WAS IST DAS GESETZ DES ÖKOLOGISCHEN ZEHNTEN ODER 10%? - BIOLOGIE - 2025

Das Gesetz des Zehnten ökologischen , ökologischen Gesetzes oder von 10% erhöht, wie sich Energie in ihrer Ableitung durch verschiedene trophische Ebenen bewegt. Es wird auch oft argumentiert, dass dieses Gesetz einfach eine direkte Folge des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik ist.

Ökologische Energie ist ein Teil der Ökologie, der sich mit der Quantifizierung der oben beschriebenen Beziehungen befasst. Es wird angenommen, dass Raymond Lindemann (speziell in seiner wegweisenden Arbeit von 1942) derjenige war, der die Grundlagen für dieses Studiengebiet legte.

Abbildung 1. Trophisches Netzwerk. Quelle: Von Thompsma aus Wikimedia Commons

Seine Arbeit konzentrierte sich auf die Konzepte der Nahrungskette und des Netzes sowie auf die Quantifizierung der Effizienz des Energietransfers zwischen den verschiedenen trophischen Ebenen.

Lindemann geht von der einfallenden Sonnenstrahlung oder Energie aus, die eine Gemeinde durch die Erfassung durch Pflanzen durch Photosynthese erhält, und überwacht diese Erfassung und ihre anschließende Verwendung durch Pflanzenfresser (Primärverbraucher) und dann durch Fleischfresser (Sekundärverbraucher) weiter ) und schließlich von Zersetzern.

Was ist das ökologische Zehntengesetz?

Nach Lindemanns Pionierarbeit wurde eine trophische Übertragungseffizienz von etwa 10% angenommen. Einige Ökologen verwiesen sogar auf ein Gesetz von 10%. Seitdem ist jedoch in Bezug auf dieses Problem mehrfach Verwirrung entstanden.

Es gibt sicherlich kein Naturgesetz, das dazu führt, dass genau ein Zehntel der Energie, die in eine trophische Ebene gelangt, auf die nächste übertragen wird.

Beispielsweise ergab eine Zusammenstellung trophischer Studien (in Meeres- und Süßwasserumgebungen), dass die Übertragungseffizienz nach trophischem Niveau zwischen etwa 2 und 24% lag, obwohl der Mittelwert 10,13% betrug.

Als allgemeine Regel, die sowohl für aquatische als auch für terrestrische Systeme gilt, kann gesagt werden, dass die Sekundärproduktivität von Pflanzenfressern normalerweise ungefähr eine Größenordnung unter der Primärproduktivität liegt, auf der sie basiert.

Dies ist häufig eine konsistente Beziehung, die in allen Futtersystemen aufrechterhalten wird und dazu neigt, pyramidenförmige Strukturen zu werden, in denen die Basis von den Pflanzen bereitgestellt wird und auf dieser Basis eine kleinere der Primärverbraucher hergestellt wird. auf dem ein anderer (noch kleinerer) Sekundärverbraucher basiert.

Organisationsebenen

Alle Lebewesen benötigen Materie und Energie; Materie für den Aufbau ihres Körpers und Energie, um ihre lebenswichtigen Funktionen zu erfüllen. Diese Anforderung ist nicht auf einen einzelnen Organismus beschränkt, sondern erstreckt sich auf höhere Ebenen der biologischen Organisation, an die sich diese Personen anpassen können.

Diese Organisationsebenen sind:

• Eine biologische Population : Organismen derselben Art, die in demselben spezifischen Gebiet leben.
• Eine biologische Gemeinschaft : Gruppe von Organismen verschiedener Arten oder Populationen, die in einem bestimmten Gebiet leben und durch Nahrung oder trophische Beziehungen interagieren.
• Ein Ökosystem : Die komplexeste Ebene der biologischen Organisation, die sich aus einer Gemeinschaft zusammensetzt, die mit ihrer abiotischen Umgebung - Wasser, Sonnenlicht, Klima und anderen Faktoren - zusammenhängt, mit der sie interagiert.

Trophäenlevel

In einem Ökosystem stellen die Gemeinschaft und die Umwelt Energie- und Materieflüsse her.

