Ekologija

Ekologija, koja se obično smatra granom biologije, opšta je nauka koja proučava živa bića (organizme). Organizmi mogu biti proučavani na mnogim različitim nivoima, od proteina i nukleinskih kiselina (u biohemiji i molekularnoj biologiji), do ćelija (u ćelijskoj biologiji), jedinki (u botanici, zoologiji i ostalim sličnim naukama), i konačno na nivou populacije, zajednica i ekosistema, do biosfere kao celine; zadnjenavedeni nivoi su glavni predmeti ekoloških istraživanja. Ekologija je multidisciplinarna nauka. Zbog usredsređenosti na više nivoe organizacije života i na međuodnos organizama i njihove okoline, ekologija ima snažan upliv na mnoge druge naučne grane, pogotovo na geologiju i geografiju, zatim meteorologiju, pedologiju, hemiju i fiziku. Zato se za ekologiju kaže da je holistička nauka i da objedinjuje tradicionalne nauke (kao npr. biologiju) koje, na taj način, postaju njene subdiscipline i sve zajedno omogućavaju daljnji razvoj ekologije.

Kao grana nauke, ekologija ne propisuje šta je "ispravno" a šta "pogrešno". Ipak, učenje o biološkoj raznovrsnosti i s tim povezanim ekološkim temama omogućilo je naučno postavljanje ciljeva envajormentalizma i dalo mogućnost da se s tim povezane teme izražavaju naučnom metodologijom, merenjima i terminologijom. Štaviše, holistički pristup proučavanju prirode podjednako je zastupljen i u ekologiji i u envajormentalizmu.

Pogledajmo na koji način ekolog može proučavati život pčela:

bihevioralni odnos među jedinkama neke vrste naziva se bihevioralna ekologija; na primer, proučavanje pčele matice i njenog odnosa prema pčelama radnicima i prema trutovima. svrsishodna aktivnost vrsta naziva se društvenom ekologijom; na primer, aktivnost pčela obezbeđuje oprašivanje biljaka. Pčelinja društva proizvode med koje u ishrani koriste druge vrste, kao npr. medvedi. Odnos između prirodne sredine i živih vrsta naziva se ekologijom prirodne sredine; na primer, način na koji promene u prirodnoj sredini utiču na aktivnost pčela. Pčele mogu početi ugibati zbog promena u prirodnoj sredini (vidi smanjenje broja oprašivača). Dakle, prirodna sredina je istovremeno i uzrok i posledica ovih promena i samim tim je povezana sa opstankom vrsta.

Ekologija, kao nauka širokog polja proučavanja, može se podeliti na nekoliko glavnih i sporednih subdisciplina; glavne subdiscipline su (poređane po "gnezdima" od manje obimnih ka obimnijim):

• bihevioristička ekologija koja proučava ekološke i evolucionističke osnove životinjskog ponašanja i ulogu ponašanja u prilagođavanju životinja njihovim ekološkim staništima;
• populacijska ekologija (ili autoekologija) koja se bavi populacijskom dinamikom unutar vrsta i njenom povezanošću sa faktorima prirodne sredine;
• ekologija životne zajednice (ili sinekologija) koja proučava odnose među vrstama u određenoj ekološkoj zajednici;
• ekologija predela koja proučava međuodnose slabije uočljivih delova predela;
• ekologija ekosistema koja proučava razmenu energije i materije kroz ekosisteme;
• opšta ekologija koja se bavi problematikom na makroekološkom nivou.

Podela ekologije može biti i na osnovu ciljnih grupa proučavanja:

• ekologija životinja,
• ekologija biljaka,
• ekologija insekata;

ili na osnovu proučavanja određenog ekotopa (arktička ili polarna ekologija, tropska ekologija, pustinjska ekologija)

Ekologija umerenih zona takođe može postojati kao posebna subdisciplina, ali, pošto ekologija u celini proučava sve temperaturne oblasti, ova dodatna subdisciplina je suvišna.

Za više informacija pogledajte članak Istorija ekologije.

Za više informacija videti biosfera, bioraznovrsnost i zajedničke neutralne teorije o bioraznovrsnosti.

