WAT IS DE WET VAN DE ECOLOGISCHE TIENDE OF 10%? - BIOLOGIE - 2026

De wet van tiende, ecologische , ecologische wet of van 10% verhoogt hoe energie zich verplaatst in zijn afleiding door verschillende trofische niveaus. Er wordt ook vaak beweerd dat deze wet gewoon een direct gevolg is van de tweede wet van de thermodynamica.

Ecologische energie is een onderdeel van ecologie dat zich bezighoudt met het kwantificeren van de relaties die we hierboven hebben geschetst. Aangenomen wordt dat Raymond Lindemann (met name in zijn baanbrekende werk uit 1942) degene was die de basis legde voor dit studiegebied.

Figuur 1. Trofisch netwerk. Bron: door Thompsma, van Wikimedia Commons

Zijn werk was gericht op de concepten voedselketen en web, en op de kwantificering van de efficiëntie in de overdracht van energie tussen de verschillende trofische niveaus.

Lindemann vertrekt van de invallende zonnestraling of energie die een gemeenschap ontvangt, via de vangst door planten door middel van fotosynthese en blijft deze vangst en het daaropvolgende gebruik door herbivoren (primaire consumenten) en vervolgens door carnivoren (secundaire consumenten) monitoren. ) en tenslotte door ontbinders.

Wat is de ecologische tiendenwet?

Na het pionierswerk van Lindemann werd aangenomen dat de trofische transferefficiëntie rond de 10% lag; sommige ecologen verwezen zelfs naar een wet van 10%. Sindsdien is er echter meervoudige verwarring ontstaan ​​over deze kwestie.

Er is zeker geen natuurwet die ertoe leidt dat precies een tiende van de energie die het ene trofische niveau binnengaat, wordt overgedragen naar het volgende.

Een compilatie van trofische onderzoeken (in zee- en zoetwateromgevingen) onthulde bijvoorbeeld dat de overdrachtsefficiëntie per trofisch niveau tussen ongeveer 2 en 24% lag, hoewel het gemiddelde 10,13% was.

Als algemene regel, die van toepassing is op zowel aquatische als terrestrische systemen, kan worden gesteld dat de secundaire productiviteit door herbivoren gewoonlijk ongeveer een orde van grootte lager is dan de primaire productiviteit waarop deze is gebaseerd.

Dit is vaak een consistente relatie die in alle foerageersystemen wordt gehandhaafd en die de neiging heeft piramidevormige structuren te worden, waarin de basis wordt gevormd door de planten en op deze basis wordt een kleinere basis gelegd, van de primaire consumenten, waarop een andere (nog kleinere) secundaire verbruiker is gebaseerd.

Organisatieniveaus

Alle levende wezens hebben materie en energie nodig; materie voor de constructie van hun lichaam en energie om hun vitale functies uit te voeren. Deze vereiste is niet beperkt tot een individueel organisme, maar strekt zich uit tot hogere niveaus van biologische organisatie waaraan deze individuen kunnen voldoen.

Deze organisatieniveaus zijn:

• Een biologische populatie : organismen van dezelfde soort die in hetzelfde specifieke gebied leven.
• Een biologische gemeenschap : een reeks organismen van verschillende soorten of populaties die in een bepaald gebied leven en via voedsel of trofische relaties met elkaar in wisselwerking staan).
• Een ecosysteem : het meest complexe niveau van biologische organisatie, bestaande uit een gemeenschap die verband houdt met zijn abiotische omgeving - water, zonlicht, klimaat en andere factoren - waarmee het samenwerkt.

Trofische niveaus

In een ecosysteem brengen de gemeenschap en het milieu stromen van energie en materie tot stand.

De organismen van een ecosysteem zijn gegroepeerd volgens een "rol" of "functie" die ze vervullen binnen de voedsel- of trofische ketens; dit is hoe we praten over de trofische niveaus van producenten, consumenten en ontleders.

