Ecosistemele: lanțul trofic și echilibrul din natură

Un ecosistem este o unitate a naturii formată din toate viețuitoarele care trăiesc într-un loc și din mediul lor fizic: apă, sol, aer, lumină, temperatură. Lanțul trofic este drumul hranei, și deci al energiei, prin acest sistem: de la plante la ierbivore, apoi la carnivore și, la final, la descompunători. Echilibrul din natură vine din faptul că fiecare verigă depinde de celelalte și le limitează la rândul ei.

Ecosistemele există la orice scară, de la o băltoacă din pădure până la Marea Neagră. Mai jos afli din ce sunt alcătuite, cum circulă energia și materia prin ele, de ce prădătorii sunt rari, ce se întâmplă când dispare o verigă și cum arată toate acestea în locuri pe care le poți vizita în România.

Din ce este alcătuit un ecosistem

Orice ecosistem are două componente inseparabile: o parte vie și una nevie, care se influențează reciproc. În manualele românești ele poartă nume specifice.

• Biotopul este mediul fizic: solul, apa, relieful, clima, lumina. De exemplu, o pădure de fag are un sol brun, umed, umbrit, cu ierni reci.
• Biocenoza este comunitatea tuturor viețuitoarelor din acel loc: plante, animale, ciuperci, microorganisme.

Biotopul condiționează biocenoza: în stepa uscată a Dobrogei nu cresc fagi. Dar și biocenoza modifică biotopul: copacii umbresc solul, frunzele căzute îl îmbogățesc, iar rădăcinile împiedică eroziunea.

Factori abiotici și biotici

Pentru a înțelege cum stau ecosistemele în tabloul mai larg al biologiei, de la celulă la biosferă, vezi ghidul general de biologie.

Producători, consumatori și descompunători

Fiecare organism dintr-un ecosistem are un rol trofic, adică un loc în schema „cine pe cine mănâncă”. Rolurile sunt trei, iar un ecosistem funcțional are nevoie de toate.

Producătorii

Producătorii sunt organismele care își fabrică singure hrana din substanțe minerale, folosind energia luminii: plantele, algele și cianobacteriile. Ei se numesc și autotrofi. Procesul prin care fac asta este explicat pe larg în ghidul despre fotosinteză. În adâncul oceanelor și în unele peșteri, există și producători care folosesc energia chimică a unor compuși, nu lumina.

Consumatorii

Consumatorii, sau heterotrofii, se hrănesc cu alte organisme:

• consumatorii primari sunt ierbivorele: căprioara, iepurele, lăcusta, melcul;
• consumatorii secundari mănâncă ierbivore: vulpea, buha, broasca;
• consumatorii terțiari sau prădătorii de vârf: lupul, râsul, acvila de munte;
• omnivorele, ca ursul brun sau mistrețul, ocupă mai multe trepte deodată.

Descompunătorii

Descompunătorii sunt bacteriile și ciupercile care transformă resturile moarte, frunzele căzute, cadavrele și excrementele în substanțe minerale simple, pe care plantele le pot absorbi din nou. Alături de ei lucrează detritivorele, cum ar fi râmele, miriapodele și unele insecte, care mărunțesc materia moartă. Fără ei, pădurile s-ar îngropa în propriile frunze. Rolul lor esențial este detaliat în articolul despre microorganisme.

Lanțul trofic și rețeaua trofică

Un lanț trofic este o succesiune liniară de organisme, în care fiecare îl mănâncă pe cel dinainte. Câteva exemple din România:

1. Pajiște montană: iarbă → lăcustă → șopârlă → șorecar.
2. Pădure de foioase: ghindă → pârș → jder → bufniță.
3. Baltă din Deltă: alge microscopice → crustacee mici (zooplancton) → peștișori → știucă → pelican sau cormoran.
4. Lan agricol: grâu → șoarece de câmp → vulpe.

