H ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΗΣ. Τι είναι η ΟΙΚΟΛΟΓΙΑ; ΟΙΚΟΛΟΓΙΑ ΙΙ. Ιστορικά: η Αρχή ΟΙΚΟΛΟΓΙΑ ΕΥΑ ΠΑΠΑΣΤΕΡΓΙΑΔΟΥ 12/21/2016. και τα συστήματα υποστήριξης της ζωής

Transcript

1 H ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΗΣ ΟΙΚΟΛΟΓΙΑΣ και τα συστήματα υποστήριξης της ζωής Τι είναι η ΟΙΚΟΛΟΓΙΑ; επιστήμη της ζωής πεδίο δράσης Βιόσφαιρα Oικολογία προέρχεται απ τις λέξεις οίκος σπίτι & λόγος μελέτη, αιτία Haeckel 1866: επιστημονική μελέτη των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των οργανισμών & του περιβάλλοντος τους ΟΙΚΟΛΟΓΙΑ ΙΙ Εύα Παπαστεργιάδου Krebs 1991, 2001: επιστημονικός κλάδος που μελετά τις αλληλεπιδράσεις που καθορίζουν την κατανομή & την αφθονία των οργανισμών Ιστορικά: η Αρχή Θεόφραστος ( π.χ.) μαθητής του Αριστοτέλη, σχέση μεταξύ των οργανισμών & του περιβάλλοντός τους. ΟΙΚΟΛΟΓΙΑ Ernst Haeckel (1866) αναφέρει πρώτος τον όρο Οικολογία για να περιγράψει τη σχέση ενός ζώου με το περιβάλλον του, ιδιαίτερα με τα φυτά & τα ζώα που έρχεται σε επαφή 1

2 Ιστορικά: η συνέχεια 1877: Karl Mobius, όρος Βιοκοινότητα 1916: F Clements, μελετά την Οικολογική διαδοχή 1927: Charls Elton, μελετά τις τροφικές Αλυσίδες, Οικολογικούς θώκους των ειδών 1929: W Vernadsky, περιγράφει τη γη σαν ένα οικολογικό σύστημα, τη Βιόσφαιρα 1953: EP Odum, εκδίδει το"fundamentals of Ecology 1955: Mac Arthur, μελετά τις σχέσεις ποικιλότητας & σταθερότητας των βιοκοινοτήτων 1967: H. Bormann & J. Likens, περιγράφουν τους κύκλους της ύλης 1977: J. Harper, εκδίδει το βιβλίο The population Biology of plants Οικολογία & Περιβαλλοντική Επιστήμη Η Περιβαλλοντική επιστήμη αναφέρεται σε όλους τους επιστημονικούς κλάδους που συμβάλλουν στην έρευνα των περιβαλλοντικών θεμάτων, ενσωματώνοντας τις, Φυσικές επιστήμες, Βιοποικιλότητα, Αειφορία Οικονομία & Περιβάλλον Ενέργεια & Τεχνολογία Πολιτικοί & Περιβαλλοντικοί Νόμοι Ρύπανση, Στερεά & Υγρά Απόβλητα Πληθυσμοί & Εκθετική Ανάλυση Η Οικολογία είναι Βιολογική επιστήμη, με δικό της εννοιολογικό πλαίσιο, συμπεριλαμβάνει μέρη της ανθρωπολογίας, της γεωλογίας, της κλιματολογίας, της χημείας & της φυσικής. Τι είναι Οικολογία; η μελέτη των σχέσεων μεταξύ των οργανισμών & του περιβάλλοντος Οι άνθρωποι μελετούσαν την οικολογία από την αρχή της ύπαρξης μας ως είδος. Οι κυνηγοί & συλλέκτες έπρεπε να είναι εξοικειωμένοι με τις συνήθειες των θηραμάτων τους Έπρεπε να γνωρίζουν που να βρίσκουν φυτά για τροφή & πότε θα ωρίμαζαν αυτά. Οι αγρότες & οι κτηνοτρόφοι έπρεπε να είναι γνώστες των μεταβολών του καιρού & των εδαφών & πως οι μεταβολές θα μπορούσαν να επηρεάσουν τις σοδειές & τα οικόσιτα ζώα τους. Η επιβίωση μας έχει εξαρτηθεί απ το πόσο καλά μπορούμε να παρατηρούμε τις μεταβολές στο περιβάλλον & να προβλέπουμε τις αντιδράσεις των οργανισμών σ αυτές Τι είναι Οικολογία; η μελέτη των σχέσεων μεταξύ των οργανισμών & του περιβάλλοντος Σήμερα, το μεγαλύτερο μέρος του ανθρώπινου πληθυσμού ζει σε πόλεις & οι περισσότεροι από εμάς έχουν μικρή άμεση επαφή με τη φύση. Ο άνθρωπος μεταβάλλει ραγδαία το περιβάλλον της γης, αλλά δεν κατανοούμε πλήρως τις συνέπειες αυτών των αλλαγών Ανθρωπογενείς αλλαγές απειλούν την ποικιλότητα της ζωής στη γη & μπορεί να θέσουν σε κίνδυνο το σύστημα υποστήριξης της ζωής. 2

