Como mencionado no início desta seção, todos os organismos da Terra precisam de energia para viver. Nós também aprendemos que a maioria das plantas obtém energia do Sol através do processo de fotossíntese. As plantas que usam o processo de fotossíntese, juntamente com os micróbios fotossintetizantes, são chamadas de autótrofos. A palavra autótrofo vem da palavra latina para “autoalimentação”. Essas plantas e micróbios são autótrofos porque produzem sua própria energia alimentar, convertendo energia solar em açúcar através do processo metabólico da fotossíntese. Mas e sobre outras formas de vida, como humanos, mamíferos e insetos que não podem metabolizar a energia solar? Esses organismos são chamados heterótrofos (da palavra latina que significa “alimentação diferente”), porque eles precisam consumir compostos orgânicos encontrados dentro dos tecidos de outros organismos, a fim de obter a energia alimentar de que precisam. 

Olhando adiante

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Você aprenderá adiante em Energia e Espiritualidade que muitas religiões do mundo acreditam que os seres humanos possuem uma “energia espiritual” interior.

Numerosas formas de autótrofos e heterótrofos que vivem no mesmo ecossistema mantêm uma existência harmoniosa entre si através de uma estrutura trófica. A estrutura trófica é um padrão de movimento de energia e matéria entre organismos em um ecossistema específico. A estrutura trófica complexa que mantém o equilíbrio entre autótrofos e heterótrofos, conhecida como cadeia alimentar, é padronizada nas relações de alimentação entre organismos que coexistem dentro de um ecossistema. Um exemplo de uma simples cadeia alimentar de solo (Figura 4) demonstra as ligações interdependentes entre organismos. Cada organismo desempenha um papel dentro do ecossistema que é necessário para a vitalidade dos outros organismos na cadeia alimentar.

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Figura 4: Uma rede alimentar do ecossistema do solo. As setas descrevem o fluxo de energia de um organismo para o próximo através da cadeia alimentar. 1

Existem diferentes níveis tróficos que são estabelecidos dentro de uma cadeia alimentar. A diferenciação desses níveis é baseada em grupos de organismos que compartilham os mesmos hábitos alimentares e principais meios de obtenção de energia. Por exemplo, as plantas fotossintéticas compõem o nível trófico primário do produtor porque são primárias à cadeia alimentar e produzem seus próprios açúcares, que então alimentam o restante da cadeia. Os consumidores primários, ou herbívoros, compõem o segundo nível trófico, porque consomem produtores primários. Consumidores secundários são carnívoros ou onívoros que consomem consumidores primários e às vezes plantas. Os consumidores terciários (também chamados de carnívoros de topo) se alimentam de consumidores primários e secundários. A maioria das cadeias alimentares não suporta mais do que quatro níveis tróficos, devido à ineficiência da transferência de energia (a perda de energia utilizável) de um nível para o outro (ou seja, a Segunda Lei da Termodinâmica).

Se as plantas, micro-organismos e animais em uma cadeia alimentar são categorizados por seus níveis tróficos, podemos exibir e resumir suas relações, biomassa de nível trófico e transferência de energia dentro de uma pirâmide trófica (Figura 5).

trophic levels
Figura 5: Uma pirâmide trófica simples demonstra a perda de energia (quilo caloria ou biomassa) de um nível trópico para o próximo. Representada como uma pirâmide, podemos ver que os produtores primários ou fotossintetizantes autótrofos compõem a base da maioria das cadeias alimentares. À medida que a energia é transferida para a pirâmide em direção aos carnívoros de topo, aproximadamente 90% são perdidos em cada nível, e apenas 10% são convertidos em biomassa do próximo nível trófico superior. 2

Na pirâmide trófica representada na Figura 5, existem quatro níveis tróficos. Na base da pirâmide estão as plantas fotossintéticas ou produtores primários. Observe que a biomassa total (ou energia armazenada) do nível trófico de base é muitas vezes maior que os outros níveis tróficos, com cada nível trófico sucessivo contendo uma biomassa total significativamente menor. A redução de biomassa ocorre porque há uma grande perda de energia associada a cada transferência trófica, enquanto apenas 10% da energia é transferida de um nível para o outro, e convertida em biomassa no próximo nível trófico superior.

Por exemplo, quando um herbívoro (como um inseto que se alimenta de grama) consome 100 kcal (quilo caloria) de grama, ele não consegue converter 100% dessas kcal em biomassa do inseto. Em vez disso, parte da energia é usada na busca de comida adequada, e para comer e digerir a comida. Parte da energia dos alimentos é consumida através de processos metabólicos básicos do inseto, e parte é perdida pela defecação de fezes. Portanto, apenas aproximadamente 10% da energia consumida será convertida em novo crescimento de tecidos do inseto ou reprodução pelo inseto.

A eficiência trófica é calculada pela porcentagem de energia que os consumidores em um nível trófico ganham e convertem em biomassa a partir da energia armazenada total do nível trófico anterior. Como a eficiência trófica é muito baixa, há muito poucos consumidores terciários (conforme ilustrado pelo falcão na Figura 5).

Como explicado no capítulo Biodiversidade, a Terra abriga muitos biomas diferentes, cada um suportando centenas de cadeias alimentares regionais específicas, como a apresentada na Figura 6. Nos últimos 3 bilhões de anos, o número de formas de vida diferentes proliferou, aumentando a biodiversidade da Terra e avolumando a biomassa total de organismos vivos. Após a morte de um organismo, parte dessa biomassa permanece em depósitos geológicos. Ao longo de várias centenas de milhões de anos, essa biomassa é convertida em petróleo bruto combustível, carvão, gás natural e óleos pesados devido à exposição ao calor e à pressão na crosta terrestre. Esses depósitos orgânicos combustíveis são chamados de combustíveis fósseis. Mais adiante neste capítulo aprenderemos sobre como os humanos utilizam esses depósitos orgânicos fossilizados como uma forma de combustível em muitas culturas modernas.