Energiestroom (ecosysteem): definitie, proces en voorbeelden

Een ecosysteem wordt gedefinieerd als een gemeenschap van verschillende organismen die in een bepaald gebied met elkaar en met hun omgeving in wisselwerking staan. Het is goed voor alle interacties en relaties tussen beide biotisch (woon) en abiotisch (niet-levende) factoren.

Energie is wat het ecosysteem drijft om te gedijen. En terwijl alle materie is geconserveerd in een ecosysteem, energie stroomt door een ecosysteem, wat betekent dat het niet wordt geconserveerd. Energie komt alle ecosystemen binnen als zonlicht en gaat geleidelijk als warmte terug naar het milieu.

Voordat energie echter als warmte uit het ecosysteem stroomt, stroomt het tussen organismen in een proces genaamd energiestroom. Het is deze energiestroom die van de zon komt en vervolgens van organisme naar organisme gaat, die de basis vormt van alle interacties en relaties binnen een ecosysteem.

De definitie van energiestroom is de overdracht van energie van de zon en elk volgend niveau van de voedselketen in een omgeving.

Elk niveau van energiestroom op de voedselketen in een ecosysteem wordt aangeduid met een trofisch niveau, dat verwijst naar de positie die een bepaald organisme of een bepaalde groep organismen in de voedselketen inneemt. Het begin van de keten, die zich onderaan de energiepiramide zou bevinden, is de eerste trofisch niveau. Het eerste trofische niveau omvat producenten en autotrofen die zonne-energie via fotosynthese omzetten in bruikbare chemische energie.

Het volgende niveau hoger in de voedselketen/energiepiramide zou worden beschouwd als de tweede trofisch niveau, die meestal wordt ingenomen door een type primaire consument zoals een herbivoor die planten of algen eet. Elke volgende stap in de voedselketen staat gelijk aan een nieuw trofisch niveau.

Naast trofische niveaus zijn er nog een paar termen die je moet kennen om de energiestroom te begrijpen.

Biomassa:biomassa is organisch materiaal of organisch materiaal. Biomassa is het fysieke organische materiaal waarin energie is opgeslagen, net als de massa waaruit planten en dieren bestaan.

Productiviteit: Productiviteit is de snelheid waarmee energie als biomassa in de lichamen van organismen wordt opgenomen. U kunt productiviteit voor alle trofische niveaus definiëren. Bijvoorbeeld, primair productiviteit is de productiviteit van primaire producenten in een ecosysteem.

Bruto primaire productiviteit (GPP): GPP is de snelheid waarmee de energie van de zon wordt vastgelegd in glucosemoleculen. Het meet in wezen hoeveel totale chemische energie wordt gegenereerd door primaire producenten in een ecosysteem.

Netto primaire productiviteit (NPP): NPP meet ook hoeveel chemische energie wordt opgewekt door primaire producenten, maar houdt ook rekening met de energie die verloren gaat door metabolische behoeften door de producenten zelf. NPP is dus de snelheid waarmee de energie van de zon wordt opgevangen en opgeslagen als biomassa, en het is gelijk aan de hoeveelheid beschikbare energie voor de andere organismen in het ecosysteem. NPP is altijd een lager bedrag dan GPP.

NPP varieert afhankelijk van het ecosysteem. Het hangt af van variabelen zoals:

• Beschikbaar zonlicht.
• Voedingsstoffen in het ecosysteem.
• Bodemkwaliteit.
• Temperatuur.
• Vochtigheid.
• CO₂ niveaus.
  

Energie komt ecosystemen binnen als zonlicht en wordt door producenten als landplanten, algen en fotosynthetische bacteriën omgezet in bruikbare chemische energie. Zodra deze energie via fotosynthese het ecosysteem binnenkomt en door die producenten wordt omgezet in biomassa, stroomt energie door de voedselketen wanneer organismen andere organismen eten.

Gras gebruikt fotosynthese, kever eet gras, vogel eet kever enzovoort.

Naarmate je hogere trofische niveaus bereikt en door de voedselketen gaat, is de energiestroom niet 100 procent efficiënt. Slechts ongeveer 10 procent van de beschikbare energie komt van het ene trofische niveau naar het volgende trofische niveau, of van het ene organisme naar het volgende. De rest van die beschikbare energie (ongeveer 90 procent van die energie) gaat verloren als warmte.