3 Τι είναι Οικολογία; η ανθρώπινη δραστηριότητα έχει αυξήσει σημαντικά το άζωτο που ανακυκλώνεται στη βιόσφαιρα, Πλανήτης γη άλλαξε τη χρήση του εδάφους σε όλη τη γη & αύξησε τη συγκέντρωση του CO 2 στην ατμόσφαιρα το μέλλον του είδους μας, περισσότερο από ποτέ, εξαρτάται απ το πόσο καλά κατανοούμε τις σχέσεις μεταξύ των οργανισμών & του περιβάλλοντος Στην αυγή του 21ου αιώνα, αναδεικνύεται η αναγκαιότητα της διερεύνησης των οικολογικών θεμάτων 3

4 4

5 Οικονομική ή Οικολογική κρίση; Υλικά του μαθήματος Σε παγκόσμιο επίπεδο η εκμετάλλευση των φυσικών πόρων γίνεται όλο & πιο εντατική οδηγώντας στη σταδιακή εξάντληση & την ποιοτική υποβάθμισή τους. Η απώλεια της βιολογικής ποικιλότητας, η εξαφάνιση ειδών, η υποβάθμιση οικοσυστημάτων κ.λπ., έχουν άμεσο αντίκτυπο στην επιβίωση του ανθρώπου πάνω στη γη! o Διαλέξεις (handouts θα δοθούν στο E-class) o Bιβλία E Molles/ Emberlin o Παρουσιάσεις papers από σας o Χρήση Internet για άντληση πληροφορίας o Video και σχολιασμός o Άλλες δραστηριότητες (Εργασίες, Εργαστήρια, κ.λπ.) 5

6 Περιεχόμενο του μαθήματος Οικολογία ΙΙ Περιεχόμενο του μαθήματος Οικολογία ΙΙ Στόχοι & βασικές έννοιες της επιστήμης της Οικολογίας. Μέθοδοι & εργαλεία της οικολογικής έρευνας Κοινότητες & Οικοσυστήματα Αφθονία & Ποικιλότητα Ειδών. Δείκτες Ποικιλότητας. Περιβαλλοντική Πολυπλοκότητα. Διαταραχή και Ποικιλότητα. Δομή Τροφικού Δικτύου & Ποικιλότητα Ειδών. Πρωτογενής Παραγωγή & Ροή Ενέργειας. Ανακύκλωση & Διατήρηση των Θρεπτικών. Βιογεωχημικοί κύκλοι. Αποικοδόμηση σε χερσαία & Υδάτινα Οικοσυστήματα. Διαδοχή & Σταθερότητα. Πρωτογενής & Δευτερογενής Διαδοχή. Αλλαγές της Κοινότητας & του Οικοσυστήματος κατά τη Διάρκεια της Διαδοχής. Οικολογία Τοπίου. Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών. Παγκόσμια Οικολογία. Ορισμοί της Οικολογίας Η μελέτη των αλληλεπιδράσεων των οργανισμών με το περιβάλλον τους ή η επιστήμη των σχέσεων μεταξύ ζώντων οργανισμών & του περιβάλλοντός τους (Odum, 1971) Η μελέτη των αμοιβαίων σχέσεων μεταξύ φυτών & ζώων & των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των ζώντων οργανισμών & του φυσικού τους περιβάλλοντος (Hutchinson, 1989) Η μελέτη των σχέσεων μεταξύ των οργανισμών & του παρελθόντος, παρόντος & μέλλοντος αβιοτικού & βιοτικού περιβάλλοντός τους (Molles, 2002) Θεμελιώδεις έννοιες & ορισμοί της Οικολογίας Βιόσφαιρα ορίζεται ως η περιοχή του πλανήτη μας όπου είναι δυνατή η ζωή & περικλείει όλους τους ζωντανούς οργανισμούς. Υπάρχουν περιοχές της γης όπως οι αποθέσεις των πολικών πάγων ή των μόνιμα χιονισμένων ορεινών όγκων όπου συχνά δεν υπάρχουν ζώντες οργανισμοί & ονομάζονται παραβιοσφαιρικές. Η βιόσφαιρα & οι παραβιοσφαιρικές περιοχές αποτελούν ένα πιο ευρύ σύνολο την Οικόσφαιρα που περιλαμβάνει το σύνολο της ατμόσφαιρας έως τα πιο απομακρυσμένα της όρια. 6