Elk van deze trofische niveaus staat op zijn beurt in wisselwerking met de fysisch-chemische omgeving die de voorwaarden voor het leven schept en tegelijkertijd fungeert als een bron en een put voor energie en materie.

fundamentele concepten

Bruto en netto primaire productiviteit

Ten eerste moeten we de primaire productiviteit definiëren, de snelheid waarmee biomassa wordt geproduceerd per oppervlakte-eenheid.

Het wordt gewoonlijk uitgedrukt in eenheden energie (joules per vierkante meter per dag), of in eenheden droge organische stof (kilogram per hectare en per jaar), of als koolstof (massa koolstof in kg per vierkante meter per jaar).

Als we het hebben over alle energie die door fotosynthese is gefixeerd, noemen we dat in het algemeen de bruto primaire productiviteit (PPG).

Hiervan wordt een deel besteed aan de ademhaling van de autotrofen zelf (RA) en gaat verloren als warmte. De netto primaire productie (PPN) wordt verkregen door dit bedrag af te trekken van PPG (PPN = PPG-RA).

Deze netto primaire productie (PPN) is wat uiteindelijk beschikbaar is voor consumptie door heterotrofen (dit zijn bacteriën, schimmels en de rest van de dieren die we kennen).

Secundaire productiviteit

Secundaire productiviteit (PS) wordt gedefinieerd als de snelheid van nieuwe biomassaproductie door heterotrofe organismen. In tegenstelling tot planten, heterotrofe bacteriën, schimmels en dieren kunnen ze niet de complexe, energierijke verbindingen maken die ze nodig hebben uit eenvoudige moleculen.

Ze halen hun materie en energie altijd uit planten, wat ze direct kunnen doen door plantmateriaal te consumeren of indirect door zich te voeden met andere heterotrofen.

Op deze manier vormen planten of fotosynthetische organismen in het algemeen (ook wel producenten genoemd) het eerste trofische niveau in een gemeenschap; primaire consumenten (die zich voeden met producenten) vormen het tweede trofische niveau en secundaire consumenten (ook wel carnivoren genoemd) vormen het derde niveau.

Overdracht van efficiëntie en energiebanen

De verhoudingen van de netto primaire productie die langs elk van de mogelijke energiebanen stroomt, hangt uiteindelijk af van de overdrachtsefficiëntie, dat wil zeggen van de manier waarop de energie wordt gebruikt en van het ene niveau naar het andere gaat. andere.

Efficiëntiecategorieën voor energieoverdracht

Er zijn drie categorieën van energieoverdrachtsefficiëntie en, met deze goed gedefinieerd, kunnen we het patroon van de energiestroom op trofische niveaus voorspellen. Deze categorieën zijn: consumptie-efficiëntie (EC), assimilatie-efficiëntie (EA) en productie-efficiëntie (EP).

Laten we nu deze drie genoemde categorieën definiëren.

Wiskundig kunnen we de consumptie-efficiëntie (EC) als volgt definiëren:

EC = ik _n / P _n-1 × 100

Waar we kunnen zien dat de EC een percentage is van de totale beschikbare productiviteit (P _n-1 ) die effectief wordt opgenomen door het bovenste aangrenzende trofische compartiment (I _n ).

Voor primaire verbruikers in het beweidingsysteem is de EC bijvoorbeeld het percentage (uitgedrukt in energie-eenheden en per tijdseenheid) van het PPN dat wordt geconsumeerd door herbivoren.

Als we het hadden over secundaire consumenten, dan zou het equivalent zijn aan het percentage van de productiviteit van herbivoren dat door carnivoren wordt geconsumeerd. De rest sterft zonder opgegeten te worden en komt in de vervalketen terecht.

Aan de andere kant wordt de assimilatie-efficiëntie als volgt uitgedrukt:

EA = EEN _n / ik _n × 100

Opnieuw verwijzen we naar een percentage, maar dit keer naar het deel van de energie dat afkomstig is van voedsel, en opgenomen wordt in een trofisch compartiment door een consument (I _n ) en dat wordt geassimileerd door hun spijsverteringssysteem (A _n ).

