2.2 Οργάνωση και λειτουργίες του οικοσυστήματος – Ο ρόλος της ενέργειας

Τροφικές σχέσεις και ροή ενέργειας

Εικ. 2.5 Σε ένα οικοσύστημα
οι οργανισμοί είναι αυτότροφοι
ή ετερότροφοι.

Εικ. 2.6 Τα φυτά είναι αυτότροφοι οργανισμοί και φωτοσυνθέτουν.
Η φωτοσύνθεση μπορεί να περιγραφεί απλά με την παρακάτω
χημική εξίσωση:
διοξείδιο του άνθρακα + νερό γλυκόζη + οξυγόνο

Εικ. 2.7 Ένας καταναλωτής χρησιμοποιεί μέρος
της ενέργειας που εξασφαλίζει από την τροφή του
για την κάλυψη των αναγκών του. Η διάσπαση των ουσιών της τροφής
γίνεται στο εσωτερικό του κυττάρου (κυτταρική αναπνοή). Η κυτταρική
αναπνοή μπορεί να περιγραφεί απλά με την παρακάτω χημική
εξίσωση:
γλυκόζη + οξυγόνο -> διοξείδιο του άνθρακα + νερό + ενέργεια

Κάθε οργανωμένο σύστημα, όπως, για παράδειγμα, ένα σπίτι, ένα αυτοκίνητο, ένα κύτταρο, ένας οργανισμός ή ένα οικοσύστημα, χρειάζεται ενέργεια προκειμένου να διατηρείται και να λειτουργεί σωστά. Όσο μάλιστα αυξάνεται η πολυπλοκότητά του, τόσο αυξάνονται και οι ενεργειακές του απαιτήσεις. Όλοι οι οργανισμοί καλύπτουν τις ανάγκες τους σε ενέργεια διασπώντας τις θρεπτικές ουσίες της τροφής τους. Με ποιους τρόπους όμως οι διάφοροι οργανισμοί ενός οικοσυστήματος εξασφαλίζουν τροφή;

Σε ένα οικοσύστημα υπάρχουν οργανισμοί οι οποίοι παράγουν μόνοι τους την τροφή τους. Για τον σκοπό αυτό αξιοποιούν απλά υλικά και ενέργεια που βρίσκουν στο άβιο περιβάλλον τους. Οι οργανισμοί αυτοί ονομάζονται αυτότροφοι. Οι αυτότροφοι οργανισμοί μετατρέπουν ανόργανες χημικές ουσίες, όπως το διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας και το νερό, σε οργανικές ενώσεις, όπως η γλυκόζη. Από τη διάσπαση αυτών των οργανικών ενώσεων εξασφαλίζεται στη συνέχεια η απαραίτητη ενέργεια. Οργανισμοί όπως είναι τα χερσαία και τα υδρόβια φυτά, καθώς και οι οργανισμοί του φυτοπλαγκτού (στα υδάτινα οικοσυστήματα) έχουν τη δυνατότητα να φωτοσυνθέτουν. Συνθέτουν δηλαδή οργανικές ενώσεις αξιοποιώντας την ηλιακή ενέργεια. Οι οργανισμοί αυτοί χαρακτηρίζονται ως παραγωγοί.

Οι παραγωγοί διασπούν ένα μέρος των οργανικών ενώσεων που οι ίδιοι συνθέτουν (κυτταρική αναπνοή) και με τον τρόπο αυτό εξασφαλίζουν ενέργεια για την κάλυψη άμεσων αναγκών. Όσες ενώσεις δεν διασπαστούν, αποθηκεύονται για μελλοντική χρήση. Αυτά τα αποθέματα θα αξιοποιηθούν, άμεσα ή έμμεσα, από άλλους οργανισμούς του οικοσυστήματος, που χαρακτηρίζονται ως ετερότροφοι.