7 ΒΙΟΣΦΑΙΡΑ το εξωτερικό περίβλημα του πλανήτη - περιλαμβάνει τον αέρα, το έδαφος, το οικολογικό σύστημα που ενσωματώνει όλους τους ζωντανούς οργανισμούς & τις μεταξύ τους σχέσεις, περιλαμβάνει & τις αλληλεπιδράσεις τους με τα στοιχεία της λιθόσφαιρας, (πετρώματα), της υδρόσφαιρας (νερό) & της ατμόσφαιρας (αέρας). Η Γη είναι ο μόνος πλανήτης, στον οποίο γνωρίζουμε την ύπαρξη ζωής. Η εξέλιξη της βιόσφαιρας θεωρείται μια διαδικασία βιογένεσης, που ξεκίνησε τουλάχιστον 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Οικόσφαιρα: επινοήθηκε τη δεκαετία του 1960, ως περιγραφή των βιολογικών & φυσικών χαρακτηριστικών του πλανήτη. ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ το αέριο σώμα που περιβάλλει τη Γη, συγκρατείται λόγω της βαρύτητας της, φτάνοντας σε ύψος Km. Το όριο ανάμεσα στην ατμόσφαιρα & το διάστημα δεν είναι αυστηρά καθορισμένο. Καθώς μεγαλώνει η απόσταση της από τη Γη η ατμόσφαιρα σταδιακά εξασθενεί & εξαφανίζεται σιγά σιγά στο διάστημα. Το υψόμετρο των 120Km ορίζει το σημείο που γίνονται αισθητά τα ατμοσφαιρικά φαινόμενα κατά τη διάρκεια της επανεισόδου στην ατμόσφαιρα. Η ατμόσφαιρα προστατεύει τη ζωή στη Γη με το να απορροφά την υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία, να θερμαίνει την επιφάνεια της με την παρακράτηση της θερμότητας (φαινόμενο του θερμοκηπίου) & μειώνει τις αυξομειώσεις της θερμοκρασίας ανάμεσα στη μέρα και τη νύχτα. ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ- Κατακόρυφη δομή Η χημική σύνθεση της ατμόσφαιρας μέχρι το ύψος των Km είναι σχεδόν αμετάβλητη. Ανάλογα με τη μεταβολή της θερμοκρασίας διακρίνονται τα στρώματα: Τροπόσφαιρα: ύψος 0 μέχρι 9-18 Km (ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος) όπου & η τροπόπαυση. Στρατόσφαιρα: από την τροπόπαυση μέχρι τα 50 Km όπου & η στρατόπαυση. Μεσόσφαιρα: από την στρατόπαυση μέχρι τα 80 Km όπου & η μεσόπαυση. Θερμόσφαιρα ή Ιονόσφαιρα: από την μεσόπαυση μέχρι 800 Km όπου & η θερμόπαυση. [βρίσκεται ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός ISS] Εξώσφαιρα: από θερμόπαυση μέχρι Km Περιβάλλον είναι: Η πλήρης σειρά των εξωτερικών συνθηκών, φυσικών, χημικών & βιολογικών μέσα στις οποίες ζει ένας οργανισμός. Oι κοινωνικές & πολιτιστικές συνθήκες, οι οποίες έχουν επιπτώσεις στα μεμονωμένα άτομα ή στις κοινότητες. Το Περιβάλλον 3.Καλλιέργεια Πολιτισμός 1.Φύση Ανθρώπινο Περιβάλλον 2.Κοινωνία 7

