Ekosistemdeki Madde ve Enerji Akışı Konu Anlatımı

Ekosistemdeki Madde ve Enerji Akışı

Ekosistemlerde canlıların yaşamını sürdürebilmesi için enerjiye ve karbon, azot gibi maddelere gereksinim vardır. Ancak enerji ile madde ekosistemde aynı biçimde hareket etmez. Enerji, güneşten başlayarak üreticiler ve tüketiciler üzerinden aktarılırken her basamakta bir kısmı ısıya dönüşür. Maddeler ise canlılar ve çevre arasında yeniden kullanılabilecek biçimde dolaşır.

Ekosistemdeki enerji akışını anlamak için canlıların beslenme ilişkilerini, besin zincirlerini, besin ağlarını, trofik basamakları, ekolojik piramitleri ve biyolojik birikimi birlikte değerlendirmek gerekir.

1. Ekosistemde Enerjinin Temel Kaynağı

Ekosistemlerde kullanılan enerjinin temel kaynağı güneştir. Güneşten gelen ışık enerjisi, fotosentez yapan üreticiler tarafından kimyasal enerjiye dönüştürülür ve organik besinlerin yapısında depolanır.

Bitkiler enerji üretmez; güneş enerjisini başka bir enerji biçimine dönüştürür. Böylece enerji, canlıların kullanabileceği kimyasal enerji hâline gelir.

2. Termodinamiğin Birinci Yasası ve Ekosistem

Termodinamiğin birinci yasasına göre enerji:

• yoktan var edilemez,
• vardan yok edilemez,
• bir biçimden başka bir biçime dönüştürülebilir.

Bu nedenle üreticiler güneş enerjisinin kaynağı değildir. Üreticiler, ışık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştüren canlılardır.

3. Termodinamiğin İkinci Yasası ve Enerji Kaybı

Ekosistemde her enerji aktarımı ve dönüşümünde enerjinin bir kısmı ısı enerjisine dönüşerek çevreye yayılır. Bu nedenle bir trofik basamaktan diğerine aktarılabilen kullanılabilir enerji miktarı giderek azalır.

Canlıların aldığı enerjinin bir kısmı:

• hücresel solunumda ısıya dönüşür,
• metabolik faaliyetlerde kullanılır,
• dışkı ve idrar gibi atıklarla sistemden çıkar.

Bu yüzden besin zincirinde üst trofik basamaklara doğru çıkıldıkça kullanılabilir enerji azalır.

4. Madde ve Enerji Akışının Birlikte İşleyişi

Canlılarda yaşamsal faaliyetlerin sürdürülebilmesi için enerjiye ve inorganik maddelere ihtiyaç duyulur.

Güneşten gelen ışık enerjisi:

1. üreticiler tarafından kimyasal enerjiye dönüştürülür,
2. organik besinlerde depolanır,
3. beslenme yoluyla otçullara,
4. otçullardan etçil canlılara aktarılır.

Canlıların atıkları ve kalıntıları ayrıştırıcılar tarafından parçalanır. Böylece maddeler üreticilerin yeniden kullanabileceği hâle gelir.

Enerji akışı ile madde akışı birlikte ekosistemin devamlılığını sağlar.

5. Üreticiler

Besin zincirinin başlangıcında üreticiler bulunur. Üreticiler güneşten gelen ışık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürür.

Üreticiler:

• birinci trofik basamakta yer alır,
• diğer canlılar için organik besin ve dolayısıyla enerji kaynağının temelini oluşturur.

Besin zincirindeki enerji aktarımı üreticilerden başlar.

6. Birincil Tüketiciler

Üreticilerle beslenen otçul canlılara **birincil tüketici** denir.

Birincil tüketiciler:

• ikinci trofik basamakta yer alır,
• enerjilerini doğrudan üreticilerden sağlar.

Örneğin bitkiyle beslenen çekirge birincil tüketici olabilir.

