QUELLE EST LA LOI DE LA DÎME ÉCOLOGIQUE OU 10%? - LA BIOLOGIE - 2025

La loi de la dîme écologique, loi écologique ou de 10% élève la façon dont l'énergie se déplace dans sa dérivation par différents niveaux trophiques. Il est également souvent soutenu que cette loi est simplement une conséquence directe de la deuxième loi de la thermodynamique.

L'énergie écologique fait partie de l'écologie qui vise à quantifier les relations que nous avons décrites ci-dessus. On considère que Raymond Lindemann (en particulier dans son ouvrage fondateur de 1942), est celui qui a jeté les bases de ce domaine d'étude.

Figure 1. Réseau trophique. Source: par Thompsma, de Wikimedia Commons

Ses travaux se sont concentrés sur les concepts de chaîne alimentaire et de web, et sur la quantification de l'efficacité du transfert d'énergie entre les différents niveaux trophiques.

Lindemann part du rayonnement solaire incident ou de l'énergie qu'une communauté reçoit, par la capture réalisée par les plantes par photosynthèse et continue de surveiller cette capture et son utilisation ultérieure par les herbivores (consommateurs primaires), puis par les carnivores (consommateurs secondaires) et enfin par décomposeurs.

Quelle est la loi de la dîme écologique?

Après le travail de pionnier de Lindemann, les rendements de transfert trophique ont été supposés être d'environ 10%; en fait, certains écologistes ont évoqué une loi de 10%. Cependant, depuis lors, de multiples confusions ont été générées concernant ce problème.

Il n'y a certainement pas de loi de la nature qui aboutit à ce qu'un dixième de l'énergie qui entre dans un niveau trophique soit transféré au suivant.

Par exemple, une compilation d'études trophiques (dans des environnements marins et d'eau douce) a révélé que les efficacités de transfert par niveau trophique variaient entre environ 2 et 24%, bien que la moyenne était de 10,13%.

En règle générale, applicable à la fois aux systèmes aquatiques et terrestres, on peut dire que la productivité secondaire des herbivores se situe généralement approximativement, un ordre de grandeur en dessous de la productivité primaire sur laquelle elle est basée.

Il s'agit souvent d'une relation cohérente qui est maintenue dans tous les systèmes d'alimentation et qui tend à devenir des structures de type pyramidal, dans lesquelles la base est fournie par les plantes et sur cette base une plus petite est établie, des consommateurs primaires, sur lequel se fonde un autre consommateur secondaire (encore plus petit).

Niveaux d'organisation

Tous les êtres vivants ont besoin de matière et d'énergie; matière pour la construction de leur corps et l'énergie pour mener à bien leurs fonctions vitales. Cette exigence ne se limite pas à un organisme individuel, mais s'étend à des niveaux supérieurs d'organisation biologique auxquels ces individus peuvent se conformer.

Ces niveaux d'organisation sont:

• Une population biologique: des organismes de la même espèce qui vivent dans la même zone spécifique.
• Une communauté biologique: ensemble d'organismes d'espèces ou de populations différentes qui vivent dans une certaine zone et interagissent par le biais de relations alimentaires ou trophiques).
• Un écosystème: le niveau d'organisation biologique le plus complexe, constitué d'une communauté liée à son environnement abiotique - eau, lumière du soleil, climat et autres facteurs - avec lequel il interagit.

Niveaux trophiques

Dans un écosystème, la communauté et l'environnement établissent des flux d'énergie et de matière.

Les organismes d'un écosystème sont regroupés selon un «rôle» ou une «fonction» qu'ils remplissent au sein des chaînes alimentaires ou trophiques; c'est ainsi que l'on parle des niveaux trophiques des producteurs, des consommateurs et des décomposeurs.

À leur tour, chacun de ces niveaux trophiques interagit avec l'environnement physico-chimique qui fournit les conditions de la vie et, en même temps, agit comme une source et un puits pour l'énergie et la matière.

Concepts fondamentaux

Productivité primaire brute et nette

Premièrement, nous devons définir la productivité primaire, qui est la vitesse à laquelle la biomasse est produite par unité de surface.

Il est généralement exprimé en unités d'énergie (Joules par mètre carré par jour), ou en unités de matière organique sèche (kilogrammes par hectare et par an), ou en carbone (masse de carbone en kg par mètre carré et par an).

En général, lorsque nous nous référons à toute l'énergie fixée par la photosynthèse, nous l'appelons généralement productivité primaire brute (PPG).

Sur ce montant, une partie est consacrée à la respiration des autotrophes eux-mêmes (RA) et est perdue sous forme de chaleur. La production primaire nette (PPN) est obtenue en soustrayant ce montant de PPG (PPN = PPG-RA).

Cette production primaire nette (PPN) est ce qui est finalement disponible pour la consommation des hétérotrophes (ce sont des bactéries, des champignons et le reste des animaux que nous connaissons).

Productivité secondaire

La productivité secondaire (PS) est définie comme le taux de production d'une nouvelle biomasse par des organismes hétérotrophes. Contrairement aux plantes, aux bactéries hétérotrophes, aux champignons et aux animaux, ils ne peuvent pas fabriquer les composés complexes et riches en énergie dont ils ont besoin à partir de molécules simples.

Ils tirent toujours leur matière et leur énergie des plantes, ce qu'ils peuvent faire directement en consommant du matériel végétal ou indirectement en se nourrissant d'autres hétérotrophes.

C'est ainsi que les plantes ou organismes photosynthétiques en général (également appelés producteurs), constituent le premier niveau trophique d'une communauté; les consommateurs primaires (ceux qui se nourrissent des producteurs) constituent le deuxième niveau trophique et les consommateurs secondaires (également appelés carnivores) constituent le troisième niveau.