Savremeni ekolozi smatraju da se ekološka problematika može proučavati na više nivoa: populacijskom nivou (jedinke iste vrste), na nivou biocenoze (zajednice živih vrsta), na nivou ekosistema i na nivou biosfere.

Spoljašnji sloj Zemlje sastoji se od nekoliko delova: hidrosfere (ili vodenog sloja), litosfere (sloja zemljišta i stena) i atmosfere (ili vazdušnog sloja). Biosfera (ili sfera života) ponekad se definiše i kao "četvrti omotač" i osnosi se na sve životne pojave na planeti ili na onom delu planete gde postoji život. Ona u znatnoj meri zahvata i ostala tri sloja uprkos činjenici da zapravo na postoje stalni stanovnici atmosfere. U odnosu na veličinu Zemlje, biosfera pokriva samo jedan njen tanak sloj koji se proteže od 11 000 metara ispod površine more pa do 15 000 metara iznad.

Život je prvo nastao u hidrosferi, u manjim dubinama, odnosno u fotičkoj zoni (dubini do koje dopire sunčeva svetlost). Tada su se pojavili višećelijski organizmi koji su nastanili bentalnu zonu (odnosno, dno mora). Život na kopnu se razvio kasnije, nakon što se formirao ozonski omotač koji je štitio živa bića od UV (ultraljubičastog) zračenja.

Smatra se da je bioraznovrsnost dobila zamah razdvajanjem (ili sudarima) kontinenata. Biosfera i bioraznovrsnost su nerazdvojive osobine Zemlje. Biosfera u sebi sadrži bioraznovrsnost. Ova bioraznovrsnost se istovremeno manifestuje na ekološkom nivou (ekosistem), populacijskom nivou (unutrašnja bioraznovrsnost) i na nivou vrsta (bioraznovrsnost vrsta).

Biosfera se sastoji od velikih količina hemijskih elemenata kao što su ugljenik, vodonik i kiseonik. Ostali elementi, kao fosfor, kalcijum i kalijum, takođe su važni za život, iako se nalaze u manjim količinama. U ekosistemu i slojevima biosfere postoji stalno kretanje ovih elemenata koji se mogu pronaći i u mineralnim i u organskim oblicima. Pošto je količina raspoložive geotermalne energije prilično mala, sva raznovrsnost funkcionisanja ekosistema je zasnovana na raspoloživoj solarnoj energiji. Biljke i fotosintetički mikroorganizmi pretvaraju svetlost u hemijsku energiju procesom fotosinteze, pri čemu nastaje glukoza (prosti šećer) i oslobađa se kiseonik. Tako glukoza postaje sekundarni izvor energije koji omogućuje ekosistemu da funkcioniše. Određeni deo ove glukoze koriste drugi organizmi kao izvor energije, dok se ostali deo glukoze može pretvoriti u druge molekule kao što su npr. aminokiseline. Biljke koriste deo ovog šećera, koncentrovanog u obliku nektara, da privuku oprašivače koji tako pospešuju razmnožavanje biljaka.

Ćelijska respiracija je proces u kojem organizmi (kao npr. sisari) razlažu glukozu na njene sastavne delove, vodu i ugljen-dioksid na taj način obnavljajući uskladištenu energiju koju su biljke prvobitno dobile od sunčeve svetlosti. Srazmera između fotosintetičke aktivnosti biljaka i drugih nosioca fotosinteze i respiracije drugih organizama određuje poseban ustroj Zemljine atmosfere, naročito u pogledu količine kiseonika. Atmosferska strujanja mešaju atmosferu i na taj način uravnotežuju odnos elemenata i u područjima intenzivne biološke aktivnosti i u područjima slabije biološke aktivnosti.

Voda se razmenjuje između hidrosfere, litosfere, atmosfere i biosfere u pravilnim ciklusima. Okeani, kao veliki rezervoari vode, obezbeđuju toplinsku i klimatsku stabilnost isto kao što se hemijski elementi transportuju zahvaljujući velikim okeanskim strujama.

Da bi bolje razumeli funkcionisanje biosfere te poremećaje povezane sa delovanjem čoveka, američki naučnici su napravili umanjenu simulaciju biosfere, nazvanu Biosfera II.

Za više informacija pogledajte članak Ekosistem.

