24.2: Вступ до екології

Що таке...?

Червоні кінчики організми на малюнку\(\PageIndex{1}\) були виявлені в 1977 році. Називаються трубчастими черв'яками, вони живуть на глибокому дні океану, на тисячі метрів нижче поверхні води. Вони скупчуються навколо гідротермальних отворів, які викидають гарячу мінеральну воду. Навколишнє середовище навколо вентиляційних отворів було б смертельно небезпечним для більшості інших організмів. Мінерали в вентиляційній воді токсичні, вага океанічної води вище створює величезний тиск, і завжди дуже холодно і абсолютно темно. Без сонячного світла фотосинтез навіть неможливий. Проте вентиляційні отвори підтримують процвітаючі спільноти різноманітних видів, багато з яких більше ніде не живуть на Землі. Крім трубчастих черв'яків, до них відносяться однаково дивні риби-примари і краби з очима на спині. Як ці організми пристосувалися до життя в суворих умовах навколо гідротермальних отворів? Як вони отримують енергію без сонячного світла і фотосинтезу? Як взаємодіють різні види вентиляційних отворів? Пошук відповідей на такі питання є сферою екології.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Фото однієї з найбільших концентрацій Riftia pachyptila спостерігається, при цьому анемони та мідії колонізуються в безпосередній близькості.

Що таке екологія?

Екологія - це вивчення того, як живі істоти взаємодіють один з одним і з навколишнім середовищем. Хоча це сама по собі наука, екологія має області, що перетинаються з багатьма іншими науками, включаючи біологію, географію, геологію та кліматологію. Він також тісно пов'язаний з генетикою і етологією (вивчення поведінки тварин). Крім того, еволюційні концепції адаптації та природного відбору є наріжними каменями сучасної екологічної теорії.

Деякі явища, які вивчають екологи, включають взаємодію організмів, потік енергії та переробку речовини через живі істоти, а також біорізноманіття та розподіл організмів щодо навколишнього середовища. Існує безліч практичних застосувань екології. Серед інших, вони включають збереження зникаючих видів (рис.\(\PageIndex{2}\)), управління природними ресурсами, містобудування та здоров'я людини.

Живі істоти та навколишнє середовище

Незважаючи на величезну різноманітність, всі організми мають однакові основні потреби: енергія і матерія. Вони повинні бути отримані з навколишнього середовища. Тому організми не є замкнутими системами. Вони залежать і знаходяться під впливом свого оточення.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Важлива роль екології полягає у визначенні та формуванні планів щодо захисту зникаючих видів, таких як мадагаскарський лемур, зображений тут. Екологічні оцінки визначили, що з усіх зникаючих тварин світу лемури Мадагаскару належать до видів, найближчих до вимирання. Такі знання є необхідним першим кроком у запобіганні вимирання цих приматів.

Навколишнє середовище організму включає в себе два типи факторів: біотичні і абіотичні.

• Біотичні фактори - це живі аспекти навколишнього середовища. Вони складаються з інших організмів, включаючи представників одного і того ж і різних видів.
• Абіотичні фактори - це неживі аспекти навколишнього середовища. Вони включають такі фактори, як сонячне світло, грунт, температура та вода.

Розглянемо як приклад взаємозв'язок між листопасами і мурахами (рис.\(\PageIndex{3}\)). Мурахи «стадо» ливарників і використовують їх виділення в їжу, так само як молочний фермер стада корів і використовує їх молоко. Leafhoppers висмоктують сік з рослин і виділяють зайву рідину у вигляді цукристої рідини, яка називається медовою росою. У міру того як медова роса виходить з ануса листахопера, мураха «фермер» харчується рідиною.

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Мураха і листохопер на цій фотографії мають взаємовигідні відносини.

Ливарники в «стаді» також виграють від своїх відносин з «мурахою». Мураха захищає листяків від потенційних хижаків, таких як оси. Кількість тіні в навколишньому середовищі, яка є абіотичним фактором, є важливим впливом на листовійників і мурах. Середовища з щонайменше 50-відсотковою тінню більш густо заселені мурахами та ливарниками, ніж сонячнішими середовищами. Деякі види «пастухів» мурах навіть споруджують укриття, щоб забезпечити тінь своїм «стадам».

