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Niveaux trophiques et perte d'énergie

Niveaux trophiques et perte d'énergie


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Juste une question générale sur les niveaux trophiques. Traditionnellement, on pense qu'un ordre de grandeur d'énergie est perdu lorsque l'on passe d'un niveau trophique à un niveau trophique. Je suis confus ici car il semble pour moi, le contenu énergétique de certains consommateurs primaires est supérieur sinon égal à un nombre égal de producteurs. Prenez un lot de 1 acre d'herbe contre un lot de 1 acre de vaches ; le contenu calorique des vaches est sûrement supérieur à celui de l'herbe non ? Une coupe de bœuf d'une once contient plus de calories qu'une once d'herbe. J'imagine que pour le plancton ou les insectes, peut-être que le contenu énergétique n'est pas aussi conservé car ils peuvent stocker moins d'énergie et manger moins. Ma question est donc de savoir si cette baisse d'un ordre de grandeur est une règle ou juste une "règle empirique" ou si je cadre mal le tout.

Merci


46.2B : Productivité dans les niveaux trophiques

  • Contribution de Boundless
  • Microbiologie générale chez Boundless

La productivité, mesurée par la productivité primaire brute et nette, est définie comme la quantité d'énergie qui est incorporée dans une biomasse.

  • Expliquer le concept de production primaire et faire la distinction entre la production primaire brute et la production primaire nette

Niveaux trophiques

Les positions d'alimentation dans une chaîne ou un réseau alimentaire sont appelées niveaux trophiques. Les différents niveaux trophiques sont définis dans le Table au dessous de. Des exemples sont également donnés dans le tableau. Toutes les chaînes et réseaux alimentaires ont au moins deux ou trois niveaux trophiques. Généralement, il y a un maximum de quatre niveaux trophiques.

Niveau trophique Où trouver de la nourriture Exemple
1er niveau trophique : Producteur Fait sa propre nourriture Les plantes font de la nourriture
2e niveau trophique : consommateur principal Consomme les producteurs Les souris mangent des graines de plantes
3e niveau trophique : consommateur secondaire Consomme les consommateurs primaires Les serpents mangent les souris
4ème niveau trophique : Consommateur tertiaire Consomme des consommateurs secondaires Les faucons mangent des serpents

De nombreux consommateurs se nourrissent à plus d'un niveau trophique. Les humains, par exemple, sont les principaux consommateurs lorsqu'ils mangent des plantes telles que des légumes. Ils sont des consommateurs secondaires lorsqu'ils mangent des vaches. Ce sont des consommateurs tertiaires lorsqu'ils mangent du saumon.

Niveaux trophiques et énergie

L'énergie est transmise le long d'une chaîne ou d'un réseau alimentaire des niveaux trophiques inférieurs aux niveaux supérieurs. Cependant, en général, seulement environ 10 pour cent de l'énergie à un niveau est disponible pour le niveau suivant. Ceci est représenté par le pyramide écologique dans Chiffre au dessous de. Qu'arrive-t-il aux 90 % d'énergie restants ? Il est utilisé pour des processus métaboliques ou rejeté dans l'environnement sous forme de chaleur. Cette perte d'énergie explique pourquoi il y a rarement plus de quatre niveaux trophiques dans une chaîne ou un réseau alimentaire. Parfois, il peut y avoir un cinquième niveau trophique, mais il ne reste généralement pas assez d'énergie pour supporter des niveaux supplémentaires.

Pyramide écologique. Cette pyramide montre comment l'énergie et la biomasse diminuent des niveaux trophiques inférieurs aux niveaux supérieurs. Supposons que les producteurs de cette pyramide aient 1 000 000 de kilocalories d'énergie. Quelle est la quantité d'énergie disponible pour les consommateurs primaires ?

Les pyramides écologiques peuvent démontrer la diminution de l'énergie, de la biomasse ou du nombre au sein d'un écosystème.

Niveaux trophiques et biomasse

Avec moins d'énergie à des niveaux trophiques plus élevés, il y a aussi généralement moins d'organismes. Les organismes ont tendance à être de plus grande taille aux niveaux trophiques plus élevés, mais leur plus petit nombre se traduit par une biomasse moindre. Biomasse est la masse totale des organismes à un niveau trophique. La diminution de la biomasse des niveaux inférieurs aux niveaux supérieurs est également représentée par Chiffre dessus.


Pourquoi y a-t-il une perte d'énergie aux niveaux trophiques supérieurs de la chaîne alimentaire ?

Un niveau trophique est simplement un niveau d'alimentation. La perte récurrente d'énergie due à l'activité métabolique limite la quantité d'énergie disponible aux niveaux trophiques supérieurs. En règle générale, c'est l'apport de nutriments aux producteurs primaires qui contrôle en fin de compte le fonctionnement des écosystèmes. Si l'apport en nutriments augmente, le résultat est une augmentation de la production d'autotrophes. Tous les autres niveaux trophiques répondront à la disponibilité accrue de nourriture.


L'énergie est perdue à chaque niveau trophique parce que les niveaux trophiques perdent de la puissance en raison de plusieurs inefficacités dans le système. En réduisant la chaîne alimentaire, il y a moins d'énergie et de biomasse perdue d'un niveau trophique à l'autre. Le mode de vie à chaque niveau trophique dans un écosystème a des caractéristiques spécifiques qui affectent l'efficacité du transfert d'énergie.


Le flux d'énergie : niveaux trophiques supérieurs

La plupart d'entre vous connaissent maintenant le concept de niveau trophique (voir la figure 1). Il s'agit simplement d'un niveau d'alimentation, comme souvent représenté dans une chaîne alimentaire ou un réseau trophique. Les producteurs primaires constituent le niveau trophique inférieur, suivis des consommateurs primaires (herbivores), puis des consommateurs secondaires (carnivores se nourrissant d'herbivores), etc. Lorsque nous parlons de "remonter" la chaîne alimentaire, nous parlons au sens figuré et voulons dire que nous passons des plantes aux herbivores puis aux carnivores. Cela ne tient pas compte des décomposeurs et des détritivores (organismes qui se nourrissent de matière organique morte), qui constituent leurs propres voies trophiques très importantes.

