Podział w przyrodzie

Pomimo że w przyrodzie występują bardzo różnorakie funkcje, prosty podział na autotrofy — fagotrofy – - saprotrofy jest bardzo użyteczny w praktyce jako punkt wyjścia przy opisywaniu struktury ekologicznej układów biotycznych, podczas gdy produkcja, konsumpcja i rozkład są terminami niezbędnymi przy opisywaniu funkcjonowania układów. Ponieważ specjalizacja funkcji korzystnie wpływa na wzrost wydajności w warunkach konkurencji w przyrodzie, organizmy bardziej zaawansowane ewolucyjnie mają tendencje do zwężania swoich funkcji, pozostawiając zadanie wypełniania luk organizmom mniej wyspecjalizowanym. Metaboliczna wszechstronność jednokomórkowych bakterii, pierwotniaków i glonów nie powinna nas dziwić, jeśli przypomnimy sobie, że ATP powstaje w komórce w taki sam sposób zarówno przy fotosyntezie, jak i przy oddychaniu, a mianowicie w wyniku przechodzenia elektronów od reduktora do utleniacza za pośrednictwem cytochromów. Przy fotosyntezie reduktor i utleniacz powstają w komórce kosztem energii świetlnej, podczas gdy przy oddychaniu są one pobierane gotowe ze środowiska.

Ekosystemy o małym zróżnicowaniu

W ekosystemach o małym zróżnicowaniu, na które silnie oddziałują czynniki fizyczne, lub też w ekosystemach, które ulegają nieregularnym, nieprzewidzianym zewnętrznym zakłóceniom, liczebność populacji jest zazwyczaj regulowana przez czynniki abiotyczne, takie jak pogoda, przepływ wody, chemiczne czynniki ograniczające, zanieczyszczenie itp. W ekosystemach o dużym zróżnicowaniu lub w takich, na które nie działają silnie czynniki abiotyczne, populacje są regulowane przez czynniki biotyczne. We wszystkich jednak ekosystemach populacje wykazują wyraźna ewolucyjną tendencję do samoregulacji (ponieważ przegęszczenie nie jest korzystne dla żadnej populacji), jakkolwiek trudno jest ją osiągnąć ze względu na wpływ zewnętrznych czynników. Niżej podajemy pojęcia dotyczące omawianej teorii w odniesieniu do populacji. Każdy czynnik, czy to ograniczający, czy też korzystny dla populacji (negatywny lub pozytywny) może być: 1) niezależny od zagęszczenia, jeśli jego wpływ nie zależy od liczebności populacji lub 2) zależny od zagęszczenia (zwany też kontrolowanym przez zagęszczenie), jeśli wpływ wywierany na populacje zmienia się wraz z jej zagęszczeniem.

Działanie popuplacji

Kiedy populacje dwu gatunków działają na siebie korzystnie, do równania krzywej wzrostu dochodzi dodatnie wyrażenie. W takich przypadkach obie populacje wzrastają i rozwijają się pomyślnie, osiągając poziom równowagi dynamicznej korzystny dla obu. Jeśli korzystny wpływ współwystepującej populacji (dodatnie wyrażenie w równaniu) niezbędny jest dla wzrostu i przeżycia obu populacji, związek taki nazywamy mutualizmem; jeśli zaś korzystny wpływ zwiększa wielkość populacji lub tempo jej wzrastania, ale nie jest niezbędny dla wzrostu i przeżycia, to związek taki zaliczamy do grupy kooperacji lub protokooperacji (odpowiedniejszy wydaje się termin ostatni, ponieważ kooperacja w użytym tu sensie nie jest wynikiem świadomego czy „inteligentnego” rozumowania stanowiącego podstawę kooperacji między istotami ludzkimi). Protokooperacja i mutualizm w tym są do siebie podobne, że wzrost którejkolwiek z populacji jest ujemny lub równa się zeru, jeśli nie ma drugiej populacji. Kiedy poziom równowagi dynamicznej zostanie już osiągnięty, wówczas obie populacje będą współwystępowały trwale i zazwyczaj w określonych proporcjach.

