JAKÝ JE ZÁKON EKOLOGICKÉHO DESÁTKU NEBO 10%? - BIOLOGIE - 2025

Zákon desátku ekologické, ekologický zákon, nebo o 10% vyvolává, jak energii cestuje ve své odvození od různých trofických úrovní. Často se také tvrdí, že tento zákon je jednoduše přímým důsledkem druhého termodynamického zákona.

Ekologická energie je součástí ekologie, která se zabývá kvantifikací vztahů, které jsme nastínili výše. Má se za to, že Raymond Lindemann (konkrétně ve své klíčové práci z roku 1942) založil základy této oblasti studia.

Obrázek 1. Trofická síť. Zdroj: Thompsma, z Wikimedia Commons

Jeho práce se zaměřila na koncepty potravního řetězce a webu a na kvantifikaci účinnosti přenosu energie mezi různými trofickými úrovněmi.

Lindemann začíná dopadajícím slunečním zářením nebo energií, které komunita dostává, prostřednictvím zachycení prováděného rostlinami prostřednictvím fotosyntézy a pokračuje v sledování uvedeného zachycení a jeho následného použití býložravci (primární spotřebitelé), poté masožravci (sekundární spotřebitelé)) a nakonec dekompozitory.

Co je zákon o ekologickém desátku?

Po průkopnické práci Lindemanna se předpokládalo, že účinnost trofického přenosu bude kolem 10%; ve skutečnosti někteří ekologové odkazovali na zákon 10%. Od té doby však došlo k mnohočetným nejasnostem ohledně tohoto problému.

Určitě neexistuje žádný přírodní zákon, který by vedl k tomu, že by se přesně jedna desetina energie dostala na jednu trofickou úroveň a byla převedena na další.

Například kompilace trofických studií (v mořském a sladkovodním prostředí) odhalila, že účinnost přenosu podle trofické úrovně se pohybovala mezi přibližně 2 a 24%, i když průměr byl 10,13%.

Obecně platí, že je možné použít jak pro vodní, tak pro suchozemské systémy, lze říci, že sekundární produktivita býložravců je obvykle umístěna přibližně, řádově pod primární produktivitou, na níž je založena.

Toto je často konzistentní vztah, který je udržován ve všech pástových systémech a který má sklon stát se strukturami pyramidového typu, ve kterých je základna poskytována rostlinami a na této bázi je zřízena menší z primárních spotřebitelů, na nichž je založen další (i menší) sekundární spotřebitel.

Organizační úrovně

Všechny živé věci vyžadují hmotu a energii; hmota pro stavbu jejich těl a energie k plnění jejich životně důležitých funkcí. Tento požadavek není omezen na jednotlivý organismus, ale vztahuje se na vyšší úrovně biologické organizace, které tito jedinci dokážou přizpůsobit.

Tyto úrovně organizace jsou:

• Biologické populace: organismy stejného druhu, které žijí ve stejné specifické oblasti.
• Biologická komunita: set organismů různých druhů a populací, které žijí v určité oblasti a komunikovat prostřednictvím potravin nebo trofických vztahů).
• Ekosystém: nejkomplexnější úrovně biologické organizace, složená ze společenství ve vztahu k jeho abiotického prostředí - voda, sluneční světlo, klimatu a dalších faktorech -, s nimiž spolupracuje.

Trofické úrovně

V ekosystému vytváří komunita a životní prostředí tok energie a hmoty.

Organizmy ekosystému jsou seskupeny podle „role“ nebo „funkce“, kterou plní v potravním nebo trofickém řetězci; takto mluvíme o trofických úrovních výrobců, spotřebitelů a rozkladačů.

Každá z těchto trofických úrovní zase interaguje s fyzikálně-chemickým prostředím, které poskytuje podmínky pro život a zároveň působí jako zdroj a dřez pro energii a hmotu.

základní koncepty

Hrubá a čistá primární produktivita

Nejprve musíme definovat primární produktivitu, což je míra produkce biomasy na jednotku plochy.

Obvykle se vyjadřuje v jednotkách energie (jouly na metr čtvereční za den) nebo v jednotkách suché organické hmoty (kilogramy na hektar a za rok), nebo jako uhlík (hmotnost uhlíku v kg na metr čtvereční za rok).

Obecně platí, že když odkazujeme na veškerou energii fixovanou fotosyntézou, obvykle ji nazýváme hrubá primární produktivita (PPG).

Z toho je část utrácena při dýchání samotných autotrofů (RA) a je ztracena ve formě tepla. Čistá primární produkce (PPN) se získá odečtením tohoto množství od PPG (PPN = PPG-RA).

Tato čistá primární produkce (PPN) je to, co je nakonec k dispozici pro spotřebu heterotrofy (jedná se o bakterie, houby a zbytek zvířat, které známe).

Sekundární produktivita

Sekundární produktivita (PS) je definována jako rychlost produkce nové biomasy heterotrofními organismy. Na rozdíl od rostlin, heterotrofních bakterií, hub a zvířat nemohou z jednoduchých molekul vyrobit složité, energeticky bohaté sloučeniny, které potřebují.

Vždy získávají svou hmotu a energii z rostlin, což mohou udělat přímo tím, že spotřebují rostlinný materiál nebo nepřímo tím, že se živí jinými heterotrofy.

