4: Огляд екології

Last updated
Save as PDF

Page ID: 3684

Melissa Ha and Rachel Schleiger
Yuba College & Butte College via ASCCC Open Educational Resources Initiative

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Рівні екологічного дослідження

Коли вивчається така дисципліна, як біологія, часто корисно розділити її на менші, суміжні області. Наприклад, клітинні біологи, зацікавлені в сигналізації клітин, повинні розуміти хімію сигнальних молекул (які зазвичай є білками), а також результат сигналізації клітин. Екологи, зацікавлені в факторах, що впливають на виживання зникаючого виду, можуть використовувати математичні моделі для прогнозування того, як поточні зусилля щодо збереження впливають на зникаючі організми. Щоб створити надійний набір варіантів управління, біолог з охорони природи повинен збирати точні дані, включаючи поточний розмір популяції, фактори, що впливають на відтворення (наприклад, фізіологія та поведінка), вимоги до середовища існування (наприклад, рослини та ґрунти) та потенційний вплив людини на зникаючу популяцію та його середовище існування (яке може бути отримано за допомогою досліджень соціології та екології міст). У рамках дисципліни екології дослідники працюють на чотирьох конкретних рівнях, іноді дискретно, а іноді з перекриттям: організм, населення, спільнота та екосистема (фігура\(\PageIndex{a}\)).

Блок-схема з трьох ящиків показує ієрархію живих організмів. Верхнє поле позначено «Організми, популяції та громади» та має фотографію високих дерев у лісі. Другий ящик позначений «екосистеми» і має фотографію водойми, за якою стоїть підставка з високих трав, що розвиваються в більш густу рослинність і дерева, коли відстань від води збільшується. Третій ящик має маркування «біосфера» і зображений малюнок планети Земля. — **Малюнок\(\PageIndex{a}\):** Екологи вивчають в межах декількох біологічних рівнів організації. (кредит «організми»: модифікація роботи «Crystl» /Flickr; кредит «екосистеми»: модифікація роботи Тома Карлайла, штаб-квартири Служби риб та дикої природи США; кредит «біосфера»: NASA)

Організмальна екологія

Дослідники, які вивчають екологію на рівні організму, цікавляться адаптаціями, які дозволяють людям жити в конкретних середовищах існування. Ці пристосування можуть бути морфологічними, фізіологічними та поведінковими. Наприклад, блакитний метелик Карнера (Lycaeides melissa samuelis) (малюнок\(\PageIndex{b}\)) вважається фахівцем, оскільки самки переважно яйцеклади (тобто відкладають яйцеклітини) на дикому люпину. Ця переважна адаптація означає, що блакитний метелик Карнера сильно залежить від наявності диких рослин люпину для її подальшого виживання.

На фото зображена блакитна метелик Карнера, яка має світло-блакитні крила з золотими овалами і чорними крапками по краях. — **Малюнок\(\PageIndex{b}\):** Синій метелик Карнера (Lycaeides melissa samuelis) - рідкісна метелик, яка живе лише на відкритих ділянках з невеликою кількістю дерев або чагарників, таких як соснові савани та дубові савани. Він може відкладати свої ікри тільки на рослини люпину. (кредит: модифікація роботи J & K Hollingsworth, USFWS)

Після вилуплення личинкові гусениці з'являються і проводять чотири-шість тижнів, харчуючись виключно диким люпином (фігура\(\PageIndex{c}\)). Гусениці заляльковуються (зазнають метаморфози) і з'являються як метелики приблизно через чотири тижні. Дорослі метелики харчуються нектаром квітів дикого люпину та інших видів рослин. Дослідник, зацікавлений у вивченні блакитних метеликів Карнера на рівні організму, може, крім того, щоб задавати питання про кладку яєць, задати питання про бажану температуру метеликів (фізіологічне питання) або поведінку гусениць, коли вони перебувають на різних стадіях личинки (a поведінкове питання).

На цьому фото зображений квітка дикого люпину, який довгий і тонкий з пелюстками молюскоподібної форми, що випромінюються з центру. Нижня третина квітки блакитна, середина рожево-блакитна, а верхня - зелена. — **Малюнок\(\PageIndex{c}\):** Дикий люпин (Lupinus perennis) - рослина-господар для блакитного метелика Карнера

Населення Екологія

Популяція - це група схрещуються організмів, які є членами одного виду, що живуть в одній місцевості одночасно. (Організми, які є членами одного виду, називаються конспецифіками.) Частково населення визначається за місцем проживання, а його площа населення може мати природні або штучні кордони: природними межами можуть бути річки, гори або пустелі, тоді як приклади штучних кордонів включають скошену траву, штучні споруди або дороги. Вивчення екології населення зосереджується на кількості осіб у місцевості та як і чому змінюється чисельність населення з плином часу. Екологи населення особливо зацікавлені в підрахунку блакитної метелики Карнера, наприклад, тому що вона класифікується як федерально зникаюча. Однак на поширення і щільність цього виду сильно впливає поширення і велика кількість дикого люпину. Дослідники можуть задати питання про фактори, що призводять до зниження дикого люпину, і про те, як вони впливають на блакитних метеликів Карнера. Наприклад, екологи знають, що дикий люпин процвітає на відкритих ділянках, де дерева і чагарники в значній мірі відсутні. У природних умовах переривчасті лісові пожежі регулярно видаляють дерева та чагарники, допомагаючи підтримувати відкриті ділянки, які вимагає дикий люпин. Математичні моделі можуть бути використані для розуміння того, як придушення лісових пожеж людьми призвело до занепаду цієї важливої рослини для блакитного метелика Карнера.