Prvi zakon ekologije kaže da svaki živi organizam razvija neprekidnu i stalnu vezu sa svim drugim elementima njegove životne sredine. Ekosistem može biti definisan kao stanje gde postoji interakcija između organizama i njihove sredine.

Ekosistem se sastoji od dve celine, života (nazvanog biocenoza) i sredine u kojoj život postoji (biotop). Unutar ekosistema, žive vrste su međusobno povezane i zavise jedna od druge preko lanca prehrane te razmenjuju energiju i materiju kako međusobno tako i sa svojom sredinom. Svaki ekosistem može se sastojati od entiteta različite veličine. Manji entitet naziva se mikroekosistem. na primer, kamen i sav život ispod njega može biti jedan ekosistem. Šuma može biti mezoekosistem, a ceo ekoregion, zajedno sa rečnim slivom, može biti makroekosistem.

Glavna pitanja kod proučavanja ekosistema su:

• koliko efikasna može biti kolonizacija sušnih oblasti?
• koje su to promene i varijeteti u ekosistemu?
• kako se ekosistem ponaša na lokalnom, regionalnom i opštem nivou?
• da li je aktuelno stanje stabilno?
• kakav je značaj ekosistema? Kakvu korist od odnosa među ekosistemima može imati čovek, pogotovo u nastojanjima da se obezbedi zdrava voda?

Ekosistemi se često razvrstavaju s obzirom na biotope koje proučavaju. Tako se mogu definisati sledeći ekosistemi:

• kontinentalni ekosistemi (ili kopneni) kao što su šumski ekosistemi, livadski ekosistemi (livade, stepe, savane) te agroekosistemi (poljoprivredni ekosistemi).
• ekosistemi kopnenih voda kao što su lentički ekosistemi (jezera, bare) ili lotički ekosistemi (reke, potoci)
• okeanski ekosistemi (mora, okeani).

Postoji i klasifikacija s obzirom na zajednicu u određenom ekosistemu (npr. ljudski ekosistem).

Za više informacija videti biogeohemija, homeostaza i populacijska dinamika.

Ekološki faktori koji mogu uzrokovati dinamičke promene unutar celokupne populacije ili unutar pojedinih vrsta u određenoj ekološkoj sredini najčešće se dele na dve grupe: abiotičke i biotičke.

U abiotičke faktore ubrajamo geološke, geografske i klimatološke parametre. Biotop je region sa srodnim obeležjima životne sredine u kojem postoji poseban sklop abiotičkih ekoloških faktora. Ti faktori su:

• voda, koja je istovremeno i osnovni element živog sveta i njegov milje
• vazduh, koji obezbeđuje kiseonik, azot i ugljendioksid za sve žive vrste te proizvodnju i ispuštanje polena i spora
• plodna zemlja, koja je u isto vreme i hrana i fizička podrška
• plodna zemlja pH, salinitet, azot i fosfor imaju osobinu da zadržavaju vodu pri čemu je koncentracija tih elemenata vrlo važna
• temperatura, koja ne bi smela da dostiže ekstremne vrednosti čak i u slučaju kada neka od živih vrsta može podneti visoke temperature
• svetlost, koja ekosistemu obezbeđuje energiju putem fotosinteze
• prirodne katastrofe takođe se mogu smatrati abiotičkim faktorima.

Biocenoza, ili zajednica, je grupa životinjskih ili biljnih jedinki ili mikroorganizama. Svaka populacija je posledica akta razmnožavanja unutar jedinki iste vrste te zajedničkog života na određenom mestu u određeno vreme. Kada u određenoj populaciji postoji nedovoljan broj jedinki tada je ta populacija suočena sa izumiranjem; izumiranje vrsta može početi onog trenutka i kada počne opadati broj biocenoza (zajednica) koje se sastoje od predstavnika određene vrste. U malim populacijama, razmnožavanje među bliskim srodnicima može dovesti do smanjenja genetičke raznovrsnosti što može oslabiti samu zajednicu.

Biotički ekološki faktori takođe utiču na otpornost zajednice; ovi faktori mogu delovati unutar određene vrste te između više vrsta.

Odnosi unutar vrste se uspostavljaju među jedinkama istih vrsta koje, opet, sačinjavaju populaciju. To su odnosi kooperacije i kompeticije (takmičenja) uz podelu teritorije te, ponekad, i hijerarhijski postavljenu organizaciju zajednice.