Le transfert d'énergie vers des niveaux trophiques supérieurs

Au cours du processus, un travail métabolique est effectué et l'énergie des liaisons chimiques est convertie en énergie thermique. Si la centrale nucléaire n'était pas consommée, elle s'accumulerait quelque part. Habituellement, cela ne se produit pas, mais pendant les périodes de l'histoire de la Terre telles que le Carbonifère et le Pennsylvanien, d'énormes quantités de centrales nucléaires dépassant la consommation se sont accumulées dans les marécages. Il a été enterré et comprimé pour former les gisements de charbon et de pétrole que nous exploitons aujourd'hui. Lorsque nous brûlons ces dépôts (même réaction chimique que ci-dessus sauf qu'il y a une plus grande énergie produite) nous libérons l'énergie pour faire fonctionner les machines de l'industrie, et bien sûr le CO2 se retrouve dans l'atmosphère sous forme de gaz à effet de serre. C'est la situation que nous avons aujourd'hui, où l'excès de CO2 provenant de la combustion de ces dépôts (ancien excès de centrale nucléaire) se rend dans l'atmosphère et s'accumule avec le temps.

  • Seule une fraction de l'énergie disponible à un niveau trophique est transférée au niveau trophique suivant. La règle empirique est de 10 %, mais c'est très approximatif.
  • Typiquement, le nombre et la biomasse des organismes diminuent à mesure que l'on monte dans la chaîne alimentaire.

Un exemple : le renard et le lièvre


Un lièvre (ou une population de lièvres) ingère de la matière végétale que nous appellerons ainsi ingestion. Une partie de cette matière est traitée par le système digestif et utilisée pour fabriquer de nouvelles cellules ou de nouveaux tissus, et cette partie s'appelle assimilation. Ce qui ne peut pas être assimilé, par exemple peut-être certaines parties des tiges ou des racines de la plante, sort du corps du lièvre et c'est ce qu'on appelle excrétion. On peut donc faire la définition suivante : Assimilation = (Ingestion - Excrétion). L'efficacité de ce processus d'assimilation varie chez les animaux, allant de 15 à 50 % si la nourriture est de la matière végétale, et de 60 à 90 % si la nourriture est de la matière animale.

Le lièvre utilise une fraction importante de l'énergie assimilée en étant simplement un lièvre - maintenant une température corporelle élevée et constante, synthétisant des protéines et sautillant. Cette énergie utilisée (perdue) est attribuée à la respiration cellulaire. Le reste sert à produire plus de biomasse de lièvre par croissance et reproduction. La conversion de l'énergie assimilée en nouveau tissu est appelée production secondaire chez les consommateurs, et c'est conceptuellement la même chose que la production primaire ou la centrale nucléaire des usines. Dans notre exemple, la production secondaire du lièvre est l'énergie disponible pour les renards qui mangent les lièvres pour leurs besoins. De toute évidence, en raison de tous les coûts énergétiques des lièvres engagés dans des activités métaboliques normales, l'énergie disponible pour les renards est bien inférieure à l'énergie disponible pour les lièvres.

Tout comme nous avons calculé l'efficacité d'assimilation ci-dessus, nous pouvons également calculer le efficacité de production nette pour tout organisme. Cette efficacité est égale à la production divisée par l'assimilation pour les animaux, ou le NPP divisé par le GPP pour les plantes. La « production » se réfère ici à la croissance et à la reproduction. Sous forme d'équation, on a efficacité de production nette = (production / assimilation), ou pour les plantes = (CNP / GPP). Ces ratios mesurent l'efficacité avec laquelle un organisme convertit l'énergie assimilée en production primaire ou secondaire.

Ces efficacités varient selon les organismes, en grande partie en raison de besoins métaboliques très différents. Par exemple, les vertébrés utilisent en moyenne environ 98% de l'énergie assimilée pour le métabolisme, ne laissant que 2% pour la croissance et la reproduction. En moyenne, les invertébrés n'utilisent que

80% d'énergie assimilée pour le métabolisme, et présentent ainsi une plus grande efficacité de production nette (

20%) que les vertébrés. Les usines ont les rendements de production nets les plus élevés, qui varient de 30 à 85 %. La raison pour laquelle certains organismes ont une efficacité de production nette si faible est qu'ils sont homéothermes, ou des animaux qui maintiennent une température corporelle interne constante. Cela nécessite beaucoup plus d'énergie que ce qui est utilisé par poïkilothermes, qui sont des organismes qui ne régulent pas leur température en interne.

Tout comme nous pouvons construire notre compréhension d'un système de l'individu à la population à la communauté, nous pouvons maintenant examiner des niveaux trophiques entiers en calculant les efficacités écologiques. Efficacité écologique est défini comme l'approvisionnement énergétique disponible au niveau trophique N + 1, divisé par l'énergie consommée par le niveau trophique N. Vous pourriez le considérer comme l'efficacité des lièvres à convertir les plantes en nourriture pour le renard. Sous forme d'équation pour notre exemple, le efficacité écologique = (production de renard / production de lièvre).

Penser l'efficacité écologique nous ramène à notre première règle pour le transfert d'énergie à travers les niveaux trophiques et en amont de la chaîne alimentaire. En général, seulement environ 10 % de l'énergie consommée par un niveau est disponible pour le suivant. Par exemple, si les lièvres consommaient 1000 kcal d'énergie végétale, ils pourraient ne pouvoir former que 100 kcal de nouveau tissu de lièvre. Pour que la population de lièvres soit stable (ni en augmentation ni en diminution), la consommation annuelle de lièvres par les renards devrait à peu près égaler la production annuelle de nouvelle biomasse de lièvres. Ainsi, les renards consomment environ 100 kcal de biomasse de lièvre et convertissent peut-être 10 kcal en nouvelle biomasse de renard. En fait, cette efficacité écologique est assez variable, avec des homéothermes en moyenne de 1 à 5 % et des poïkilothermes en moyenne de 5 à 15 %. La perte globale d'énergie des niveaux trophiques inférieurs aux niveaux supérieurs est importante pour définir le nombre absolu de niveaux trophiques que tout écosystème peut contenir.

De cette compréhension, il devrait être évident que la masse des renards devrait être inférieure à la masse des lièvres, et la masse des lièvres inférieure à la masse des plantes. En général, c'est vrai, et nous pouvons représenter ce concept visuellement en construisant une pyramide de biomasse pour n'importe quel écosystème (voir Figure 3).

Figure 3. Une pyramide de biomasse montrant les producteurs et les consommateurs.

Pyramides de la biomasse, de l'énergie et des nombres

On pourrait aussi construire un pyramide des nombres, qui comme son nom l'indique représente le nombre d'organismes dans chaque niveau trophique (voir la figure 4a). Pour les océans comme le montre la figure 4, le niveau du fond serait assez grand, en raison du nombre énorme de petites algues. Pour d'autres écosystèmes, la pyramide des nombres pourrait être inversée : par exemple, si la communauté végétale d'une forêt n'était composée que d'une poignée de très grands arbres, et pourtant il y avait plusieurs millions d'insectes brouteurs qui mangeaient la matière végétale.