8 Το Περιβάλλον των οργανισμών Σχέσεις στο Περιβάλλον Περιβαλλοντικές Σχέσεις Ως περιβάλλον εννοείται: Αβιοτικοί παράγοντες Βιολογικοί παράγοντες το αβιοτικό περιβάλλον, το φυσικό & χημικό περιβάλλον εδάφους, νερού, αέρα Συμβίωση Ανταγωνισμός Σχέσεις θηρευτή- θηράματος το βιολογικό ή βιοτικό περιβάλλον των φυτών, ζώων & μικροβίων & ειδικά για τον άνθρωπο Παρασιτισμός Αμοιβαιότητα Συνύπαρξη ομοσιτισμός oι κοινωνικές & πολιτιστικές συνθήκες, οι οποίες έχουν επιπτώσεις στα μεμονωμένα άτομα ή στις κοινότητες Οικολογία ευρύτητα του γνωστικού πεδίου της οικολογίας & ποικιλία των πεδίων εφαρμογής της Οι οικολόγοι μπορεί να μελετούν μεμονωμένους οργανισμούς, ρυθμούς αναπαραγωγής ή ρυθμούς διεργασιών όπως π.χ. φωτοσύνθεση & αποικοδόμηση ολόκληρα δάση ή λίμνες ή ακόμα κι ολόκληρη τη γη. Επίσης αβιοτικές συνιστώσες του περιβάλλοντος, π.χ. θερμοκρασία ή χημεία του εδάφους, όσο & βιοτικές - οργανισμούς. Οικολογία Η επιστήμη της οικολογίας εξετάζει τις περιβαλλοντικές σχέσεις που εκτείνονται από αυτές των μεμονωμένων οργανισμών, έως τους παράγοντες που επηρεάζουν την κατάσταση ολόκληρης της βιόσφαιρας. Γενικά επικρατεί η αντίληψη ότι οι οικολόγοι μελετούν στο πεδίο, κάποιες από τις πιο σημαντικές θεμελιώδεις προόδους στην οικολογία έχουν προέλθει από οικολόγους που κατασκευάζουν θεωρητικά μοντέλα οικολογικών συστημάτων ή κάνουν οικολογική έρευνα στο εργαστήριο 8

9 Οικολογία ευρύτητα του γνωστικού πεδίου της Οικολογίας μπορεί να οργανωθεί με την τακτοποίηση τους ως επίπεδα σε μια ιεραρχία Ιστορικά, η οικολογία των ατόμων, ήταν η περιοχή της οικοφυσιολογίας & της οικολογίας της συμπεριφοράς (Αυτοοικολογία ή Οργανισμική Οικολογία). Οι οικο-φυσιολόγοι έχουν δώσει έμφαση στην εξέλιξη (οι πληθυσμοί αλλάζουν στη διάρκεια του χρόνου) των φυσιολογικών & ανατομικών μηχανισμών με τους οποίους οι οργανισμοί λύνουν τα προβλήματα που δημιουργούνται από τις μεταβολές στο περιβάλλον. Οικολογία Οικολογία Η Οικολογία των πληθυσμών επικεντρώνεται στους παράγοντες που επηρεάζουν τη δομή & τη λειτουργία των πληθυσμών π.χ. προσαρμογή, εξάλειψη, κατανομή, αφθονία, αύξηση, αναπαραγωγή, κ.λπ. Επόμενο επίπεδο οργάνωσης, η οικολογία των αλληλεπιδράσεων όπως η Θήρευση, ο παρασιτισμός, & ο ανταγωνισμός, καθώς & οι επιπτώσεις των αλληλεπιδράσεων στη δομή του πληθυσμού ή στις κοινότητες. Η οικολογία των κοινοτήτων επικεντρώνεται στους οργανισμούς που κατοικούν σε μια περιοχή, & η οικολογία των οικοσυστημάτων περιλαμβάνει την οικολογική κοινότητα σε μια περιοχή συν όλους τους φυσικούς & χημικούς παράγοντες που επηρεάζουν την κοινότητα (Συνοικολογία). Οι οικολόγοι προσπάθησαν να ταυτοποιήσουν απομονωμένες κοινότητες & οικοσυστήματα, όμως, όλες οι κοινότητες & τα οικοσυστήματα στη γη είναι ανοικτά συστήματα τα οποία υπόκεινται στις ανταλλαγές υλικών, ενέργειας & οργανισμών με άλλες κοινότητες & οικοσυστήματα. 9

10 Οικολογία Επίπεδα οργάνωσης: Η μελέτη αυτών των ανταλλαγών, ειδικά μεταξύ των οικοσυστημάτων, είναι το αντικείμενο της οικολογίας τοπίου. Τα τοπία είναι μωσαϊκά οικοσυστημάτων, δεν είναι απομονωμένα αλλά μέρος των γεωγραφικών περιοχών που υπόκεινται στις μεγάλης κλίμακας & μακροπρόθεσμες περιφερειακές διαδικασίες που αποτελούν τα αντικείμενα της γεωγραφικής οικολογίας. Η γεωγραφική οικολογία μας οδηγεί στη συνέχεια στη μεγαλύτερη χωρική κλίμακα & στο πιο υψηλό επίπεδο οργάνωσης τη βιόσφαιρα, η οποία εμπίπτει στη σφαίρα της παγκόσμιας (πλανητικής) οικολογίας. Άτομα Πληθυσμοί Κοινότητες Οικοσυστήματα Τοπία Περιοχές Βιόσφαιρα Οικολογία Τα επίπεδα οργάνωσης της ζωής είναι ιεραρχημένα με τέτοιο τρόπο ώστε το κατώτερο να εμπεριέχεται στο αμέσως ανώτερο ΦΑΣΜΑ ΟΡΓΑΝΩΣΗΣ ΤΩΝ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ 10

