Voedselrelaties en piramides van energie
In de ecologie bestuderen we het huis van de organismen. Het huis van de organismen, oftewel de leefomgeving, bestaat uit een biotische component en een abiotische component. Organismen ondervinden invloed van deze biotische en abiotische factoren.
Eén van de relaties die organismen met elkaar kunnen hebben, is een voedselrelatie. De organismen beïnvloeden elkaar door elkaar te eten. Ook in de voedselrelaties in een ecosysteem hebben alle organismen een specifieke functie of taak. Je zou kunnen zeggen dat er voor de organismen in een willekeurig ecosysteem drie taken zijn weggelegd. Organismen kunnen binnen het ecosysteem echter wel meerdere rollen vervullen.
De producenten: De groene planten en eencellige algen staan aan de basis van elke voedselrelatie. Ze zetten anorganische stoffen uit de levenloze natuur met behulp van zonne-energie om in organische stoffen (glucose, eiwitten e.d.). Tevens zijn ze voedsel voor de consumenten van de eerste orde.
De consumenten (van de eerste orde): De planteneters zijn de schakel tussen de producenten en de vleeseters. Ze zijn in staat plantaardige organische stoffen om te zetten naar dierlijke organische stoffen. Consumenten van de eerste orde zijn voedsel voor de consumenten van de tweede orde.
De reducenten (bacteriën en schimmels): De reducenten hebben als rol dood organisch materiaal weer om te zetten tot anorganische stoffen. Dus eigenlijk weer tot voedsel voor de producenten. De reducenten worden bij hun taak geholpen door de vele ongewervelde dieren die rondscharrelen in de bodem. De ongewervelden knagen het dode organische materiaal in kleinere stukjes, of poepen onverteerd organisch materiaal uit. Door de ongewervelden bewerkte resten organisch materiaal worden door de reducenten helemaal ofgebroken tot anorganische stof.
In onderstaande afbeelding zijn de voedselrelaties en de rollen van de deelnemers binnen een ecosysteem aangegeven.
In de onderstaande video over BiNaS-tabel 93D wordt de pradator-prooi relatie besproken
Energiestromen in het ecosysteem
Organismen uit een voedselketen eten elkaar. Organismen gebruiken de energie uit het voedsel voor de beweging, het op temperatuur houden van het lichaam en voor het laten verlopen van scheikundige reacties in de cellen van hun lichaam. De energie die de planten met behulp van de fotosynthese hebben vastgelegd, stroomt via de consumenten door het gehele ecosysteem heen. Het is echter wel zo dat de producenten aan de basis van een voedselketen veel meer energie bevatten in de vorm van organische stof dan bijvoorbeeld de consument van de derde orde (havik). De vraag is dan natuurlijk: waar is al die opgeslagen zonne-energie in organische stof heen gegaan?
Laten we deze vraag oplossen een de hand van een korte voedselketen, bestaande uit gras, een konijn en een vos. In deze voedselketen eet het konijn het gras en dient het konijn weer als voedsel voor de vos. Het konijn eet de gehele dag gras. Dit opgenomen organisch materiaal bevat veel chemische energie. Niet al deze door het konijn opgenomen chemische energie komt terecht bij de vos. In het konijn gaat veel energie verloren. Maar waaraan? Een deel van de opgenomen chemische energie gaat verloren omdat de opgenomen (brand)stoffen uit het gras in het konijn worden gedissimileerd. Kortom: het konijn zet de chemische energie uit de organische stoffen van zijn voedsel om in warmte om zijn lichaam op temperatuur te houden en in bewegingsenergie. Deze hoeveelheid chemische energie kan niet worden doorgegeven aan de vossen, en gaat dus niet naar een volgende schakel in de voedselketen. Een deel van de opgenomen chemische energie zit in organische stoffen die het konijn niet kan verteren. Deze chemische energie in onverteerbare delen poept het konijn gewoon uit. Alle konijnen eten gras, maar niet alle konijnen uit de konijnenpopulatie worden opgegeten door de vossen. Een groot deel van de konijnen leeft lang en gelukkig en sterft aan het einde van het leven zonder te zijn opgegeten. Ook deze energie gaat niet door naar een volgende schakel uit de voedselketen. Maar gelukkig kan het konijn ook groeien. Een deel van de chemische energie uit plantaardige organische stofen zet het konijn om in energierijke organische bouwstoffen voor zijn eigen lichaam. Het konijn gebruikt plantaardige eiwitten en plantaardige vetten om zijn eigen lichaam mee op te bouwen. Om zijn eigen lichaam mee te onderhouden of om mee te groeien. Per trofisch niveau (per schakel uit de voedselketen) gaat er dus energie verloren door: dissimilatie, doordat stoffen onverteerbaar zijn, of doordat dieren of delen van dieren afsterven voordat ze worden opgegeten. In de afbeelding hieronder is het allemaal netjes schematisch weergegeven.
