QUAL È LA LEGGE DELLA DECIMA ECOLOGICA O DEL 10%? - BIOLOGIA - 2025

La legge della decima ecologica , legge ecologica o del 10% aumenta il modo in cui l'energia viaggia nella sua derivazione da diversi livelli trofici. Si sostiene spesso che questa Legge sia semplicemente una conseguenza diretta della Seconda Legge della Termodinamica.

L'energia ecologica è una parte dell'ecologia che si occupa di quantificare le relazioni che abbiamo delineato sopra. Si ritiene che Raymond Lindemann (in particolare nel suo lavoro fondamentale del 1942), sia stato colui che ha stabilito le basi di quest'area di studio.

Figura 1. Rete trofica. Fonte: di Thompsma, da Wikimedia Commons

Il suo lavoro si è concentrato sui concetti di catena alimentare e rete e sulla quantificazione dell'efficienza nel trasferimento di energia tra i diversi livelli trofici.

Lindemann parte dalla radiazione solare incidente o energia che una comunità riceve, attraverso la cattura effettuata dalle piante attraverso la fotosintesi e continua a monitorare questa cattura e il suo successivo utilizzo da parte degli erbivori (consumatori primari), poi dai carnivori (consumatori secondari ) e infine dai decompositori.

Qual è la legge della decima ecologica?

Dopo il lavoro pionieristico di Lindemann, si presumeva che l'efficienza di trasferimento trofico fosse intorno al 10%; infatti, alcuni ecologisti hanno fatto riferimento a una legge del 10%. Tuttavia, da allora, è stata generata più confusione riguardo a questo problema.

Certamente non esiste una legge di natura che si traduca nel trasferimento di un decimo preciso dell'energia che entra in un livello trofico al successivo.

Ad esempio, una raccolta di studi trofici (in ambienti marini e di acqua dolce) ha rivelato che le efficienze di trasferimento per livello trofico variavano tra circa il 2 e il 24%, sebbene la media fosse del 10,13%.

Come regola generale, applicabile sia al sistema acquatico che a quello terrestre, si può affermare che la produttività secondaria degli erbivori si colloca solitamente approssimativamente, un ordine di grandezza inferiore alla produttività primaria su cui si basa.

Si tratta spesso di un rapporto consistente che si mantiene in tutti i sistemi di foraggiamento e che tende a diventare strutture di tipo piramidale, in cui la base è fornita dalle piante e su questa base si stabilisce una più piccola, dei consumatori primari, su cui si basa un altro consumatore secondario (ancora più piccolo).

Livelli di organizzazione

Tutti gli esseri viventi richiedono materia ed energia; materia per la costruzione dei loro corpi ed energia per svolgere le loro funzioni vitali. Questo requisito non è limitato a un singolo organismo, ma si estende a livelli più elevati di organizzazione biologica a cui questi individui possono conformarsi.

Questi livelli di organizzazione sono:

• Una popolazione biologica : organismi della stessa specie che vivono nella stessa area specifica.
• Una comunità biologica : insieme di organismi di diverse specie o popolazioni che vivono in una determinata area e interagiscono attraverso il cibo o le relazioni trofiche).
• Un ecosistema : il livello più complesso di organizzazione biologica, costituito da una comunità legata al suo ambiente abiotico - acqua, luce solare, clima e altri fattori - con cui interagisce.

Livelli trofici

In un ecosistema la comunità e l'ambiente stabiliscono flussi di energia e materia.

Gli organismi di un ecosistema sono raggruppati secondo un "ruolo" o "funzione" che assolvono all'interno delle catene alimentari o trofiche; così si parla dei livelli trofici di produttori, consumatori e decompositori.

A sua volta, ognuno di questi livelli trofici interagisce con l'ambiente fisico-chimico che fornisce le condizioni per la vita e, allo stesso tempo, funge da fonte e pozzo di energia e materia.

concetti fondamentali

Produttività primaria lorda e netta

Innanzitutto, dobbiamo definire la produttività primaria, che è il tasso di produzione della biomassa per unità di superficie.

Di solito è espresso in unità di energia (Joule per metro quadrato al giorno), o in unità di sostanza organica secca (chilogrammi per ettaro all'anno), o come carbonio (massa di carbonio in kg per metro quadrato all'anno).

In generale, quando ci riferiamo a tutta l'energia fissata dalla fotosintesi, di solito la chiamiamo produttività primaria lorda (PPG).

Di questo, una parte viene spesa nella respirazione degli stessi autotrofi (RA) e si perde sotto forma di calore. La produzione primaria netta (PPN) si ottiene sottraendo questo importo da PPG (PPN = PPG-RA).

Questa produzione primaria netta (PPN) è ciò che è in definitiva disponibile per il consumo da parte degli eterotrofi (questi sono batteri, funghi e il resto degli animali che conosciamo).

Produttività secondaria

La produttività secondaria (PS) è definita come il tasso di produzione di nuova biomassa da parte di organismi eterotrofi. A differenza delle piante, dei batteri eterotrofi, dei funghi e degli animali, non possono produrre i composti complessi e ricchi di energia di cui hanno bisogno da semplici molecole.

Ottengono sempre la loro materia ed energia dalle piante, cosa che possono fare direttamente consumando materiale vegetale o indirettamente nutrendosi di altri eterotrofi.

È in questo modo che le piante o gli organismi fotosintetici in genere (detti anche produttori), costituiscono il primo livello trofico di una comunità; i consumatori primari (quelli che si nutrono di produttori) costituiscono il secondo livello trofico ei consumatori secondari (chiamati anche carnivori) costituiscono il terzo livello.