11 Κοσμικών διαστάσεων Μακρόκοσμος Μικρόκοσμος Γνωστικό αντικείμενο της Οικολογίας Ζωή Όρια Σύμπαν Γα;λαξίες Ηλιακό σύστημα Πλανήτες Γη Οικόσφαιρα Οικοσυστήματα Βιοκοινότητες Πληθυσμοί Οργανισμοί Οργανικά συστήματα Όργανα Ιστοί Κύτταρα Πρωτόπλασμα Μόρια Άτομα Τομέας Οικολογίας Επίπεδα οργάνωσης & πρότυπα ταξινόμησης της ύλης σύμφωνα με το μέγεθος & τη λειτουργία Παραδείγματα Επιπέδων Ιεραρχικής Οργάνωσης Γεωγραφική & Πολιτική Οργάνωση ΚΟΣΜΟΣ Ήπειρος ΕΘΝΟΣ Περιοχή ΚΡΑΤΟΣ Επαρχία ΠΟΛΗ Ανθρώπινος Πληθυσμός ΑΤΟΜΟ Α. Μεγάλη Κλίμακα Β. Μικρή Κλίμακα Ταξινομική Φυσιολογική Φυτοκοινωνιολογι κή Βασίλειο Άθροισμα Κλάση Τάξη Οικογένεια Γένος Είδος Άτομο Σύστημα Οργάνων Όργανο Ιστός Κύτταρο Μόριο Κλάση Τάξη Συνένωση Φυτοκοινωνία Υποένωση Οικολογική ΒΙΟΣΦΑΙΡΑ Βιογεωγραφική περιοχή ΜΕΓΑ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑ ΤΟΠΙΟ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑ Βιοκοινωνία Είδος ΠΛΗΘΥΣΜΟΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΣ Στρατιωτική Στρατηγός Ταξίαρχος Συνταγματάρχης Ταγματάρχης Λοχαγός Ανθυπολοχαγός Λοχίας Στρατιώτης Μεγακοινότητες ή Μεγαδιαπλάσεις biomes Ταξινόμηση των Μεγαδιαπλάσεων σε σχέση με την υγρασία & τη θερμοκρασία 11

12 Σύγχρονες περιοχές μελέτης της Οικολογίας Γιατί αυτό το μάθημα Η προστασία & διατήρηση της Βιοποικιλότητας Οι στρατηγικές για την Αειφορική Διαχείριση των οικοσυστημάτων Η ερμηνεία των οικολογικών φαινομένων υπό το πρίσμα της Εξέλιξης Οι οικολογικές απόψεις για την Πλανητική αλλαγή Η αυξανόμενη χρήση σύγχρονων Μοριακών τεχνικών, Πληροφορικής, Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών, κ.λπ. η Μοριακή Οικολογία άπτεται της οικολογίας & της εξέλιξης & περιλαμβάνει μελέτες για τις γενετικές σχέσεις μεταξύ ατόμων, πληθυσμών & ειδών. Η Οικολογία είναι επιστήμη της ζωής! Διερευνά τις σχέσεις των οργανισμών που εποικίζουν τον πλανήτη Διερευνά τις λειτουργίες των οικοσυστημάτων που είναι και τα πλέον σημαντικά για τη διαχείριση & διατήρηση της φύσης Επιπρόσθετα: Οι οργανισμοί χρησιμοποιούνται για την περιβαλλοντική παρακολούθηση (monitoring) των περισσοτέρων ανθρώπινων δραστηριοτήτων που διαταράσσουν το περιβάλλον γιατί: Οι οργανισμοί έχουν σχετικά μακρό χρόνο απόκρισης στις περιβαλλοντικές αλλαγές, αλλά οι επιπτώσεις διαρκούν περισσότερο H εικόνα των βιοκοινοτήτων ολοκληρώνει τις επιπτώσεις για το χρόνο που προηγήθηκε H πληροφορία που λαμβάνεται από τις βιοκοινότητες είναι συχνά πιο αξιόπιστη από μια χημική ανάλυση Θεμελιώδεις έννοιες & ορισμοί της Οικολογίας Πληθυσμός: το σύνολο των ατόμων ενός είδους τα οποία καταλαμβάνουν μία δεδομένη περιοχή τον ίδιο χρόνο & έχουν τη δυνατότητα αναπαραγωγικής συνεύρεσης Πληθυσμοί: ομάδες διαφορετικών ειδών που έχουν κοινή προέλευση ή τόπο διαβίωσης. Στους περισσότερους πληθυσμούς τα άτομα ποικίλουν ελαφρά στο γενετικό τους υλικό (γενετική ποικιλότητα). Ο χώρος (θέση) όπου ζει ένας πληθυσμός ονομάζεται οικότοπος ή ενδιαίτημα (Habitat). Το ενδιαίτημα μπορεί να προσδιορίζεται & από συγκεκριμένους τύπους φυτικών βιοκοινοτήτων όπως στην Οδηγία 92/43. 12

