Modele ekonomiczne

Model jest układem symulującym jakieś zjawisko realnego świata i umożliwiającym prognozowanie. Najprostsze modele mają formę słowną lub graficzną (tzw. modele nieformalne). Jeżeli jednak chcemy przewidywać wystarczająco dokładnie pod względem ilościowym, musimy tworzyć modele matematyczne (tzw. formalne). Modelem o znaczeniu biologicznym byłby na przykład matematyczny wzór ujmujący zmiany liczebności populacji owadów, na podstawie którego można by przewidzieć liczebność populacji w określonym czasie. Jeśli populacja, o której mowa, jest populacją szkodnika, taki model mógłby mieć również duże znaczenie gospodarcze. Zastosowanie komputerów w badaniach modelowych ułatwia przewidywanie prawdopodobnych wyników przy zmianie parametrów modelu, dodawaniu nowych parametrów lub usuwaniu starych. Innymi słowy, za pomocą działań na komputerach sformułowania matematyczne można ,,dostroić” przybliżając je do zjawisk świata rzeczywistego.

Autotrofy lądowe

Autotrofy lądowe zużywają dużą część zaabsorbowanej przez siebie energii na tworzenie tkanek wzmacniających, co jest konieczne z uwagi na to, że powietrze stanowi ośrodek o dużo mniejszej gęstości niż woda, ma mniejszą zdolność podtrzymywania rośliny. Tkanki wzmacniające składające się głównie z celulozy oraz ligniny (zdrewniałe), są raczej pomijane przez konsumentów, a więc zużycie energii na ich odnowę jest niewielkie. Rośliny lądowe mają zatem większe znaczenie dla struktury ekosystemu, ich biomasa bowiem jest większa niż roślin wodnych, jednak szybkość metabolizmu na jednostkę objętości lub masy roślin lądowych jest znacznie niższa. W nawiązaniu do tego porównania omówimy teraz pojęcie wymiany ekologicznej (turnover), które bardzo ogólnie można zdefiniować jako, stosunek przepływu do pojemności. Miara wymiany ekologicznej może być albo ułamek opisujący tempo wymiany, albo jako jego odwrotność, która jest czasem wymiany. Za przepływ możemy przyjąć produkcyjny przepływ energii, a za pojemność — aktualną wielkość biomasy.

Aktywność człowieka

W wyniku ewolucji centralnego układu nerwowego rodzaj ludzki stopniowo stawał się coraz bardziej aktywny w modyfikowaniu ekosystemów. Rola człowieka jako „potężnego czynnika geodynamicznego” nabrała takiego znaczenia, że jak to sugerował Yernadsky, możliwe jest powstanie w przyszłości „noosfery” (gr. noos = umysł), czyli świata zdominowanego przez umysł człowieka. Noosfera stopniowo zastępowałaby biosferę — świat ukształtowany przez naturę, istniejący od miliardów lat. Jest to niebezpieczne mniemanie, ponieważ opiera się na założeniu, że człowiek jest teraz nie tylko wystarczająco dojrzały do zrozumienia skutków wszystkich swoich poczynań, ale równocześnie zdolny !do życia w całkowicie sztucznym środowisku. Podstawą wiedzy ekologicznej jest zrozumienie pojęcia ekosystemu oraz uświadomienie sobie, że człowiek nie jest niezależny i wyizolowany z przyrody, lecz stanowi jedno z ogniw złożonych cykli ,,biogeoehemicznych”, przy czym jego zdolność do modyfikowania tych cykli nieustannie wzrasta. Jednym z najważniejszych praktycznych zastosowań ekologii jest ochrona zasobów naturalnych.

Badania ekologiczne

Jednym z najlepszych sposobów rozpoczęcia badań ekologicznych jest wyjście w teren i zapoznanie się z małym stawem lub łąką czy też odłogiem. W zasadzie każdy teren, do którego ma dostęp światło, nawet trawnik czy skrzynka na kwiaty na oknie lub taki mikrokosmos, jak hodowla laboratoryjna bakterii, mogą spełniać rolę królika doświadczalnego przy rozpoczynaniu badań ekosystemów, pod warunkiem, że ich rozmiary i zróżnicowanie biotyczne nie są tak duże. żeby mogły utrudniać obserwowanie całości. Innymi słowy, nie można rozpoczynać ćwiczeń ekologicznych od badania dużego lasu lub oceanu. kosmiczny. Spójrzmy na staw jako na pewną całość, jako na ekosystem, pomijając na razie omówienie populacji w nim żyjących. Już pierwsza pobrana próba natychmiast wskazuje na nierozerwalną łączność żywych organizmów z nieożywionym środowiskiem. Staw nie jest tylko miejscem, w którym żyją rośliny i zwierzęta, ale to właśnie rośliny i zwierzęta sprawiają, że staw jest tym, czym jest. Tak wiec butelka wody ze stawu lub czerpak napełniony mułem dennym zawierają mieszaninę żywych organizmów zarówno roślinnych, jak zwierzęcych oraz związków organicznych i nieorganicznych.

Cykl fosforu

Wielkim zbiornikiem fosforu nie jest jednak powietrze, lecz skały i inne osady wytworzone w dawnych okresach geologicznych. Osady te stopniowo wietrzeją, a uwolnione związki fosforowe dostają się do ekosystemów. Wiele z nich jednak dostaje się do morza i tam odkłada się w osadach płytkiej strefy przybrzeżnej lub przepada w osadach głębinowych. Możliwości ponownego włączania fosforu do obiegu są obecnie niewspółmierne w stosunku do ilości ubywających. W wielu okolicach nie zachodzą współcześnie ruchy wynoszące osady ponad powierzchnię oceanu, to zaś, co wydobywają morskie ptaki i ryby (a zwierzęta i człowiek przenosi na ląd) jest niewystarczające. Jednakże ptaki morskie spełniały dużą rolę w powtórnym włączaniu fosforu do obiegu (świadczą o tym sławne pokłady guano na wybrzeżu Peru). To wynoszenie fosforu i innych związków z morza na ląd przez ptaki morskie trwa nadal, ale prawdopodobnie w tempie wolniejszym, niż w niektórych minionych okresach geologicznych. Człowiek, niestety, zwiększa tempo ubywania fosforu, a przez to cykl krążenia tego pierwiastka staje się mniej pełny. Chociaż poławia się olbrzymie ilości morskich ryb, to według obliczeń Hutchinsona włącza się w ten sposób’ z powrotem do obiegu zaledwie 60 000 ton czystego fosforu rocznie.

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.