Trasferire efficienze e percorsi energetici

Le proporzioni della produzione primaria netta che fluiscono lungo ciascuno dei possibili percorsi energetici dipendono in ultima analisi dalle efficienze di trasferimento, cioè dal modo in cui l'energia viene utilizzata e passa da un livello all'altro. altro.

Categorie di efficienza del trasferimento di energia

Esistono tre categorie di efficienza del trasferimento di energia e, con queste ben definite, possiamo prevedere l'andamento del flusso di energia a livelli trofici. Queste categorie sono: efficienza di consumo (EC), efficienza di assimilazione (EA) ed efficienza di produzione (EP).

Definiamo ora queste tre categorie menzionate.

Matematicamente possiamo definire l'efficienza dei consumi (EC) come segue:

EC = I _n / P _n-1 × 100

Dove possiamo vedere che la CE è una percentuale della produttività totale disponibile (P _n-1 ) che viene effettivamente ingerita dal compartimento trofico contiguo superiore (I _n ).

Ad esempio, per i consumatori primari nel sistema di pascolo, EC è la percentuale (espressa in unità di energia e per unità di tempo) della PPN consumata dagli erbivori.

Se ci riferissimo ai consumatori secondari, sarebbe equivalente alla percentuale di produttività degli erbivori, consumata dai carnivori. Il resto muore senza essere mangiato ed entra nella catena del decadimento.

D'altra parte, l'efficienza di assimilazione si esprime come segue:

EA = A _n / I _n × 100

Ancora una volta ci riferiamo a una percentuale, ma questa volta alla parte di energia che proviene dal cibo, e ingerita in un compartimento trofico da un consumatore (I _n ) e che viene assimilata dal suo apparato digerente (A _n ).

Questa energia sarà quella disponibile per la crescita e per l'esecuzione del lavoro. Il resto (la parte non assimilata) si perde con le feci e quindi entra nel livello trofico dei decompositori.

Infine, l'efficienza produttiva (EP) è espressa come:

che è anche una percentuale, ma in questo caso ci riferiamo all'energia assimilata (A _n ) che finisce per essere incorporata nella nuova biomassa (P _n ). Tutto il residuo energetico non assimilato viene perso sotto forma di calore durante la respirazione.

Prodotti come secrezioni e / o escrezioni (ricche di energia), che hanno partecipato a processi metabolici, possono essere considerati come produzione, P _n , e sono disponibili, come cadaveri, per decompositori.

Efficienza di trasferimento globale

Definite queste tre importanti categorie, possiamo ora interrogarci sull '"efficienza di trasferimento globale" da un livello trofico al successivo, che è semplicemente data dal prodotto delle suddette efficienze (EC x EA x EP).

Espresso colloquialmente, possiamo dire che l'efficienza di un livello è data da ciò che può essere effettivamente ingerito, che viene poi assimilato e finisce per essere inglobato in nuova biomassa.

Dove va a finire l'energia persa?

La produttività degli erbivori è sempre inferiore a quella delle piante di cui si nutrono. Potremmo quindi chiederci: dove va a finire l'energia persa?

Per rispondere a questa domanda, dobbiamo attirare l'attenzione sui seguenti fatti:

1. Non tutta la biomassa vegetale viene consumata dagli erbivori, in quanto gran parte muore ed entra nel livello trofico dei decompositori (batteri, funghi e il resto dei detritivori).
2. Non tutta la biomassa consumata dagli erbivori, né quella degli erbivori consumati a loro volta dai carnivori, è assimilata ed è disponibile per essere incorporata nella biomassa del consumatore; una parte si perde con le feci e quindi passa ai decompositori.
3. Non tutta l'energia che viene assimilata viene effettivamente convertita in biomassa, poiché una parte di essa viene persa sotto forma di calore durante la respirazione.

Ciò accade per due motivi fondamentali: in primo luogo, perché non esiste un processo di conversione dell'energia efficiente al 100%. Cioè, c'è sempre una perdita sotto forma di calore nella conversione, che è perfettamente in linea con la Seconda Legge della Termodinamica.

In secondo luogo, poiché gli animali devono svolgere un lavoro, il che richiede un dispendio energetico e, a sua volta, implica nuove perdite sotto forma di calore.

Questi modelli si verificano a tutti i livelli trofici e, come previsto dalla Seconda Legge della Termodinamica, parte dell'energia che si cerca di trasferire da un livello all'altro viene sempre dissipata sotto forma di calore inutilizzabile.

Riferimenti

1. Caswell, H. (2005). Reti alimentari: dalla connettività all'energia. (H. Caswell, ed.). Progressi nella ricerca ecologica (Vol.36). Elsevier Ltd. pagg. 209.
2. Curtis, H. et al. (2008). Biologia. 7a edizione. Buenos Aires-Argentina: Editoriale Médica Panamericana. pp. 1160.
3. Kitching, RL (2000). Reti alimentari e habitat dei contenitori: la storia naturale e l'ecologia dei fitotelmati. Cambridge University Press. pp. 447.
4. Lindemann, RL (1942). L'aspetto trofico - dinamico dell'ecologia. Ecologia, 23, 399-418.
5. Pascual, M. e Dunne, JA (2006). Reti ecologiche: collegare la struttura alle dinamiche nelle reti alimentari. (M. Pascual e JA Dunne, a cura di) Santa Fe Institute Studies in the Sciences of Complexity. La stampa dell'università di Oxford. pp. 405.