Her basamakta enerjinin %90’ı gider
Güneşten gelen 1.000.000 J’lük enerjiden atmacaya yalnızca 10 J ulaşır. Enerji tek yönlü akar ve azalır; madde ise döner. Bu ünitede bu iki cümlenin arkasındaki mekanizmayı kuracağız.
Ekosistemdeki enerji akışı, beslenme yoluyla bir organizmadan diğerine enerji aktarımı şeklindedir. Aktarılan enerji, kimyasal enerji formundadır. Enerji çeşitli formlarda bulunur ve canlılarda bir formdan başka bir forma dönüştürülür.
Doğadaki tüm enerji ilişkileri, genel iki fizik yasası olan termodinamiğin birinci ve ikinci yasalarıyla açıklanır. Termodinamik; ısı, sıcaklık ve enerjiyi konu alan madde dönüşümlerinin incelenmesi olarak adlandırılabilir.
Termodinamiğin birinci yasası, doğadaki mevcut enerji yasasının değişmezliği ile ilgilidir. Bu yasaya göre doğadaki enerji yoktan var edilemez ya da vardan yok edilemez. Ancak çeşitli yollarla bir şekilden ötekine aktarılabilir ve dönüştürülebilir.
Örneğin bitkiler, enerji üreticisi değil güneş enerjisini kimyasal enerjiye dönüştüren bir enerji dönüştürücüsüdür.
Sınav tuzağı tam burada: “üretici” sözcüğü besin üretimini anlatır, enerji üretimini değil. Enerjiyi hiçbir canlı üretmez.
Termodinamiğin ikinci yasası, enerjinin niteliği ile ilgilidir. Ekosistemlerin canlı ögeleri arasında her enerji aktarımı ya da dönüşümü sırasında sistemdeki mevcut enerjinin bir kısmı, ısı enerjisine dönüşerek çevreye yayılır.
Termodinamiğin ikinci yasasına göre enerjinin ekosistemlerdeki akışı sırasında enerji farklı şekillere dönüştükçe enerjinin iş yapmak için kullanılabilir bölümü giderek azalır.
Birinci yasa miktarla, ikinci yasa nitelikle ilgilidir. Enerji kaybolmaz ama işe yaramaz hâle gelir. Piramidin neden daralarak yükseldiğinin cevabı ikinci yasadır.
Canlıda gerçekleşen yaşamsal faaliyetlerin sürdürülebilmesi için enerjiye ve karbon, azot gibi inorganik maddelere ihtiyaç duyulur. Canlıların yaşamını sürdürebilmesi için enerjinin bir biçimden başka biçime dönüştürülmesi gerekir.
Bunun için öncelikle güneşten gelen ışık enerjisi, fotosentez yoluyla bitkiler tarafından kimyasal enerjiye dönüştürülerek organik besinlerin yapısına aktarılır. Bitkilerde depolanan enerji, besin yoluyla otçul hayvanlara ve onlardan da etçil hayvanlara geçer. Canlıların atıkları ve kalıntıları, ayrıştırıcılar tarafından parçalanarak üreticiler için tekrar kullanılır hâle getirilir.
Bu süreçte ekosistemdeki madde ve enerji akışı; üretici, tüketici, ayrıştırıcı canlılar aracılığı ile dengede ve sürekli bir akış hâlinde kalır. Bu dengenin sağlanmasında besin zincirleri ve madde döngüleri önemli rol oynar.
Her basamaktan ısı çıkar; bu çıkış tek yönlüdür ve geri dönmez. Madde ise ayrıştırıcılar üzerinden üreticilere geri döner.
Enerji akışı tek yönlüdür ve her basamakta azalır; madde akışı ise döngüseldir. Ekosistemin dışarıdan sürekli enerji alması gerekir (güneş), ama madde dışarıdan gelmez — ayrıştırıcılar onu yeniden kullanılır hâle getirir.