În realitate, hrana nu circulă pe un singur fir. Vulpea mănâncă șoareci, dar și iepuri, insecte, ouă și fructe de pădure. Lanțurile se întretaie și formează o rețea trofică, mult mai stabilă: dacă o pradă se împuținează, prădătorul trece la alta. Cu cât rețeaua are mai multe legături, cu atât ecosistemul rezistă mai bine la perturbări.

Sfat: Desenează rețeaua trofică a curții sau a parcului din apropiere. Notează plantele, insectele, păsările și mamiferele mici pe care le observi timp de o săptămână și trage săgeți de la hrană spre cel care o mănâncă. Vei descoperi rapid că aproape orice specie are mai multe surse de hrană.

Energia trece, materia se reciclează

Diferența fundamentală dintr-un ecosistem este aceasta: energia curge într-un singur sens și se pierde treptat, pe când materia circulă în cerc. Ambele afirmații decurg din legile fizicii.

Regula aproximativă de 10%

La trecerea de la o treaptă trofică la următoarea, doar o mică parte din energie ajunge să construiască corpul consumatorului, în medie în jur de 10%, cu variații de la câteva procente la aproximativ 20%. Restul se pierde ca căldură în respirație și mișcare sau rămâne în părțile nedigerate. Fenomenul este o aplicare directă a principiilor despre energie și conservarea ei: energia nu dispare, dar se transformă în căldură pe care niciun organism nu o mai poate folosi ca hrană.

Consecințele se văd peste tot în natură:

• lanțurile trofice au rareori mai mult de 4–5 trepte, pentru că mai sus nu mai rămâne destulă energie;
• prădătorii de vârf sunt puțini și au nevoie de teritorii mari: o haită de lupi are nevoie de un teritoriu de ordinul sutelor de kilometri pătrați;
• o dietă bazată mai mult pe plante folosește mai eficient energia captată de culturi.

Circuitele materiei

Atomii de carbon, azot, fosfor și apa trec de nenumărate ori prin organisme și mediu, în circuite biogeochimice. Carbonul din CO₂ intră în plante prin fotosinteză, trece în animale, revine în aer prin respirație și descompunere. Azotul din aer este fixat de unele bacterii din sol și din nodozitățile rădăcinilor de fasole și trifoi, apoi trece în proteinele plantelor și animalelor. Apa se evaporă, formează nori, cade ca precipitații și curge înapoi spre mări, un ciclu legat direct de atmosfera Pământului.

Piramidele ecologice

O piramidă ecologică este o reprezentare grafică a treptelor trofice, așezate una peste alta, în care lățimea fiecărui nivel arată cantitatea de organisme sau de energie. Există trei tipuri:

1. Piramida numerelor: câți indivizi sunt pe fiecare treaptă. Poate fi uneori „răsturnată”: un singur stejar hrănește mii de omizi.
2. Piramida biomasei: masa totală a organismelor de pe fiecare treaptă. În mări poate fi și ea răsturnată, pentru că fitoplanctonul are o masă mică la un moment dat, dar se reînnoiește foarte repede.
3. Piramida energiei: energia care trece prin fiecare treaptă într-o perioadă dată. Ea nu poate fi niciodată răsturnată, din cauza pierderilor de la fiecare nivel.

Speciile-cheie și cascadele trofice

Unele specii au un efect asupra ecosistemului mult mai mare decât ar sugera numărul lor; ele se numesc specii-cheie. Dispariția sau revenirea lor declanșează schimbări în lanț, numite cascade trofice.

Lupii din Yellowstone

În Parcul Național Yellowstone din Statele Unite, lupii fuseseră eliminați complet la începutul secolului al XX-lea. Fără prădători, populațiile de cerbi au crescut și au păscut intens sălciile și plopii tineri de pe malurile râurilor. După reluarea lupilor în 1995, cerbii au devenit mai puțin numeroși și mai prudenți, iar vegetația de pe unele maluri a început să se refacă. Mărimea exactă a efectului este încă discutată de cercetători, dar exemplul a devenit clasic.

Prădătorii mari din Carpați

România păstrează una dintre cele mai importante populații de carnivore mari din Europa: ursul brun, lupul și râsul. Ele reglează numărul ierbivorelor și elimină adesea animalele bolnave sau slăbite. Detalii despre speciile emblematice ale țării găsești în ghidul despre biodiversitatea României.

