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La principale source d'énergie de l'écosystème provient du soleil. L'énergie du soleil se transforme en énergie chimique au cours de la photosynthèse. Les plantes de l'environnement terrestre convertissent l'énergie du soleil. Dans les écosystèmes aquatiques, les plantes aquatiques, les microalgues (phytoplancton), les macroalgues et les cyanobactéries convertissent l'énergie du soleil. Les consommateurs peuvent ensuite utiliser l'énergie transformée par les producteurs dans le réseau alimentaire.
Transfert d'énergie dans les écosystèmes
Selon la façon dont ils se nourrissent, nous pouvons diviser les organismes vivants en trois groupes principaux : les producteurs, les consommateurs et les saprobiontes (décomposeurs).
Les producteurs
Un producteur est un organisme qui fabrique sa nourriture, comme le glucose, au cours de la photosynthèse. Les plantes photosynthétiques en font partie. Ces producteurs sont également appelés autotrophes.
Un autotrophe est un organisme qui peut utiliser des composés inorganiques, comme le carbone du dioxyde de carbone, pour fabriquer des molécules organiques, comme le glucose.
Certains organismes utilisent à la fois des méthodes autotrophes et hétérotrophes pour obtenir de l'énergie. Les hétérotrophes sont des organismes qui ingèrent de la matière organique fabriquée par des producteurs. Par exemple, la sarracénie pourpre fait de la photosynthèse et consomme des insectes.
Les autotrophes ne sont pas seulement des organismes photosynthétiques(photoautotrophes). Un autre groupe que tu rencontreras peut-être est celui des chimioautotrophes. Les chimioautotrophes utilisent l'énergie chimique pour produire leur nourriture. Ces organismes vivent généralement dans des environnements difficiles, par exemple les bactéries oxydantes de soufre que l'on trouve dans les environnements anaérobies marins et d'eau douce.
Plongeons plus profondément dans l'océan, là où la lumière du soleil n'arrive pas. C'est ici que tu rencontreras des chimioautotrophes qui vivent dans les sources chaudes et les cheminées hydrothermales des profondeurs. Ces organismes créent de la nourriture pour les habitants des profondeurs, tels que les pieuvres des profondeurs (figure 1) et les vers zombies. Ces habitants ont l'air plutôt funky !
En outre, des particules organiques, vivantes ou non, coulent au fond de l'océan et constituent une autre source de nourriture. Il s'agit notamment de minuscules bactéries et de boulettes coulantes produites par les copépodes et les tuniciers.
Fig. 1 - Une pieuvre dumbo vivant dans les profondeurs de la mer.
Consommateurs
Lesconsommateurs sont des organismes qui obtiennent leur énergie pour la reproduction, le mouvement et la croissance en consommant d'autres organismes. On les appelle aussi hétérotrophes. On trouve trois groupes de consommateurs dans les écosystèmes :
- les herbivores
- les carnivores
- les omnivores
Herbivores
Les herbivores sont des organismes qui mangent le producteur, comme les plantes ou les macroalgues. Ils sont les premiers consommateurs du réseau alimentaire.
Carnivores
Les carnivores sont des organismes qui consomment les herbivores, les carnivores et les omnivores pour se nourrir. Ce sont lesconsommateurs secondaires et tertiaires (et ainsi de suite). Le nombre de consommateurs est limité dans les pyramides alimentaires car le transfert d'énergie diminue jusqu'à ce qu'il ne soit plus suffisant pour soutenir un autre niveau trophique. Les pyramides alimentaires s'arrêtent généralement après le consommateur tertiaire ou quaternaire.
Lesniveaux trophiques désignent les différentes étapes d'une pyramide alimentaire.
Omnivores
Les omnivores sont des organismes qui consomment à la fois des producteurs et d'autres consommateurs. Ils peuvent donc être des consommateurs primaires. Par exemple, les humains sont des consommateurs primaires lorsqu'ils mangent des légumes. Lorsque les humains consomment de la viande, tu seras très probablement un consommateur secondaire (puisque tu consommes principalement des herbivores).