Οι ετερότροφοι οργανισμοί (π.χ. ζώα, μύκητες) δεν διαθέτουν την ικανότητα να φωτοσυνθέτουν και να μετατρέπουν την ανόργανη ύλη σε οργανική. Διακρίνονται σε καταναλωτές και αποικοδομητές. Οι καταναλωτές τρέφονται με άλλους οργανισμούς του οικοσυστήματος και διακρίνονται σε τάξεις ανάλογα με τις βασικές

Εικ. 2.8 Οι οργανισμοί εξασφαλίζουν ενέργεια μέσω
της τροφής.

τροφικές τους προτιμήσεις. Τα φυτοφάγα ζώα, όπως η αγελάδα, το πρόβατο, ο λαγός και οι οργανισμοί του ζωοπλαγκτού (στα υδάτινα οικοσυστήματα), τρέφονται άμεσα με παραγωγούς και χαρακτηρίζονται ως καταναλωτές 1ης τάξης.

Τα σαρκοφάγα ζώα που τρέφονται με φυτοφάγα, όπως ο λύκος, το φίδι, οι σαρδέλες, ονομάζονται καταναλωτές 2ης τάξης. Τα σαρκοφάγα που τρέφονται με καταναλωτές 2ης τάξης, όπως ο αετός και ο βακαλάος, ανήκουν στους καταναλωτές 3ης τάξης κ.ο.κ.

Εικ. 2.9 Οι καταναλωτές μπορεί να είναι
ζώα φυτοφάγα ή σαρκοφάγα.

Ας σκεφτούμε

Ο άνθρωπος χαρακτηρίζεται ως καταναλωτής άλλοτε 1ης, άλλοτε 2ης και άλλοτε 3ης τάξης. Ποιες μπορεί να είναι οι τροφικές του προτιμήσεις σε κάθε περίπτωση;

Οι αποικοδομητές είναι βακτήρια, μύκητες ή πρωτόζωα που τρέφονται με «νεκρή» οργανική ύλη την οποία μετατρέπουν σε ανόργανη. Από όσα είδαμε μέχρι τώρα, μπορούμε να αντιληφθούμε πόσο σημαντική είναι η τροφοδότηση των οικοσυστημάτων με ενέργεια, κύρια πηγή της οποίας είναι ο Ήλιος. Η ενέργεια εισέρχεται διαμέσου των παραγωγών, με τη φωτοσύνθεση, και «διανέμεται» στους υπόλοιπους οργανισμούς του οικοσυστήματος, μέσα από τις τροφικές σχέσεις που αναπτύσσονται μεταξύ τους. Η πορεία αυτή χαρακτηρίζεται ως ροή ενέργειας.

Τροφικές αλυσίδες, τροφικά πλέγματα, τροφικές πυραμίδες

Οι οργανισμοί ενός οικοσυστήματος, αυτότροφοι και ετερότροφοι, συνδέονται με τροφικές σχέσεις. Αν θέλαμε να απεικονίσουμε τις τροφικές σχέσεις που αναπτύσσονται στο οικοσύστημα ενός λιβαδιού

Εικ. 2.11 Η ροή της ενέργειας στους οργανισμούς ενός οικοσυστήματος.
Οι μορφές της ενέργειας που δεν αξιοποιούνται από τους οργανισμούς
(π.χ. θερμότητα) χαρακτηρίζονται ως «ενεργειακές απώλειες».

Εικ. 2.12. Παράδειγμα τροφικών
σχέσεων μεταξύ των οργανισμών.

Εικ. 2.13. Τα τροφικά πλέγματα είναι πιο
πολύπλοκα από τις τροφικές αλυσίδες,
αποδίδουν όμως πιο πιστά την
πραγματικότητα. Μας παρέχουν επίσης
τη δυνατότητα να μελετήσουμε
ορισμένους από τους ρυθμιστικούς
μηχανισμούς με τους οποίους
επιτυγχάνεται η ισορροπία μέσα σε ένα
οικοσύστημα.

