ΠΡΟΤΥΠΟ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΠΑΤΡΩΝ

Transcript

1 ΘΕΜΑΤΑ ΟΙΚΟΛΟΓΙΑΣ Μπορεί να λειτουργήσει ένα οικοσύστημα α) με παραγωγούς και καταναλωτές; β) με παραγωγούς και αποικοδομητές; γ)με καταναλωτές και αποικοδομητές; Η διατήρηση των οικοσυστημάτων προϋποθέτει (i) τη συνεχή προσφορά ενέργειας (ii) τη διανομή της ενέργειας στους οργανισμούς και (iii) την ανακύκλωση της ύλης. Σύμφωνα με τα παραπάνω ένα αυτότροφο οικοσύστημα μπορεί να λειτουργήσει αρκεί να υπάρχουν παραγωγοί και αποικοδομητές. Ο ρόλος των παραγωγών είναι να δεσμεύουν την ηλιακή ενέργεια και να τη μετατρέπουν σε χημική ενέργεια (οργανική ύλη) που είναι απαραίτητη σε όλους τους οργανισμούς. Οι αποικοδομητές προσλαμβάνουν τη νεκρή οργανική ύλη (φυτική εν προκειμένω) και την ανοργανοποιούν έτσι ώστε αυτή να χρησιμοποιηθεί εκ νέου από τους παραγωγούς. Η έλλειψη όμως των καταναλωτών επηρεάζει τον πληθυσμό των παραγωγών, των οποίων ο πληθυσμός θα περιορίζεται από τους παράγοντες που καθορίζουν την παραγωγικότητα του (π.χ. διαθεσιμότητα θρεπτικών συστατικών, νερού ). Ένα οικοσύστημα με παραγωγούς και καταναλωτές θα καταρρεύσει γιατί ενώ πληρούνται οι προϋποθέσεις (I), (ii) δεν πληρείται η (ιιι) που βασίζεται στη δράση των αποικοδομητών. Χωρίς τους αποικοδομητές θα υπάρξει σταδιακά μείωση και έλλειψη τελικά ανόργανων συστατικών που είναι απαραίτητα για τους παραγωγούς για την παραγωγή οργανικής ύλης, οπότε εξαφανίζονται και οι παραγωγοί και οι καταναλωτές. Ένα οικοσύστημα με αποικοδομητές και καταναλωτές δεν μπορεί να λειτουργήσει διότι δεν πληρούνται οι προϋποθέσεις (I) και (ii) δηλ. διανομή ενέργειας στους καταναλωτές. Οι παραγωγοί είναι αυτοί που συντηρούν άμεσα ή έμμεσα όλους τους οργανισμούς ενός οικοσυστήματος. Μπορεί να συντηρηθεί ένα τέτοιο οικοσύστημα αν τροφοδοτείται με οργανικές θρεπτικές ουσίες από άλλα οικοσυστήματα. Δηλ. ένα ετερότροφο οικοσύστημα. 1 Κατερίνα Καλόσακα, Βιολόγος

2 Τι θα συμβεί σε ένα οικοσύστημα εάν εισαχθούν νέα είδη για τα οποία δεν υπάρχει φυσιολογικός καταναλωτής; Η απουσία φυσικού καταναλωτή για έναν οργανισμό επιτρέπει τον πολλαπλασιασμό του κατά κάποιο τρόπο ανεξέλεγκτο, οπότε και η αύξηση του πληθυσμού του θα προκαλέσει τον περιορισμό των άλλων οργανισμών (αν είναι καταναλωτής) ή των θρεπτικών ουσιών (αν είναι παραγωγός) από τους οποίους εξαρτάται τροφικά. Αυτό θα επηρεάσει κάποια τροφική αλυσίδα ή και όλο το οικοσύστημα. Μία πιθανότητα είναι το νέο είδος να εκτοπίσει όσους ανήκουν στο ίδιο τροφικό επίπεδο και να προκαλέσει και εξαφάνιση όλων όσων ανήκουν σε ανώτερο τροφικό επίπεδο. Γιατί επιλέγουμε την πυραμίδα βιομάζας αντί την πυραμίδα αριθμού των οργανισμών όταν θέλουμε να εξετάσουμε τη μεταφορά θρεπτικών υλικών σε ένα οικοσύστημα; Η πυραμίδα βιομάζας δείχνει πως μεταβάλλεται η ποσότητα της οργανικής ύλης σε κάθε τροφικό επίπεδο. Δείχνει σε κάθε τροφικό επίπεδο την ποσότητα βιομάζας που συντηρείται, οπότε και πόσο ευνοείται η ανάπτυξη ζωής. Αντίθετα η πυραμίδα αριθμού δεν δίνει πάντοτε την σωστή εικόνα για ένα οικοσύστημα. Αν οι οργανισμοί ενός επιπέδου είναι μικρόσωμοι (π.χ. έντομα), τότε το πλήθος τους είναι αυξημένο αλλά η βιομάζα τους περιορισμένη και ίσως ανεπαρκής για να στηρίξει τροφικά οργανισμούς ανώτερου τροφικού επιπέδου που υπάρχουν σε μικρότερο πληθυσμό. Γιατί στους παραγωγούς δεν διακρίνονται επιμέρους τροφικά επίπεδα όπως γίνεται στην τροφική αλυσίδα των καταναλωτών; Γιατί οι αποικοδομητές δεν αποτελούν συγκεκριμένο τροφικό επίπεδο μέσα στα οικοσυστήματα; Κάθε τροφικό επίπεδο αποτελείται από το σύνολο όλων των οργανισμών που τρέφονται απέχοντας τον ίδιο αριθμό βημάτων από τον ήλιο. Τροφικά επίπεδα παρατηρούνται μόνο στους καταναλωτές. Το σύνολο των οργανισμών που είναι παραγωγοί με τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε χημική οπότε και έχουν την ίδια άμεση σχέση με τον ήλιο. 2 Κατερίνα Καλόσακα, Βιολόγος