13 Θεμελιώδεις έννοιες & ορισμοί της Οικολογίας Η οικοθέση (niche), ή οικολογικός θώκος, ή φωλιά δεν έχει διαστάσεις χώρου, σε αντίθεση με το ενδιαίτημα, είναι μια αφηρημένη έννοια, αποτελεί χαρακτηριστικό των ειδών, συνοψίζει τις απαιτήσεις τους & προσδιορίζει το ρόλο τους στη βιοκοινότητα Πληθυσμοί διαφορετικών ειδών που συνυπάρχουν & αλληλεπιδρούν συγκροτούν τη Βιοκοινότητα Η βιοκοινότητα μαζί με το αβιοτικό στοιχείο του περιβάλλοντος συγκροτούν το Οικοσύστημα Ένα οικοσύστημα είναι μια βιοκοινότητα από διαφορετικά είδη που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους & με το αβιοτικό περιβάλλον τους ως προς την ύλη & την ενέργεια. Οικοσύστημα αποτελούν, από την άποψη της οικολογίας, τις βασικές μονάδες της φύσης στην επιφάνεια της γης Το Οικοσύστημα περιλαμβάνει όχι μόνο τους οργανισμούς, αλλά & το σύνολο των φυσικών παραγόντων, αυτό που ονομάζουμε περιβάλλον των ζωντανών οργανισμών (Tansley, 1935). Οικοσύστημα είναι μία οργανωμένη ενότητα ζωντανών οργανισμών & αβιοτικών στοιχείων που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους & μέσα στην οποία ανταλλάσσονται υλικά & πληροφορίες με κινητήρια δύναμη μία πηγή ενέργειας. Χαρακτηριστικά των Οικοσυστημάτων Οικοσύστημα: η βασική μονάδα της ζωής Οικοσύστημα Τα οικοσυστήματα χαρακτηρίζονται από μια ορισμένη δομή, λειτουργία & διαχρονικές αλλαγές Η διατήρηση της ζωής στη γη είναι μια ιδιότητα του οικοσυστήματος & όχι των ατόμων ή των πληθυσμών. Δεν υπάρχει κανένα είδος στη γη που να συνθέτει & να παράγει όλα τα απαραίτητα για τη διατροφή του & να αποσυνθέτει όλα τα απόβλητά του έτσι ώστε να ανακυκλώνεται η ύλη & να παράγεται νέα τροφή. Α. Δομή Οικοσυστήματος Βιοκοινότητα Οικοσύστημα Βιότοπος Ζωοκοινότητα Φυτοκοινότητα Κλίμα Έδαφος 13