Besinlerde depolanan enerjinin üretici canlılardan tüketici canlılara doğru tek yönlü olarak iletimi, besin zincirleriyle gerçekleştirilir. Üreticilerden başlayarak canlılar arasında bir zincirin halkaları gibi devam eden beslenme ilişkisi besin zinciri olarak adlandırılır.
Besin zinciri, üreticilerin güneşten gelen ışık enerjisini dönüştürmeleri ile başlar. Dönüştürülen bu enerji, besin zinciri yoluyla bir canlıdan diğerine aktarılır. Aktarılan enerji; canlılar tarafından biyosentez tepkimeleri, sinirsel iletim, aktif taşıma, kas faaliyetleri, büyüme, ısı üretme gibi durumlarda kullanılır.
Birçok canlı tek çeşit yerine çok çeşit besin tükettiği için birden fazla besin zincirinde yer alır. Bazı canlıların birden fazla besin zincirinde yer alması nedeniyle ekosistemler, çok sayıda farklı besin zinciri içerir. Farklı besin zincirlerinin birbirine bağlanarak daha karmaşık ve çok yönlü beslenme ilişkileri oluşturduğu yapıya besin ağı denir.
Oklar “kim kimi yer” yönünü değil, enerjinin aktığı yönü gösterir. Seçtiğin canlının bağlantıları vurgulanır.
Yukarıdaki besin ağına göre doldur. Bir canlı birden fazla basamakta olabilir.
Ekolojik piramitler, bir biyotik komünitede farklı trofik basamakta bulunan canlılar arasındaki ilişkileri gösteren grafiklerdir.
Besin piramidi; üreticilerden başlayarak tüketicilere kadar uzanan, canlıların doğada nasıl bir beslenme ilişkisi içinde olduklarını ve enerjinin bu canlılar arasında nasıl aktarıldığını gösteren bir şekildir.
Bir popülasyonu oluşturan tüm bireylerin toplam kütlesi biyokütleyi oluşturur. Belirli bir türün popülasyonlarının beslenme düzeyindeki her bir basamağa trofik basamak denir. Her bir trofik basamaktaki canlıların biyokütlesi, bu türlerin sahip olduğu organik maddelerin toplamıdır.
Birinci trofik basamakta biyokütlesi en fazla olan üreticiler bulunur. İkinci trofik basamakta otçullar, üçüncü trofik basamakta ise etçiller yer alır. Ayrıştırıcılar ise tüm trofik basamaklarda bulunur.
Besin zincirlerinde enerji akışı, üreticilerden tüketicilere doğru gerçekleşir. Bir trofik basamaktaki kullanılabilir enerjinin yaklaşık %10’u bir üst basamaktaki canlılara aktarılabilir. Enerji akışı sırasında mevcut enerjinin yaklaşık %90’ı canlılık faaliyetlerinde kullanılır ve ısı olarak çevreye yayılır. Bu nedenle enerjinin yalnızca %10’u bir trofik basamaktan diğerine geçer. Bu durum %10 Yasası olarak adlandırılır. Trofik basamak sayısı arttıkça enerji kaybı da artar.
Besinlerle alınan enerjinin bir bölümü sindirilmeden dışkı yoluyla atılır. Dışkı ile atılan bu organik kalıntılar, ayrıştırıcılar tarafından parçalanarak dönüştürülür. Bu süreçte ayrıştırıcılar, kendi besin gereksinimlerini de karşılamış olur.
Kaydırağı çektikçe her basamağa ulaşan enerji değişir, ama oranlar değişmez: her basamakta yalnızca onda biri yukarı geçer.
İnsanların gerçekleştirdiği birçok endüstriyel faaliyet sonucu kimyasal ve sentetik maddeler doğaya bırakılmaktadır. Bu zararlı maddeler toprak, su gibi ortamlara karışarak besin zinciri boyunca ilerleyip insanlara kadar ulaşabilir. Vücuttan kolayca uzaklaştırılamayan bu maddeler, besin piramidinde yer alan farklı trofik basamaklardaki canlıların dokularında birikir. Sonuç olarak canlılarda ciddi sağlık sorunlarına ve hatta ölümlere yol açabilir. Bu durum biyolojik birikim olarak adlandırılır.