Je to tak, že rostliny nebo fotosyntetické organismy obecně (nazývané také producenti) tvoří první trofickou úroveň v komunitě; primární spotřebitelé (ti, kteří se živí producenty) tvoří druhou trofickou úroveň a sekundární spotřebitelé (také nazývaní masožravci) tvoří třetí úroveň.

Přenos účinnosti a energetické dráhy

Podíly čisté primární výroby, které tečou podél každé z možných energetických drah, v konečném důsledku závisejí na účinnosti přenosu, to znamená na způsobu, jakým je energie využívána a přechází z jedné úrovně na druhou. jiný.

Kategorie účinnosti přenosu energie

Existují tři kategorie účinnosti přenosu energie a pomocí těchto dobře definovaných můžeme předpovídat tok energie na trofické úrovni. Jedná se o tyto kategorie: účinnost spotřeby (ES), účinnost asimilace (EA) a účinnost výroby (EP).

Nyní definujme tyto tři zmíněné kategorie.

Matematicky můžeme definovat účinnost spotřeby (EC) následovně:

EC = I _n / P _n-1 x 100

Kde vidíme, že EC je procento z celkové dostupné produktivity (P _n-1), které je účinně přijímáno horní sousední trofickou částí (I _n).

Například pro primární spotřebitele v pastevním systému je EC procentem (vyjádřeným v jednotkách energie a na jednotku času) PPN, který spotřebovávají býložravci.

Pokud bychom měli na mysli vedlejší spotřebitele, pak by to bylo ekvivalentní procento produktivity býložravců, spotřebovaných masožravci. Zbytek zemře, aniž by byl sněden, a vstoupil do rozpadového řetězce.

Na druhé straně je účinnost asimilace vyjádřena takto:

EA = A _n / I _n × 100

Opět odkazujeme na procento, ale tentokrát na část energie, která pochází z potravy a která je přijímána v trofické komoře spotřebitelem (I _n) a která je asimilována jejich trávicím systémem (A _n).

Tato energie bude k dispozici pro růst a pro provedení práce. Zbytek (část není asimilována) je ztracen výkaly a poté vstoupí do trofické úrovně rozkladačů.

Nakonec je účinnost výroby (EP) vyjádřena jako:

což je také procento, ale v tomto případě máme na mysli asimilovanou energii (A _n), která nakonec bude začleněna do nové biomasy (P _n). Veškerý neanimulovaný energetický zbytek se během dýchání ztratí ve formě tepla.

Výrobky, jako jsou sekrece a / nebo exkrece (bohaté na energii), které se účastnily metabolických procesů, lze považovat za produkci, P _n, a jsou k dispozici jako mrtvola pro dekompozitory.

Globální efektivita přenosu

Po definování těchto tří důležitých kategorií se nyní můžeme ptát na „globální efektivitu přenosu“ z jedné trofické úrovně na druhou, která je jednoduše dána součinem výše uvedených účinností (EC x EA x EP).

Vyjádřeno hovorově můžeme říci, že účinnost úrovně je dána tím, co lze účinně strávit, což se pak přizpůsobí a nakonec se začlení do nové biomasy.

Kam jde ztracená energie?

Produktivita býložravců je vždy nižší než produktivita rostlin, na nichž se živí. Pak bychom se mohli ptát sami sebe: Kam jde ztracená energie?

Abychom mohli odpovědět na tuto otázku, musíme upozornit na následující skutečnosti:

1. Ne celá rostlinná biomasa je konzumována býložravci, protože většina z nich umírá a vstupuje na trofickou úroveň rozkladu (bakterie, houby a zbytek detritivorů).
2. Ne všechna biomasa spotřebovaná býložravci ani biomasa býložravců spotřebovávaná postupně masožravci, není asimilována a je k dispozici pro začlenění do biomasy spotřebitele; část je ztracena stolicí a tak přechází do dekompozitorů.
3. Ne všechna energie, která je asimilována, je ve skutečnosti přeměněna na biomasu, protože část z ní je během dýchání ztracena jako teplo.

To se děje ze dvou základních důvodů: Zaprvé kvůli skutečnosti, že neexistuje proces přeměny energie, který je 100% účinný. To znamená, že při přeměně dochází vždy ke ztrátě tepla, což je zcela v souladu s druhým zákonem o termodynamice.

Za druhé, protože zvířata musí dělat práci, která vyžaduje výdaje na energii, a to zase znamená nové ztráty ve formě tepla.

Tyto vzorce se vyskytují na všech trofických úrovních a jak předpovídá Druhý zákon o termodynamice, část energie, kterou se člověk pokouší přenést z jedné úrovně na druhou, je vždy rozptýlena ve formě nevyužitelného tepla.

Reference

1. Caswell, H. (2005). Potravinové weby: od připojení k energii. (H. Caswell, Ed.). Pokroky v ekologickém výzkumu (svazek 36). Elsevier Ltd. str. 209.
2. Curtis, H. a kol. (2008). Biologie. 7. vydání. Buenos Aires-Argentina: Editorial Médica Panamericana. str. 1160.
3. Kitching, RL (2000). Potravinové weby a kontejnery: Přírodní historie a ekologie fytotelmat. Cambridge University Press. str. 447.
4. Lindemann, RL (1942). Trofický - dynamický aspekt ekologie. Ecology, 23, 399-418.
5. Pascual, M. a Dunne, JA (2006). Ekologické sítě: Propojení struktury s dynamikou v potravních sítích. (M. Pascual & JA Dunne, Eds.) Studium Santa Fe Institute ve vědách o složitosti. Oxford University Press. str. 405.