AKÝ JE ZÁKON EKOLOGICKÉHO DESIATKU ALEBO 10%? - BIOLÓGIE - 2025

Zákon desiatku ekologické , ekologický zákon, alebo o 10% vyvoláva, ako energiu cestuje vo svojej odvodenie od rôznych trofických úrovní. Často sa tiež tvrdí, že tento zákon je jednoducho priamym dôsledkom druhého termodynamického zákona.

Ekologická energia je súčasťou ekológie, ktorá sa zaoberá kvantifikáciou vzťahov, ktoré sme načrtli vyššie. Predpokladá sa, že Raymond Lindemann (konkrétne vo svojej kľúčovej práci z roku 1942) založil základy tejto študijnej oblasti.

Obrázok 1. Trofická sieť. Zdroj: Thompsma, z Wikimedia Commons

Jeho práca bola zameraná na koncepcie potravinového reťazca a webu a na kvantifikáciu efektívnosti prenosu energie medzi rôznymi trofickými úrovňami.

Lindemann začína dopadajúcim slnečným žiarením alebo energiou, ktorú komunita dostáva, zachytávaním rastlín pomocou fotosyntézy a pokračuje v sledovaní uvedeného zachytávania a jeho následného použitia bylinožravcami (primárnymi spotrebiteľmi), potom mäsožravcami (sekundárnymi spotrebiteľmi). ) a nakoniec rozkladačmi.

Čo je zákon o ekologických desiatkach?

Po priekopníckej práci Lindemanna sa predpokladalo, že účinnosť trofického prenosu je okolo 10%; v skutočnosti sa niektorí ekológovia odvolávali na zákon 10%. Odvtedy sa však v súvislosti s touto otázkou vyskytlo viacnásobné zmätenie.

Určite neexistuje žiadny zákon prírody, ktorý by mal za následok, že presne jedna desatina energie vstúpi na jednu trofickú úroveň a bude prenesená na ďalšiu.

Napríklad kompilácia trofických štúdií (v morskom a sladkovodnom prostredí) odhalila, že účinnosť prenosu podľa trofickej úrovne sa pohybovala medzi približne 2 a 24%, aj keď priemer bol 10,13%.

Vo všeobecnosti platí, že pre vodné aj suchozemské systémy sa dá povedať, že sekundárna produktivita býložravcov sa zvyčajne nachádza približne, rádovo pod úrovňou primárnej produktivity, na ktorej je založená.

Toto je často konzistentný vzťah, ktorý je udržiavaný vo všetkých pástiacich systémoch a ktorý má tendenciu stať sa štruktúrami pyramídového typu, v ktorých je základňa poskytovaná rastlinami a na tomto základe je zriadená menšia z primárnych spotrebiteľov, na ktorých je založený ďalší (ešte menší) druhotný spotrebiteľ.

Organizačné úrovne

Všetky živé veci vyžadujú hmotu a energiu; materiál na stavbu ich tiel a energie na vykonávanie ich životne dôležitých funkcií. Táto požiadavka nie je obmedzená na individuálny organizmus, ale rozširuje sa na vyššiu úroveň biologickej organizácie, ktorú títo jednotlivci dokážu prispôsobiť.

Tieto úrovne organizácie sú:

• Biologické populácia : organizmy rovnakého druhu, ktoré žijú v rovnakej špecifickej oblasti.
• Biologická komunita : set organizmov rôznych druhov a populácií, ktoré žijú v určitej oblasti a komunikovať prostredníctvom potravín alebo trofických vzťahov).
• Ekosystém : najkomplexnejšie úrovne biologickej organizácie, zložená zo spoločenstva vo vzťahu k jeho abiotickej prostredie - voda, slnečné svetlo, klímy a ďalších faktoroch -, s ktorými spolupracuje.

Trofické úrovne

V ekosystéme si spoločenstvo a životné prostredie vytvárajú toky energie a hmoty.

Organizmy ekosystému sú zoskupené podľa „úlohy“ alebo „funkcie“, ktorú plnia v potravinovom alebo trofickom reťazci; takto hovoríme o trofických úrovniach výrobcov, spotrebiteľov a rozkladateľov.