Екологія громади

Біологічна спільнота складається з різних видів у межах області, як правило, тривимірного простору, та взаємодій всередині цих видів та між ними. Екологи спільноти цікавляться процесами, що рухають цими взаємодіями, та їх наслідками. Питання про конспецифічні взаємодії часто зосереджуються на конкуренції між представниками одного виду за обмежений ресурс. Екологи також вивчають взаємодії між різними видами; представників різних видів називають гетероспецифіками. Приклади гетероспецифічних взаємодій включають хижацтво, паразитизм, травоїдність, конкуренцію та запилення. Ці взаємодії можуть мати регулюючий вплив на чисельність населення і можуть впливати на екологічні та еволюційні процеси, що впливають на різноманітність.

Наприклад, личинки блакитного метелика Карнера формують взаємні відносини з мурахами. Мутуалізм - це форма довгострокових відносин, які співеволюціонували між двома видами і від яких виграє кожен вид. Щоб мутуалізм існував між окремими організмами, кожен вид повинен отримувати певну вигоду від іншого як наслідок відносин. Дослідники довели, що спостерігається збільшення ймовірності виживання, коли личинки блакитного метелика Карнера (гусениці) доглядають мурахи. Це може бути тому, що личинки витрачають менше часу на кожному етапі життя, коли доглядають мурахи, що забезпечує перевагу для личинок. Тим часом личинки блакитного метелика Карнера виділяють багату вуглеводами речовину, яка є важливим джерелом енергії для мурах. І личинки синього кольору Карнера, і мурахи виграють від їх взаємодії.

Екологія екосистеми

Екологія екосистем є продовженням екології організмів, населення та громад. Екосистема складається з усіх біотичних компонентів (живих істот) в області разом з абіотичними компонентами (неживими істотами) цієї області. Деякі з абіотичних компонентів включають повітря, воду та грунт. Біологи екосистеми задають питання про те, як зберігаються поживні речовини та енергія та як вони рухаються між організмами та навколишньою атмосферою, ґрунтом та водою.

Блакитні метелики Карнера та дикий люпин живуть у безплідному середовищі існування дуба та сосни. Це середовище проживання характеризується природним порушенням і бідними поживними речовинами грунтами, які мають низький вміст азоту. Доступність поживних речовин є важливим фактором розподілу рослин, які живуть в цьому середовищі існування. Дослідники, зацікавлені в екології екосистем, могли б задати питання про важливість обмежених ресурсів та руху ресурсів, таких як поживні речовини, хоча біотичні та абіотичні частини екосистеми.

Кар'єрний зв'язок: Еколог

Кар'єра в екології сприяє багатьом граням людського суспільства. Розуміння екологічних проблем може допомогти суспільству задовольнити основні потреби людини в їжі, притулку та охороні здоров'я. Екологи можуть проводити свої дослідження в лабораторії і зовні в природних умовах (рис.\(\PageIndex{d}\)). Ці природні середовища можуть бути настільки близько до будинку, як потік, що проходить через ваш кампус, або так далеко, як гідротермальні отвори на дні Тихого океану. Екологи управляють природними ресурсами, такими як популяції білохвостих оленів (Odocoileus virginianus) для полювання або осика (Populus spp.) деревина стенди для виробництва паперу. Екологи також працюють вихователями, які навчають дітей та дорослих у різних установах, включаючи університети, середні школи, музеї та природні центри. Екологи можуть також працювати на консультативних посадах, допомагаючи місцевим, державним та федеральним політикам розробляти екологічно обґрунтовані закони, або вони можуть самі розробляти ці політики та законодавство. Щоб стати екологом потрібно ступінь бакалавра, як правило, в природничій науці. Ступінь бакалаврату часто супроводжується спеціалізованою підготовкою або підвищеним ступенем, залежно від обраної області екології. Екологи також повинні мати широкий досвід у галузі фізичних наук, а також міцну основу в математиці та статистиці.

На цій фотографії зображена жінка, яка дивиться в маленьку клітку з відкритими дверима. Клітка сидить на короткій траві прерії, поруч з отвором з брудом навколо обідка. На задньому плані сидить друга, закрита клітина. — **Малюнок\(\PageIndex{d}\):** Цей ландшафтний еколог випускає чорноногого тхора в рідне середовище існування в рамках дослідження. (кредит: Регіон гірських прерій USFWS, NPS)

Атрибуція

Модифіковано Мелісою Ха та Рейчел Шлейгер з екології та біосфери OpenStax (ліцензовано за ліцензією CC-BY)