7. İkincil, Üçüncül ve Dördüncül Tüketiciler

Birincil tüketicilerle beslenen canlılara **ikincil tüketici**, ikincil tüketicilerle beslenenlere **üçüncül tüketici** denir. Besin zincirinin yapısına göre daha üst düzey tüketiciler de bulunabilir.

Etçil canlıların trofik düzeyi yalnızca “etçil” olmalarına göre belirlenmez. Hangi trofik düzeydeki canlıyla beslendikleri önemlidir.

Örneğin bir etçil:

• ikincil tüketici,
• üçüncül tüketici,
• hatta dördüncül tüketici

olabilir.

8. Hepçil Canlıların Trofik Düzeyi

Hepçil canlılar hem bitkisel hem hayvansal besin tüketebilir. Bu nedenle bir hepçilin trofik düzeyi sabit değildir.

Bir hepçil:

• üreticiyle beslenirse birincil tüketici,
• birincil tüketiciyle beslenirse ikincil tüketici,
• daha üst düzey bir tüketiciyle beslenirse daha üst trofik düzeyde

yer alabilir.

9. Ayrıştırıcıların Rolü

Her besin zincirinde ayrıştırıcılar önemli görev üstlenir.

Ayrıştırıcılar:

• ölü organizmaları,
• organik atıkları,
• bitkisel ve hayvansal kalıntıları

parçalar.

Bu süreçte organik maddeler humus ve mineraller gibi üreticilerin yeniden kullanabileceği maddelere dönüşür.

Ayrıştırıcılar tüm trofik basamaklardan gelen organik maddeleri parçalayabilir. Böylece madde döngülerinin sürmesine katkı sağlar.

10. Besin Zinciri

Üreticilerden başlayarak canlılar arasında zincirin halkaları gibi devam eden beslenme ilişkisine **besin zinciri** denir.

Besin zincirinde kimyasal enerji:

• üreticiden,
• tüketiciye,
• daha üst tüketicilere

doğru aktarılır.

Besin zincirinde enerji akışı tek yönlüdür.

Örneğin: **Bitki → otçul → etçil**

şeklindeki ilişki basit bir besin zinciri modelidir.

11. Besin Zincirinde Enerjinin Kullanımı

Canlılara aktarılan enerji:

• biyosentez tepkimelerinde,
• sinirsel iletimde,
• aktif taşımada,
• kas faaliyetlerinde,
• büyümede,
• ısı üretiminde

kullanılabilir.

Enerjinin tamamı bir sonraki canlıya aktarılmaz. Canlının yaşam faaliyetlerinde kullanılan veya ısıya dönüşen enerji sonraki trofik basamağa geçemez.

12. Besin Ağı

Doğadaki canlıların çoğu tek çeşit besinle beslenmez. Bir canlı birden fazla besin zincirinde yer alabilir.

Farklı besin zincirlerinin birbirine bağlanarak oluşturduğu karmaşık beslenme ilişkisine **besin ağı** denir.

Besin ağı:

• tek bir besin zincirinden daha karmaşıktır,
• bir canlının birden fazla türle beslenme ilişkisini gösterebilir,
• ekosistemdeki enerji aktarımını daha gerçekçi biçimde yansıtır.

13. Trofik Basamak

Bir organizmanın besin zinciri veya besin ağı içindeki enerji ve madde aktarımındaki konumuna **trofik basamak** denir.

Genel sıralama:

1. trofik basamak → üretici
2. trofik basamak → birincil tüketici
3. trofik basamak → ikincil tüketici
4. trofik basamak → üçüncül tüketici
5. trofik basamak → dördüncül tüketici

Ancak bir canlının bulunduğu trofik düzey, içinde bulunduğu besin zincirine göre değişebilir.

14. Ekolojik Piramitler

Trofik basamaklar arasındaki ilişkileri göstermekte **ekolojik piramitlerden** yararlanılır.

Ders kitabında:

• biyokütle piramidi,
• enerji piramidi

ele alınır.