Tout comme avec la pyramide inversée des nombres, à quelques rares exceptions près, il pourrait y avoir une pyramide inversée de la biomasse, où la biomasse du niveau trophique inférieur est inférieure à la biomasse du niveau trophique supérieur suivant. Les océans sont une telle exception car à tout moment, la quantité totale de biomasse dans les algues microscopiques est faible. Ainsi une pyramide de biomasse pour les océans peut apparaître inversée (voir la figure 4b). Vous devriez maintenant demander "comment cela peut-il être?" Si la quantité d'énergie dans la biomasse à un niveau fixe la limite d'énergie dans la biomasse au niveau suivant, comme ce fut le cas avec les lièvres et les renards, comment pouvez-vous avoir moins d'énergie au niveau trophique inférieur ? C'est une bonne question, et on peut y répondre en considérant, comme nous l'avons vu dans la dernière leçon, l'aspect très important du "temps". Même si la biomasse peut être faible, le TAUX auquel la nouvelle biomasse est produite peut être très élevé. Ainsi, au fil du temps, c'est la quantité de nouvelle biomasse produite, quel que soit le stock permanent de biomasse, qui est importante pour le prochain niveau trophique.

Nous pouvons examiner cela plus en détail en construisant un pyramide d'énergie, qui montre les taux de production plutôt que la récolte sur pied. Une fois fait, la figure de l'océan aurait la forme caractéristique d'une pyramide (voir la figure 4c). Les populations d'algues peuvent doubler en quelques jours, alors que le zooplancton qui s'en nourrit se reproduit plus lentement et peut doubler en nombre en quelques mois, et les poissons qui se nourrissent de zooplancton ne se reproduisent qu'une fois par an. Ainsi, une pyramide d'énergie prend en compte le taux de renouvellement des organismes, et ne peut jamais être inversé.

Figure 4 : Pyramides des nombres, de la biomasse et de l'énergie pour les océans.

Nous voyons que la réflexion sur les pyramides d'énergie et le temps de rotation est similaire à nos discussions sur le temps de résidence des éléments. Mais ici, nous parlons du temps de séjour de « l'énergie ». Le temps de séjour de l'énergie est égal à l'énergie dans la biomasse divisée par la productivité nette, Rt = (énergie en biomasse / productivité nette). Si nous calculons le temps de résidence de l'énergie dans les producteurs primaires de divers écosystèmes, nous constatons que les temps de résidence varient d'environ 20-25 ans pour les forêts (à la fois les forêts tropicales humides et les forêts boréales), jusqu'à

3 à 5 ans pour les prairies et enfin à seulement 10 à 15 jours pour les lacs et les océans. Cette différence de temps de résidence entre les écosystèmes aquatiques et terrestres se reflète dans les pyramides de biomasse, comme discuté ci-dessus, et est également très importante à considérer dans l'analyse de la façon dont ces différents écosystèmes réagiraient à une perturbation ou quel schéma pourrait être le mieux utilisé pour gérer le ressources de l'écosystème.

Les humains et la consommation d'énergie

Nous pouvons commencer par examiner les entrées et les sorties :

  1. Quelle quantité de centrale nucléaire les humains utilisent directement, comme nourriture, combustible, fibre, bois. Cela donne un estimation basse d'appropriation humaine de la centrale nucléaire.
  2. Productivité totale des terres entièrement consacrées aux activités humaines. Cela comprend la centrale nucléaire totale des terres cultivées, ainsi que l'énergie consommée pour allumer des feux pour défricher les terres. Cela donne un estimation moyenne.
  3. UNE estimation haute est obtenu en incluant la perte de capacité de production résultant de la conversion de terres ouvertes en villes, de forêts en pâturages, et en raison de la désertification et d'autres utilisations excessives des terres. Il s'agit d'une estimation de l'impact total de l'homme sur la productivité terrestre.
    Unités: Nous utiliserons le Pg ou Pédagramme de matière organique (= 10 15 g, = 10 9 tonnes métriques, = 1 "gigaton") (1 tonne métrique = 1 000 kg).


Le tableau 1 fournit des estimations de la centrale nucléaire totale du monde. Il est possible que la centrale nucléaire souterraine soit sous-estimée, de même que la centrale nucléaire marine pourrait être sous-estimée parce que la contribution des plus petites cellules planctoniques n'est pas bien connue. Total = 224,5 pages
Tableau 1: Superficie par type de couverture et total
(de Atjay et al. 1979 et De Vooys 1979).

Type d'écosystème Superficie
(x 10 6 km 2 )
Centrale nucléaire
(Page)
forêt 31 48.7
Bois, prairies et savane 37 52.1
Déserts 30 3.1
Arctique-alpin 25 2.1
Terre cultivée 16 15.0
Espace humain 2 0.4
Autre terrestre
(chapparral, tourbières, marécages, marais)
6 10.7
Sous-total terrestre 147 132.1
Lacs et ruisseaux 2 0.8
Marin 361 91.6
Sous-total aquatique 363 93.4
Le total 510 224.5

1. Le calcul bas : (Voir Tableau 2)

(une) Matériel végétal directement consommé = 5 milliards de personnes X 2500 kcal/personne/jour X 0,2 (pour convertir kcal -- matière organique) = 0,91 Pg de matière organique. Si l'on suppose que 17% de ces calories proviennent de produits animaux, les humains consomment directement 0,76 ug de matière végétale. L'estimation de la récolte humaine de céréales et d'autres cultures végétales est de 1,15 pg par an. Cela implique une perte, une détérioration ou un gaspillage de 0,39 ug, soit 34 % de la récolte totale.

(b) Consommation par le bétail: les estimations vont de 2,8 à 5 Pg, et il semble y avoir une certaine incertitude ici. Notre estimation basse utilise 2,2 Pg.

(c) Les forêts: la récolte de bois de construction et de fibre est bien connue. La quantité utilisée pour le bois de chauffage, en particulier sous les tropiques, ne l'est pas. Le tableau donne une estimation basse.

(ré) Récolte de poisson: 0,075 Pg de poids humide = 0,02 Pg de poids sec. Si nous supposons que le poisson moyen est de deux transferts trophiques (@ 10 % chacun) au-dessus des producteurs primaires, la NPP pour produire ces poissons était de 2 Pg par an.

Total : Les humains consomment 7,2 Pg de matière organique directement chaque année. Cela représente environ 3 % de la centrale nucléaire annuelle totale de la biosphère.