Uitstroom van energie per trofisch niveau (biologische efficientie)
Per tijdseenheid en per oppervlakte-eenheid kan er maar een beperkt aantal organismen leven. Consumenten van de eerste orde kunnen maar een bepaalde hoeveelheid voedsel per tijdseenheid opnemen en verwerken. Per oppervlakte eenheid is er dus een beperkte opname aan plantaardige organische stoffen door de consumenten van de eerste orde. Door dissimilatie en uitscheiding gaar er per oppervlakte-eenheid en trofisch niveau energie verloren. De beperkte opname van de consumenten van de eerste orde, gecombineerd met de uitstroom aan energie per trofisch niveau zorgt ervoor dat er maar een beperkt aantal schakels kan zitten in een voedselketen. In de regel bestaat een voedselketen nooit uit meer dan acht schakels. Na de achtste schakel is er door uitstroom van energie niet meer voldoende energie over voor een negende schakel.
Piramide van biomassa
De producenten leggen energie vast d.m.v. fotosynthese. In een voedselketen worden deze energierijke stoffen doorgegeven aan de volgende schakel van een voedselketen. Tussen twee schakels wordt er energie verloren door o.a. uitscheiding, verbranding, urine en uitwerpselen. Dit heeft tot gevolg dat het totale gewicht van alle energierijke stoffen in de organismen in een schakel (de biomassa), per schakel afneemt.
Uitstroom aan energie per individu.
Hierboven hebben we de uitstroom per trofisch niveau bekeken. Hoevel energie gaat er per schakel in de voedselketen verloren. Maar het is ook mogelijk de uitstroom op het niveau van het individu te bekijken. Per individu gaat ook energie verloren door dissimilatie van organische stof in de mitochondrien van de cellen ten behoeve van de lichaamstemperatuur en de gewenste beweging van het individu. Per individu gaat er ook energie verloren door het uitscheiden van niet te verteren organische stoffen. Echter planteneter nemen moeilijker verteerbaar voedsel op dan vleeseters. De efficientie ligt dan ook bij planteneters lager dan bij vleeseters. Planteneters zullen per kilogram geconsumeerd voedel minder energie kunnen vrijmaken voor eigen gebruik dan vleeseters. De hoeveelheid organische stof (percentage van de innname) die door planteneters in de vorm van biomassa wordt doorgegeven naar een volgende schakel is dan ook lager dan de hoeveelheid organische stof die door de vleeseters kan worden doorgegeven naar een volgende schakel.
Zoals je in bovenstaande illustratie kunt zien, gaat er per trofisch niveau energie verloren. Er gaat energie verloren, omdat alle organismen scheikundige reacties moeten laten verlopen in de cellen. Daarnaast dissimileren de meeste organismen om te kunnen bewegen. Een deel dissimileert ook om het lichaam op temperatuur te kunnen houden. Maar er is nog meer verlies per schakel. Niet al het gegeten voedsel is verteerbaar, waardoor er energie in de ontlasting blijft zitten. Ook gaan er dieren dood voordat ze worden gegeten. In BiNaS staat een mooie afbeelding waarin de energiestromen door het ecosysteem ook duidelijk te zien zijn.
De les over het verlies van energie in het ecosysteem kun je hieronder bekijken.
Hieronder worden de BiNaS-tabbellen 93A1 en 93A2 besproken die gaan over uitstroom van energie uit de voedselketen