy Lindemanna przyjęto, że efektywność transferu troficznego wynosi około 10%; w rzeczywistości niektórzy ekologowie odnosili się do prawa 10%. Jednak od tego czasu pojawiło się wiele zamieszania w tej kwestii.

Z pewnością nie ma prawa natury, które powoduje, że dokładnie jedna dziesiąta energii, która wchodzi na jeden poziom troficzny, jest przenoszona na następny.

Na przykład zestawienie badań troficznych (w środowiskach morskich i słodkowodnych) ujawniło, że skuteczność przenoszenia według poziomu troficznego wahała się od około 2 do 24%, chociaż średnia wynosiła 10,13%.

Zasadniczo, mającą zastosowanie zarówno do systemów wodnych, jak i lądowych, można powiedzieć, że wtórna produktywność zwierząt roślinożernych jest zwykle zlokalizowana w przybliżeniu, o rząd wielkości poniżej pierwotnej produktywności, na której jest oparta.

Często jest to spójna relacja, która jest utrzymywana we wszystkich systemach żerowania i która ma tendencję do przekształcania się w struktury typu piramidalnego, w których podstawę stanowią rośliny i na tej podstawie powstaje mniejsza podstawa, konsumentów pierwotnych, na których opiera się inny (jeszcze mniejszy) wtórny konsument.

Poziomy organizacyjne

Wszystkie żywe istoty wymagają materii i energii; materia dla budowy ich ciał i energii potrzebnej do pełnienia funkcji życiowych. Wymóg ten nie ogranicza się do pojedynczego organizmu, ale rozciąga się na wyższe poziomy organizacji biologicznej, które te osoby mogą dostosować.

Te poziomy organizacji to:

• Populacja biologiczna : organizmy tego samego gatunku, które żyją w tym samym obszarze szczególnego.
• Społeczność biologiczny : zestaw organizmów różnych gatunków lub populacji, które żyją w pewnej dziedzinie i interakcji poprzez żywności lub troficznych relacji).
• Ekosystem : najbardziej skomplikowane poziom organizacji biologicznej, składa się z społeczności związanej z jego środowiska abiotycznego - wody, światła słonecznego, klimatu i innych czynników - z którymi współpracuje.

Poziomy troficzne

W ekosystemie społeczność i środowisko ustanawiają przepływy energii i materii.

Organizmy w ekosystemie są pogrupowane według „roli” lub „funkcji”, jaką pełnią w łańcuchu pokarmowym lub troficznym; tak mówimy o poziomach troficznych producentów, konsumentów i rozkładających się.

Z kolei każdy z tych poziomów troficznych oddziałuje ze środowiskiem fizykochemicznym, które zapewnia warunki do życia, a jednocześnie działa jako źródło i pochłaniacz energii i materii.

idee fundamentalne

Pierwotna produktywność brutto i netto

Najpierw musimy zdefiniować produktywność pierwotną, czyli tempo, w jakim biomasa jest produkowana na jednostkę powierzchni.

Zwykle jest wyrażany w jednostkach energii (dżule na metr kwadratowy dziennie) lub w jednostkach suchej masy organicznej (kilogramy na hektar na rok) lub jako węgiel (masa węgla w kg na metr kwadratowy na rok).

Ogólnie mówiąc, kiedy odnosimy się do całej energii związanej z fotosyntezą, zwykle nazywamy ją pierwotną produktywnością brutto (PPG).

Część z tego jest zużywana na oddychanie samych autotrofów (RA) i jest tracona w postaci ciepła. Produkcja podstawowa netto (PPN) jest uzyskiwana poprzez odjęcie tej kwoty od PPG (PPN = PPG-RA).

Ta pierwotna produkcja netto (PPN) jest ostatecznie dostępna do spożycia przez heterotrofy (są to bakterie, grzyby i reszta zwierząt, które znamy).

Drugorzędna produktywność

Produktywność wtórna (PS) jest definiowana jako tempo produkcji nowej biomasy przez organizmy heterotroficzne. W przeciwieństwie do roślin, bakterii heterotroficznych, grzybów i zwierząt, nie są w stanie wytworzyć złożonych, bogatych w energię związków z prostych cząsteczek.

Swoją materię i energię zawsze czerpią z roślin, co mogą zrobić bezpośrednio, zużywając materiał roślinny lub pośrednio, żerując na innych heterotrofach.

W ten sposób rośliny lub organizmy fotosyntetyzujące w ogóle (zwane także producentami) stanowią pierwszy poziom troficzny w zbiorowości; konsumenci pierwotni (ci, którzy żywią się producentami) stanowią drugi poziom troficzny, a konsumenci drugorzędni (zwani również mięsożercami) stanowią trzeci poziom.

Transfer wydajności i ścieżek energii

Proporcje pierwotnej produkcji netto, które przepływają wzdłuż każdej z możliwych ścieżek energii, ostatecznie zależą od wydajności transferu, to znaczy od sposobu, w jaki energia jest wykorzystywana i przekazywana z jednego poziomu na drugi. inny.

Kategorie efektywności transferu energii

Istnieją trzy kategorie efektywności transferu energii i dzięki ich dobrze zdefiniowanym możemy przewidzieć schemat przepływu energii na poziomach troficznych. Te kategorie to: efektywność zużycia (EC), efektywność asymilacji (EA) i wydajność produkcji (EP).

