QUÈ ÉS LA LLEI DE L'DELME ECOLÒGIC O DE EL 10%? - BIOLOGIA - 2025

La llei de l'delme ecològic, llei ecològica o de l'10% planteja la forma en què viatja l'energia en la seva derivació pels diferents nivells tròfics. Se sol plantejar també que aquesta Llei és simplement una conseqüència directa de la segona llei de la termodinàmica.

L'energètica ecològica és una part de l'ecologia que es preocupa de quantificar les relacions que hem esbossat anteriorment. Es considera que Raymond Lindemann (específicament en el seu treball seminal de 1942), va ser qui va establir les bases d'aquesta àrea d'estudi.

Figura 1. Xarxa tròfica. Font: By Thompsma, from Wikimedia Commons

El seu treball es va centrar en els conceptes de cadena i xarxa tròfica, i en la quantificació de l'eficiència en la transferència de l'energia entre els diferents nivells tròfics.

Lindemann part de la radiació solar incident o energia que rep una comunitat, mitjançant la captura realitzada per les plantes a través de la fotosíntesi i continua monitoritzant aquesta captura i el seu ús subsecuente pels herbívors (consumidors primaris), després pels carnívors (consumidors secundaris) i finalment pels descomponedors.

En què consisteix la llei de l'delme ecològic?

Posteriorment a la feina pioner de Lindemann, es va assumir que les eficiències de transferència tròfica estaven al voltant de l'10%; de fet, alguns ecòlegs es van referir a una llei de l'10%. No obstant això, a partir de llavors, s'han generat múltiples confusions respecte a aquest tema.

Certament no hi ha una llei de la naturalesa que resulti precisament en què una desena part de l'energia que ingressa a un nivell tròfic, sigui la que es transfereix a el següent.

Per exemple, un recull d'estudis tròfics (en ambients marins i d'aigua dolça) va revelar que les eficiències de transferència per nivell tròfic van variar entre aproximadament 2 i 24%, tot i que la mitjana va ser de 10,13%.

Com a regla general, aplicable tant a sistemes aquàtics com terrestres, es pot dir que la productivitat secundària per part dels herbívors sol situar de manera aproximada, un ordre de magnitud per sota de la productivitat primària sobre la qual s'assenta.

Això freqüentment és una relació consistent que es manté en tots els sistemes de farratge i que sol esdevenir en estructures de l'tipus piramidal, en les quals la base és aportada per les plantes i sobre aquesta base s'assenta una altra més petita, dels consumidors primaris, sobre la qual s'assenta al seu torn una altra (més petita encara) de consumidors secundaris.

Nivells d'organització

Tots els éssers vius requereixen de matèria i energia; matèria per a la construcció dels seus cossos i energia per efectuar les seves funcions vitals. Aquest requeriment no es limita a un organisme individual, sinó que és extensiu a nivells superiors d'organització biològica que aquests individus poden conformar.

Aquests nivells d'organització són:

• Una població biològica: organismes de la mateixa espècie que viuen a la mateixa àrea específica.
• Una comunitat biològica: conjunt d'organismes d'espècies diferents o poblacions, que viuen en una àrea determinada i interactuen a través de relacions alimentàries o tròfiques).
• Un ecosistema: el nivell més complex d'organització biològica, constituït per una comunitat relacionada amb el seu ambient abiòtic -aigua, llum solar, clima i altres factors-, amb el qual interactua.

nivells tròfics

En un ecosistema la comunitat i l'ambient s'estableixen fluxos d'energia i de matèria.

Els organismes d'un ecosistema s'agrupen d'acord a un "paper" o "funció" que compleixen dins de les cadenes alimentàries o tròfiques; és així com es parla dels nivells tròfics dels productors, els consumidors i els descomponedors.

Al seu torn, tots i cadascun d'aquests nivells tròfics interactuen amb l'ambient fisicoquímic que aporta les condicions per a la vida i, a el mateix temps, actua de font i embornal d'energia i matèria.

conceptes fonamentals

Productivitat primària gruixuda i neta

En primer lloc hem de definir la productivitat primària, la qual és la taxa a la qual es produeix biomassa per unitat d'àrea.

Normalment s'expressa en unitats d'energia (Joules per metre quadrat i per dia), o en unitats de matèria orgànica seca (quilograms per hectàrea i per any), o com a carboni (massa de carboni en kg per metre quadrat per any).

De forma general, quan ens referim a tota l'energia fixada per la fotosíntesi, solem anomenar productivitat primària gruixuda (PPG).

D'aquesta, una proporció es gasta en la respiració dels mateixos autòtrofs (RA) i es perd en forma de calor. La producció primària neta (PPN) s'obté a l'restar aquesta quantitat a la PPG (PPN = PPG-RA).

Aquesta producció primària neta (PPN) és la que en última instància es troba disponible per al consum per part dels heteròtrofs (aquests són els bacteris, els fongs i la resta d'animals que coneixem).

productivitat secundària

La productivitat secundària (PS) es defineix com la taxa de producció de nova biomassa per part d'organismes heteròtrofs. A diferència de les plantes, els bacteris heteròtrofs, els fongs i els animals, no poden fabricar a partir de molècules simples dels compostos complexos i rics en energia que necessiten.

Ells obtenen la seva matèria i energia sempre de les plantes, la qual cosa poden fer directament a l'consumir material vegetal o indirectament a l'alimentar-se d'altres heteròtrofs.

