Biologie-Kennis.nl

Zitten naast een berg meer, kun je kijken naar de laatste stralen van de zon die de aarde raken en genieten van de rust om je heen, wanneer je goed oplet zal je opvallen dat het om je heen allemaal veel dynamischer is dan je vooraf dacht. Kleine ringen vormen waar de vis insecten insecten pakt die in het water zijn gevallen. Een beek stroomt in het meer, het levert het meer een overvloed aan mineralen en organisch materiaal. Een lichte wind draagt de geur van het meer, gevormd door micro-organismen waarvan de activiteiten van invloed zijn op de samenstelling van de atmosfeer van de aarde. Meer dan alleen een lichaam van water, is het meer een op het ecosysteem, de som van alle levende organismen binnen haar grenzen en alle abiotische factoren waarmee ze omgaan.

Een ecosysteem kan een groot gebied omvatten, zoals een bos of een microcosm, zoals de ruimte onder een omgevallen boomstam of een klein zwembad. Zoals bij populaties en gemeenschappen, zijn de grenzen van een ecosystemen soms niet discreet. Veel ecologen Bekijken de hele biosfeer als een globaal ecosysteem, een samenstelling van alle lokale ecosystemen op aarde.

Ongeacht de grootte van een ecosysteem, bestaat haar dynamiek uit twee processen die niet volledig kunnen worden beschreven door bevolking of gemeenschap verschijnselen: energie stromen en chemische cyclussen. Energie komt de meeste ecosystemen binnen als zonlicht. Het wordt omgezet in chemische energie door autotrofen, doorgegeven aan heterotrofen in de organische verbindingen van voedsel, en afgevoerd als warmte. Chemische elementen, zoals koolstof en stikstof, cycleren tussen de abiotische en biotische componenten van het ecosysteem. Fotosynthetische organismen assimileren deze elementen in anorganische vorm uit de lucht, bodem, water en nemen ze op in hun biomassa, waarvan sommige wordt verbruikt door de dieren. De elementen worden terug gegeven in anorganische vorm aan het milieu door het metabolisme van planten en dieren en door andere organismen, zoals bacteriën en schimmels, die organische afvalstoffen en de dode organismen af breken.

Zowel energie en materie worden omgezet in ecosystemen door middel van fotosynthese en voedings relaties. In tegenstelling tot de kwestie, kan energie niet worden gerecycled. Daarom moet een ecosysteem worden gevoed door een continue toestroom van energie uit een externe bron, wat in de meeste gevallen, de zon is. Energie stroomt door de ecosystemen, terwijl materie cycleert binnen en via hen.

Hulpbronnen zijn van cruciaal belang voor menselijke overleving en welzijn, variërend van het voedsel dat we eten om de zuurstof die we inademen, het zijn allemaal producten van ecosysteem-processen. In dit hoofdstuk verkennen we de dynamiek van de energiestroom en chemische cyclussen, en benadrukken we de resultaten van het ecosysteem experimenten. Een manier om het ecosysteem te bestuderen is om te kijken naar omgevingsfactoren, zoals temperatuur of veranderingen aanbrengen in overvloed aan voedingsstoffen, en dan kijken hoe ecosystemen reageren. We zullen ook kijken naar enkele van de effecten van menselijke activiteiten inzake energie-flow en chemische cyclussen. Deze effecten zijn niet alleen duidelijk in de mens gedomineerde ecosystemen, zoals steden en boerderijen, maar ook in de meest afgelegen ecosystemen op aarde.

Fysieke wetten overzien energie flow en chemische cyclussen in ecosystemen.

Ecosysteem ecologen bestuderen de transformaties van energie en materie binnen een ecosysteem en meten de bedragen van zowel het ecosysteem de wat de grenzen oversteekt. Door het groeperen van een gemeenschap in trofische niveaus van voedingsrelaties, kunnen we de transformaties van energie in een ecosysteem volgen en de bewegingen van chemische elementen in kaart brengen.

 

Conservering van Energy.

Omdat ecosysteem ecologen de interacties van organismen met de fysieke omgeving bestuderen, zijn vele ecosysteem benaderingen op basis van de gevestigde wetten van fysica en scheikunde. De eerste wet van de thermodynamica, zegt dat energie niet kan worden gecreëerd of vernietigd, maar slechts kan worden overgedragen of getransformeerd. Zo kunnen we verantwoorden hoe de energie van de zon uiteindelijk wordt omgezet naar warmte die de organismen weer afgeven. Planten en andere fotosynthetische organismen zetten zonne-energie om naar chemische energie, maar de totale hoeveelheid energie verandert niet: de totale hoeveelheid energie opgeslagen in organische moleculen, wordt meer met de hoeveelheid energie die gereflecteerd en afgevoerd wordt als warmte en is dus gelijk aan de totale zonne-energie opgevangen door de plant. Een gebied van het ecosysteem ecologie gaat berekeningen maken zoals energie-budgetten en energiestroom door ecosystemen traceren om deze in factoren om te zetten die deze energie-overdracht begrijpen. Dergelijke overdrachten helpen bepalen hoeveel organismen een habitat kan ondersteunen en de hoeveelheid voedsel die de mens kan oogsten van een bepaalde plek.