Deze energie zal beschikbaar zijn voor groei en voor de uitvoering van werkzaamheden. Het restant (het niet geassimileerde deel) gaat verloren met de ontlasting en komt dan op het trofische niveau van de ontbinders terecht.

Ten slotte wordt de productie-efficiëntie (EP) uitgedrukt als:

dat is ook een percentage, maar in dit geval verwijzen we naar de geassimileerde energie (A _n ) die uiteindelijk wordt opgenomen in nieuwe biomassa (P _n ). Al het niet-geassimileerde energetische overblijfsel gaat tijdens de ademhaling verloren als warmte.

Producten zoals secreties en / of excreties (rijk aan energie), die hebben deelgenomen aan metabolische processen, kunnen worden beschouwd als productie, P _n , en zijn als lijken beschikbaar voor ontbinders.

Wereldwijde overdrachtsefficiëntie

Nu we deze drie belangrijke categorieën hebben gedefinieerd, kunnen we ons nu afvragen wat de "globale overdrachtsefficiëntie" van het ene trofische niveau naar het volgende is, die simpelweg wordt gegeven door het product van de eerder genoemde efficiëntie (EC x EA x EP).

In de volksmond kunnen we zeggen dat de efficiëntie van een niveau wordt bepaald door wat effectief kan worden ingenomen, dat vervolgens wordt geassimileerd en uiteindelijk wordt opgenomen in nieuwe biomassa.

Waar gaat de verloren energie naartoe?

De productiviteit van herbivoren is altijd lager dan die van de planten waarmee ze zich voeden. We zouden ons dan kunnen afvragen: waar gaat de verloren energie naartoe?

Om deze vraag te beantwoorden, moeten we de aandacht vestigen op de volgende feiten:

1. Niet alle plantaardige biomassa wordt geconsumeerd door herbivoren, aangezien veel ervan sterft en het trofische niveau van ontbindende middelen (bacteriën, schimmels en de rest van detritivoren) binnendringt.
2. Niet alle biomassa die door herbivoren wordt geconsumeerd, noch die van herbivoren die op hun beurt door carnivoren worden geconsumeerd, wordt geassimileerd en is beschikbaar voor opname in de biomassa van de consument; een deel gaat verloren met de ontlasting en gaat zo naar de ontbinders.
3. Niet alle energie die wordt opgenomen, wordt daadwerkelijk omgezet in biomassa, omdat een deel ervan tijdens de ademhaling als warmte verloren gaat.

Dit gebeurt om twee fundamentele redenen: ten eerste vanwege het feit dat er geen energieconversieproces is dat 100% efficiënt is. Dat wil zeggen, er is altijd een verlies in de vorm van warmte bij de omzetting, wat perfect in overeenstemming is met de tweede wet van de thermodynamica.

Ten tweede, omdat dieren werk moeten doen, dat energieverbruik vergt en dit weer nieuwe verliezen in de vorm van warmte met zich meebrengt.

Deze patronen komen voor op alle trofische niveaus, en zoals voorspeld door de Tweede Wet van de Thermodynamica, wordt een deel van de energie die men probeert over te brengen van het ene niveau naar het andere altijd afgevoerd in de vorm van onbruikbare warmte.

Referenties

1. Caswell, H. (2005). Food Webs: van connectiviteit tot energetica. (H. Caswell, red.). Vooruitgang in ecologisch onderzoek (deel 36). Elsevier Ltd. blz. 209.
2. Curtis, H. et al. (2008). Biologie. 7e editie. Buenos Aires-Argentinië: Redactie Médica Panamericana. pp. 1160.
3. Kitching, RL (2000). Voedselwebben en containerhabitats: de natuurlijke geschiedenis en ecologie van phytotelmata. Cambridge University Press. pp. 447
4. Lindemann, RL (1942). Het trofisch - dynamische aspect van ecologie. Ecology, 23, 399-418.
5. Pascual, M., en Dunne, JA (2006). Ecologische netwerken: structuur koppelen aan dynamiek in voedselwebben. (M. Pascual & JA Dunne, Eds.) Santa Fe Institute Studies in the Sciences of Complexity. Oxford Universiteit krant. pp. 405