La piramide dell'energia e la regola del 10%

Delle 20 819 kcal prodotte dalle piante di Silver Springs su ogni metro quadrato in un anno, 21 kcal, circa lo 0.1%, raggiungevano i predatori al vertice.

Gran parte dell'energia non viene trasferita

Quando un coniglio mangia erba, non tutte le calorie diventano nuova massa corporea. Parte dell'erba non viene digerita ed esce come escrementi. Gran parte di ciò che viene digerito viene consumata per mantenere il coniglio vivo, caldo e in movimento, e quell'energia finisce come calore. Solo ciò che resta diventa nuovo tessuto, e solo il nuovo tessuto può nutrire la volpe. OpenStax collega questa perdita al secondo principio della termodinamica: ogni volta che l'energia cambia forma, una parte diventa calore che gli esseri viventi non possono riutilizzare.

National Geographic Education riassume questo fenomeno nella regola del 10 percento: in media solo circa il 10% dell'energia di un livello trofico passa al successivo. Inizia con 10 000 kcal nelle piante: agli erbivori ne arrivano circa 1000, ai carnivori 100 e ai carnivori al vertice 10. A ogni passaggio il valore diventa dieci volte più piccolo. Ecco perché il diagramma ha forma di piramide, larga alla base e stretta al vertice.

Dati misurati: Silver Springs

A metà del ventesimo secolo Howard T. Odum misurò il flusso di energia a Silver Springs, un fiume della Florida alimentato da sorgenti. OpenStax riporta la produzione annua per ogni livello: 20 819 kcal per metro quadrato per i produttori, 3368 per i consumatori primari, 383 per i secondari e 21 per i terziari. Calcolando i passaggi ottieni circa il 16.2%, l'11.4% e il 5.5%. Nel mondo reale non si segue un preciso 10%, ma la forma resta la stessa: ogni livello contiene una piccola frazione di quello sottostante.

OpenStax definisce anche l'efficienza di trasferimento tra livelli trofici: produzione di un livello divisa per quella del livello sottostante, moltiplicata per 100. Per il primo passaggio a Silver Springs riporta 1103 su 7618 kcal, cioè circa il 14.48%. Libri diversi usano conteggi leggermente diversi, quindi conviene verificare su quali numeri si basa un rapporto.

Perché le catene alimentari sono corte

Poiché a ogni passaggio resta così poca energia, OpenStax osserva che dopo quattro-sei trasferimenti non ne rimane abbastanza per sostenere un altro livello. Non esiste un predatore che viva solo di aquile. Gli animali a sangue caldo aumentano la perdita. Un bruco che mangia foglie trasforma in corpo circa il 18% dell'energia che assorbe, mentre uno scoiattolo che mangia ghiande può arrivare solo all'1.6%, perché molta energia diventa calore corporeo.

Piramidi capovolte

Gli ecologi disegnano tre tipi di piramide. La piramide dei numeri conta gli individui: in una foresta temperata d'estate pochi alberi sostengono molti insetti, quindi la base è stretta. La piramide della biomassa pesa la materia vivente: nella Manica il fitoplancton pesa 4 g per metro quadrato e lo zooplancton che lo mangia 21 g, perché il plancton viene mangiato quasi alla stessa velocità con cui cresce. La piramide dell'energia misura il flusso nel tempo ed è sempre diritta, perché nessun livello può trasferire più energia di quanta ne abbia ricevuta.