Екологічна ієрар

Вивчення всього живого та їхнього середовища було б величезною справою. Як правило, вивчення екології стає більш керованим шляхом організації біологічного світу в вкладену ієрархію.

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Ця цифра показує рівні організації в природі, від індивідуального організму до біосфери. Багато особин складають популяцію. Багато населення складають громаду. Спільнота та її середовище складають екосистему. Екосистеми є частиною біома. Всі біоми на землі складають біосферу.

Екологія зазвичай фокусується на живому світі на рівні індивідуального організму і вище. Ці рівні проілюстровані на малюнку\(\PageIndex{4}\) та визначені наступним чином:

• Популяція складається з усіх окремих організмів одного виду, які живуть і взаємодіють в одній місцевості. Наприклад, всі ангели, що мешкають в одному районі океану, складають популяцію ангелів.
• Спільнота відноситься до всіх популяцій різних видів, які живуть і взаємодіють в одній місцевості. Водне співтовариство, яке включає ангелів, також включає популяції інших видів риб, коралів та багатьох інших організмів.
• Екосистема включає в себе все живе в даній місцевості разом з неживим середовищем. Неживе середовище включає абіотичні фактори, такі як вода, мінерали та сонячне світло.
• Біом - це група подібних екосистем з однаковим загальним типом фізичного середовища в будь-якій точці світу. Наземні біоми, як правило, окреслені кліматом та основними типами рослинності. Приклади наземних біомів включають тропічні ліси та пустелі. Водні біоми, як правило, визначаються віддаленістю від берега і глибиною води. Приклади водних біомів включають мілководдя біля берега (прибережна зона) та найглибша вода на дні водойми (придонна зона).
• Біосфера включає кожну частину Землі, де існує життя, включаючи всю землю, воду та повітря, де можна знайти живі істоти. Біосфера є найбільшою екологічною категорією і складається з безлічі різних біомів.

Основні ідеї в екології

Ряд понять і принципів є основними для вивчення екології. Вони включають екосистему, нішу, середовище проживання та принцип конкурентного виключення.

Екосистема

Екосистема є одним з найважливіших понять в екології і часто в центрі уваги екологічних досліджень. Він складається з усіх біотичних та абіотичних факторів у тій чи іншій місцевості та їх взаємодій. Хоча екосистема є реальною системою в природі, вона часто штучно окреслена дослідниками. Наприклад, залежно від дослідницької спрямованості еколога, озеро можна вважати екосистемою, але також може бути мертвим колодою, як на малюнку\(\PageIndex{5}\). І озеро, і колода містять різноманітні види, які взаємодіють між собою і з абіотичними факторами.

Малюнок\(\PageIndex{5}\): Мертві колоди, подібні до цього, називаються «журналами медсестер», оскільки вони забезпечують відповідну ділянку для росту мохів, дрібних рослин та багатьох інших видів організмів. Організми, які живуть в колоді і на колоді, є частиною однієї екосистеми.

Що стосується енергетики, екосистеми не закриті. Їм потрібні постійні підходи енергії. Більшість екосистем отримують енергію від сонячного світла. Невелика меншість, включаючи гідротермальні вентиляційні екосистеми, отримують енергію з хімічних сполук. На відміну від енергії, матерія не постійно додається в екосистеми. Замість цього він переробляється. Вода і такі елементи, як вуглець і азот, використовуються знову і знову.

Ніша

Одним з найважливіших понять, пов'язаних з екосистемами, є ніша. Ніша відноситься до ролі виду в його екосистемі. Вона включає в себе всі способи взаємодії виду з біотичними та абіотичними факторами екосистеми. Двома важливими аспектами ніші будь-якого виду є його джерела енергії та поживних речовин та способи їх отримання. Наприклад, стрибаючий павук на малюнку\(\PageIndex{6}\) - хижак (м'ясоїд), який добуває їжу, полюючи на комах, таких як мухи.

Малюнок\(\PageIndex{6}\): Цей стрибаючий павук захопив і споживає довгоногу зелену муху. Що їсть павук і як він його отримує, є важливими аспектами його екологічної ніші.

Навколишнє середовище

Ще одним фундаментальним аспектом ніші виду є його середовище існування. Ареал проживання - це природне середовище, в якому живе вид і до якого він пристосований. Ареал існування виду включає будь-які фактори навколишнього середовища, включаючи як біотичні, так і абіотичні фактори, які прямо чи опосередковано пов'язані з використанням навколишнього середовища видом.