Een implicatie van de tweede wet van de thermodynamica, die stelt dat elke uitwisseling van energie de entropie van het universum vergroot, wil zeggen dat energie conversies niet volledig efficiënt kunnen worden, energie gaat altijd verloren als warmte. Dit idee suggereert dat we de efficiëntie van de ecologische energie omzettingen op dezelfde manier meten als we de efficiëntie van gloeilampen en automotoren meten. Energie stroomt door de ecosystemen en wordt uiteindelijk afgevoerd naar de ruimte als warmte, dus als de zon niet continu energie leverde aan de Aarde, zouden de meeste ecosystemen verdwijnen.

 

Behoud van massa

Materie, zoals energie, kan niet worden gecreëerd of vernietigd. Deze wet over behoud van massa is zo net belangrijk voor ecosysteem ecologen als de wetten van de thermodynamica zijn. Omdat de massa behouden blijft, kunnen we bepalen hoeveel van een chemisch element binnen een ecosysteem is gewonnen of verloren over een bepaalde tijd.

In tegenstelling tot de energie, worden chemische elementen voortdurend gerecycled binnen ecosystemen. Een koolstofatoom in CO2 komt vrij uit de bodem door een reducent, wordt weer opgenomen door een grasspriet doormiddel van fotosynthese, gras wordt verteerd door een bizon of andere grazer, en keert terug in de bodem door de bizon zijn afval. Het meten en analyseren van deze chemische cyclussen in ecosystemen, en in de biosfeer als geheel, is een belangrijk aspect van het ecosysteem ecologie.

Hoewel elementen niet verloren gaan op een globale schaal, bewegen ze tussen ecosystemen als input en output. In een bos ecosysteem, de meeste minerale voedingsstoffen, de essentiële elementen die planten verkrijgen uit de bodem, komen als stof of als opgeloste stoffen in regenwater of worden verkregen uit de grond. Stikstof wordt ook geleverd door het biologische proces van stikstoffixatie. Aan de uitgaande zijde, keren gassen terug als elementen in de atmosfeer en water draagt materialen weg. Net als organismen, zijn ecosystemen open systemen, ze absorberen de energie, massa en warmte wat kan afgeven zijn als afvalproducten.

De meeste in-en uitgangen zijn klein in vergelijking met de bedragen die gerecycled worden binnen ecosystemen. Toch bepaalt de balans tussen input en output of een ecosysteem een bron of een zwart gat is voor een bepaald element. Als een minerale voedingsstoffen uitgave hoger is dan de input, zal het uiteindelijk de productie in dat systeem beperken. Menselijke activiteiten veranderen vaak sterk het saldo van in-en uitgangen.

Energie, massa en trofische niveaus

Ecologen wijzen organismen toe aan trofische niveaus op basis van hun belangrijkste bron van voeding en energie. Het trofische niveau dat bestaat uit autotrofen ondersteunt uiteindelijk alle andere organismen, worden ook wel de primaire producenten van het ecosysteem genoemd. De meeste autotrofen zijn fotosynthetische organismen die licht energie gebruiken om suikers en andere organische verbindingen te vormen, die zij dan gebruiken als brandstof voor cellulaire ademhaling en voor synthese van bouwmateriaal voor hun groei. Planten, algen en fotosynthetische prokaryoten zijn de biosfeer zijn belangrijkste autotrofen, hoewel chemosynthetische prokaryoten ook primaire producenten zijn in bepaalde ecosystemen, zoals diepzee hydrothermale bronnen en enkele lente-gevoede poelen in grotten.

Organismen in trofische niveaus boven de primaire producenten zijn heterotrofen, deze zijn direct of indirect afhankelijk van de biosynthetische productie van primaire producenten. Planteneters, welke planten en andere primaire producenten te eten, zijn de primaire consumenten. Vleeseters die herbivoren eten zijn secundaire consumenten en vleeseters die andere carnivoren eten zijn tertiaire consumenten.

Een andere belangrijke groep van heterotrofen bestaat uit de detritivoren. Detritivoren, of reducenten, zijn consumenten die hun energie krijgen van detritus, het niet-levende organisch materiaal, zoals de resten van dode organismen, uitwerpselen, afgevallen bladeren, en hout. Veel detritivoren worden op hun beurt opgegeten door secundaire en tertiaire consumenten. Twee belangrijke groepen van detritivoren zijn prokaryoten en schimmels Deze organismen scheiden enzymen die organisch materiaal verteren, ze nemen vervolgens de afbraakproducten op, en zorgen op die manier voor een link die de consumenten en de primaire producenten in een ecosysteem samenbrengt. In een bos, eten vogels regenwormen die zich voeden op bladafval en daarbij de bijbehorende prokaryoten en schimmels.

Nog belangrijker dan de kanalisering van middelen van producenten aan consumenten is de rol die detritivoren spelen in de recycling van chemische elementen terug naar de primaire producenten. Detritivoren zetten organisch materiaal om vanuit alle trofische niveaus naar anorganische verbindingen bruikbaar voor primaire producenten, zo sluiten ze de cyclus van de chemische elementen in een ecosysteem. Producenten kunnen deze elementen weer omzetten in organische verbindingen. Als afbraak stopte, zou al het leven op aarde ophouden omdat detritus opgestapeld wordt en de levering van chemische ingrediënten voor de synthese van nieuwe organische stof uitgeput raakt.