46.2C: Energiaátadás a trófikus szintek között

Közreműködött: Határtalan
Általános mikrobiológia a Boundless-nél

Az energia elvész, amikor a trofikus szintek között átkerül; ennek az energiaátadásnak a hatékonyságát NPE és TLTE méri.

Illusztrálja az energiaátadást a trófikus szintek között

Főbb pontok

Az energia csökken, amikor felfelé halad a trofikus szinteken, mert az energia elvész anyagcsere-hő formájában, ha az egyik trofikus szintből származó organizmusokat az élőlények elfogyasztják a következő szintről.
A trófikus szinttranszfer hatékonysága (TLTE) a trofikus szintek között átvitt energia mennyiségét méri.
Az élelmiszerlánc általában legfeljebb hat energiaátvitelt képes fenntartani, mielőtt az összes energiát elhasználnák.
A nettó termelési hatékonyság (NPE) azt méri, hogy az egyes trófikus szintek mennyire hatékonyan használják fel, és az élelmiszerekből származó energiát beépítik a biomasszába, hogy a következő trófikus szintet táplálják.
Az endotermák alacsony NPE-vel rendelkeznek, és több energiát használnak fel hőre és légzésre, mint az ektotermák, ezért a legtöbb endotermának gyakrabban kell ennie, mint az ektotermáknak, hogy megkapja a túléléshez szükséges energiát.
Mivel a szarvasmarha és más állatállomány alacsony NPE-vel rendelkezik, költségesebb az energiatartalom előállítása hús és egyéb állati termékek formájában, mint kukorica, szójabab és egyéb növények formájában.

Kulcsszavak

asszimiláció: a jelenlegi trofikus szint biomasszája az élelmiszer hiányos bevitele, a légzésre felhasznált energia és a hulladékként elveszett energia elszámolása után elszenvedett energia elszámolása után
a nettó fogyasztói termelékenység: energiatartalom a következő trófikus szint organizmusai számára elérhető
nettó termelési hatékonyság (NPE): egy trófikus szint azon képességének mérése, hogy az előző trofikus szinttől kapott energiát biomasszává alakítsa át
trófikus szintátviteli hatékonyság (TLTE): energiaátadás hatékonysága két egymást követő trófikus szint között

Ökológiai hatékonyság: energiatranszfer a trofikus szintek között

Nagy mennyiségű energia veszik el az ökoszisztémából az egyik és a következő szint között, miközben az őstermelőktől az energia a különböző fogyasztói és bontó trofikus szinteken keresztül áramlik. Ennek a veszteségnek a legfőbb oka a termodinamika második törvénye, amely kimondja, hogy valahányszor az energia egyik formából átalakul, a rendszerben rendellenesség (entrópia) alakul ki. A biológiai rendszerekben ez azt jelenti, hogy nagyon sok energia veszít anyagcsere-hőként, amikor az egyik trofikus szintről származó organizmusokat elfogyasztja a következő szint. Két egymást követő trófikus szint közötti energiaátviteli hatékonyság mérését trofikus szintátadási hatékonyságnak (TLTE) nevezik, és a következő képlet határozza meg:

Silver Springsben a TLTE az első két trófikus szint között megközelítőleg 14,8 százalék volt. A trofikus szintek közötti energiaátadás alacsony hatékonysága általában az a fő tényező, amely korlátozza az élelmiszerláncban megfigyelt táplálékláncok hosszát. Tény, hogy négy-hat energiaátadás után nincs elegendő energia egy újabb trófikus szint támogatásához. Az Ontario-tó ökoszisztéma táplálékhálójában csak három energiaátadás történt az őstermelő (zöldalgák) és a harmadlagos, vagyis csúcsfogyasztó (Chinook lazac) között.

Ábra \ (\ PageIndex \): Az Ontario-tó élelmiszerhálója: Ez az táplálékháló az organizmusok közötti kölcsönhatásokat mutatja az Ontario-tó ökoszisztémájának trófikus szintjein keresztül. Az őstermelők zöld színnel, az elsődleges fogyasztók narancssárgával, a másodlagos fogyasztók kék színnel, a harmadlagos (csúcs) fogyasztók lilával vannak felvázolva. A nyilak az elfogyasztott organizmusra mutatnak az őt fogyasztó szervezetre. Figyelje meg, hogy egyes vonalak több trófikus szintre mutatnak. Például az oposszum garnéla az őstermelőket és az elsődleges fogyasztókat egyaránt megeszi.