που φιλοξενεί ποώδη φυτά, λαγούς και αλεπούδες, θα παίρναμε το διάγραμμα της εικόνας 2.12.

Το απλό αυτό διάγραμμα που απεικονίζει τις τροφικές σχέσεις μεταξύ συγκεκριμένων πληθυσμών ενός οικοσυστήματος ονομάζεται τροφική αλυσίδα. Όμως οι τροφικές αλυσίδες δεν αποτελούν πάντα πιστή απεικόνιση της πραγματικότητας. Αυτό συμβαίνει επειδή κάθε καταναλωτής μπορεί να τρέφεται με οργανισμούς που ανήκουν σε διαφορετικούς πληθυσμούς. Η αλεπού, για παράδειγμα, δεν τρώει μόνο λαγούς. Μπορεί να τρώει και κότες. Εξαρτάται από το τι προτιμά να τρώει, αλλά και από το τι βρίσκει την κάθε φορά. Έτσι, αν θελήσουμε να καταγράψουμε τις τροφικές σχέσεις που πραγματικά αναπτύσσονται μεταξύ όλων των πληθυσμών που ανήκουν στο ίδιο οικοσύστημα, θα δημιουργήσουμε ένα πιο σύνθετο διάγραμμα, όπως αυτό της εικόνας 2.13, το οποίο ονομάζεται τροφικό πλέγμα.

Τα βέλη που συνδέουν τους πληθυσμούς μιας τροφικής αλυσίδας ή ενός τροφικού πλέγματος δείχνουν την πορεία της τροφής μέσα σε ένα οικοσύστημα. Για παράδειγμα, τα ποώδη φυτά αποτελούν τροφή για τους λαγούς και οι λαγοί αποτελούν τροφή για τις αλεπούδες. Εφόσον όμως η ενέργεια εξασφαλίζεται από τη διάσπαση των θρεπτικών ουσιών της τροφής, τα ίδια βέλη δηλώνουν ταυτόχρονα και τη ροή της ενέργειας μέσα σε ένα οικοσύστημα.

Μπορούμε να κατατάξουμε τους πληθυσμούς ενός οικοσυστήματος σε τροφικά επίπεδα. Κάθε τροφικό επίπεδο περιλαμβάνει το σύνολο των πληθυσμών που χρησιμοποιούνται ως κύρια τροφή από τους πληθυσμούς του αμέσως επόμενου επιπέδου. Για παράδειγμα, όλα τα διαφορετικά φυτά του λιβαδιού κατατάσσονται σε ένα τροφικό επίπεδο και όλοι οι φυτοφάγοι καταναλωτές (λαγοί, ποντίκια, σκουλήκια και σαλιγκάρια) στο αμέσως επόμενο. Όπως ήδη αναφέραμε, πηγή της ενέργειας είναι ο Ήλιος και πηγή των θρεπτικών ουσιών οι παραγωγοί. Μπορούμε λοιπόν να θεωρήσουμε ότι όλοι οι πληθυσμοί των παραγωγών ενός οικοσυστήματος ανήκουν στο πρώτο τροφικό επίπεδο. Στο δεύτερο τροφικό επίπεδο εντάσσονται τα φυτοφάγα ζώα (καταναλωτές πρώτης τάξης), στο τρίτο οι καταναλωτές δεύτερης τάξης κ.ο.κ.

Εικ. 2.14 Σε μια πυραμίδα πληθυσμού
συνήθως παρατηρούμε μείωση
πληθυσμού από επίπεδο σε επίπεδο,
προχωρώντας από το επίπεδο των
παραγωγών προς τα επίπεδα των
ανώτερων καταναλωτών.

Αν μετρήσουμε τον αριθμό των οργανισμών σε ένα οικοσύστημα, θα παρατηρήσουμε, κατά κανόνα, ότι υπάρχουν πολλά φυτά, λιγότερα φυτοφάγα ζώα, ακόμη λιγότερα σαρκοφάγα κ.ο.κ. Ο αριθμός των οργανισμών δηλαδή μειώνεται καθώς προχωράμε από το κατώτερο τροφικό επίπεδο (πρώτο) προς τα ανώτερα. Έτσι σχηματίζεται μια τροφική πυραμίδα αριθμού οργανισμών ή πληθυσμού.