Bu piramitlerde tabanda üreticiler, üst basamaklarda ise tüketiciler bulunur.

15. Biyokütle

Belirli bir alan veya hacimdeki canlıların toplam organik madde miktarına **biyokütle** denir.

Biyokütle genellikle kuru ağırlık olarak ifade edilir.

Bir trofik basamaktan üst basamağa çıkıldıkça biyokütle genellikle azalır. Bunun nedeni, alınan organik maddelerin tamamının yeni biyokütleye dönüşmemesidir.

Organik maddelerin:

• bir bölümü metabolik faaliyetlerde kullanılır,
• bir bölümü atık olarak dışarı verilir,
• yalnız bir bölümü yeni biyokütleye dönüşür.

16. Biyokütle Piramidi

Biyokütle piramidi, her trofik basamaktaki canlıların toplam biyokütlesini gösterir.

Piramidin:

• tabanında üreticiler,
• üstünde birincil tüketiciler,
• daha üstte ikincil ve üçüncül tüketiciler

yer alır.

Üst basamaklara çıkıldıkça biyokütle genellikle azalır.

Ayrıştırıcılar tüm trofik basamaklardan gelen ölü organizmaları ve organik atıkları parçalayarak biyokütlenin dönüşümünde rol oynar.

17. Enerji Piramidi

Enerji piramidi, trofik basamaklarda aktarılan kullanılabilir enerji miktarını gösterir.

Üreticiler, yeryüzüne ulaşan güneş enerjisinin yaklaşık **%1'ini** fotosentezle organik maddeye dönüştürerek ekosisteme kazandırabilir.

Enerji piramidinde üst basamaklara çıkıldıkça kullanılabilir enerji azalır.

18. %10 Yasası

Trofik basamaklar arasında enerji aktarılırken bir basamakta biyokütlede depolanan enerjinin yaklaşık **%10'u** bir üst basamağa aktarılır.

Bu durum **%10 yasası** olarak adlandırılır.

Enerjinin geri kalan büyük bölümü:

• hücresel solunumda ısıya dönüşür,
• metabolik faaliyetlerde kullanılır,
• dışkı ve idrar gibi atıklarla vücuttan uzaklaştırılır.

Bu nedenle besin zincirleri genellikle çok uzun olamaz.

19. Enerji Piramidi Üzerinden Hesaplama

Ders kitabındaki örnek enerji piramidinde üreticilerden üst trofik düzeylere çıkıldıkça enerji yaklaşık onda bire düşer.

Örneğin:

• üretici: 10.000 J
• birincil tüketici: 1.000 J
• ikincil tüketici: 100 J
• üçüncül tüketici: 10 J
• dördüncül tüketici: 1 J

şeklinde bir aktarım gösterilebilir.

Bu değerler, enerjinin trofik basamaklar arasında giderek azaldığını gösterir.

20. Besin Zincirlerinin Basamak Sayısı

Enerji her trofik basamakta azaldığı için üst düzey tüketicilere ulaşabilen enerji çok düşüktür.

Bu nedenle besin zincirleri genellikle **4-5 basamakla sınırlıdır**.

Bu durum doğrudan enerji aktarımındaki azalmayla ilişkilidir.

21. Biyolojik Birikim

Endüstriyel faaliyetler sonucu çevreye bırakılan bazı kimyasal ve sentetik maddeler:

• toprağa,
• suya,
• besin zincirine

karışabilir.

Vücuttan kolayca uzaklaştırılamayan bu maddelerin canlı dokularında birikmesine **biyolojik birikim** denir.

Biyolojik birikime neden olan maddeler canlılarda ciddi sağlık sorunları oluşturabilir.

22. Trofik Basamaklarda Biyolojik Birikim

Besin zincirinde üst trofik basamaklara çıkıldıkça canlıların vücudunda biriken zehirli madde miktarı artabilir.