És d'aquesta manera que les plantes o organismes fotosintètics en general (també anomenats productors), comprenen el primer nivell tròfic en una comunitat; els consumidors primaris (els que s'alimenten dels productors) conformen el segon nivell tròfic i els consumidors secundaris (també anomenats carnívors) integren el tercer nivell.

Eficiències de transferència i les rutes de l'energia

Les proporcions de la producció primària neta que flueixen al llarg de cadascuna de les possibles vies d'energia, depenen en última instància de les eficiències de transferència, és a dir, de la forma en què l'energia s'utilitza i passa d'un nivell a un altre.

Categories d'eficiència de transferència energètica

Hi ha tres categories d'eficiència de transferència energètica i, amb aquestes ben definides, podem predir el patró de el flux d'energia en els nivells tròfics. Aquestes categories són: l'eficiència de consum (EC), l'eficiència d'assimilació (EA) i l'eficiència de producció (EP).

Definim ara aquestes tres categories esmentades.

Matemàticament podem definir l'eficiència de consum (EC) de la següent manera:

EC = I _n / P _n-1 × 100

On podem veure que l'EC és un percentatge de la productivitat total disponible (P _n-1) que és efectivament ingerida pel compartiment tròfic contigu superior (I _n).

Per exemple, per als consumidors primaris en el sistema de pasturatge, l'EC és el percentatge (expressat en unitats d'energia i per unitat de temps) de la PPN que és consumida pels herbívors.

Si ens estiguéssim referint als consumidors secundaris, seria llavors equivalent a el percentatge de productivitat d'herbívors, consumit pels carnívors. La resta mor sense ser menjat i entra a la cadena de descomposició.

D'altra banda, l'eficiència d'assimilació s'expressa de la següent manera:

EA = A _n / I _n × 100

Novament ens referim a un percentatge, però aquesta vegada a la part de l'energia provinent de l'aliment, i ingerida en un compartiment tròfic per un consumidor (I _n) i que és assimilada pel seu sistema digestiu (A _n).

Aquesta energia serà la disponible per al creixement i per a l'execució de treball. El romanent (la part no assimilada) es perd amb la femta i entra llavors a el nivell tròfic dels descomponedors.

Finalment, l'eficiència de producció (EP) s'expressa com:

la qual és també un percentatge, però en aquest cas ens referim a l'energia assimilada (A _n) que acaba incorporant-se en nova biomassa (P _n). Tot el romanent energètic no assimilat és perdut en forma de calor durant la respiració.

Els productes com secrecions i / o excrecions (rics en energia), que han participat en processos metabòlics, poden considerar-se com producció, P _n, i estan disponibles, com cadàvers, per als descomponedors.

Eficiència de transferència global

Havent definit aquestes tres importants categories podem ara preguntar-nos per la "eficiència de transferència global" des d'un nivell tròfic a el següent, la qual ve donada simplement pel producte de les anteriorment esmentades eficiències (EC x EA x EP).

Expressat col·loquialment, podem dir que l'eficiència d'un nivell ve donada pel que es pot ingerir efectivament, que després s'assimila i acaba incorporant-se a nova biomassa.

A on va l'energia perduda?

La productivitat dels herbívors és sempre menor a la de les plantes de les quals s'alimenten. Podríem preguntar-nos llavors: ¿A on va l'energia perduda?

Per contestar aquesta pregunta hem de cridar l'atenció sobre els següents fets:

1. No tota la biomassa de les plantes és consumida pels herbívors, ja que molta d'ella mor i ingressa a el nivell tròfic de descomponedors (bacteris, fongs i la resta de detritívors).
2. No tota la biomassa consumida pels herbívors, ni la dels herbívors consumits al seu torn pels carnívors, és assimilada i està disponible per a ser incorporada a la biomassa de l'consumidor; una part es perd amb la femta i d'aquesta manera passa als descomponedors.
3. No tota l'energia que arriba a ser assimilada es converteix realment en biomassa, ja que una part es perd en forma de calor durant la respiració.

Això succeeix per dues raons bàsiques: En primer lloc, pel fet que no hi ha un procés de conversió d'energia que sigui 100% eficient. És a dir, sempre hi ha una pèrdua en forma de calor a la conversió, la qual cosa està en perfecta consonància amb la Segona Llei de la Termodinàmica.

En segon lloc, ja que els animals necessiten realitzar treball, la qual cosa requereix de despesa energètica i, això al seu torn, implica noves pèrdues en forma de calor.

Aquests patrons es succeeixen en tots els nivells tròfics, i tal com ho prediu la Segona Llei de la Termodinàmica, part de l'energia que s'intenta transferir d'un nivell a un altre, sempre es dissipa en forma de calor no utilitzable.

referències

1. Caswell, H. (2005). Food Webs: From Connectivity to Energetics. (H. Caswell, Ed.). Advances in Ecological Research (Vol. 36). Elsevier Ltd pp. 209.
2. Curtis, H. et al. (2008). Biologia. 7a Edició. Buenos Aires-Argentina: Editorial Mèdica Panamericana. pp. 1160.
3. Kitching, RL (2000). Food Webs and Container Hàbitats: The natural history and ecology of phytotelmata. Cambridge University Press. pp. 447.
4. Lindemann, RL (1942). The trophic-dynamic aspect of ecology. Ecology, 23, 399-418.
5. Pascual, M., and Dunne, JA (2006). Ecological Networks: Linking Structure to Dynamics in Food Webs. (M. Pascual & JA Dunne, Eds.) Santa Fe Institute Studies in the Sciences of Complexity. Oxford University Press. pp. 405.