Biologiczny tort

Aby ułatwić klasyfikację dziedzin biologii, dzielimy biologiczny „tort” w dwóch zasadniczych kierunkach: poziomo i pionowo. Uzyskane w wyniku cięć poziomych warstwy nazywamy działami podstawowymi, ponieważ dotyczą one podstawowych właściwości świata żywego, a przynajmniej nie są ograniczone do poszczególnych organizmów. Przykładami takich działów są: morfologia, fizjologia, genetyka, ekologia, ewolucjonizm, biologia molekularna i biologia rozwoju. W wyniku cięć pionowych naszego „tortu” uzyskujemy działy taksonomiczne, np. morfologię, fizjologię, ekologię itd. poszczególnych grup organizmów. Zoologia, botanika i bakteriologia są większymi działami tego typu, natomiast algologia, protozoologia, mikologia, entomologia, ornitologia itd. są działami odnoszącymi się do mniejszych grup organizmów. Ekologia należy więc do podstawowych działów biologii i jako taka jest również integralną częścią wszystkich działów taksonomicznych. Oba podejścia zasługują na uwagę. Ograniczenie badań do pewnych grup taksonomicznych jest często bardzo korzystne, ponieważ różne organizmy wymagają różnych metod badawczych (nie można np. badać orłów za pomocą metod stosowanych w badaniach bakterii), a poza tym pewne grupy organizmów przedstawiają dla człowieka znacznie większą wartość z ekonomicznego, czy jakiegoś innego punktu widzenia lub są bardziej interesujące dla człowieka niż inne.

Bakterie chemosyntetyzujące

Są one często zaliczane do producentów (jako chemoautotrofy), ale pod względem roli w ekosystemie zajmują miejsce pośrednie między autotrofami a heterotrofami. Bakterie te czerpią energię potrzebną do asymilacji dwutlenku węgla nie z promieniowania świetlnego, lecz w wyniku chemicznego utleniania prostych związków nieorganicznych, jak np. amoniaku do azotynów, azotynów do azotanów, siarczków do siarki i związków żelazawych do żelazowych. Mogą one rosnąć w ciemności, ale większość z nich wymaga tlenu. Przykładem tego typu bakterii są bakterie siarkowe Beggiatoa, często występujące licznie w źródłach siarczanych oraz różne bakterie azotowe, spełniające dużą rolę w krążeniu azotu. Jedna ze specyficznych grup bakterii chemosyntetyzujących, bakterie wodorowe, jest poważnie brana pod uwagę jako składnik układu utrzymującego życie na statkach kosmicznych, ponieważ w stosunku do swej masy bardzo efektywnie pochłaniają CO2 z atmosfery pojazdu kosmicznego.

Stront

Stront stanowi dobry przykład pierwiastka prawie nieznanego dawniej, który obecnie jest przedmiotem dużego zainteresowania, ponieważ pojawił się izotop promieniotwórczy tego pierwiastka, szczególnie niebezpieczny dla człowieka i innych kręgowców. Stront zachowuje się w organizmie jak wapń, odkładając się w kościach, a więc blisko tkanki krwiotwórczej, bardzo wrażliwej na niszczący wpływ promieniowania. Wapń jest jednym z najobficiej występujących pierwiastków o sedymentacyjnym cyklu krążenia. Wymywany przez rzeki, tworzy w morzach osady wapienia, z których po wyniesieniu przez ruchy górotwórcze, jest ponownie zmywany do morza. Wapń stanowi około 7% ogólnej ilości materiału niesionego przez rzeki. Dla porównania, ilość fosforu w obiegu jest ok. 100 razy mniejsza niż wapnia. Na każde 1000 atomów wapnia, które zdążają do morza przypada 2,4 atomu strontu (jak czarne owce w stadzie białych). W wyniku doświadczeń z bronią jądrową i stosowania energii atomowej w przemyśle powstają odpady radioaktywne zawierające promieniotwórczy izotop strontu, szeroko rozprzestrzeniający się w biosferze. Stront ten jest w biosferze elementem nowym, powstaje on w procesach rozszczepiania uranu.

Herbicydy

Herbicydy, podobnie jak insektycydy, zastosowano po raz pierwszy na szeroką skalę wkrótce po zakończeniu II wojny światowej. Początkowo używano je do oczyszczania z roślin pasów ziemi wzdłuż linii wysokiego napięcia, potem do oczyszczania torów kolejowych i poboczy dróg jezdnych, do odchwaszczania pól i lasów i wreszcie użyto je niestety w czasie działań wojennych do niszczenia plonów i defoliacji lasów. Substancje te najbardziej są użyteczne, gdy stosuje się je wybiórczo. Natomiast niewłaściwe jest spryskiwanie nimi wielkich przestrzeni, zwłaszcza tam, gdzie nie można dokładnie przewidzieć ich wpływu na strukturę ekosystemu (zauważ analogię z nieprawidłowym stosowaniem pestycydów). Eggler oszacował, że co najmniej 20 min ha poboczy dróg w Stanach Zjednoczonych Ameryki spryskano l—30 i więcej razy. Zabiegi te są konieczne, jednakże w ogromnej większości przypadków przeprowadzane są tak mało precyzyjnie i nieselektywnie, że nie mogą znaleźć usprawiedliwienia ani w oczach ekonomisty, ani ekologa. Herbicydy w zależności od sposobu ich działania podzielić można na dwie grupy. Do pierwszej kategorii należą substancje takie, jak monuron i simazyna, które hamują procesy fotosyntezy w roślinach i skazują je na śmierć głodową.