Bu nedenle biyolojik birikimin en fazla görülmesi beklenen canlılar çoğunlukla besin zincirinin üst basamaklarında yer alan son tüketicilerdir.

Bu durum enerji piramidindeki enerji azalmasının tersine, zararlı maddelerin üst düzey tüketicilerde daha yüksek oranda birikebilmesiyle dikkat çeker.

23. Biyolojik Birikime Neden Olabilecek Maddeler

Ders kitabında biyolojik birikim açısından:

• kurşun,
• cıva,
• kadmiyum,
• pestisitler,
• radyoaktif maddeler,
• endüstriyel atıklar

önemli çevresel kirleticiler olarak ele alınır.

Bu maddeler toprak ve suya karıştıktan sonra besin zinciri yoluyla farklı canlılara ve insanlara kadar ulaşabilir.

24. DDT Örneği

DDT, geçmişte tarım zararlıları ve sıtma taşıyan sivrisineklere karşı yaygın kullanılan bir pestisittir.

Bilimsel çalışmalar DDT'nin:

• besin zincirleri yoluyla taşındığını,
• canlı dokularında biriktiğini,
• çevrede uzun süre kalabildiğini,
• fiziksel etkenlerle kolayca parçalanmadığını

göstermiştir.

Bu nedenle DDT kullanımı birçok ülkede yasaklanmıştır.

25. Minamata Hastalığı

Minamata hastalığı, Japonya'nın Minamata Koyu'nda görülen metil cıva zehirlenmesiyle ilişkilidir.

Bir fabrikadan körfeze bırakılan metil cıva:

1. su ortamına karışmış,
2. balık ve kabuklularda birikmiş,
3. bu canlıları tüketen insanlara ulaşmıştır.

Metil cıvanın insan vücudunda birikmesi ciddi sinir sistemi sorunlarına neden olmuştur.

Bu örnek, biyolojik birikimin besin zinciri yoluyla insana ulaşabileceğini gösterir.

26. İtai İtai Hastalığı

İtai itai hastalığı kadmiyum zehirlenmesiyle ilişkilidir.

Madencilik faaliyetleri sonucu kadmiyumun çevreye karışmasıyla:

• nehir suyu kirlenmiş,
• tarım alanları etkilenmiş,
• pirinçler kadmiyumu bünyesine almış,
• kadmiyum insan besinlerine ulaşmıştır.

Bu durum ağır metallerin çevre ve insan sağlığı üzerindeki uzun süreli etkilerine örnektir.

27. Atık Piller ve Biyolojik Birikim

Piller:

• cıva,
• kadmiyum,
• kurşun,
• çinko,
• mangan,
• lityum,
• demir,
• nikel,
• kobalt

gibi maddeler içerebilir.

Atık piller düzensiz biçimde çevreye bırakıldığında ağır metaller zamanla toprağa ve suya karışabilir. Besin zinciri yoluyla canlılara ve insanlara ulaşarak sağlık sorunlarına yol açabilir.

Bu nedenle atık pillerin çevreye rastgele atılmaması önemlidir.

Sık Karıştırılan Noktalar

• Enerji ekosistemde döngü yapmaz; tek yönlü akar.
• Maddeler ekosistemde yeniden kullanılabilir.
• Üreticiler enerji üretmez; ışık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürür.
• Her enerji aktarımında enerjinin bir kısmı ısı olarak çevreye yayılır.
• Birincil tüketiciler üreticilerle beslenir.
• Etçil bir canlının trofik düzeyi her zaman aynı değildir.
• Hepçil bir canlının trofik düzeyi beslendiği canlıya göre değişebilir.
• Besin zinciri ve besin ağı aynı şey değildir.
• Biyokütle, toplam organik madde miktarıdır.
• Enerji piramidinde üst basamaklara çıkıldıkça enerji azalır.
• %10 yasası, enerjinin yaklaşık onda birinin bir üst basamağa aktarılmasıdır.
• Ayrıştırıcılar tüm trofik basamaklardan gelen organik maddeleri parçalayabilir.
• Biyolojik birikim üst trofik basamaklarda artabilir.
• Enerji miktarı ile biyolojik birikimin değişimi aynı yönde değildir.
• Minamata hastalığı metil cıva, itai itai hastalığı kadmiyumla ilişkilidir.