2. Le calcul intermédiaire : (Voir Tableau 3)

Nous ajoutons au faible calcul la quantité de NPP cooptée par l'homme. C'est:

(a) Toutes les terres cultivées NPP

(b) Tous les pâturages qui ont été convertis à partir d'autres types d'écosystèmes, les centrales nucléaires consommées par le bétail sur les pâturages naturels et les incendies causés par l'homme

(c) Un certain nombre d'utilisations des terres forestières

(d) Zones occupées par des humains, y compris les pelouses, les parcs, les terrains de golf, etc.

Le total est de 42,6 Pg de NPP par an, soit 19% de la NPP mondiale.

Tableau 3:Calcul intermédiaire de la NPP cooptée par l'homme

La source Centrale nucléaire
Coopté
(Page)
Terre cultivée 15.0
Pâturages :
Pâturages convertis
Consommé sur les pâturages naturels
Brûlé sur des pâturages naturels
Total

9.8
0.8
1.0
11.6
Terres forestières :
Tué pendant la récolte, non utilisé
Culture itinérante
Défrichage
Productivité des plantations forestières
Récoltes forestières
Total

1.3
6.1
2.4
1.6
2.2
13.6
Zones occupées par l'homme 0.4
SOUS-TOTAL TERRESTRE 40.6
Écosystèmes aquatiques 2.0
LE TOTAL 42.6
Pourcentage terrestre coopté
(40.6/132.1)
30.7
Pourcentage aquatique coopté
(2.0/92.4)
2.2

3. Le calcul élevé : (voir le tableau 4)

Pour l'estimation haute, nous incluons maintenant à la fois les centrales nucléaires cooptées et les centrales nucléaires potentielles perdues du fait des activités humaines :

(a) Les terres cultivées sont susceptibles d'être moins productives que les systèmes naturels qu'elles remplacent. Si nous utilisons les estimations de production des savanes-prairies, il semble que la production des terres cultivées soit inférieure de 9 Pg.

(b) Conversion de la forêt en pâturage: les quelque 7 millions de km 2 de forêt convertis en pâturages représentent une perte de 1,4 Pg.

(c) Surutilisation: Quelque 35 millions de km 2 de terres sont devenus plus arides et moins productifs à cause de la surexploitation humaine, quelque 15 millions de km 2 le sont gravement. En utilisant les estimations de la NPP pour la savane sèche, la NPP mondiale a été réduite de 4,5 Pg.

(ré) Conversion des terres: En supposant que les 2 millions de km 2 de terres dans les villes, les autoroutes, etc. aient une productivité équivalente à celle des forêts naturelles, 2,6 Pg de NPP sont perdus.


Les le total car l'estimation haute est de 58,1 Pg de centrales nucléaires utilisées, cooptées ou perdues. Nous devons également ajouter la centrale nucléaire potentielle à la centrale nucléaire mondiale estimée avant de calculer la fraction appropriée par les humains. Cela nous donne 58,1/149,6, ou presque 40 % de la production terrestre potentielle (environ 25 % de la production terrestre + aquatique). Avertissement : Ces estimations sont basées sur les meilleures données disponibles et sont approximatives. Ils donnent probablement le bon ordre de grandeur.

Tableau 4: Calcul élevé de NPP coopté par l'homme.
Ajouts au tableau 3 provenant de processus qui cooptent ou dégradent les centrales nucléaires.

Traiter Montant
(Page)
Total terrestre précédent (tableau 3) 40.6
Baisse des centrales nucléaires dans l'agriculture 9
Conversion de la forêt en pâturage 1.4
Désertification 4.5
Perte aux zones humaines 2.6
Total terrestre 58.1
Pourcentage terrestre coopté ou perdu
(58.1/149.8)
38.8
Pourcentage terrestre et aquatique coopté
ou perdu [60,1/(149,8+92,4)]
24.8

Que pouvons-nous conclure de l'analyse ci-dessus du devenir de la production primaire nette dans notre monde ?

(a) L'utilisation humaine de la productivité marine est relativement faible. De plus, bien que les principaux stocks de poissons soient fortement exploités et que de nombreuses zones côtières soient gravement polluées, l'impact humain sur les mers est moindre que sur terre.

(b) Sur terre, une espèce, Homo sapiens, commande environ 40 % de la centrale nucléaire terrestre totale. Cela ne s'est probablement jamais produit auparavant dans l'histoire de la Terre.

(c) Les conséquences de cette cooptation des centrales nucléaires par l'homme sont nombreuses. Les conséquences comprennent la dégradation de l'environnement, l'extinction d'espèces et la modification du climat.

(d) La « capacité de charge » humaine sur terre est difficile à estimer, car elle dépend de la richesse d'une population et de la technologie qui soutient cette population. Mais aux niveaux actuels de richesse et de technologie, une population de 50 à 100 % plus importante que celle que nous avons aujourd'hui pousserait notre utilisation des centrales nucléaires terrestres à bien plus de 50 % de la production disponible, et la dégradation concomitante des écosystèmes sur terre (par exemple, l'air et pollution de l'eau) serait une préoccupation majeure. Ainsi, les limites d'une croissance incontrôlée doivent être très proches. Notez que plus nous nous « nourrissons » de la chaîne trophique, plus le réseau de la vie devient efficace - manger des animaux qui mangent des animaux qui mangent des plantes est une utilisation très inefficace de l'énergie solaire.

Maintenant que nous avons appris quelque chose sur la façon dont les écosystèmes sont constitués et sur la façon dont les matériaux et l'énergie circulent dans les écosystèmes, nous pouvons mieux répondre à la question de « qu'est-ce qui contrôle la fonction des écosystèmes » ? Il existe deux théories dominantes du contrôle des écosystèmes. Le premier, appelé contrôle ascendant, affirme que c'est l'apport de nutriments aux producteurs primaires qui contrôle en fin de compte le fonctionnement des écosystèmes. Si l'apport en nutriments est augmenté, l'augmentation résultante de la production d'autotrophes se propage à travers le réseau trophique et tous les autres niveaux trophiques répondront à la disponibilité accrue de nourriture (l'énergie et les matériaux cycleront plus rapidement).

La deuxième théorie, appelée contrôle descendant, déclare que la prédation et le pâturage par les niveaux trophiques supérieurs sur les niveaux trophiques inférieurs contrôlent en fin de compte la fonction de l'écosystème. Par exemple, si vous avez une augmentation des prédateurs, cette augmentation se traduira par moins de brouteurs, et cette diminution des brouteurs entraînera à son tour plus de producteurs primaires parce que moins d'entre eux sont mangés par les brouteurs. Ainsi, le contrôle du nombre de populations et de la productivité globale « en cascade » depuis les niveaux supérieurs de la chaîne alimentaire jusqu'aux niveaux trophiques inférieurs.