3 Το σύνολο των αποικοδομητών τρέφονται με νεκρή οργανική ύλη την οποία προμηθεύονται από όλα τα τροφικά επίπεδα αδιακρίτως και τη μετατρέπουν σε ανόργανα συστατικά. Πως μπορεί να εξηγηθεί η απουσία μιας κατηγορίας οργανισμών (αναφορικά με το ρόλο που έχουν) σε ένα οικοσύστημα; Η φύση και η λειτουργία των οικοσυστημάτων καθορίζονται από τους αβιοτικούς παράγοντες που βρίσκονται σε αλληλεπίδραση με τους βιοτικούς. Στους βιοτικούς παράγοντες ανήκουν οι παραγωγοί, οι καταναλωτές και οι αποικοδομητές. Η απουσία παραγωγών συνεπάγεται μηδενική (πρωτογενή) παραγωγικότητα και υποδηλώνει την εμφάνιση κάποιου προβλήματος σε κάποιον από τους αβιοτικούς παράγοντες (ηλιοφάνεια, θερμοκρασία, κ.λπ) που την καθορίζουν. Αναλυτικότερα, για την ηλιοφάνεια ενδέχεται να μην είναι επαρκής (περίπτωση οικοσυστήματος μέσα σε σπηλιά ή σε μεγάλο βάθος θαλάσσιου οικοσυστήματος). Η θερμοκρασία μπορεί να είναι πέραν των επιτρεπτών ορίων που εξασφαλίζουν την ανάπτυξη των παραγωγών. Όσον αφορά τη διαθεσιμότητα των θρεπτικών στοιχείων είτε όλων είτε κάποιου από αυτά η έλλειψή τους σαφώς αποτελεί πρόβλημα στην παραγωγικότητα. Η διαθεσιμότητα νερού (αυτό αφορά μόνο τα χερσαία οικοσυστήματα) μπορεί π.χ, να έχει ελαχιστοποιηθεί σε βαθμό που οδηγεί σε ερημική περιοχή. Η έλλειψη καταναλωτών μπορεί να υποδηλώνει τη πολύ μικρή πρωτογενή παραγωγικότητα δεδομένου ότι οι καταναλωτές εξαρτώνται από τη διαθέσιμη από τους παραγωγούς ενέργεια. Ενώ η απουσία αποικοδομητών οι οποίοι εξαρτώνται από τη διαθέσιμη νεκρή οργανική ύλη, δείχνει είτε ότι έχουν τροποποιηθεί τόσο οι συνθήκες ώστε να μην αναπτύσσονται βακτήρια και μύκητες στο έδαφος, είτε ότι κάποια άλλη γενικότερη καταστροφή έχει επηρεάσει την ύπαρξη ζωής που είναι προϋπόθεση για τη μετέπειτα δημιουργία νεκρής οργανικής ύλης. 3 Κατερίνα Καλόσακα, Βιολόγος