Soru Çözerken Kullanılabilecek Yaklaşım

1. Enerji ile maddeyi ayır: enerji tek yönlü, madde döngüseldir.
2. Besin zincirinde ilk basamağı üreticiler olarak belirle.
3. Bir canlının trofik düzeyini, neyle beslendiğine göre belirle.
4. Birincil tüketici = üreticiyle beslenen canlı.
5. Enerji piramidinde yukarı çıktıkça kullanılabilir enerjinin azaldığını unutma.
6. %10 yasası sorularında her basamakta yaklaşık onda bir aktarımı kullan.
7. Biyokütle sorularında üst basamaklara çıkıldıkça genel olarak azalma bekle.
8. Besin ağı sorularında bir canlının birden fazla besin zincirine katılabileceğini düşün.
9. Biyolojik birikimde üst trofik basamaklarda zehirli madde miktarının artabileceğini hatırla.
10. DDT, metil cıva, kadmiyum ve atık pillerle ilgili sorularda kirleticinin besin zinciri yoluyla taşınmasına odaklan.

Konu Özeti

Ekosistemlerde enerji güneşten başlar. Üreticiler ışık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürür. Bu enerji besin zincirleri ve besin ağları yoluyla tüketicilere aktarılır. Her enerji dönüşümünde bir miktar enerji ısıya dönüştüğü için enerji akışı tek yönlüdür ve üst trofik basamaklara çıkıldıkça kullanılabilir enerji azalır.

Besin zincirinde üreticiler birinci trofik basamakta, birincil tüketiciler ikinci, ikincil tüketiciler üçüncü basamakta yer alır. Ancak hepçil ve etçil canlıların trofik düzeyi beslendikleri canlıya göre değişebilir. Farklı besin zincirlerinin birbirine bağlanması besin ağını oluşturur.

Biyokütle piramidi trofik basamaklardaki toplam organik madde miktarını, enerji piramidi ise kullanılabilir enerji miktarını gösterir. Yaklaşık %10'luk enerji bir üst basamağa aktarılır. Bu nedenle besin zincirleri genellikle 4-5 basamakla sınırlıdır.

Vücuttan kolay uzaklaştırılamayan zararlı maddelerin canlı dokularında birikmesine biyolojik birikim denir. Bu maddelerin miktarı üst trofik basamaklara çıkıldıkça artabilir. DDT, cıva, kadmiyum ve bazı ağır metaller biyolojik birikim açısından önemli örneklerdir.

Konuyu Bitirdiğinde Bunları Yapabiliyor Olmalısın

• Enerji akışı ile madde akışını ayırt edebilmelisin.
• Termodinamiğin birinci ve ikinci yasalarını ekosistem enerji akışıyla ilişkilendirebilmelisin.
• Üretici, birincil tüketici, ikincil tüketici ve üst düzey tüketicileri belirleyebilmelisin.
• Bir canlının trofik düzeyini beslendiği canlıya göre yorumlayabilmelisin.
• Besin zinciri ile besin ağını karşılaştırabilmelisin.
• Biyokütle ve enerji piramitlerini açıklayabilmelisin.
• %10 yasasını kullanarak enerji aktarımı sorularını çözebilmelisin.
• Ayrıştırıcıların madde akışındaki rolünü açıklayabilmelisin.
• Biyolojik birikimi tanımlayabilmelisin.
• Üst trofik basamaklarda biyolojik birikimin neden arttığını yorumlayabilmelisin.
• Minamata, itai itai ve atık pil örneklerini biyolojik birikimle ilişkilendirebilmelisin.