Alors, quelle théorie est correcte ? Eh bien, comme c'est souvent le cas lorsqu'il y a une dichotomie claire à choisir, la réponse se situe quelque part au milieu. Il existe des preuves provenant de nombreuses études écosystémiques que les DEUX contrôles fonctionnent dans une certaine mesure, mais qu'AUCUN contrôle n'est complet. Par exemple, l'effet « descendant » est souvent très fort aux niveaux trophiques proches des prédateurs supérieurs, mais le contrôle s'affaiblit au fur et à mesure que vous avancez dans la chaîne alimentaire. De même, l'effet « ascendant » de l'ajout de nutriments stimule généralement la production primaire, mais la stimulation de la production secondaire en amont de la chaîne alimentaire est moins forte ou est absente.

Ainsi, nous constatons que ces deux contrôles fonctionnent dans n'importe quel système à tout moment, et nous devons comprendre l'importance relative de chaque contrôle afin de nous aider à prédire comment un écosystème se comportera ou changera dans différentes circonstances, comme face à d'un climat changeant.

Sommaire

  1. Seule une fraction de l'énergie disponible à un niveau trophique est transférée au niveau trophique suivant, les fractions peuvent varier entre 1 et 15 %, avec une valeur moyenne de 10 %.
  2. Généralement, le nombre et la biomasse des organismes diminuent à mesure que l'on monte dans la chaîne alimentaire.
  3. Nous pouvons construire des pyramides de biomasse, d'énergie et de nombres pour représenter les tailles relatives des niveaux trophiques dans les écosystèmes. Les pyramides peuvent souvent être « inversées » en raison de taux de production élevés à des niveaux trophiques inférieurs.
  4. L'alimentation humaine est dérivée de la matière végétale. Les humains peuvent consommer, coopter ou rendre indisponible jusqu'à 40 % du total des centrales nucléaires terrestres de la planète pour l'alimentation, la terre et d'autres usages.
  5. Le fonctionnement de l'écosystème est contrôlé principalement par deux processus, les contrôles « top-down » et « bottom-up ».

Revoir

Révision des principaux termes et concepts de cette conférence.

    Wessells, N.K. et J.L. Hopson. 1988. La biologie. New York : Random House, ch. 44

Tous les matériaux - les régents de l'Université du Michigan, sauf indication contraire.


Transfert d'énergie dans les réseaux trophiques terrestres

La production primaire est le début du réseau trophique. Les plantes fixent l'énergie et le carbone dans le système grâce à la photosynthèse. La nourriture que cela génère sera à son tour consommée par les créatures herbivores comme les mites mineuses des feuilles.

Cette deuxième couche de tout réseau trophique pourrait être décrite comme la production secondaire au sein de l'écosystème. C'est ce groupe qui peut être mangé par les carnivores.

Ces relations peuvent être représentées dans une chaîne ou un réseau alimentaire. Toute l'énergie n'est pas transférée d'un niveau trophique au suivant. Le nombre d'organismes, la biomasse et l'énergie à chaque niveau trophique peuvent être représentés sous forme de pyramide.

Producteurs primaires sont des organismes qui absorbent de l'énergie lumineuse ou des produits chimiques inorganiques à partir de sources d'énergie externes et les synthétisent en composés organiques en utilisant la photosynthèse ou la chimiosynthèse. La principale source d'énergie pour presque tous les écosystèmes sur Terre est le Soleil. Les producteurs sont toujours au premier niveau trophique.

Consommateurs sont des organismes qui ingèrent des composés organiques pour obtenir de l'énergie. Un organisme qui mange un producteur primaire est appelé un consommateur primaire. Un organisme qui mange un consommateur primaire est appelé un consommateur secondaire. Il y a rarement assez d'énergie ou de biomasse stockée disponible dans un écosystème pour plus qu'un consommateur quaternaire.

Détritivores ou décomposeurs se nourrissent de matière organique morte ou en décomposition pour obtenir de l'énergie. Ils forment une partie importante de tout réseau trophique car ils libèrent de l'énergie dans l'écosystème.


Flux d'énergie à travers les écosystèmes

Tous les êtres vivants ont besoin d'énergie sous une forme ou une autre. L'énergie est requise par la plupart des voies métaboliques complexes (souvent sous la forme d'adénosine triphosphate, ATP), en particulier celles responsables de la construction de grosses molécules à partir de composés plus petits, et la vie elle-même est un processus énergétique. Les organismes vivants ne seraient pas capables d'assembler des macromolécules (protéines, lipides, acides nucléiques et glucides complexes) à partir de leurs sous-unités monomères sans un apport constant d'énergie.

Il est important de comprendre comment les organismes acquièrent de l'énergie et comment cette énergie est transmise d'un organisme à un autre à travers les réseaux trophiques et leurs chaînes alimentaires constitutives. Les réseaux trophiques illustrent la façon dont l'énergie circule dans les écosystèmes, y compris l'efficacité avec laquelle les organismes l'acquièrent, l'utilisent et combien il en reste pour être utilisé par d'autres organismes du réseau trophique.

Comment les organismes acquièrent de l'énergie dans un réseau alimentaire

Énergie est acquis par les êtres vivants de trois manières : la photosynthèse, la chimiosynthèse et la consommation et la digestion d'autres organismes vivants ou précédemment vivants par les hétérotrophes.

Photosynthétique et chimiosynthétique les organismes sont tous deux regroupés dans une catégorie connue sous le nom de autotrophes: organismes capables de synthétiser leur propre nourriture (plus précisément, capables d'utiliser le carbone inorganique comme source de carbone). Autotrophes photosynthétiques (photoautotrophes) utilisent la lumière du soleil comme source d'énergie, alors que les autotrophes chimiosynthétiques (chimioautotrophes) utilisent des molécules inorganiques comme source d'énergie. Les autotrophes sont essentiels pour tous les écosystèmes. Sans ces organismes, l'énergie ne serait pas disponible pour les autres organismes vivants et la vie elle-même ne serait pas possible.

Les photoautotrophes, tels que les plantes, les algues et les bactéries photosynthétiques, servent de source d'énergie à la majorité des écosystèmes du monde. Ces écosystèmes sont souvent décrits par des réseaux trophiques de pâturage. Les photoautotrophes exploitent l'énergie solaire du soleil en la convertissant en énergie chimique sous forme d'ATP (et de NADP). L'énergie stockée dans l'ATP est utilisée pour synthétiser des molécules organiques complexes, telles que le glucose.