Interakcije između različitih vrsta su brojne i najčešće se opisuju s obzirom na njihov pozitivan, negativan ili neutralan upliv na zajednicu (na primer, simbioza (odnos ++) ili kompeticija (odnos --)). Najznačajniji odnos je odnos grabljivca (pojesti drugog ili sam biti pojeden ), koji nas dovodi do lanca ishrane, bazičnog koncepta u ekologiji (na primer, biljojedi jedu travu, mesojedi jedu biljojede a te mesojede jedu veći mesojedi). Prevelik broj grabljivaca u odnosu na brojnost plena negativno utiče i na zajednicu grabljivaca i na zajednicu lovine tako što smanjena količina hrane i visoka smrtnost mladih jedinki (koje još nisu dostigle punu seksualnu zrelost) mogu smanjiti (ili sprečiti porast) populacije i jednih i drugih. Selektivno izlovljavanje određenih vrsta od strane čoveka je aktuelni primer stanja u kojem postoji veći broj grabljivaca u odnosu na lovinu. Ostali faktori unutar iste vrste uključuju parazitizam, zarazna oboljenja i stalna borba za ograničene resurse u slučaju kada dve vrste dele isto ekološko stanište.

Stalna interakcija između različitih živih bića odvija se istovremeno sa stalnim mešanjem minerala i organskih materija koje organizmi koriste za svoj rast, život i reprodukciju, da bi kasnije poslužili kao đubrivo. Ovo stalno kruženje elemenata (posebno ugljenika, kiseonika i azota) te vode jednim imenom se naziva biogeohemijski ciklusi. Ti ciklusi omogućavaju dugotrajnu stabilnost biosfere (ukoliko na trenutak zanemarimo još uvek slabo proučen uticaj ljudskog faktora, ekstremnih vremenskih prilika ili geoloških pojava). Ova samoregulacija, koja se kontroliše povratnom spregom obezbeđuje dugotrajnost ekosistema i naziva se homeostaza. Ekosistem takođe nastoji da se razvije do stanje idealne ravnoteže koje se dostiže nakon sukcesije događaja odnosno klimaksa (na primer, jezerce može da postane tresetište).

Za više informacija videti biom i ekozona.

Ekosistemi nisu striktno odvojeni jedni od drugih već su u stalnim međuodnosima. Na primer, voda može cirkulisati među ekosistemima u vidu reke ili okeanske struje. Voda i sama po sebi, kao tečna materija, definiše ekosisteme. Pojedine vrste, kao lososi ili slatkovodne jegulje stalno se kreću između morskih i slatkovodnih sistema. Odnosi među ekosistemima dovode nas do koncepta bioma.

Biom je homogena ekološka formacija koju nalazimo na prostranim oblastima kao što je tundra ili stepa. Biosfera u sebi uključuje sve Zemaljske biome - sva mesta na kojima je moguć život - od najviših planina do najdubljih delova okeana.

Raspored bioma najčešće korespondira sa geografskom širinom i to od ekvatora do polova, uz različitosti koji su zasnovane na fizičkim karakteristikama sredine (na primer, okeani ili planinski lanci) i na klimi. Te varijacije su povezane sa distribucijom vrsta u skladu s njihovom tolerantnošću na temperaturne ekstreme i/ili na sušu. Na primer, fotosintetičke alge mogu se pronaći samo u fotičkom delu okeana (dokle dopire svetlost), dok se četinari najčešće nalaze u planinskim oblastima.

Iako se radi o pojednostavljenju mnogo složenije šeme, geografska širina i visina daju prilično dobar uvid u distribuciju bioraznovrsnosti unutar biosfere. Vrlo uopšteno govoreći, bogatstvo bioraznovrsnosti (kako životinjskih tako i biljnih vrsta) mnogo brže se smanjuje u blizini ekvatora (kao npr. u Brazilu) nego u blizini polova.

Biosfera se takođe može podeliti na ekozone, koje su danas precizno određene i prvenstveno prate granice kontinenata. Ekozone se dalje dele na ekoregione, iako se još uvek ne znaju tačno njihove granice.