Atenție: Dacă întâlnești un urs în natură, nu te apropia, nu fugi, nu îi oferi hrană și retrage-te încet, cu fața spre el. Respectă indicațiile administrațiilor ariilor protejate și ale salvamontiștilor, iar în caz de pericol sună la 112.

Când echilibrul se strică

Ecosistemele sunt reziliente, dar nu indestructibile. Câteva tipuri de perturbări pot dezechilibra rapid o rețea trofică.

• Eutrofizarea: îngrășămintele spălate de pe câmpuri ajung în lacuri și râuri, algele se înmulțesc exploziv, apoi mor și se descompun, consumând oxigenul din apă. Peștii mor prin asfixiere.
• Bioacumularea: unele substanțe toxice persistente, cum a fost insecticidul DDT, se acumulează în organisme și devin tot mai concentrate la fiecare treaptă trofică. În secolul al XX-lea, DDT-ul a subțiat cojile ouălor unor păsări răpitoare, ceea ce le-a scăzut drastic numărul.
• Speciile invazive: specii aduse din alte continente care nu au aici prădători naturali. În România, un exemplu bine cunoscut este ambrozia (Ambrosia artemisiifolia), o plantă originară din America de Nord, invazivă și puternic alergenă.
• Fragmentarea habitatelor: drumurile și defrișările taie pădurile în bucăți mici, în care animalele mari nu mai găsesc teritorii suficiente.

Succesiunea ecologică

După o perturbare, natura se reface treptat, printr-o succesiune ecologică. Pe un teren lăsat în paragină apar întâi ierburi și buruieni anuale, apoi tufișuri, apoi arbori pionieri ca mesteacănul și plopul tremurător, iar după multe decenii o pădure matură. Pe roca goală, de exemplu după o erupție vulcanică sau retragerea unui ghețar, succesiunea începe cu lichenii și mușchii, care formează primul strat subțire de sol. Rocile și formarea solului sunt descrise în articolul despre roci și minerale.

Ecosisteme de vizitat în România

România are o varietate neobișnuită de ecosisteme pe un teritoriu relativ mic, de la zone umede la stepă și pajiști alpine. Câteva tipuri ușor de recunoscut:

• Delta Dunării: zonă umedă cu stuf, canale, lacuri și grinduri, rezervație a biosferei și sit al Patrimoniului Mondial UNESCO din 1991; o rețea trofică uriașă bazată pe plancton, pești și păsări acvatice.
• Pădurile de fag din Carpați: umbroase, cu sol bogat, unde descompunătorii transformă rapid frunzișul.
• Pajiștile alpine: deasupra limitei pădurii, cu sezon de creștere scurt și plante mici, adaptate la frig și vânt.
• Stepa dobrogeană: secetoasă, cu ierburi rezistente, insecte, rozătoare și păsări răpitoare.
• Peșterile: ecosisteme fără lumină, în care hrana vine din exterior sau din bacterii care folosesc energie chimică.
• Marea Neagră: un ecosistem marin aparte, cu apa de adâncime lipsită de oxigen și bogată în hidrogen sulfurat.

De reținut

Un ecosistem este întâlnirea dintre un biotop și o biocenoză, legate prin hrană și energie. Producătorii captează energia luminii, consumatorii o transferă de la o treaptă la alta cu pierderi mari, iar descompunătorii reciclează materia moartă. Rețelele trofice bogate, prădătorii de vârf și speciile-cheie mențin echilibrul, în timp ce poluarea, speciile invazive și fragmentarea habitatelor îl pot strica rapid.

De reținut:

• biotop + biocenoză = ecosistem;
• producători, consumatori și descompunători formează lanțul trofic;
• la fiecare treaptă trofică trece mai departe doar aproximativ 10% din energie;
• energia curge într-un sens, materia circulă în cerc;
• speciile-cheie, ca lupul, pot influența întregul ecosistem.