Види можуть мати загальні або конкретні вимоги до середовища проживання. Наприклад, маленькі білі метелики у виду Pieris rapae (рис.\(\PageIndex{7}\); зліва) зустрічаються на всіх континентах світу, крім Антарктиди. Їх личинки можуть харчуватися багатьма різними видами рослин, а самі метелики процвітають у будь-якому відкритому місці. На відміну від цього, великі сині метелики у виду Phengaris arion (рис.\(\PageIndex{7}\); праворуч) зустрічаються лише на певних видах пасовищ. Їх личинки можуть харчуватися тільки видами в рослинному роду Thymus. Крім того, через свій складний життєвий цикл метелики можуть жити тільки в районах, в яких також мешкають певні види мурашок.

Малюнок\(\PageIndex{7}\): (праворуч) Метелики Pieris rapae мають загальні вимоги до середовища проживання, тому вони можуть жити в багатьох різних екосистемах. (зліва) Метелики Phengaris arion мають дуже специфічні вимоги до середовища проживання, тому вони можуть жити лише в обмеженій кількості екосистем.

Принцип конкурентного виключення

Дана область може містити багато різних видів, але кожен вид повинен мати різну нішу. Два різних види не можуть займати одну нішу в одному і тому ж місці дуже довго. Це відоме як принцип конкурентного виключення. Якби два види займали одну нішу, що б сталося? Два види конкурували б один з одним за ту ж їжу або інші обмежуючі ресурси в навколишньому середовищі. Зрештою, один вид може перевершити конкуренцію і замінити інший. Крім того, один вид може розвиватися дещо іншими адаптаціями до подібної, але іншої ніші, щоб вони могли продовжувати жити в одній місцевості.

Рецензія

1. Визначте екологію.
2. Чому окремі організми не замкнуті системи?
3. Порівняйте і контрастуйте біотичні та абіотичні фактори навколишнього середовища, і наведіть приклади кожного типу факторів.
4. Опишіть вкладену ієрархію, за якою екологи організовують біологічний світ.
5. Що таке біосфера?
6. Визначте екосистему.
7. Опишіть поняття ніші в екології.
8. Як визначається середовище проживання виду?
9. Викладіть принцип конкурентного виключення.
10. Порівняйте та порівняйте ролі енергії та речовини в екосистемі.
11. Який з перерахованих нижче може містити більше одного виду протягом тривалого періоду часу? Поясніть свою відповідь.
    1. Ніша
    2. Спільнота
    3. A населення
    4. Екосистема
12. Як ви думаєте, чи може бути екосистема в міському середовищі, наприклад, місті? Чому чи чому ні?
13. Правда чи брехня. Стрибає павук і його здобич займають одну нішу.
14. Правда чи брехня. Один і той же тип біома може існувати в різних місцях на планеті.
15. Чому вивчення клімату пов'язане з вивченням екології?

Дізнатися більше

https://bio.libretexts.org/link?17814#Explore_More

Перегляньте це відео, щоб дізнатися про важливість збереження.

Атрибуції

1. Колонія черв'яків Riftia Галапагоські 2011, Фотобібліотека NOAA, публічне надбання через Wikimedia Commons
2. Спортивний Лемур Мілна-Едвардса, Анкара, Мадагаскар Френка Вассена, ліцензований CC BY 2.0 через Wikimedia Commons
3. Звичайна німфа і мураха від Fir0002/Флагстаффотос, CC BY-NC 3.0 через Wikimedia Commons
4. Екологічні рівні Крістофера Auyeung через CK-12 ліцензований CC BY-NC 3.0
5. Журнал медсестер Ніколаса Тонеллі, ліцензований CC BY 2.0 через Wikimedia Commons
6. Стрибаючий павук Джеймса Ніланда, ліцензований CC BY 2.0 через Flickr
7. Пієріс для дорослих Крістіан Бауер, CC BY 2.0 через Wikimedia Commons
   • Сріблястий шипований синій від Pengannel, ліцензований CC BY 2.0 через Flickr
8. Текст адаптований з біології людини CK-12 ліцензований CC BY-NC 3.0