Saprobiontes
Les saprobiontes, également appelés décomposeurs, sont des organismes qui décomposent la matière organique en composés inorganiques. Pour digérer la matière organique, les saprobiotiques libèrent des enzymes digestives, qui vont décomposer les tissus de l'organisme en décomposition. Les principaux groupes de saprobiontes comprennent les champignons et les bactéries.
Les saprobiontes sont extrêmement importants dans les cycles des nutriments, car ils libèrent dans le sol des nutriments inorganiques tels que les ions ammonium et phosphate, auxquels les producteurs peuvent à nouveau accéder. Le cycle complet des nutriments est ainsi bouclé et le processus recommence.
Transfert d'énergie et productivité
Les plantes ne peuvent capter que 1 à 3 % de l'énergie solaire, et cela se produit en raison de quatre facteurs principaux :
Les nuages et la poussière reflètent plus de 90 % de l'énergie solaire, et l'atmosphère l'absorbe.
D'autres facteurs limitatifs peuvent limiter la quantité d'énergie solaire qui peut être prélevée, comme le dioxyde de carbone, l'eau et la température.
La lumière peut ne pas atteindre la chlorophylle dans les chloroplastes.
La plante ne peut absorber que certaines longueurs d'onde (700-400nm). Les longueurs d'onde non utilisables seront réfléchies.
Lachlorophylle fait référence aux pigments présents dans les chloroplastes des plantes. Ces pigments sont nécessaires à la photosynthèse.
Les organismes unicellulaires, tels que les cyanobactéries, contiennent également des pigments photosynthétiques. Il s'agit notamment de la chlorophylle-α et du β-carotène .
Production primaire nette
Laproduction primaire nette (PPN) est l'énergie chimique stockée après ce qui est perdu lors de la respiration, et cela représente généralement environ 20 à 50 %. Cette énergie est à la disposition de la plante pour sa croissance et sa reproduction.
Nous utiliserons l'équation ci-dessous pour expliquer la PPN des producteurs :
Laproduction primaire brute (PPB) représente l'énergie chimique totale stockée dans la biomasse végétale. Les unités de la PPN et de la PPB sont exprimées en unités de biomasse par surface terrestre et par temps, comme par exemple g/m2/an. La respiration, quant à elle, est la perte d'énergie. La différence entre ces deux facteurs est ta PPN. Environ 10 % de l'énergie sera disponible pour les consommateurs primaires. En revanche, les consommateurs secondaires et tertiaires obtiendront jusqu'à 20 % de l'énergie des consommateurs primaires.
Cela s'explique par les facteurs suivants :
L'organisme entier n'est pas consommé - certaines parties ne sont pas mangées, comme les os.
Certaines parties ne peuvent pas être digérées. Par exemple, les humains ne peuvent pas digérer la cellulose présente dans les parois cellulaires des plantes.
L'énergie est perdue dans les matières excrétées, y compris l'urine et les fèces.
L'énergie est perdue sous forme de chaleur pendant la respiration.
Bien que les humains ne puissent pas digérer la cellulose, elle facilite tout de même notre digestion ! La cellulose aidera ce que tu as consommé à se déplacer dans ton tube digestif.
Les PPN des consommateurs ont une équation légèrement différente :
Comme tu le comprends maintenant, l'énergie disponible sera de plus en plus faible à chaque niveau trophique supérieur.
Niveaux trophiques
Un niveau trophique désigne la position d'un organisme dans la chaîne ou la pyramide alimentaire. Chaque niveau trophique dispose d'une quantité différente de biomasse. Les unités pour la biomasse dans ces niveaux trophiques comprennent les kJ/m3/an.
Labiomasse est la matière organique constituée d'organismes vivants, tels que les plantes et les animaux.