Besin piramidinin üst basamaklarına çıkıldıkça canlıların vücudunda biriken zehirli madde miktarı artar. Çevrenin kurşun, cıva gibi ağır metaller, pestisitler, radyoaktif maddeler, endüstriyel atıklarla kirlenmesi önemli bir sorundur.
Solda enerji, sağda zehirli madde. Aynı piramitte biri yukarı çıktıkça azalıyor, öteki artıyor.
Biyolojik birikime neden olan DDT (Dikloro Difenil Trikloroetan), 20. yüzyılın ikinci yarısında tarım zararlıları ve sıtma taşıyan sivrisineklere karşı yaygın olarak kullanılan bir pestisittir. Ancak yapılan bilimsel çalışmalar, DDT’nin besin zincirleri yoluyla ekosistemde taşındığını ve canlı dokularında biriktiğini göstermektedir. DDT’nin çevrede yaklaşık 10 yıl boyunca kalabildiği ve fiziksel etkenlerle kolayca parçalanmadığı belirlenmiştir. DDT kullanımı 1980’li yıllardan itibaren birçok ülkede yasaklanmıştır.
Sorular ve şıklar her turda karışıyor.
Tavuk yerken aslında ikinci trofik basamağı yiyorsun; tavuğun yediği yem birinci basamaktı. Aynı tarladan doğrudan beslenmek, aradaki %90’lık kaybı atlamak demektir. Dünyayı beslemenin matematiği tam olarak budur.
Kas çalıştıkça ısınman, ikinci yasanın gözle görülür hâlidir: her enerji dönüşümünde enerjinin bir kısmı ısı enerjisine dönüşerek çevreye yayılır. Bu ısı geri toplanamaz.
Akvaryumdaki artıkların birikip suyu bozması, orada ayrıştırıcı döngünün yetersiz kalmasıdır. Doğada bu işi ayrıştırıcılar yapar ve kalıntıları topraktaki humus ve minerallere dönüştürür.
Büyük ve uzun ömürlü avcı balıklarda ağır metal daha çok birikir; çünkü besin piramidinin üst basamaklarına çıkıldıkça biriken zehirli madde miktarı artar. Minamata hastalığı tam olarak bu yolla ortaya çıktı.
Piller cıva, kadmiyum, kurşun, çinko, mangan, lityum, demir, nikel, kobalt içerir. Çöpe atılan pilin ağır metalleri toprağa ve suya karışır, besin zinciri yoluyla geri sana döner. Pil kutusu bu yüzden var.
Pestisit kalıntısı yalnız o meyvede kalmaz; DDT örneğinde olduğu gibi bazıları çevrede yaklaşık 10 yıl kalabilir ve kolayca parçalanmaz. DDT birçok ülkede 1980’li yıllardan itibaren yasaklandı.
Mutfak artığını komposta ayırmak, madde akışını kapatmaktır: organik madde ayrıştırılıp üreticiler için tekrar kullanılır hâle gelir. Enerji geri gelmez ama madde geri döner.
Otu yiyen çekirge birincil tüketici, çekirgeyi yiyen serçe ikincil, serçeyi yakalayan yılan üçüncül. Beş basamaklı bir zincirin sonundaki atmacaya, güneşten gelen 1.000.000 J’ün yalnızca 10 J’ü ulaşır.
“Doğadaki denge” lafı boş değil: madde ve enerji akışı; üretici, tüketici ve ayrıştırıcı canlılar aracılığı ile dengede ve sürekli bir akış hâlinde kalır. Bu dengeyi besin zincirleri ve madde döngüleri sağlar.
