Ekolojik stokiyometri - Ecological stoichiometry
Ekolojik stokiyometri (daha geniş olarak biyolojik stokiyometri olarak adlandırılır ) , enerji ve element dengesinin canlı sistemleri nasıl etkilediğini düşünür . Kimyasal stokiyometriye benzer şekilde , ekolojik stokiyometri, organizmalar ve ekosistemlerdeki etkileşimleri için geçerli olan kütle dengesinin kısıtlamaları üzerine kuruludur . Spesifik olarak, enerji ve element dengesi nasıl etkilenir ve bu denge organizmalardan ve etkileşimlerinden nasıl etkilenir. Ekolojik stokiyometri kavramlarının ekolojide uzun bir geçmişi vardır ve Liebig , Lotka ve Redfield tarafından yapılan kütle dengesi kısıtlamalarına yapılan ilk göndermeler vardır . Bunlar daha önceki kavramlar açıkça element bağlamak için genişletildi fizyolojisini ait organizmalar kendi için besin ağı etkileşimleri ve ekosistem işlevi.
Ekolojik stokiyometrideki çoğu çalışma, bir organizma ve kaynakları arasındaki arayüze odaklanır. Bu arayüz, bitkiler ve onların besin kaynakları veya büyük otçullar ve otlar arasında olsun , genellikle her bir parçanın element bileşimindeki dramatik farklılıklar ile karakterize edilir . Organizmaların temel talepleri ile kaynakların temel bileşimi arasındaki fark veya uyumsuzluk, temel bir dengesizliğe yol açar. Doku karbon : nitrojen oranı (C:N) yaklaşık 5 olan, ancak C:N oranı 300–1000 olan odun tüketen termitleri düşünün . Ekolojik stokiyometri öncelikle şunu sorar:
- Doğada element dengesizlikleri neden oluşur?
- Tüketici fizyolojisi ve yaşam öyküsü temel dengesizliklerden nasıl etkilenir? ve
- Ekosistem süreçleri üzerindeki müteakip etkiler nelerdir?
Elementel dengesizlikler , makromoleküllerin , organellerin ve dokuların tür ve miktarlarındaki farklılıklar gibi organizmaların biyolojik yapısındaki farklılıklarla ilgili bir dizi fizyolojik ve evrimsel nedenden dolayı ortaya çıkar . Organizmalar biyolojik yapılarının esnekliğinde ve dolayısıyla organizmaların kaynaklarındaki farklılıklar karşısında sabit bir kimyasal bileşimi sürdürebilme derecesinde farklılık gösterir. Kaynaklardaki farklılıklar, ihtiyaç duyulan kaynakların türleri, bunların zaman ve mekandaki göreli mevcudiyeti ve nasıl elde edildikleri ile ilgili olabilir. Kimyasal bileşimdeki değişikliklere ve kaynakların mevcudiyetine rağmen iç kimyasal bileşimi koruma yeteneği, "stoikiometrik homeostaz" olarak adlandırılır. Genel biyolojik homeostaz kavramı gibi , elemental homeostaz da element bileşiminin biyolojik olarak düzenli bir aralıkta korunmasını ifade eder. Algler ve vasküler bitkiler gibi fotoototrofik organizmalar, elemental bileşimde çok geniş bir fizyolojik plastisite yelpazesi sergileyebilir ve bu nedenle nispeten zayıf stokiyometrik dengeye sahiptir. Buna karşılık, çok hücreli hayvanlar gibi diğer organizmalar sıkı bir homeostaziye sahiptir ve farklı kimyasal bileşime sahip oldukları düşünülebilir. Örneğin, göllerdeki askıda organik maddedeki (yani algler , bakteriler ve döküntüler ) karbon- fosfor oranları 100 ile 1000 arasında değişebilirken , bir kabuklu zooplankton olan Daphnia'nın C:P oranları 80:1'de neredeyse sabit kalır. Bitkiler ve hayvanlar arasındaki stokiyometrik dengedeki genel farklılıklar, tüketiciler ve kaynaklar arasında büyük ve değişken temel dengesizliklere yol açabilir.
Ekolojik stokiyometri, organizmaların kimyasal içeriğinin ekolojilerini nasıl şekillendirdiğini keşfetmeye çalışır. Ekolojik stokiyometri, tüm ekosistemlerde besin geri dönüşümü , kaynak rekabeti , hayvan büyümesi ve besin sınırlama modelleri çalışmalarına uygulanmıştır . Redfield oranı dünya okyanuslarının ekoloji stokiyometrik ilkelerinden biri çok ünlü bir uygulamadır. Ekolojik stokiyometri da böyle bir P-içerik olarak alt hücresel seviyede fenomeni, gördüğü ribozoma gibi bütün biyosfer düzeyinde, hem de olguları, oksijen içeriği ve Dünya'nın atmosferine .
Ekolojik stokiyometrinin araştırma çerçevesi bugüne kadar insan mikrobiyomu araştırmaları, kanser araştırmaları, gıda ağı etkileşimleri, nüfus dinamikleri, ekosistem hizmetleri , tarımsal ürünlerin üretkenliği ve bal arısı beslenmesi dahil olmak üzere biyoloji, ekoloji, biyokimya ve insan sağlığının çeşitli alanlarında araştırmaları teşvik etti .
Tüketici stokiyometrisi ve gıda ağları
Organizmaların dokularındaki element oranlarının (yani, C:N:P) incelenmesi, organizmaların kaynak kalitesi ve miktarındaki değişikliklere nasıl tepki verdiğini anlamak için kullanılabilir. Örneğin, sucul ekosistemlerde, genellikle tarımsal faaliyetlerden kaynaklanan akarsulardaki azot ve fosfor kirliliği, birincil üreticiler için mevcut olan N ve P miktarını artırabilir. N ve P'nin sınırlandırılmasındaki bu salınım , akış içindeki birincil üreticilerin bolluğunu, büyüme oranlarını ve biyokütlesini etkileyebilir . Birincil üretimdeki bu değişiklik, aşağıdan yukarıya süreçler yoluyla besin ağı boyunca damlayabilir ve organizmaların stokiyometrisini, sınırlayıcı elementleri ve akışların biyojeokimyasal döngüsünü etkileyebilir. Ek olarak, elementel mevcudiyetteki aşağıdan yukarıya değişiklikler, aşağıda tartışılacak olan organizmaların morfolojisini, fenolojisini ve fizyolojisini etkileyebilir. Bu makalenin odak noktası su sistemleridir; ancak ekolojik stokiyometri ile ilgili benzer işlemler karasal ortamda da uygulanabilir.
omurgasız stokiyometrisi
Omurgasızların belirli oranlarda karbon, azot ve fosfor talepleri, omurgasızların yaşam öyküsü içinde farklı yaşam evrelerinde değişebilmektedir. Büyüme hızı hipotezi (GRH) bu fenomeni ele alır ve aktif büyüme evrelerinde biyokütle üretiminde P bakımından zengin nükleik asitler üretmek için fosfor talebinin arttığını ve tüketicinin P içeriğine yansıdığını belirtir. Erken gelişim aşamalarında, ya da daha önceki sırasında instars , omurgasızlar N ve P için daha yüksek talepler protein ve ribozomal yakıt üretimi için kaynak olarak zenginleştirilmiş olabilir RNA . Daha sonraki aşamalarda, belirli elementlere olan talep, artık aktif olarak hızla büyümedikleri veya protein açısından zengin biyokütle üretmedikleri için değişebilir. Omurgasız organizmaların büyüme hızları, kendilerine sunulan kaynaklarla da sınırlandırılabilir.