Die Organismen eines Ökosystems werden nach einer "Rolle" oder "Funktion" gruppiert, die sie innerhalb der Nahrungsmittel- oder Trophäenketten erfüllen. So sprechen wir über das trophische Niveau von Produzenten, Konsumenten und Zersetzern.

Jede dieser trophischen Ebenen interagiert wiederum mit der physikochemischen Umgebung, die die Lebensbedingungen bietet und gleichzeitig als Quelle und Senke für Energie und Materie fungiert.

grundsätzliche Konzepte

Brutto- und Netto-Primärproduktivität

Zunächst müssen wir die Primärproduktivität definieren, dh die Rate, mit der Biomasse pro Flächeneinheit produziert wird.

Sie wird normalerweise in Energieeinheiten (Joule pro Quadratmeter pro Tag) oder in Einheiten trockener organischer Substanz (Kilogramm pro Hektar und pro Jahr) oder als Kohlenstoff (Kohlenstoffmasse in kg pro Quadratmeter pro Jahr) ausgedrückt.

Wenn wir uns auf die gesamte durch Photosynthese festgelegte Energie beziehen, nennen wir dies im Allgemeinen Bruttoprimärproduktivität (PPG).

Davon wird ein Teil für die Atmung der Autotrophen selbst (RA) aufgewendet und geht in Form von Wärme verloren. Die Netto-Primärproduktion (PPN) wird durch Subtrahieren dieser Menge von PPG erhalten (PPN = PPG-RA).

Diese Netto-Primärproduktion (PPN) steht letztendlich für den Verzehr durch Heterotrophe zur Verfügung (dies sind Bakterien, Pilze und der Rest der Tiere, die wir kennen).

Sekundäre Produktivität

Die Sekundärproduktivität (PS) ist definiert als die Produktionsrate neuer Biomasse durch heterotrophe Organismen. Im Gegensatz zu Pflanzen, heterotrophen Bakterien, Pilzen und Tieren können sie aus einfachen Molekülen nicht die komplexen, energiereichen Verbindungen herstellen, die sie benötigen.

Sie beziehen ihre Materie und Energie immer aus Pflanzen, was sie direkt durch den Verzehr von Pflanzenmaterial oder indirekt durch die Ernährung mit anderen Heterotrophen tun können.

Auf diese Weise bilden Pflanzen oder photosynthetische Organismen im Allgemeinen (auch Produzenten genannt) die erste trophische Ebene in einer Gemeinschaft. Primärkonsumenten (diejenigen, die sich von Produzenten ernähren) bilden die zweite trophische Ebene und Sekundärkonsumenten (auch Fleischfresser genannt) bilden die dritte Ebene.

Übertragungseffizienz und Energiepfade

Die Anteile der Netto-Primärproduktion, die entlang jedes der möglichen Energiepfade fließen, hängen letztendlich von den Übertragungseffizienzen ab, dh von der Art und Weise, wie die Energie verwendet und von einer Ebene zur anderen übertragen wird. andere.

Energieübertragungseffizienzkategorien

Es gibt drei Kategorien der Energieübertragungseffizienz, und mit diesen können wir das Muster des Energieflusses auf trophischen Ebenen vorhersagen. Diese Kategorien sind: Verbrauchseffizienz (EC), Assimilationseffizienz (EA) und Produktionseffizienz (EP).

Definieren wir nun diese drei genannten Kategorien.

Mathematisch können wir die Verbrauchseffizienz (EC) wie folgt definieren:

EC = I _n / P _n-1 × 100

Wo wir sehen können, dass die EG ein Prozentsatz der insgesamt verfügbaren Produktivität (P _n-1 ) ist, der effektiv vom oberen zusammenhängenden trophischen Kompartiment (I _n ) aufgenommen wird.

Für Primärverbraucher im Weidesystem ist die EG beispielsweise der Prozentsatz (ausgedrückt in Energieeinheiten und pro Zeiteinheit) des PPN, der von Pflanzenfressern verbraucht wird.