Ekosistemdeki enerji akışının beslenme yoluyla ve kimyasal enerji formunda gerçekleşmesi, termodinamiğin birinci yasası ve bitkilerin enerji dönüştürücüsü olması, ikinci yasa ve her aktarımda enerjinin bir kısmının ısıya dönüşmesi, madde akışının döngüsel enerji akışının tek yönlü olması, besin zinciri ve besin ağı, birincil ikincil üçüncül tüketici ile hepçil ayrımı, ayrıştırıcıların kalıntıları humus ve minerallere dönüştürmesi, ekolojik piramitler, biyokütle ve trofik basamak tanımları, %10 Yasası ve enerji piramidindeki 1.000.000 J’den 10 J’e inen dizi, biyolojik birikim ile Minamata hastalığı, itai itai hastalığı, DDT ve atık pil örnekleri
Beslenme yoluyla bir organizmadan diğerine enerji aktarımıdır ve aktarılan enerji kimyasal enerji formundadır. Tüm enerji ilişkileri termodinamiğin birinci ve ikinci yasalarıyla açıklanır.
Enerji yoktan var edilemez, vardan yok edilemez; ancak bir şekilden ötekine aktarılabilir ve dönüştürülebilir. Bitki enerji üreticisi değil, güneş enerjisini kimyasal enerjiye çeviren bir enerji dönüştürücüsüdür.
Her enerji aktarımı ya da dönüşümü sırasında enerjinin bir kısmı ısı enerjisine dönüşerek çevreye yayılır; enerjinin iş yapmak için kullanılabilir bölümü giderek azalır. Piramidin daralmasının sebebi budur.
Enerji akışı tek yönlüdür ve azalır; madde akışı döngüseldir. Sıra: güneş → üreticiler → birincil tüketiciler (otçullar) → ikincil tüketiciler (etçiller); her basamaktan ısı çıkar, ayrıştırıcılar maddeyi geri kazandırır.
Üreticilerden başlayarak canlılar arasında zincirin halkaları gibi devam eden beslenme ilişkisidir; enerji tek yönlü iletilir. Aktarılan enerji biyosentez, sinirsel iletim, aktif taşıma, kas faaliyetleri, büyüme ve ısı üretiminde kullanılır.
Birincil: üreticilerle beslenen otçul (herbivor). İkincil: otçullarla beslenen etçil (karnivor). Üçüncül: otçul ve etçilleri yiyen. Hepçil (omnivor): hem bitki hem hayvanla beslenir, değişik basamaklarda bulunabilir.
Farklı besin zincirlerinin birbirine bağlanarak daha karmaşık ve çok yönlü beslenme ilişkileri oluşturduğu yapıdır. Sebebi: birçok canlı tek çeşit yerine çok çeşit besin tüketir.
Trofik basamak: belirli bir türün popülasyonlarının beslenme düzeyindeki her bir basamak. Biyokütle: bir popülasyonu oluşturan tüm bireylerin toplam kütlesi. Biyokütlesi en fazla olan üreticiler birinci basamaktadır; ayrıştırıcılar tüm basamaklarda bulunur.
Bir trofik basamaktaki kullanılabilir enerjinin yaklaşık %10’u bir üst basamağa aktarılır; %90’ı canlılık faaliyetlerinde kullanılır ve ısı olarak çevreye yayılır. Trofik basamak sayısı arttıkça enerji kaybı da artar.
Güneş ışığından gelen 1.000.000 J · üreticiler 100.000 J · birincil tüketici 10.000 J · ikincil tüketici 1.000 J · üçüncül tüketici 100 J · dördüncül tüketici 10 J.
1. basamak üretici (bitki) · 2. basamak 1. tüketici (çekirge) · 3. basamak 2. tüketici (serçe) · 4. basamak 3. tüketici (yılan) · 5. basamak 4. tüketici (atmaca).
Vücuttan kolayca uzaklaştırılamayan zararlı maddelerin farklı trofik basamaklardaki canlıların dokularında birikmesidir. Besin piramidinin üst basamaklarına çıkıldıkça biriken zehirli madde miktarı artar. Örnekler: cıva (Minamata), kadmiyum (itai itai), DDT, atık piller.