Na druhej strane každá z týchto trofických úrovní interaguje s fyzikálno-chemickým prostredím, ktoré poskytuje podmienky pre život a zároveň pôsobí ako zdroj a potápač pre energiu a hmotu.

základné pojmy

Hrubá a čistá primárna produktivita

Najprv musíme definovať primárnu produktivitu, čo je miera, v akej sa biomasa vyrába na jednotku plochy.

Zvyčajne sa vyjadruje v jednotkách energie (jouly na meter štvorcový za deň) alebo v jednotkách suchej organickej hmoty (kilogramy na hektár a rok) alebo ako uhlík (hmotnosť uhlíka v kg na meter štvorcový za rok).

Všeobecne platí, že keď hovoríme o všetkej energii fixovanej fotosyntézou, zvyčajne ju nazývame hrubá primárna produktivita (PPG).

Z toho sa časť vynakladá na dýchanie samotných autotrofov (RA) a stráca sa vo forme tepla. Čistá primárna produkcia (PPN) sa získa odpočítaním tohto množstva od PPG (PPN = PPG-RA).

Táto čistá primárna produkcia (PPN) je konečne dostupná na spotrebu heterotrofmi (jedná sa o baktérie, huby a ostatné zvieratá, ktoré poznáme).

Sekundárna produktivita

Sekundárna produktivita (PS) je definovaná ako miera produkcie novej biomasy heterotrofnými organizmami. Na rozdiel od rastlín, heterotrofných baktérií, húb a živočíchov nemôžu z jednoduchých molekúl vyrobiť komplexné, energeticky bohaté zlúčeniny, ktoré potrebujú.

Svoju hmotu a energiu získavajú vždy z rastlín, čo môžu urobiť priamo konzumáciou rastlinného materiálu alebo nepriamo kŕmením inými heterotrofami.

Týmto spôsobom rastliny alebo fotosyntetické organizmy vo všeobecnosti (nazývané aj pestovatelia) tvoria prvú trofickú úroveň v spoločenstve; prví trofickí úroveň tvoria prví spotrebitelia (ktorí sa živia výrobcami) a tretia úroveň tvoria druhotní spotrebitelia (nazývaní tiež mäsožravci).

Prenos účinnosti a energetické dráhy

Pomery čistej primárnej výroby, ktoré tečú pozdĺž každej z možných energetických ciest, nakoniec závisia od účinnosti prenosu, to znamená od spôsobu, akým sa energia využíva, a prechádzajú z jednej úrovne na druhú. ostatní.

Kategórie účinnosti prenosu energie

Existujú tri kategórie účinnosti prenosu energie a pomocou týchto dobre definovaných predpokladáme tok energie na trofickej úrovni. Ide o tieto kategórie: účinnosť spotreby (ES), účinnosť asimilácie (EA) a účinnosť výroby (EP).

Definujme teraz tieto tri uvedené kategórie.

Matematicky môžeme efektívnosť spotreby (EC) definovať takto:

EC = I _n / P _n-1 x 100

Ak vidíme, že ES je percentuálny podiel z celkovej dostupnej produktivity (P _n-1 ), ktorú efektívne prežíva horná priľahlá trofická komora (I _n ).

Napríklad pre primárnych spotrebiteľov v pasúcom systéme je EC percento (vyjadrené v jednotkách energie a za jednotku času) PPN, ktoré spotrebujú bylinožravce.

Keby sme hovorili o sekundárnych spotrebiteľoch, bolo by to rovnaké ako percento produktivity bylinožravcov, ktoré mäsožravci konzumovali. Zvyšok zomrie bez toho, aby sa zožral a vstúpil do reťazca rozkladu.

Na druhej strane je účinnosť asimilácie vyjadrená takto:

EA = A _n / I _n x 100

Opäť hovoríme o percentuálnom podiele, ale tentokrát o tej časti energie, ktorá pochádza z potravy a ktorá je spotrebovaná v trofickom oddelení spotrebiteľom (I _n ) a ktorá je asimilovaná ich tráviacim systémom (A _n ).