14 Οικολογική ταξινόμηση των οργανισμών: Αυτότροφοι οργανισμοί (Παραγωγοί) Δημιουργούν την οργανική τους ουσία από ανόργανα συστατικά & μια ενεργειακή πηγή του περιβάλλοντος Ετερότροφοι (Καταναλωτές, Αποκοιδομητές) Τρέφονται, με οργανική ύλη για να προμηθευτούν την απαραίτητη ενέργεια Η μεταφορά της ενέργειας & της ύλης στη βιοκοινότηταοικοσύστημα, γίνεται μέσω των διαφόρων οργανισμών του οικοσυστήματος Αυτότροφοι οργανισμοί (Παραγωγοί) Φωτοσυνθετικά πράσινα φυτά: Χρησιμοποιούν τη χλωροφύλλη για να απορροφήσουν φωτεινή ενέργεια Φωτοσυνθετικά βακτήρια: Χρησιμοποιούν ερυθρή χρωστική για να απορροφήσουν φωτεινή ενέργεια Κυανοβακτήρια: διαθέτουν χλωροφύλλη-α & πραγματοποιούν φωτοσύνθεση παρουσία του φωτός & του αέρα, με συνακόλουθη παραγωγή οξυγόνου Χημειοσυνθετικά βακτήρια: Χρησιμοποιούν υψηλής ενέργειας ανόργανα χημικά συστατικά, όπως θειούχες ενώσεις του Υδρογόνου Ετερότροφοι Ι. Καταναλωτές Πρωτογενείς καταναλωτές: χορτοφάγα ζώα που τρέφονται αποκλειστικά με φυτά & Παμφάγα Ζώα που τρέφονται με φυτά και ζώα Δευτερογενείς καταναλωτές σαρκοφάγα: Ζώα που τρέφονται με πρωτογενείς καταναλωτές Υψηλής τάξης καταναλωτές Σαρκοφάγα: Ζώα που τρέφονται με άλλα σαρκοφάγα Παράσιτα: Φυτά ή ζώα που συνδυάζονται με άλλα φυτά ή ζώα. Τρέφονται από αυτά για μια χρονική περίοδο Ετερότροφοι ΙΙ. Αποικοδομητές ή αποσυνθέτες τρεφόμενοι με θρύμματα (νεκρή οργανική ύλη) Αποσυνθέτες: μύκητες & βακτήρια προκαλούν σήψη Θρυμματοφάγοι πρωτογενείς οργανισμοί: τρεφόμενοι με θρύμματα Δευτερογενείς Θρυμματοφάγοι & υψηλότερων τάξεων: τρέφονται με πρωτογενείς θρυμματοφάγους οργανισμούς 14

15 Οργάνωση Οικοσυστήματος Οργάνωση Οικοσυστήματος παραγωγός Πρωτογενής καταναλωτής Δευτερογενής καταναλωτής Βροχόπτωση παραγωγοί Αποσυνθέτες Κύρια συστατικά ενός οικοσυστήματος στη φύση Η λίμνη ως απλό οικοσύστημα στη φύση Οργάνωση Οικοσυστήματος Οικοσύστημα Τα οικοσυστήματα χαρακτηρίζονται από ορισμένη δομή, λειτουργία & διαχρονικές αλλαγές Β. Λειτουργία Οικοσυστήματος 1. Κύκλοι της ύλης - Βιογεωχημικοί κύκλοι 2. Ροή ενέργειας Τμήμα τροφικού δικτύου στα χορτολίβαδα της Αν. Αφρικής 15

16 Η μονόδρομη ροή της ενέργειας & η ανακύκλωση των στοιχείων (Βιογεωχημικοί κύκλοι ) Ροή της Ενέργειας στα οικοσυστήματα λειτουργεί με βάση θεμελιώδεις φυσικούς νόμους της Θερμοδυναμικής Κύκλος του άνθρακα Κύκλος του φωσφόρου Κύκλος του Αζώτου Θερμότητα στο Περιβάλλον Κύκλος του Νερού Κύκλος του Οξυγόνου α) ο πρώτος δηλώνει πως η ενέργεια δεν μπορεί ούτε να δημιουργηθεί ούτε να καταστραφεί (μονόδρομη ροή ενέργειας), αλλά μόνο να μετατραπεί από μια κατάσταση σε άλλη, π.χ. μετατροπή της φωτεινής ενέργειας σε χημική με τη φωτοσύνθεση. β) ο δεύτερος (νόμος της Εντροπίας ή της ποιότητας), δηλώνει ότι καμία μετατροπή ενέργειας από μια κατάσταση σε άλλη δε γίνεται με 100% απόδοση, γιατί ένα μέρος της χάνεται με μορφή θερμότητας. Ροή της Ενέργειας Ροή ενέργειας & Κύκλοι της ύλης Το σύνολο της ηλιακής ενέργειας που δεσμεύεται απ τα φυτά μπορεί, με τη μορφή τροφής να: Πρώτο τροφικό επίπεδο παραγωγόί (Φυτά) Δεύτερο τροφικό επίπεδο Πρωτογενείς Καταναλωτές (Φυτοφάγοι) Τρίτο τροφικό επίπεδο Δευτερογενείς Καταναλωτές (σαρκοφάγοι) Τέταρτο τροφικό επίπεδο τριτογενείς Καταναλωτές (κορυφαίοι θηρευτές) α) κυκλοφορήσει στο οικοσύστημα διαμέσου των τροφικών αλυσίδων & δικτύων Ηλιακή Ενέργεια β) αποταμιευτεί με τη μορφή χημικής ενέργειας στη φυτική ή ζωική ύλη ή γ) αποβληθεί από το σύστημα με τη μορφή θερμότητας ή άχρηστων υλικών Αποσυνθέτες Μια τροφική αλυσίδα. Τα βέλη δείχνουν πως η χημική ενέργεια της τροφής ρέει μέσω ποικίλων τροφικών επιπέδων, ενώ το μεγαλύτερο μέρος της υποβαθμίζεται 16