Les chimioautotrophes sont principalement des bactéries que l'on trouve dans des écosystèmes rares où la lumière du soleil n'est pas disponible, comme dans ceux associés aux grottes sombres ou aux cheminées hydrothermales au fond de l'océan (Figure 1). De nombreux chimioautotrophes dans les cheminées hydrothermales utilisent du sulfure d'hydrogène (H2S), qui est libéré par les évents en tant que source d'énergie chimique. Cela permet aux chimioautotrophes de synthétiser des molécules organiques complexes, telles que le glucose, pour leur propre énergie et fournit à son tour de l'énergie au reste de l'écosystème.

Figure 1 : Des crevettes nageuses, quelques homards trapus et des centaines de moules à évent sont observés à un évent hydrothermal au fond de l'océan. Comme aucune lumière du soleil ne pénètre à cette profondeur, l'écosystème est soutenu par des bactéries chimiotrophes et des matières organiques qui coulent de la surface de l'océan. Cette photo a été prise en 2006 au volcan NW Eifuku submergé au large des côtes du Japon par la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Le sommet de ce volcan très actif se trouve à 1535 m sous la surface. (crédit : NOAA. “Chemoautotrophs” par OpenStax est sous licence CC BY 4.0)

Productivité dans les niveaux trophiques

Productivité au sein d'un écosystème peut être défini comme le pourcentage d'énergie entrant dans l'écosystème incorporé dans la biomasse à un niveau trophique particulier. Biomasse est la masse totale, dans une unité de surface au moment de la mesure, d'organismes vivants ou précédemment vivants dans un niveau trophique. Les écosystèmes ont des quantités caractéristiques de biomasse à chaque niveau trophique. Par exemple, dans l'écosystème de la Manche, les producteurs primaires représentent une biomasse de 4 g/m 2 (grammes par mètre carré), tandis que les consommateurs primaires présentent une biomasse de 21 g/m 2 .

La productivité des producteurs primaires est particulièrement importante dans tout écosystème car ces organismes apportent de l'énergie à d'autres organismes vivants par photoautotrophie ou chimioautotrophie. La vitesse à laquelle les producteurs primaires photosynthétiques incorporent l'énergie du soleil est appelée productivité primaire brute. Un exemple de productivité primaire brute est illustré dans le diagramme à compartiments du flux d'énergie au sein de l'écosystème aquatique de Silver Springs, comme illustré (Figure 2). Dans cet écosystème, l'énergie totale accumulée par les producteurs primaires (productivité primaire brute) s'est avérée être de 20 810 kcal/m 2 /an.

Parce que tous les organismes ont besoin d'utiliser une partie de cette énergie pour leurs propres fonctions (comme la respiration et la perte de chaleur métabolique qui en résulte), les scientifiques se réfèrent souvent à la productivité primaire nette d'un écosystème. Productivité primaire nette est l'énergie qui reste dans les producteurs primaires après avoir pris en compte la respiration et la perte de chaleur des organismes. La productivité nette est alors disponible pour les consommateurs primaires au niveau trophique suivant. Dans notre exemple de Silver Spring, 13 187 des 20 810 kcal/m 2 /an ont été utilisés pour la respiration ou ont été perdus sous forme de chaleur, laissant 7 632 kcal/m 2 /an d'énergie à l'usage des consommateurs primaires.

Efficacité écologique : le transfert d'énergie entre les niveaux trophiques

Comme l'illustre la figure 2, de grandes quantités d'énergie sont perdues dans l'écosystème d'un niveau trophique au niveau suivant à mesure que l'énergie circule des producteurs primaires à travers les différents niveaux trophiques de consommateurs et de décomposeurs.

Figure 2 : Ce modèle conceptuel montre le flux d'énergie à travers un écosystème de source à Silver Springs, en Floride. Notez que l'énergie diminue à chaque augmentation du niveau trophique. (crédit : « l'énergie à travers un écosystème de printemps » par OpenStax est sous licence CC BY 4.0)

La principale raison de cette perte est la deuxième loi de la thermodynamique, qui stipule que chaque fois que l'énergie est convertie d'une forme à une autre, il y a une tendance au désordre (entropie) dans le système. Dans les systèmes biologiques, cela signifie qu'une grande quantité d'énergie est perdue sous forme de chaleur métabolique lorsque les organismes d'un niveau trophique consomment le niveau suivant. Dans l'exemple de l'écosystème de Silver Springs, nous voyons que les consommateurs primaires ont produit 1103 kcal/m 2 /an à partir des 7618 kcal/m 2 /an d'énergie disponibles auprès des producteurs primaires. La mesure de l'efficacité du transfert d'énergie entre deux niveaux trophiques successifs est appelée la efficacité de transfert au niveau trophique (TLTE) et est défini par la formule :

À Silver Springs, le TLTE entre les deux premiers niveaux trophiques était d'environ 14,8%. La faible efficacité du transfert d'énergie entre les niveaux trophiques est généralement le principal facteur qui limite la longueur des chaînes alimentaires observées dans un réseau trophique. Le fait est qu'après quatre à six transferts d'énergie, il ne reste plus assez d'énergie pour supporter un autre niveau trophique. In the Lake Ontario example, only three energy transfers occurred between the primary producer, (green algae), and the apex consumer (Chinook salmon).

Ecologists have many different methods of measuring energy transfers within ecosystems. Some transfers are easier or more difficult to measure depending on the complexity of the ecosystem and how much access scientists have to observe the ecosystem. In other words, some ecosystems are more difficult to study than others, and sometimes the quantification of energy transfers has to be estimated.

Another main parameter that is important in characterizing energy flow within an ecosystem is the net production efficiency. Net production efficiency (NPE) allows ecologists to quantify how efficiently organisms of a particular trophic level incorporate the energy they receive into biomass it is calculated using the following formula:

Net consumer productivity is the energy content available to the organisms of the next trophic level. Assimilation is the biomass (energy content generated per unit area) of the present trophic level after accounting for the energy lost due to incomplete ingestion of food, energy used for respiration, and energy lost as waste. jencomplete ingestion refers to the fact that some consumers eat only a part of their food. For example, when a lion kills an antelope, it will eat everything except the hide and bones. The lion is missing the energy-rich bone marrow inside the bone, so the lion does not make use of all the calories its prey could provide.

Thus, NPE measures how efficiently each trophic level uses and incorporates the energy from its food into biomass to fuel the next trophic level. In general, cold-blooded animals (ectothermes), such as invertebrates, fish, amphibians, and reptiles, use less of the energy they obtain for respiration and heat than warm-blooded animals (endothermes), such as birds and mammals. The extra heat generated in endotherms, although an advantage in terms of the activity of these organisms in colder environments, is a major disadvantage in terms of NPE. Therefore, many endotherms have to eat more often than ectotherms to get the energy they need for survival. In general, NPE for ectotherms is an order of magnitude (10x) higher than for endotherms. For example, the NPE for a caterpillar eating leaves has been measured at 18 percent, whereas the NPE for a squirrel eating acorns may be as low as 1.6 percent.