Táto energia bude dostupná pre rast a pre vykonávanie práce. Zvyšok (asimilovaná časť) sa stratí stolicou a potom vstúpi na trofickú úroveň rozkladača.

Nakoniec sa účinnosť výroby (EP) vyjadruje ako:

čo je tiež percento, ale v tomto prípade hovoríme o asimilovanej energii (A _n ), ktorá sa nakoniec začlení do novej biomasy (P _n ). Všetok neaimulovaný energetický zvyšok sa počas dýchania stráca ako teplo.

Výrobky, ako sú sekréty a / alebo exkrécie (bohaté na energiu), ktoré sa podieľali na metabolických procesoch, sa môžu považovať za produkciu, P _n , a sú dostupné ako mŕtvoly pre rozkladače.

Globálna účinnosť prenosu

Po definovaní týchto troch dôležitých kategórií sa teraz môžeme pýtať na „globálnu efektívnosť prenosu“ z jednej trofickej úrovne na nasledujúcu, ktorá je jednoducho daná produktom vyššie uvedených efektívností (EC x EA x EP).

Hovorovo vyjadrené môžeme povedať, že účinnosť úrovne je daná tým, čo sa dá efektívne stráviť, čo sa potom prispôsobí a nakoniec sa začlení do novej biomasy.

Kam ide stratená energia?

Produktivita bylinožravcov je vždy nižšia ako produktivita rastlín, na ktorých sa živia. Potom by sme si mohli položiť otázku: Kam ide stratená energia?

Na zodpovedanie tejto otázky musíme upozorniť na tieto skutočnosti:

1. Nie celá rastlinná biomasa je konzumovaná bylinožravinami, pretože väčšina z nej zomiera a vstupuje na trofickú úroveň rozkladateľov (baktérie, huby a zvyšok detitivorov).
2. Nie všetka biomasa spotrebovaná bylinožravcami ani biomasa bylinožravcov spotrebovaných postupne mäsožravcami nie je asimilovaná a je k dispozícii na začlenenie do biomasy spotrebiteľa; časť sa stratí stolicou, a tak prechádza do rozkladača.
3. Nie všetka energia, ktorá je asimilovaná, sa v skutočnosti premieňa na biomasu, pretože časť sa počas dýchania stráca ako teplo.

Deje sa tak z dvoch základných dôvodov: Po prvé, kvôli tomu, že neexistuje žiadny proces premeny energie, ktorý je 100% efektívny. To znamená, že pri premene dochádza vždy k strate tepla, čo je úplne v súlade s druhým termodynamickým zákonom.

Po druhé, pretože zvieratá musia pracovať, čo si vyžaduje výdavky na energiu, a to zase znamená nové straty vo forme tepla.

Tieto vzorce sa vyskytujú na všetkých trofických úrovniach a podľa predpovede druhého termodynamického zákona je časť energie, ktorú sa človek snaží preniesť z jednej úrovne na druhú, vždy rozptýlená vo forme nepoužiteľného tepla.

Referencie

1. Caswell, H. (2005). Potravinové weby: od pripojenia k energii. (H. Caswell, Ed.). Pokroky v ekologickom výskume (zväzok 36). Elsevier Ltd. str. 209.
2. Curtis, H. a kol. (2008). Biology. 7. vydanie. Buenos Aires-Argentína: Editorial Médica Panamericana. pp. 1160.
3. Kitching, RL (2000). Potravinové weby a kontajnery: Prírodná história a ekológia fytotelmát. Cambridge University Press. pp. 447.
4. Lindemann, RL (1942). Troficko - dynamický aspekt ekológie. Ecology, 23, 399 - 418.
5. Pascual, M. a Dunne, JA (2006). Ekologické siete: prepojenie štruktúry s dynamikou v potravinových sieťach. (M. Pascual & JA Dunne, ed.) Štúdium v ​​Santa Fe Institute in Sciences Complexity. Oxford University Press. pp. 405.