Zdefiniujmy teraz te trzy wspomniane kategorie.

Matematycznie możemy zdefiniować efektywność zużycia (EC) w następujący sposób:

EC = I _n / P _n-1 × 100

Gdzie widzimy, że EC to procent całkowitej dostępnej produktywności (P _n-1 ), który jest skutecznie wchłaniany przez górny, ciągły przedział troficzny (I _n ).

Na przykład w przypadku konsumentów pierwotnych w systemie wypasu EC jest procentem (wyrażonym w jednostkach energii i na jednostkę czasu) spożycia PPN przez zwierzęta roślinożerne.

Gdybyśmy odnosili się do konsumentów wtórnych, byłoby to równoważne procentowi produktywności roślinożerców konsumowanej przez drapieżniki. Reszta umiera bez zjedzenia i wchodzi w łańcuch rozkładu.

Z drugiej strony efektywność asymilacji wyraża się następująco:

EA = A _n / I _n × 100

Ponownie odnosimy się do procentu, ale tym razem do części energii, która pochodzi z pożywienia i jest spożywana w przedziale troficznym przez konsumenta (I _n ), a która jest przyswajana przez jego układ pokarmowy (A _n ).

Ta energia będzie dostępna dla wzrostu i wykonania pracy. Pozostała część (część niezasymilowana) jest tracona z kałem, a następnie wchodzi na poziom troficzny rozkładających się.

Wreszcie wydajność produkcji (EP) jest wyrażona jako:

co jest również procentem, ale w tym przypadku mówimy o zasymilowanej energii (A _n ), która ostatecznie zostaje włączona do nowej biomasy (P _n ). Cała niezasymilowana pozostałość energetyczna jest tracona w postaci ciepła podczas oddychania.

Produkty takie jak wydzieliny i / lub wydzielin (bogatych w energię), biorących udział w procesie przemiany materii, może być uważana za produkcję, P _n i są dostępne, jak ciał dla rozkładających.

Globalna efektywność transferu

Po zdefiniowaniu tych trzech ważnych kategorii, możemy teraz zadać sobie pytanie o „globalną efektywność transferu” z jednego poziomu troficznego do następnego, którą po prostu daje iloczyn wspomnianych wcześniej sprawności (EC x EA x EP).

Wyrażając kolokwialnie, możemy powiedzieć, że efektywność poziomu jest określona przez to, co można skutecznie połknąć, a następnie przyswoić, a następnie włączyć do nowej biomasy.

Gdzie idzie utracona energia?

Produktywność roślinożerców jest zawsze niższa niż roślin, którymi się żywią. Moglibyśmy wtedy zadać sobie pytanie: dokąd idzie utracona energia?

Aby odpowiedzieć na to pytanie, musimy zwrócić uwagę na następujące fakty:

1. Nie cała biomasa roślinna jest konsumowana przez roślinożerców, ponieważ jej znaczna część obumiera i wchodzi na poziom troficzny rozkładających się roślin (bakterii, grzybów i reszty szkodników).
2. Nie cała biomasa spożywana przez zwierzęta roślinożerne, ani przez zwierzęta roślinożerne konsumowane na przemian przez zwierzęta mięsożerne, jest przyswajana i jest dostępna do włączenia do biomasy konsumenta; część zostaje utracona wraz z kałem i przedostaje się do rozkładających się.
3. Nie cała przyswojona energia jest faktycznie zamieniana na biomasę, ponieważ część jej jest tracona w postaci ciepła podczas oddychania.

Dzieje się tak z dwóch podstawowych powodów: Po pierwsze, ponieważ nie ma procesu konwersji energii, który byłby w 100% wydajny. Oznacza to, że podczas konwersji zawsze występuje strata w postaci ciepła, co jest doskonale zgodne z Drugą zasadą termodynamiki.

Po drugie, ponieważ zwierzęta muszą wykonywać pracę, która wymaga wydatkowania energii, a to z kolei pociąga za sobą nowe straty w postaci ciepła.

Wzorce te występują na wszystkich poziomach troficznych i jak przewiduje Drugie Prawo Termodynamiki, część energii, którą próbujemy przenieść z jednego poziomu na drugi, jest zawsze rozpraszana w postaci bezużytecznego ciepła.

Bibliografia

1. Caswell, H. (2005). Sieci żywieniowe: od łączności do energetyki. (H. Caswell, red.). Postępy w badaniach ekologicznych (tom 36). Elsevier Ltd. str. 209.
2. Curtis, H. i in. (2008). Biologia. 7th Edition. Buenos Aires - Argentyna: Od redakcji Médica Panamericana. s. 1160.
3. Kitching, RL (2000). Sieci pokarmowe i siedliska kontenerowe: historia naturalna i ekologia fitotelmatów. Cambridge University Press. s. 447.
4. Lindemann, RL (1942). Trofika - dynamiczny aspekt ekologii. Ecology, 23, 399–418.
5. Pascual, M. i Dunne, JA (2006). Sieci ekologiczne: łączenie struktury z dynamiką w sieciach pokarmowych. (M. Pascual & JA Dunne, red.) Santa Fe Institute Studies in the Sciences of Complexity. Oxford University Press. s. 405.