Azot i siarka

Zarówno na obieg azotu, jak i na obieg siarki coraz większy wpływ wywierają przemysłowe skażenia atmosfery. Tlenki azotu (NO i NO2) i siarki (SO2) stanowią w normalnym cyklu krążenia ogniwa przejściowe i występują zwykle w bardzo małych stężeniach. Wskutek zużycia paliw kopalnych stężenie lotnych tlenków w powietrzu (zwłaszcza na obszarach zurbanizoanych) wzrosło aż do poziomu, który jest trujący dla żywych komponentów ekosystemu. W roku 1966 wspomniane tlenki stanowiły ok. 1/3 wszystkich skażeń pochodzenia przemysłowego uwalnianych do atmosfery nad terytorium Stanów Zjednoczonych Ameryki (skażenia te stanowiły łącznie 125 milionów ton). Głównym źródłem SO2 są elektrownie zasilane węglem, a wzrost poziomu NO2 wynika z rozwoju motoryzacji. Dwutlenek siarki hamuje proces fotosyntezy (powoduje m.in. zniszczenie roślinności (wokół hut miedzi), a tlenki azotu mogą zakłócać procesy oddechowe zwierząt wyższych i człowieka. Ponadto reakcje chemiczne tych tlenków z innymi szkodliwymi substancjami mają charakter synergiczny (ostateczny wynik współdziałania przewyższa sumę działania każdej substancji z osobna), co zwiększa jeszcze zagrożenie.

Środowisko morskie

Przez wiele wieków niespokojna powierzchnia morza stanowiła dla człowieka przeszkodę w poznaniu świata, później zaczęła ułatwiać eksploatację. Morze było również i jest nadal źródłem pożywienia, które uzupełnia — za cenę znacznego wysiłku — zasoby pokarmowe pochodzące z lądu i wód słodkich. Biologów od dawna intrygowała zadziwiająca rozmaitość organizmów znajdowanych wzdłuż wybrzeży, a zwłaszcza wśród raf koralowych. Badania biologii mórz zostały włączone do programów wyższych studiów przyrodniczych. Mimo to ogromne przestrzenie mórz pozostawały nadal niezbadanym siedliskiem wszelakich węży morskich i innych tajemniczych stworów. Dopiero w 1872 r. odbyła się pierwsza sławna wyprawa statkiem Challenger, specjalnie wyposażonym do badań morza. Od tego czasu naukowcy różnych narodowości dysponują coraz większą ilością statków przystosowanych do badań oceanograficznych, jak również nadmorskimi laboratoriami. Szczególnie szybki postęp rozpoczął się w latach trzydziestych w związku z rozwojem bardzo skomplikowanych przekaźnikowych urządzeń elektronicznych, kamer podwodnych, telewizji oraz zastosowaniem sieci umożliwiających szybkie pobieranie prób z dużych głębokości.

Słowo ekologia

Słowo ekologia pochodzi od greckiego oikos, oznaczającego dom lub miejsce życia. Dosłownie ekologia oznacza więc badanie organizmów „w ich domu”. Ekologię określa się zazwyczaj jako naukę o związkach między organizmami lub grupami organizmów a środowiskiem albo jako naukę o współzależnościach pomiędzy żywymi organizmami a ich środowiskiem. Ponieważ ekologia dotyczy szczególnie biologii grup organizmów oraz procesów zachodzących na lądach, w oceanach i wodach słodkich pod wpływem działalności tych organizmów, w bardziej współczesnym ujęciu należy ją określić jako naukę o strukturze i funkcjonowaniu przyrody (rozumiejąc, że człowiek jest częścią przyrody). Jedną z trafnych definicji ekologii jest definicja podana w słowniku Webstera, a mianowicie, że jest to „całość lub model stosunków między organizmami a ich środowiskiem”. Uogólniając, .można powiedzieć, że najlepiej określa tę obszerną dziedzinę wiedzy definicja najkrótsza i najmniej specjalistyczna, jak np. biologia środowiskowa. T Tyle co do definicji. Aby określić zakres ekologii, należy rozważyć jej powiązania z innymi naukami biologicznymi. Obecnie w wieku specjalizacji badań naukowych związki pomiędzy różnymi dziedzinami wiedzy zacierają się często w powodzi olbrzymiej masy wiadomości gromadzonych w obrębie poszczególnych dziedzin, a czasem również — należy to wyznać — w wyniku stereotypowych wykładów uniwersyteckich. Jednocześnie zakres każdej niemal dziedziny wiedzy można dowolnie rozszerzać.