4 Με ποια μορφή εισάγεται, διακινείται και χάνεται η ενέργεια στο οικοσύστημα; Η ενέργεια εισάγεται ως ηλιακή ακτινοβολία (φωτεινή ενέργεια), η οποία με τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης δεσμεύεται και μετατρέπεται σε χρήσιμη χημική ενέργεια που περικλείεται στις οργανικές ενώσεις. Φωτοσύνθεση, πραγματοποιούν οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί, όπως είναι τα φυτά και τα φωτοσυνθετικά βακτήρια ή τα κυανοφύκη που αποτελούν και τους παραγωγούς ενός οικοσυστήματος. Από τους παραγωγούς προς όλα τα άλλα είδη οργανισμών, (καταναλωτές και αποικοδομητές) μέσω της τροφής, η ενέργεια διακινείται στη μορφή χημικής ενέργειας των οργανικών ενώσεων. Κατά τη ροή αυτή μέρος της ενέργειας χάνεται από το οικοσύστημα με τη μορφή θερμότητας λόγω μετατροπών που συμβαίνουν στις οργανικές ενώσεις κατά την κυτταρική αναπνοή, οπότε και επιστρέφει στο σύμπαν. Ποιος είναι ο ρόλος των βακτηρίων και γενικότερα των μικροοργανισμών στα οικοσυστήματα; Η δράση των μικροοργανισμών στα οικοσυστήματα ποικίλει: (α) Αν πρόκειται για φωτοσυνθετικά βακτήρια και κυανοφύκη (ή κυανοβακτήρια) αυτά έχουν ρόλο παραγωγού οπότε και συνθέτουν οργανικές ουσίες, (β) στη περίπτωση ορισμένων μυκήτων και βακτηρίων του εδάφους που λειτουργούν ως αποικοδομητές του οικοσυστήματος, ανοργανοποιούν την νεκρή ύλη και είτε διοχετεύουν στο έδαφος ανόργανες ενώσεις όπως αμμωνία είτε απελευθερώνουν στην ατμόσφαιρα CO 2. Επίσης τα νιτροποιητικά βακτήρια μετατρέπουν την αμμωνία σε νιτρικά ιόντα, μορφή του αζώτου η οποία προσλαμβάνεται από τα φυτά. (γ) Ορισμένα βακτήρια είτε συμβιωτικά είτε ελεύθερα καθώς και ορισμένα κυανοφύκη, δεσμεύουν απευθείας το άζωτο της ατμόσφαιρας και το μετατρέπουν σε αξιοποιήσιμη αζωτούχο ένωση για τους παραγωγούς, δηλαδή ρόλο στην αζωτοδέσμευση. (δ) ορισμένα βακτήρια κάνουν απονιτροποίηση του εδάφους οπότε και επαναφέρουν άζωτο (N 2 ) στην ατμόσφαιρα και (ε) πολλοί μικροοργανισμοί είναι παράσιτα είτε φυτών είτε ζώων οπότε και έχουν το ρόλο καταναλωτή ανώτερης τάξης. 4 Κατερίνα Καλόσακα, Βιολόγος

5 Πως συσχετίζονται ανθρώπινες παρεμβάσεις με τον κύκλο του αζώτου και τι συνέπειες έχουν; Οι ανθρώπινες παρεμβάσεις όπως (α) η απόρριψη στα υδάτινα οικοσυστήματα αστικών λυμάτων (β) η κατάχρηση των αζωτούχων λιπασμάτων οδηγούν σε εμπλουτισμό των υδάτινων αποδεκτών με αζωτούχες ενώσεις που προκαλούν για παράδειγμα το φαινόμενο του ευτροφισμού. Επίσης η χρησιμοποίηση μηχανών εσωτερικής καύσης έχει ως συνέπεια την απελευθέρωση μεταξύ άλλων και αζωτούχων ενώσεων που ρυπαίνουν την ατμόσφαιρα (φωτοχημικό νέφος, όξινη βροχή). Να αναφέρετε διαφορές μεταξύ χερσαίων και υδάτινων οικοσυστημάτων αναφορικά με τους αβιοτικούς τους παράγοντες. Χερσαία Οικοσυστήματα Καλύπτουν μικρότερο τμήμα της Γης Η παραγωγικότητά τους κατά κύριο λόγο επηρεάζεται από τη διαθεσιμότητα νερού Ακραία χαμηλή παραγωγικότητα εμφανίζουν οι έρημοι Ο κύκλος του νερού είναι πιο περίπλοκος Θρεπτικά στοιχεία χάνονται προς όφελος των υδάτινων (επιφανειακή απορροή) Η προσθήκη θρεπτικών ουσιών στους παραγωγούς (π.χ. λιπασμάτων) δεν επηρεάζει τη διαθεσιμότητα του Ο 2 Υδάτινα οικοσυστήματα Καλύπτουν το μεγαλύτερο τμήμα της Γης Ένας από τους κύριους παράγοντες που επηρεάζουν την παραγωγικότητα τους είναι το βάθος στο οποίο διεισδύει το φως Ακραία χαμηλή παραγωγικότητα εμφανίζουν οι βαθιές λίμνες Ο κύκλος του νερού είναι απλός Η προσθήκη θρεπτικών ουσιών στους παραγωγούς (π.χ. νιτρικά άλατα) μπορεί να οδηγήσει στη μείωση του διαθέσιμου Ο 2 (ευτροφισμός). 5 Κατερίνα Καλόσακα, Βιολόγος

6 ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Ορισμένα από τα θέματα αυτά έχουν συλλεχθεί από φροντιστηριακά βοηθήματα που κυκλοφορούν στα Ελληνικά βιβλιοπωλεία (ΕΚΔΟΣΕΙΣ_ Πατάκη, Μεταίχμιο, Σαββάλας, Γκοβόστη κ.ά.). 6 Κατερίνα Καλόσακα, Βιολόγος