Les inefficiency of energy use by warm-blooded animals has broad implications for the world’s food supply. It is widely accepted that the meat industry uses large amounts of crops to feed livestock, and because the NPE is low, much of the energy from animal feed is lost. For example, it costs about 1¢ to produce 1000 dietary calories (kcal) of corn or soybeans, but approximately .19 to produce a similar number of calories growing cattle for beef consumption. The same energy content of milk from cattle is also costly, at approximately .16 per 1000 kcal. Much of this difference is due to the low NPE of cattle. Thus, there has been a growing movement worldwide to promote the consumption of non-meat and non-dairy foods so that less energy is wasted feeding animals for the meat industry.

Modeling Ecosystems Energy Flow: Ecological Pyramids

The structure of ecosystems can be visualized with ecological pyramids, which were first described by the pioneering studies of Charles Elton in the 1920s. Ecological pyramids show the relative amounts of various parameters (such as the number of organisms, energy, and biomass) across trophic levels.

Pyramids of numbers can be either upright or inverted, depending on the ecosystem. As shown in Figure 3, typical grassland during the summer has a base of many plants and the numbers of organisms decrease at each trophic level. However, during the summer in a temperate forest, the base of the pyramid consists of few trees compared with the number of primary consumers, mostly insects. Because trees are large, they have great photosynthetic capability and dominate other plants in this ecosystem to obtain sunlight. Even in smaller numbers, primary producers in forests are still capable of supporting other trophic levels.

Another way to visualize ecosystem structure is with pyramids of biomass. This pyramid measures the amount of energy converted into living tissue at the different trophic levels. Using the Silver Springs ecosystem example, this data exhibits an upright biomass pyramid (Figure 3), whereas the pyramid from the English Channel example is inverted. The plants (primary producers) of the Silver Springs ecosystem make up a large percentage of the biomass found there. However, the phytoplankton in the English Channel example make up less biomass than the primary consumers, the zooplankton. As with inverted pyramids of numbers, this inverted pyramid is not due to a lack of productivity from the primary producers but results from the high turnover rate of the phytoplankton. The phytoplankton are consumed rapidly by the primary consumers, thus, minimizing their biomass at any particular point in time. However, phytoplankton reproduce quickly, thus they are able to support the rest of the ecosystem.

Pyramid ecosystem modeling can also be used to show energy flow through the trophic levels. Pyramids of energy are always upright, and an ecosystem without sufficient primary productivity cannot be supported. All types of ecological pyramids are useful for characterizing ecosystem structure. However, in the study of energy flow through the ecosystem, pyramids of energy are the most consistent and representative models of ecosystem structure.

Figure 3: Ecological pyramids depict the (a) biomass, (b) number of organisms, and (c) energy in each trophic level. (credit: “Ecological pyramids” by OpenStax is licensed under CC BY 4.0)

Consequences of Food Webs: Biological Magnification

One of the most important environmental consequences of ecosystem dynamics is biomagnification. Biomagnification is the increasing concentration of persistent, toxic substances in organisms at each trophic level, from the primary producers to the apex consumers. Many substances have been shown to bioaccumulate, including classical studies with the pesticide dichlorodiphenyltrichloroethane (DDT), which was published in the 1960s bestseller, Printemps silencieux, by Rachel Carson. DDT was a commonly used pesticide before its dangers became known. In some aquatic ecosystems, organisms from each trophic level consumed many organisms of the lower level, which caused DDT to increase in birds (apex consumers) that ate fish. Thus, birds accumulated sufficient amounts of DDT to cause fragility in their eggshells. This effect increased egg breakage during nesting and was shown to have adverse effects on these bird populations. The use of DDT was banned in the United States in the 1970s.

Other substances that biomagnify are polychlorinated biphenyls (PCBs), which were used in coolant liquids in the United States until their use was banned in 1979, and heavy metals, such as mercury, lead, and cadmium. These substances were best studied in aquatic ecosystems, where fish species at different trophic levels accumulate toxic substances brought through the ecosystem by the primary producers. As illustrated in a study performed by the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) in the Saginaw Bay of Lake Huron (Figure 4), PCB concentrations increased from the ecosystem’s primary producers (phytoplankton) through the different trophic levels of fish species. The apex consumer (walleye) has more than four times the amount of PCBs compared to phytoplankton. Also, based on results from other studies, birds that eat these fish may have PCB levels at least one order of magnitude higher than those found in the lake fish.

Figure 4: This chart shows the PCB concentrations found at the various trophic levels in the Saginaw Bay ecosystem of Lake Huron. Numbers on the x-axis reflect enrichment with heavy isotopes of nitrogen (15N), which is a marker for increasing trophic level. Notice that the fish in the higher trophic levels accumulate more PCBs than those in lower trophic levels. (credit: Patricia Van Hoof, NOAA, GLERL. “PCB concentrations” by OpenStax is licensed under CC BY 4.0)

Other concerns have been raised by the accumulation of métaux lourds, such as mercury and cadmium, in certain types of seafood. The United States Environmental Protection Agency (EPA) recommends that pregnant women and young children should not consume any swordfish, shark, king mackerel, or tilefish because of their high mercury content. These individuals are advised to eat fish low in mercury: salmon, tilapia, shrimp, pollock, and catfish. Biomagnification is a good example of how ecosystem dynamics can affect our everyday lives, even influencing the food we eat.

Sommaire

Organisms in an ecosystem acquire energy in a variety of ways, which is transferred between trophic levels as the energy flows from the bottom to the top of the food web, with energy being lost at each transfer. The efficiency of these transfers is important for understanding the different behaviors and eating habits of warm-blooded versus cold-blooded animals. Modeling of ecosystem energy is best done with ecological pyramids of energy, although other ecological pyramids provide other vital information about ecosystem structure.


Food Chains and Food Webs

UNE chaîne alimentaire is a linear sequence of organisms through which nutrients and energy pass as one organism eats another. The levels in the food chain are producers, primary consumers, higher-level consumers, and finally decomposers. These levels are used to describe ecosystem structure and dynamics. There is a single path through a food chain. Each organism in a food chain occupies a specific trophic level (energy level), its position in the food chain or food web.