Με ανάλογο τρόπο, αν αφαιρέσουμε το νερό και μετρήσουμε την ξηρή μάζα (βιομάζα) των οργανισμών κάθε τροφικού επιπέδου, μπορούμε να κατασκευάσουμε μια τροφική πυραμίδα βιομάζας.

Καθώς μειώνεται ο αριθμός των οργανισμών και η βιομάζα, μειώνεται ανάλογα και το ποσό ενέργειας. Το μεγαλύτερο ποσό ενέργειας περιέχεται στο πρώτο τροφικό επίπεδο (παραγωγοί) και το ποσό αυτό μειώνεται από το κατώτερο προς τα ανώτερα επίπεδα. Έτσι σχηματίζεται μια τροφική πυραμίδα ενέργειας.

Εικ. 2.15 Αν υπολογίσουμε τη βιομάζα
των οργανισμών κάθε τροφικού
επιπέδου, σχηματίζεται μια τροφική
πυραμίδα βιομάζας. Σε κάθε τροφικό
επίπεδο αυτής της πυραμίδας «περνάει»
το 10% του αμέσως προηγούμενου.

Εικ. 2.16 Στην τροφική πυραμίδα
ενέργειας, σε κάθε τροφικό
επίπεδο «περνάει» το 10%
του αμέσως προηγούμενου.

Ας σκεφτούμε

Πώς εξηγείται το γεγονός ότι η ενέργεια μειώνεται καθώς προχωράμε από το κατώτερο προς τα ανώτερα επίπεδα μιας τροφικής πυραμίδας ενέργειας;

Ερωτήσεις

Προβλήματα

Δραστηριότητες

1. Να βάλετε σε κύκλο το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση:

Α. Οι καταναλωτές πρώτης τάξης τρέφονται:

α. με σαρκοφάγα ζώα

β. με φυτά

γ. με φυτοφάγα ζώα

δ. με νεκρή οργανική ύλη

B. Στο πρώτο τροφικό επίπεδο μιας πυραμίδας βιομάζας εντάσσονται:

α. οι παραγωγοί

β. οι καταναλωτές πρώτης τάξης

γ. καταναλωτές δεύτερης τάξης

δ. οι κορυφαίοι καταναλωτές

2. Στην παρακάτω εικόνα να τοποθετήσετε σωστά τα βέλη, ώστε να σχηματιστούν οι τροφικές αλυσίδες.

3. Στις τροφικές αλυσίδες που ακολουθούν να συμπληρώσετε τον οργανισμό που λείπει:

4. Στο παρακάτω σχήμα (1) απεικονίζεται μία τροφική πυραμίδα. Αφού την παρατηρήσετε, να σχηματίσετε με τους οργανισμούς (2) μία τροφική αλυσίδα ώστε να αποδίδεται σωστά η τροφική τους σχέση.

5. Αν συμπληρώσετε σωστά το παρακάτω σταυρόλεξο, στη χρωματιστή στήλη θα σχηματιστεί το «τροφικό» διάγραμμα που απεικονίζει πραγματικά τις τροφικές σχέσεις ενός οικοσυστήματος.

1. Είναι τα φυτά σε ένα οικοσύστημα.

2. Δείχνουν ποιος τρώει ποιον σε μία τροφική αλυσίδα.

3. Η ροή της απεικονίζεται σε κάθε τροφική αλυσίδα.

4. Είναι απαραίτητοι για να κατασκευάσουμε ένα τροφικό πλέγμα.

5. Την κατασκεύαζαν οι Φαραώ, αλλά μπορεί να είναι και τροφική.

6. Αυτόν μετράμε για να κατασκευάσουμε μία πυραμίδα πληθυσμού.