U određenom ekosistemu veze među vrstama su zasnovane na hrani te na ulozi svake vrste u lancu ishrane. S obzirom na to, postoje tri vrste organizama:

• proizvođači - biljke, koje imaju sposobnost fotosinteze
• potrošači - životinje, koje mogu biti primarni potrošači (biljojedi), ili sekundarni odnosno tercijarni potrošači (mesojedi).
• razlagači - bakterije, gljivice, koje razlažu sve organske materije i na taj način vraćaju minerale u životnu okolinu.

Ove veze formiraju scenario u kojem svaka jedinka jede prethodnu ali i biva pojedena od naredne što se naziva lanac ishrane ili mreža ishrane. U mreži prehrane na svakom nivou ima sve manje organizama kada se prate spojevi mreže uz lanac. Ovakvi koncepti nas dovode do ideja o biomasi (sveukupnoj živoj materiji na određenom mestu), o primarnoj produktivnosti (povećanju količine biljaka u određenom trenutku) i o sekundarnoj produktivnosti (sveukupna živa materija koju proizvode potrošači i razlagači u određenom periodu).

Dve zadnje navedene ideje su ključ za razumevanje i evaluaciju kapaciteta ekosistema - broja organizama koji može podneti određeni ekosistem. U svakoj mreži prehrane, energija koja se javlja na nivou proizvođača nikad se u potpunosti ne prenosi do potrošača. Zbog toga je, sa energetske tačke gledišta, za ljudsku vrstu mnogo pragmatičnije da bude primarni potrošač (da se hrani žitaricama i povrćem) nego da bude sekundarni potrošač (hraneći se biljojedima kao što su npr. goveda), a najlošije je da bude tercijarni potrošač (hraneći se mesojedima).

Produktivnost ekosistema se ponekad proceljuje poređenjem tri vrste kopnenih ekosistema te svih vodenih ekosistema:

• šume (1/3 Zemljine kopnene površine) sadrže bogatu biomasu i vrlo su produktivne. Ukupna produktivnost svih svetskih šuma je ravna polovine celokupne primarne produkcije.
• savane, pašnjaci i močvare (1/3 Zemljine kopnene površine) sadrže oskudniju biomasu ali su takođe produktivne. Ovi ekosistemi su glavni izvori sirovina za ljudsku prehranu.
• ekstremni ekosistemi u oblastima sa ekstremnim klimatskim uslovima - pustinje i polupustinje, tundra, alpski pašnjaci i stepe - (1/3 Zemljine površine) imaju siromašnu biomasu i nisku produktivnost.
• konačno, morski i slatkovodni ekosistemi (3/4 Zemljine površine) sadrže oskudnu biomasu (ne računajući priobalne zone).

Čovekovim delovanjem u nekoliko zadnjih vekova ozbiljno su smanjene površine Zemlje pod šumama (krčenje šuma), a povećan je broj agroekosistema (poljoprivreda). Zadnjih decenija se povećavaju površine sa ekstremnim ekosistemima (stvaranje pustinja).

Uopšteno govoreći, ekološki poremećaj nastaje kada životna sredina počne negativno delovati na opstanak živih vrsta ili određene populacije.

To se dešava i kad faktori životne sredine počnu gubiti na svom kvalitetu u poređenju sa potrebama živih vrsta i to nakon promene abiotičkih ekoloških faktora (na primer, porast temperature ili smanjenje količine kiše).

To se takođe dešava kada životna sredina počne negativno delovati na opstanak vrsta (ili populacije) usled pojačane aktivnosti grabežljivaca (na primer, prekomerni ribolov). Napokon, to se dešava i kad faktori okoline počnu negativno delovati na kvalitet života živih vrsta (ili populacije) usled porasta broja jedinki (prenaseljenost).

Ekološki poremećaji mogu biti veći ili manji (i varirati u trajanju od nekoliko meseci do nekoliko miliona godina). Mogu biti biti uzrokovani prirodnim ili ljudskim faktorima. Takođe, mogu zahvatiti jednu vrstu ili manji broj njih, a mogu pogoditi i velik broj njih (vidi članak uništenje vrsta).

Na kraju, ekološki poremećaj može biti lokalni (kao kod izlivanja nafte) ili globalni (porast nivoa mora povezan za globalnim zagrevanjem).