Efficacités de transfert et voies énergétiques

Les proportions de la production primaire nette qui circulent le long de chacune des voies énergétiques possibles dépendent en définitive des rendements de transfert, c'est-à-dire de la manière dont l'énergie est utilisée et transmise d'un niveau à un autre. autre.

Catégories d'efficacité du transfert d'énergie

Il existe trois catégories d'efficacité de transfert d'énergie et, avec celles-ci bien définies, nous pouvons prédire le modèle de flux d'énergie aux niveaux trophiques. Ces catégories sont: efficacité de consommation (EC), efficacité d'assimilation (EA) et efficacité de production (EP).

Définissons maintenant ces trois catégories mentionnées.

Mathématiquement, nous pouvons définir l'efficacité de consommation (EC) comme suit:

CE = I _n / P _n-1 × 100

Où nous pouvons voir que la CE est un pourcentage de la productivité totale disponible (P _n-1) qui est effectivement ingérée par le compartiment trophique contigu supérieur (I _n).

Par exemple, pour les consommateurs primaires du système de pâturage, la CE est le pourcentage (exprimé en unités énergétiques et par unité de temps) du PPN qui est consommé par les herbivores.

Si nous parlions de consommateurs secondaires, alors cela équivaudrait au pourcentage de productivité des herbivores, consommés par les carnivores. Les autres meurent sans être mangés et entrent dans la chaîne de décomposition.

En revanche, l'efficacité d'assimilation s'exprime comme suit:

EA = A _n / I _n × 100

On se réfère à nouveau à un pourcentage, mais cette fois à la part de l'énergie qui provient des aliments, et ingérée dans un compartiment trophique par un consommateur (I _n) et qui est assimilée par son système digestif (A _n).

Cette énergie sera celle disponible pour la croissance et pour l'exécution des travaux. Le reste (la partie non assimilée) est perdu avec les matières fécales puis entre dans le niveau trophique des décomposeurs.

Enfin, l'efficacité de production (EP) s'exprime par:

qui est aussi un pourcentage, mais dans ce cas on se réfère à l'énergie assimilée (A _n) qui finit par être incorporée dans la nouvelle biomasse (P _n). Tout le reste énergétique non assimilé est perdu sous forme de chaleur pendant la respiration.

Les produits tels que les sécrétions et / ou excrétions (riches en énergie), qui ont participé aux processus métaboliques, peuvent être considérés comme de la production, P _n, et sont disponibles, sous forme de cadavres, pour les décomposeurs.

Efficacité globale des transferts

Après avoir défini ces trois catégories importantes, nous pouvons maintenant nous interroger sur l '«efficacité de transfert globale» d'un niveau trophique à l'autre, qui est simplement donnée par le produit des efficacités mentionnées précédemment (EC x EA x EP).

Exprimé familièrement, on peut dire que l'efficacité d'un niveau est donnée par ce qui peut être effectivement ingéré, qui est ensuite assimilé et finit par être incorporé dans une nouvelle biomasse.

Où va l'énergie perdue?

La productivité des herbivores est toujours inférieure à celle des plantes dont ils se nourrissent. On pourrait alors se demander: où va l'énergie perdue?

Pour répondre à cette question, nous devons attirer l'attention sur les faits suivants:

1. Toute la biomasse végétale n'est pas consommée par les herbivores, car une grande partie meurt et entre dans le niveau trophique des décomposeurs (bactéries, champignons et le reste des détritivores).
2. Toute la biomasse consommée par les herbivores, ni celle des herbivores consommés à leur tour par les carnivores, n'est pas assimilée et est disponible pour être incorporée dans la biomasse du consommateur; une partie est perdue avec les fèces et passe ainsi aux décomposeurs.
3. Toute l'énergie assimilée n'est pas réellement convertie en biomasse, car une partie est perdue sous forme de chaleur pendant la respiration.

Cela se produit pour deux raisons fondamentales: Premièrement, en raison du fait qu'il n'y a pas de processus de conversion d'énergie efficace à 100%. Autrement dit, il y a toujours une perte sous forme de chaleur dans la conversion, ce qui est parfaitement conforme à la deuxième loi de la thermodynamique.

Deuxièmement, puisque les animaux ont besoin de travailler, ce qui nécessite une dépense énergétique et, à son tour, implique de nouvelles pertes sous forme de chaleur.

Ces schémas se produisent à tous les niveaux trophiques, et comme le prédit la deuxième loi de la thermodynamique, une partie de l'énergie que l'on tente de transférer d'un niveau à un autre est toujours dissipée sous forme de chaleur inutilisable.

Références

1. Caswell, H. (2005). Réseaux alimentaires: de la connectivité à l'énergie. (H. Caswell, éd.). Progrès de la recherche écologique (Vol. 36). Elsevier Ltd. p. 209.
2. Curtis, H. et coll. (2008). La biologie. 7e édition. Buenos Aires-Argentine: Editorial Médica Panamericana. pp. 1160.
3. Kitching, RL (2000). Réseaux trophiques et habitats des conteneurs: histoire naturelle et écologie des phytotelmata. La presse de l'Universite de Cambridge. pp. 447.
4. Lindemann, RL (1942). L'aspect trophique - dynamique de l'écologie. Ecology, 23, 399-418.
5. Pascual, M. et Dunne, JA (2006). Réseaux écologiques: relier la structure à la dynamique des réseaux trophiques. (M. Pascual et JA Dunne, Eds.) Études de l'Institut de Santa Fe en sciences de la complexité. Presse d'université d'Oxford. pp. 405.