Az ökológusoknak sokféle módszere van az energiaátadások mérésére az ökoszisztémákon belül. Egyes transzfereket könnyebben vagy nehezebben lehet mérni, az ökoszisztéma összetettségétől és attól függően, hogy a tudósok mennyi hozzáféréssel rendelkeznek az ökoszisztéma megfigyeléséhez. Más szavakkal, egyes ökoszisztémákat nehezebb tanulmányozni, mint másokat; néha meg kell becsülni az energiaátadások számszerűsítését.

Nettó termelési hatékonyság

Egy másik fő paraméter, amely fontos az ökoszisztémán belüli energiaáramlás jellemzésében, a nettó termelési hatékonyság. A nettó termelési hatékonyság (NPE) lehetővé teszi az ökológusok számára annak számszerűsítését, hogy az adott trofikus szintű organizmusok mennyire hatékonyan építik be a kapott energiát a biomasszába. Kiszámítása a következő képlet segítségével történik:

A nettó fogyasztói termelékenység az energiatartalom, amely a következő trofikus szint organizmusai számára elérhető. Az asszimiláció a jelenlegi trofikus szint biomassza (területegységenként képződő energiatartalom), miután figyelembe veszik az élelmiszer hiányos bevitele, a légzésre felhasznált energia és a hulladékként elvesztett energia miatt elvesztett energiát. A hiányos fogyasztás arra a tényre utal, hogy egyes fogyasztók az ételüknek csak egy részét eszik meg. Például, ha egy oroszlán megöli az antilopot, akkor mindent megesz, kivéve a bőrt és a csontokat. Az oroszlánból hiányzik az energiadús csontvelő a csont belsejében, ezért az oroszlán nem használja fel az összes kalóriát, amelyet zsákmánya nyújthatna.

Így az NPE méri, hogy az egyes trófikus szintek mennyire hatékonyan használják fel, és beépítik az élelmiszerekből származó energiát a biomasszába, hogy a következő trofikus szintet táplálják. Általában a hidegvérű állatok (ektotermák), például a gerinctelenek, a halak, a kétéltűek és a hüllők kevesebb energiát használnak fel légzésre és hőre, mint a melegvérű állatok (endotermák), például a madarak és az emlősök. Az endotermákban keletkező többlethő, bár előnyt jelent ezen szervezeteknek a hidegebb környezetekben való aktivitása szempontjából, az NPE szempontjából jelentős hátrányt jelent. Ezért sok endotermának gyakrabban kell ennie, mint az ektotermáknak, hogy megszerezzék a túléléshez szükséges energiát. Általában az ektotermák NPE nagyságrenddel (10x) magasabb, mint az endotermáké. Például a hernyót elfogyasztó hernyó NPE-jét 18 százalékban mérték, míg a makkot esző mókus NPE-je akár 1,6 százalék is lehet.

A melegvérű állatok energiafelhasználásának hatástalansága széleskörűen kihat a világ élelmiszerellátására. Széles körben elfogadott, hogy a húsipar nagy mennyiségű növényt használ fel az állatok takarmányozására. Mivel az NPE alacsony, az állati takarmányból származó energia nagy része elvész. Például körülbelül 0,01 dollárba kerül 1000 étkezési kalória (kcal) kukorica vagy szójabab előállítása, de körülbelül 0,19 dollár hasonló mennyiségű kalóriát termelő szarvasmarha marhahúsfogyasztás céljából. A szarvasmarhákból származó tej azonos energiatartalma szintén költséges, körülbelül 0,16 USD/1000 kcal. Ennek a különbségnek nagy része a szarvasmarhák alacsony NPE-jének köszönhető. Így világszerte egyre növekszik a nem húsos és nem tejszerű élelmiszerek fogyasztásának előmozdítása, hogy kevesebb energiát pazaroljanak el az állatok etetése a húsiparban.