Wenn wir uns auf sekundäre Verbraucher beziehen würden, wäre dies gleichbedeutend mit dem Prozentsatz der Produktivität von Pflanzenfressern, die von Fleischfressern konsumiert werden. Der Rest stirbt ohne gegessen zu werden und tritt in die Zerfallskette ein.

Andererseits wird die Assimilationseffizienz wie folgt ausgedrückt:

EA = A _n / I _n × 100

Wieder beziehen wir uns auf einen Prozentsatz, diesmal jedoch auf den Teil der Energie, der aus der Nahrung stammt und von einem Verbraucher in einem trophischen Kompartiment aufgenommen wird (I _n ) und der von seinem Verdauungssystem (A _n ) aufgenommen wird.

Diese Energie wird für das Wachstum und die Ausführung von Arbeiten zur Verfügung stehen. Der Rest (der nicht assimilierte Teil) geht mit dem Kot verloren und tritt dann in das trophische Niveau der Zersetzer ein.

Schließlich wird die Produktionseffizienz (EP) ausgedrückt als:

Das ist auch ein Prozentsatz, aber in diesem Fall beziehen wir uns auf die assimilierte Energie (A _n ), die schließlich in neue Biomasse (P _n ) eingebaut wird . Der gesamte nicht assimilierte energetische Rest geht während der Atmung als Wärme verloren.

Produkte wie Sekrete und / oder Ausscheidungen (reich an Energie), die an Stoffwechselprozessen beteiligt waren, können als Produktion P _{n betrachtet} werden und sind als Leichen für Zersetzer verfügbar.

Globale Übertragungseffizienz

Nachdem wir diese drei wichtigen Kategorien definiert haben, können wir uns nun nach der "globalen Transfereffizienz" von einer trophischen Ebene zur nächsten fragen, die sich einfach aus dem Produkt der zuvor genannten Effizienzen (EC x EA x EP) ergibt.

Umgangssprachlich ausgedrückt können wir sagen, dass die Effizienz eines Niveaus durch das gegeben ist, was effektiv aufgenommen werden kann, das dann assimiliert wird und schließlich in neue Biomasse eingearbeitet wird.

Wohin geht die verlorene Energie?

Die Produktivität von Pflanzenfressern ist immer geringer als die der Pflanzen, von denen sie sich ernähren. Wir könnten uns dann fragen: Wohin geht die verlorene Energie?

Um diese Frage zu beantworten, müssen wir auf folgende Tatsachen aufmerksam machen:

1. Nicht die gesamte pflanzliche Biomasse wird von Pflanzenfressern verbraucht, da ein Großteil davon stirbt und in die trophische Ebene der Zersetzer (Bakterien, Pilze und der Rest der Detritivoren) gelangt.
2. Nicht die gesamte von Pflanzenfressern konsumierte Biomasse oder die von Fleischfressern wiederum konsumierte Pflanzenfresser wird assimiliert und kann in die Biomasse des Verbrauchers aufgenommen werden. Ein Teil geht mit dem Kot verloren und gelangt so zu den Zersetzern.
3. Nicht die gesamte Energie, die aufgenommen wird, wird tatsächlich in Biomasse umgewandelt, da ein Teil davon während der Atmung als Wärme verloren geht.

Dies geschieht aus zwei grundlegenden Gründen: Erstens aufgrund der Tatsache, dass es keinen Energieumwandlungsprozess gibt, der 100% effizient ist. Das heißt, bei der Umwandlung entsteht immer ein Wärmeverlust, der perfekt mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik übereinstimmt.

Zweitens, da Tiere arbeiten müssen, was einen Energieaufwand erfordert und dies wiederum neue Verluste in Form von Wärme mit sich bringt.

Diese Muster treten auf allen trophischen Ebenen auf, und wie im zweiten Hauptsatz der Thermodynamik vorhergesagt, wird ein Teil der Energie, die man versucht, von einer Ebene auf eine andere zu übertragen, immer in Form von unbrauchbarer Wärme abgeführt.

Verweise

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3. Kitching, RL (2000). Nahrungsnetze und Behälterlebensräume: Die Naturgeschichte und Ökologie der Phytotelmata. Cambridge University Press. pp. 447.
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