Pour calculer le pourcentage d'efficacité du transfert d'énergie à chaque niveau trophique, nous pouvons utiliser l'équation suivante :
Chaînes alimentaires
Une chaîne/pyramide alimentaire est une façon simplifiée de décrire la relation alimentaire entre les producteurs et les consommateurs. Lorsque l'énergie passe à des niveaux trophiques supérieurs, une grande partie est perdue sous forme de chaleur (environ 80-90 %).
Les réseaux alimentaires
Un réseau alimentaire est une représentation plus réaliste du flux d'énergie au sein de l'écosystème. La plupart des organismes ont plusieurs sources de nourriture et de nombreuses chaînes alimentaires sont reliées entre elles. Les réseaux alimentaires sont extrêmement complexes. Si tu prends l'exemple des humains, nous consommons de nombreuses sources de nourriture.
Fig. 2 - Un réseau alimentaire aquatique et ses différents niveaux trophiques
La figure 2 est un exemple de réseau alimentaire aquatique. Les producteurs sont ici la queue de cochon, la queue de coton et les algues. Les algues sont consommées par trois herbivores différents. Ces herbivores, comme le têtard de grenouille-taureau, sont ensuite consommés par de multiples consommateurs secondaires. Les prédateurs du sommet (prédateurs au sommet de la chaîne alimentaire/du réseau) sont les humains et le grand héron. Tous les déchets, y compris les matières fécales et les organismes morts, seront décomposés par des décomposeurs, dans le cas de cette chaîne alimentaire particulière, des bactéries.
L'impact de l'homme sur les réseaux alimentaires
L'homme a eu un impact important sur les réseaux alimentaires, perturbant souvent le flux d'énergie entre les niveaux trophiques. Voici quelques exemples :
- La consommation excessive. Cela a entraîné la suppression d'organismes importants dans l'écosystème (par exemple, la surpêche et la chasse illégale d'espèces en voie de disparition).
- Suppression des prédateurs du sommet de la chaîne. Cela entraîne un excès de consommateurs de niveau inférieur.
- Introduction d'espèces non indigènes. Ces espèces non indigènes perturbent les animaux et les cultures indigènes.
- La pollution. Une consommation excessive entraînera un excès de déchets (par exemple, les déchets sauvages et la pollution due à la combustion de combustibles fossiles). Un grand nombre d'organismes seront sensibles à la pollution.
- L'utilisation excessive des terres. Cela entraîne ledéplacementet la perte d'habitats.
- Le changement climatique. De nombreux organismes ne peuvent pas tolérer les changements de leur climat, ce qui entraîne par conséquent le déplacement des habitats et la perte de biodiversité.
La marée noire de Deepwater Horizon dans le golfe du Mexique a été la plus importante. La plateforme pétrolière a explosé et le pétrole s'est déversé dans l'océan. La quantité totale déversée a été estimée à 780 000 Ce déversement a eu des conséquences néfastes sur la faune et la flore marines. La marée noire a touché plus de 8 000 espèces, notamment des récifs coralliens décolorés ou endommagés jusqu'à 4000 pieds de profondeur, des thons rouges présentant des battements de cœur irréguliers, des arrêts cardiaques, entre autres problèmes.
Flux d'énergie dans un écosystème - Principaux enseignements
- Un écosystème est une interaction entre les organismes (biotiques) et leur environnement physique (abiotique). Les écosystèmes régulent le climat, la qualité de l'air, du sol et de l'eau.
- Les autotrophes récoltent l'énergie du soleil/des sources d'énergie chimique. Les producteurs transforment l'énergie en composés organiques.
- L'énergie est transférée des producteurs lorsque les consommateurs les consomment. L'énergie se déplace dans le réseau alimentaire vers les différents niveaux trophiques. L'énergie est retransférée dans l'écosystème par les décomposeurs.
- L'homme a eu un impact négatif sur les réseaux alimentaires. Certains de ces effets comprennent le changement climatique, la perte d'habitat, l'introduction d'espèces non indigènes et la pollution.
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