U skladu sa navedenim stepenima ograničenosti, lokalni poremećaj može imati značajne ili manje značajne posledice koje idu od ugibanja većeg broja jedinki pa do potpunog uništenja vrsta. Kakav god bio uzrok, nestajanje jedne ili više živih vrsta redovno uzrokuje poremećaj u lancu ishrane sa dalekosežnim posledicama na opstanak ostalih vrsta. U slučaju globalnog poremećaja posledice mogu biti daleko izraženije; u nekim nestancima vrsta više od 90% vrsta koje su živele u određenom vremenu izumrlo je. Naravno, mora se napomenuti da je nestanak određenih vrsta (kao što su dinosauri) doveo do oslobađanja određenog staništa omogućivši pojavu i diversifikaciju sisara. Ovde je ekološki poremećaj, paradoksalno, pospešio beodiversifikaciju.

Ponekad je ekološki poremećaj ograničenog obima i bez većih posledica za ekosistem. Ali, najčešće te posledice traju mnogo duže. U stvari, najčešće se radi o povezanom nizu događaja sa završnim događajem. Na ovoj tački nije moguć povratak na prethodno stabilno stanje i novo stabilno stanje će se postepeno vaspostaviti (vidi homeoreza). Na kraju, isto kao što može izazvati nestanak vrsta, ekološki poremećaj može smanjiti kvalitet života preostalih jedinki. Prema tome, iako se smatra da je raznovrsnost ljudskog roda ugrožena, neki smatraju da je nestanak ljudske vrste vrlo blizu. Bilo kako bilo, epidemije, zagađenje hrane, negativan uticaj onečišćenja vazduha na zdravlje, manjak hrane, manjak životnog prostora, nagomilavanje otrovnog i teško razgradivog otpada te ugrožavanje opstanka ključnih vrsta (veliki majmuni, pande i kitovi) takođe su faktori koji utiču na ljudsko blagostanje.

U proteklih nekoliko desetaka godina jasno se uočava sve veći uticaj čoveka na ekološke poremećaje. Zahvaljujući tehnološkom napretku i brzom priraštaju stanovništva ljudski rod ima mnogo veći upliv na svoje životno okruženje nego ijedan drugi faktor ekosistema.

Neki od najčešće pominjanih primera ekoloških poremećaja su:

• permsko-trijasko istrebljenje pre 250 miliona godina
• kredno-tercijarno istrebljenje pre 65 miliona godina
• globalno zagrevanje povezano sa efektom "staklene bašte". Zagrevanje može prouzrokovati poplave oko delta azijskih reka (vidi takođe ekoizbeglice), češće pojave ekstremnih vremenskih poremećaja i kvalitativne i kvantitativne promene u proizvodnje hrane
• pojava rupe u ozonskom omotaču
• krčenje šuma i povećanje pustinja, uz nestanak mnogih vrsta
• topljenje nuklearnog jezgra u Černobilju 1986. izazvalo je smrt mnogo ljudi i životinja i uzrokovalo brojne mutacije na ljudima i životinjama. Oblast oko nuklearke je napuštena zbog velike količine radijacije ispuštene pri topljenju jezgra.

 

Ekologija na Wikimedijinoj ostavi

• Ecology (Stanford Encyclopedia of Philosophy)
• The Nature Education Knowledge Project: Ecology
• Ecology Journals List of ecological scientific journals Arhivirano 2017-04-29 na Wayback Machine-u
• Ecology Dictionary - Explanation of Ecological Terms Arhivirano 2008-08-03 na Wayback Machine-u
• Basic Terms of Ecology
• Canadian Society for Ecology and Evolution
• Ecological Society of America
• Ecology Global Network
• Ecological Society of Australia
• British Ecological Society
• Ecological Society of China
• International Society for Ecological Economics
• European Ecological Federation
• UN Millennium Ecosystem Assessment Arhivirano 2011-04-23 na Wayback Machine-u
• The Encyclopedia of Earth – Wilderness: Biology & Ecology
• Ecology and Society - A journal of integrative science for resilience and sustainability
• Science Aid: Ecology, U.K. High School (GCSE, Alevel) Ecology Arhivirano 2009-05-22 na Wayback Machine-u