Figure 3. These are the trophic levels of a food chain in Lake Ontario at the United States–Canada border. Energy and nutrients flow from photosynthetic green algae at the base to the top of the food chain: the Chinook salmon. (credit: modification of work by National Oceanic and Atmospheric Administration/NOAA)

In many ecosystems, the base, or foundation, of the food chain consists of photosynthetic organisms (plants or phytoplankton), which are called producteurs. The organisms that consume the producers are herbivores called consommateurs primaires. Secondary consumers are usually carnivores that eat the primary consumers. Consommateurs tertiaires are carnivores that eat other carnivores. Higher-level consumers feed on the next lower trophic levels, and so on, up to the organisms at the top of the food chain. In the Lake Ontario food chain, shown in Figure 3, the Chinook salmon is the apex consumer at the top of this food chain.

One major factor that limits the number of steps in a food chain is energy. Energy is lost at each trophic level and between trophic levels as heat and in the transfer to decomposers (Figure 4 below). Thus, after a limited number of trophic energy transfers, the amount of energy remaining in the food chain may not be great enough to support viable populations at higher trophic levels.

There is a one problem when using food chains to describe most ecosystems. Even when all organisms are grouped into appropriate trophic levels, some of these organisms can feed at more than one trophic level. In addition, species feed on and are eaten by more than one species. In other words, the linear model of ecosystems, the food chain, is a hypothetical and overly simplistic representation of ecosystem structure. A holistic model—which includes all the interactions between different species and their complex interconnected relationships with each other and with the environment—is a more accurate and descriptive model for ecosystems. UNE nourriture Internet is a concept that accounts for the multiple trophic (feeding) interactions between each species (Figure 5 below).

Figure 4. The relative energy in trophic levels in a Silver Springs, Florida, ecosystem is shown. Each trophic level has less energy available, and usually, but not always, supports a smaller mass of organisms at the next level.

Two general types of food webs are often shown interacting within a single ecosystem. A grazing food web has plants or other photosynthetic organisms at its base, followed by herbivores and various carnivores. A detrital food web consists of a base of organisms that feed on decaying organic matter (dead organisms), including décomposeurs (which break down dead and decaying organisms) and detritivores (which consume organic detritus). These organisms are usually bacteria, fungi, and invertebrate animals that recycle organic material back into the biotic part of the ecosystem as they themselves are consumed by other organisms.

Figure 5. This food web shows the interactions between organisms across trophic levels. Arrows point from an organism that is consumed to the organism that consumes it. All the producers and consumers eventually become nourishment for the decomposers (fungi, mold, earthworms, and bacteria in the soil). (credit “fox”: modification of work by Kevin Bacher, NPS credit “owl”: modification of work by John and Karen Hollingsworth, USFWS credit “snake”: modification of work by Steve Jurvetson credit “robin”: modification of work by Alan Vernon credit “frog”: modification of work by Alessandro Catenazzi credit “spider”: modification of work by “Sanba38″/Wikimedia Commons credit “centipede”: modification of work by “Bauerph”/Wikimedia Commons credit “squirrel”: modification of work by Dawn Huczek credit “mouse”: modification of work by NIGMS, NIH credit “sparrow”: modification of work by David Friel credit “beetle”: modification of work by Scott Bauer, USDA Agricultural Research Service credit “mushrooms”: modification of work by Chris Wee credit “mold”: modification of work by Dr. Lucille Georg, CDC credit “earthworm”: modification of work by Rob Hille credit “bacteria”: modification of work by Don Stalons, CDC)


Consequences of Food Webs: Biological Magnification

One of the most important environmental consequences of ecosystem dynamics is biomagnification. Biomagnification is the increasing concentration of persistent, toxic substances in organisms at each trophic level, from the primary producers to the apex consumers. Many substances have been shown to bioaccumulate, including classical studies with the pesticide ichloroiphenyltrichloroethane (DDT), which was published in the 1960s bestseller, Printemps silencieux, by Rachel Carson. DDT was a commonly used pesticide before its dangers became known. In some aquatic ecosystems, organisms from each trophic level consumed many organisms of the lower level, which caused DDT to increase in birds (apex consumers) that ate fish. Thus, the birds accumulated sufficient amounts of DDT to cause fragility in their eggshells. This effect increased egg breakage during nesting and was shown to have adverse effects on these bird populations. The use of DDT was banned in the United States in the 1970s.

Figure 5. This chart shows the PCB concentrations found at the various trophic levels in the Saginaw Bay ecosystem of Lake Huron. Numbers on the x-axis reflect enrichment with heavy isotopes of nitrogen (15N), which is a marker for increasing trophic level. Notice that the fish in the higher trophic levels accumulate more PCBs than those in lower trophic levels. (credit: Patricia Van Hoof, NOAA, GLERL)

Other substances that biomagnify are polychlorinated biphenyls (PCBs), which were used in coolant liquids in the United States until their use was banned in 1979, and heavy metals, such as mercury, lead, and cadmium. These substances were best studied in aquatic ecosystems, where fish species at different trophic levels accumulate toxic substances brought through the ecosystem by the primary producers. As illustrated in a study performed by the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) in the Saginaw Bay of Lake Huron (Figure 5), PCB concentrations increased from the ecosystem’s primary producers (phytoplankton) through the different trophic levels of fish species. The apex consumer (walleye) has more than four times the amount of PCBs compared to phytoplankton. Also, based on results from other studies, birds that eat these fish may have PCB levels at least one order of magnitude higher than those found in the lake fish.

Other concerns have been raised by the accumulation of heavy metals, such as mercury and cadmium, in certain types of seafood. The United States Environmental Protection Agency (EPA) recommends that pregnant women and young children should not consume any swordfish, shark, king mackerel, or tilefish because of their high mercury content. These individuals are advised to eat fish low in mercury: salmon, tilapia, shrimp, pollock, and catfish. Biomagnification is a good example of how ecosystem dynamics can affect our everyday lives, even influencing the food we eat.


Energy Movement in Ecosystems: Trophic & Energy Pyramid

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Auteur : William Anderson (Équipe éditoriale de Schoolworkhelper)

Tuteur et écrivain indépendant. Professeur de sciences et amateur d'essais. Article révisé pour la dernière fois : 2020 | Établissement St-Romarin © 2010-2021 | Creative Commons 4.0


Voir la vidéo: A2 Biology - Ecological efficiency OCR A Chapter (Juillet 2022).


Commentaires:

  1. India

    Je suis désolé, mais je pense que vous faites une erreur. Je peux défendre ma position. Envoyez-moi un courriel à PM.

  2. Ponce

    Je peux rechercher la référence à un site sur lequel il existe de nombreux articles sur cette question.

  3. Calibumus

    Bien sûr. Je souscris à tout ce qui précède. Discutons de cette question. Ici ou en MP.

  4. Dov

    Cela ne me convient pas du tout.



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