17 Ροή της Ενέργειας Οικοσύστημα π.χ. τα φυτοφάγα δεν χρησιμοποιήσουν όλη την ενέργεια που βρίσκεται αποθηκευμένη στη φυτική ύλη, γιατί στη διάρκεια της μετατροπής υπάρχει απώλεια ενέργειας με τη μορφή θερμότητας Κατά μέσο όρο, μόνο το 10% περίπου της ενέργειας & της οργανικής ύλης ενός τροφικού επιπέδου περνάει στο επόμενο υψηλότερο επίπεδο. Επειδή κάθε υψηλότερο επίπεδο έχει λιγότερη διαθέσιμη ενέργεια, υπάρχει ένα όριο ως προς το πόσα επίπεδα μπορούν να υπάρξουν. Τελικά, η ενέργεια του συστήματος εξαντλείται. Τα περισσότερα θαλάσσια τροφικά πλέγματα έχουν τρία ή τέσσερα τροφικά επίπεδα. Τα οικοσυστήματα χαρακτηρίζονται από ορισμένη δομή, λειτουργία & διαχρονικές αλλαγές Γ. Διαχρονικές αλλαγές 1. Εποχιακές αλλαγές (φαινοφάσματα, ταλαντώσεις) 2. Οικολογικές διαδοχές Πρωτογενείς Δευτερογενείς Εξέλιξη των οικοσυστημάτων Η Πρωτογενής διαδοχή διαρκεί πάνω από μερικές εκατοντάδες χρόνια για να εξελιχθεί από το γυμνό έδαφος Εξέλιξη των οικοσυστημάτων Δευτερογενής διαδοχή, η διάρκεια για το σχηματισμό ενός δάσους βαλανιδιάς ήταν περίπου 150 χρόνια Κοινότητα κλίμαξ: Έλατα,σημύδες, ερυθρελάτες Νεαρό δάσος Πεύκης Ώριμο δάσος βελανιδιάς κ.ά Φυλλοβόλων Πεύκα, έλατα και βελανιδιές Πέτρωμα Λειχήνες και βρύα Μικρά ποώδη Φυτά και θάμνοι θάμνοι Ετήσια ποώδη Φυτά Πολυετή ποώδη Φυτά και αγρωστώδη θάμνοι 17

18 Εξέλιξη της ατμόσφαιρας Η πρωτογενής ατμόσφαιρα της γης 5 δισεκ. χρόνια πριν 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια πριν Εμφάνιση Ζωής πριν από 3,6 έως 3,8 δισεκατ. χρόνια Ανάπτυξη φωτοσυνθετικών βακτηρίων στους ωκεανούς πριν από 2,3 έως 2,5 δισεκατ. Χρόνια. Εμφάνιση φυτών και ζώων πριν από 600 εκατομ. χρόνια. Σχηματισμός της στιβάδας του όζοντος πριν από 400 έως 500 εκατομ. χρόνια Σχηματισμός του νερού 4,4 δισεκατομμύρια χρόνια πριν Αλλαγές από τους οργανισμούς χρόνια πριν Βιβλιογραφικές πηγές Begon M, Harper J & Townsend C Ecology: Individuals, Populations & Communities. (3 rd Edit.) Blackwell. Emberlin JC Εισαγωγή στην Οικολογία. (Μεταφρ. A. Μελιάδου) Εκδ. Τυπωθήτω. Hutsinson, GE, The ecological theatre and the evolutionary Play. Yale University Press, New Haven, Connecticut. Krebs CJ Ecology: the experimental analysis of distribution & abundance. Harper & Row, New York. Molles MC Οικολογία (Μετάφρ. Θ. Γεωργιάδη). Εκδ. Μεταίχμιο Molles MC Ecology. 4 th Edit. Mc Graw Hill. Moss B Ecology of freshwaters. (3 rd Edit.) Blackwell Odum E Ecology and our endangered Life-Support Systems (USA). Saunders, Philadelphia. Odum E Fundamentals of Ecology. Saunders, Philadel 18