De netto productiviteit van elk niveau neemt met een factor 10 af naarmate je elk trofisch niveau omhoog gaat.

Waarom is deze overdracht niet 100 procent efficiënt? Er zijn drie hoofdredenen:

1. Niet alle organismen van elk trofisch niveau worden geconsumeerd: Zie het zo: de netto primaire productiviteit komt neer op alle beschikbare energie voor organismen in een ecosysteem dat door producenten wordt geleverd voor die organismen op hogere trofische niveaus. Om al die energie van dat niveau naar het volgende te laten stromen, betekent dit dat al die producenten zouden moeten worden verbruikt. Elk grassprietje, elk microscopisch stukje algen, elk blad, elke bloem enzovoort. Dat gebeurt niet, wat betekent dat een deel van die energie niet van dat niveau naar de hogere trofische niveaus stroomt.

2. Niet alle energie kan van het ene niveau naar het volgende worden overgebracht: De tweede reden waarom de energiestroom inefficiënt is, is dat bepaalde energie niet kan worden overgedragen en dus verloren gaat. Mensen kunnen bijvoorbeeld cellulose niet verteren. Hoewel die cellulose energie bevat, kunnen mensen het niet verteren en er energie uit halen, en het gaat verloren als "afval" (ook bekend als uitwerpselen).

Dit geldt voor alle organismen: er zijn bepaalde cellen en stukjes materie die ze niet kunnen verteren en die als afvalstof worden uitgescheiden/als warmte verloren gaan. Dus zelfs als de beschikbare energie van een stuk voedsel één hoeveelheid is, is het onmogelijk voor een organisme dat het eet om elke eenheid beschikbare energie binnen dat voedsel te verkrijgen. Een deel van die energie zal altijd verloren gaan.

3. Metabolisme verbruikt energie: Ten slotte verbruiken organismen energie voor: metabolische processen zoals cellulaire ademhaling. Deze energie is opgebruikt en kan dan niet worden overgedragen naar het volgende trofische niveau.

De energiestroom door voedselketens kan worden beschreven als de overdracht van energie van het ene organisme naar het andere, te beginnen bij de producenten en hoger in de keten naarmate organismen door elkaar worden geconsumeerd. Een andere manier om dit type ketting weer te geven of gewoon om de trofische niveaus weer te geven, is door middel van voedsel-/energiepiramides.

Omdat de energiestroom inefficiënt is, is het laagste niveau van de voedselketen bijna altijd het grootst in termen van zowel energie als biomassa. Daarom verschijnt het aan de basis van de piramide; dat is het niveau dat het grootst is. Naarmate je hoger komt op elk trofisch niveau of elk niveau van de voedselpiramide, nemen zowel energie als biomassa af. Daarom worden de niveaus kleiner in aantal en worden ze visueel kleiner naarmate je hoger in de piramide komt.

Zie het op deze manier: je verliest 90 procent van de beschikbare hoeveelheid energie als je elk niveau omhoog gaat. Slechts 10 procent van de energie stroomt mee, wat niet zoveel organismen kan ondersteunen als het vorige niveau. Dit resulteert in zowel minder energie als minder biomassa op elk niveau.

Dat verklaart waarom er meestal een groter aantal organismen lager in de voedselketen staat (zoals gras, insecten en kleine vissen, bijvoorbeeld) en een veel kleiner aantal organismen aan de top van de voedselketen (zoals beren, walvissen en leeuwen, bijvoorbeeld).

Hier is een algemene keten van hoe energie in een ecosysteem stroomt:

1. Energie komt het ecosysteem binnen via zonlicht als zonne energie.
2. primaire producenten (ook bekend als het eerste trofische niveau) zet die zonne-energie om in chemische energie via fotosynthese. Bekende voorbeelden zijn landplanten, fotosynthetische bacteriën en algen. Deze producenten zijn fotosynthetische autotrofen, wat betekent dat ze hun eigen voedsel/organische moleculen creëren met de energie van de zon en koolstofdioxide.
3. Een deel van die chemische energie die de producenten creëren, is dan in de zaak verwerkt waaruit die producenten bestaan. De rest gaat verloren als warmte en wordt gebruikt in de stofwisseling van die organismen.
4. Ze worden dan geconsumeerd door primaire consumenten (ook bekend als tweede trofisch niveau). Bekende voorbeelden zijn herbivoren en alleseters die planten eten. De energie die is opgeslagen in de materie van die organismen wordt overgebracht naar dat volgende trofische niveau. Een deel van de energie gaat verloren als warmte en als afval.
5. Het volgende trofische niveau omvat andere consumenten/roofdieren die de organismen op het tweede trofische niveau zullen opeten (secundaire consumenten, tertiaire consumenten, enzovoort). Bij elke stap die je omhoog gaat in de voedselketen gaat er wat energie verloren.
6. Als organismen sterven, ontbinders zoals wormen, bacteriën en schimmels breken de dode organismen af ​​en recyclen voedingsstoffen in het ecosysteem en nemen energie voor zichzelf. Zoals altijd gaat er nog steeds wat energie verloren als warmte.

Zonder producenten zou er geen enkele hoeveelheid energie in een bruikbare vorm in het ecosysteem kunnen komen. Energie moet continu het ecosysteem binnenkomen via zonlicht en die primaire producenten, anders zou het hele voedselweb/keten in het ecosysteem instorten en ophouden te bestaan.

Ecosystemen in gematigde bossen zijn een goed voorbeeld om te laten zien hoe de energiestroom werkt.

Het begint allemaal met de zonne-energie die het ecosysteem binnenkomt. Dit zonlicht plus koolstofdioxide zal worden gebruikt door een aantal primaire producenten in een bosomgeving, waaronder:

• Bomen (zoals esdoorn, eiken, essen en dennen).
• Grassen.
• Wijnstokken.
• Algen in vijvers/beekjes.

Vervolgens komen de primaire consumenten. In het gematigde bos zou dit onder meer herbivoren zijn zoals herten, verschillende herbivore insecten, eekhoorns, eekhoorns, konijnen en meer. Deze organismen eten de primaire producenten en nemen hun energie op in hun eigen lichaam. Een deel van de energie gaat verloren als warmte en afval.

Secundaire en tertiaire consumenten eten dan die andere organismen. In een gematigd bos omvat dit dieren zoals wasberen, roofinsecten, vossen, coyotes, wolven, beren en roofvogels.

Wanneer een van deze organismen sterft, breken de ontbinders de lichamen van de dode organismen af ​​en stroomt de energie naar de ontbinders. In een gematigd bos zijn dit onder meer wormen, schimmels en verschillende soorten bacteriën.

Het piramidale "stroom van energie"-concept kan ook met dit voorbeeld worden gedemonstreerd. De meest beschikbare energie en biomassa bevindt zich op het laagste niveau van de voedsel/energiepiramide: de producenten in de vorm van bloeiende planten, grassen, struiken en meer. Het niveau met de minste energie/biomassa staat bovenaan de piramide/voedselketen in de vorm van consumenten op hoog niveau zoals beren en wolven.

Terwijl mariene ecosystemen zoals een koraalrif heel anders zijn dan terrestrische ecosystemen zoals gematigde bossen, kun je zien hoe het concept van energiestroom op exact dezelfde manier werkt.

Primaire producenten in een koraalrifomgeving zijn meestal microscopisch plankton, microscopisch kleine plantachtige organismen die in het koraal worden aangetroffen en vrij drijvend in het water rond het koraalrif. Van daaruit consumeren verschillende vissen, weekdieren en andere plantenetende wezens, zoals zee-egels die in het rif leven, die producenten (meestal algen in dit ecosysteem) voor energie.

Energie stroomt dan naar het volgende trofische niveau, dat in dit ecosysteem grotere roofvissen zoals haaien en barracuda's zou zijn, samen met de murene, snappervissen, pijlstaartroggen, inktvissen en meer.

Afbrekers bestaan ​​ook in koraalriffen. Enkele voorbeelden zijn:

• Zee komkommers.
• Bacteriële soorten.
• Garnalen.
• Brosse zeester.
• Diverse krabsoorten (bijvoorbeeld de sierkrab).

Je kunt het concept van de piramide ook zien met dit ecosysteem. De meeste beschikbare energie en biomassa bevindt zich op het eerste trofische niveau en het laagste niveau van de voedselpiramide: de producenten in de vorm van algen en koraalorganismen. Het niveau met de minste energie en geaccumuleerde biomassa staat bovenaan in de vorm van consumenten op hoog niveau, zoals haaien.