Η Έννοια του Οικοσυστήματος
Βιοτικοί και αβιοτικοί παράγοντες, παραγωγοί, καταναλωτές, αποικοδομητές, μέγεθος, ισορροπία, ποικιλότητα
Ένα δάσος, μια λίμνη, ένα χωράφι με σιτάρι — ακόμα και μια γλάστρα στο μπαλκόνι σου. Τι κοινό έχουν; Σε όλα, οργανισμοί και περιβάλλον «δουλεύουν» μαζί σαν ένα σύστημα. Και γιατί ένα φυσικό δάσος αντέχει μια επίθεση εντόμων, ενώ ένα χωράφι με ένα μόνο φυτό καταστρέφεται; Η απάντηση λέγεται ποικιλότητα.
Οικολογία και οικοσύστημα
Οικολογία είναι η επιστήμη που μελετά τις σχέσεις των οργανισμών (και του ανθρώπου) με:
- τους αβιοτικούς παράγοντες του περιβάλλοντός τους: κλίμα (υγρασία, θερμοκρασία, ηλιοφάνεια), διαθεσιμότητα θρεπτικών στοιχείων, σύσταση του εδάφους, αλατότητα του νερού κ.ά.,
- τους άλλους οργανισμούς, του ίδιου ή διαφορετικού είδους.
Οικοσύστημα είναι ένα σύστημα μελέτης που περιλαμβάνει τους βιοτικούς παράγοντες μιας περιοχής (το σύνολο των οργανισμών), τους αβιοτικούς παράγοντες και το σύνολο των αλληλεπιδράσεων μεταξύ τους.
Οι οργανισμοί του οικοσυστήματος
Ανάλογα με τον τρόπο που εξασφαλίζουν την τροφή τους:
- Παραγωγοί (αυτότροφοι): φωτοσυνθέτουν, δεσμεύουν την ηλιακή ενέργεια και παράγουν γλυκόζη και άλλους υδατάνθρακες από και νερό. Είναι οι πολυκύτταροι φυτικοί οργανισμοί, τα φύκη και τα κυανοβακτήρια.
- Ετερότροφοι: όλοι οι άλλοι, που παίρνουν τις χημικές ουσίες με την τροφή. Διακρίνονται σε:
- Καταναλωτές: τρέφονται με φυτικούς ή ζωικούς οργανισμούς· πρώτης τάξης (φυτοφάγα), δεύτερης τάξης (σαρκοφάγα που τρώνε φυτοφάγα), τρίτης τάξης (σαρκοφάγα που τρώνε σαρκοφάγα).
- Αποικοδομητές: βακτήρια του εδάφους και μύκητες, που τρέφονται με νεκρή οργανική ύλη και τη μετατρέπουν σε ανόργανη, ώστε να ξαναχρησιμοποιηθεί από τα φυτά.
- Πληθυσμός: οι οργανισμοί του ίδιου είδους σε ένα οικοσύστημα.
- Βιοκοινότητα: το σύνολο των διαφορετικών πληθυσμών και οι σχέσεις τους.
- Βιότοπος: η περιοχή όπου ζει ένας πληθυσμός ή μια βιοκοινότητα.
Ποιος οργανισμός είναι αποικοδομητής;
Τρεις προϋποθέσεις για να «ζει» ένα οικοσύστημα
- Συνεχής προσφορά ενέργειας. Τα αυτότροφα οικοσυστήματα (τα περισσότερα) την παίρνουν ως ηλιακή ακτινοβολία· τα ετερότροφα ως χημικές ενώσεις — π.χ. μια πόλη, που εισάγει τρόφιμα παραγμένα σε άλλα οικοσυστήματα.
- Διανομή της ενέργειας στους οργανισμούς μέσω των τροφικών σχέσεων (ροή ενέργειας).
- Ανακύκλωση των χημικών στοιχείων, ώστε να είναι συνεχώς διαθέσιμα.
Οι αβιοτικοί παράγοντες καθορίζουν τη φύση και τη λειτουργία του οικοσυστήματος: π.χ. μεγάλη βροχόπτωση → περισσότερα φυτικά είδη → περισσότερα φυτοφάγα.
Χαρακτηριστικά οικοσυστημάτων
Μέγεθος και όρια: επειδή είναι σύστημα μελέτης, τα καθορίζει ο ερευνητής. Μπορεί να είναι όσο ολόκληρη η βιόσφαιρα (το τμήμα του φλοιού της Γης και της ατμόσφαιρας που επιτρέπει ζωή) ή όσο μια γλάστρα. Σε μερικές περιπτώσεις (ένα νησί) τα όρια ορίζονται με σχετική ακρίβεια.
Ισορροπία: τα οικοσυστήματα τείνουν να διατηρούν σε ισορροπία τις σχέσεις βιοτικών–αβιοτικών παραγόντων. Η ισορροπία δεν είναι στατική: οι σχέσεις αλλάζουν συνεχώς, αλλά μηχανισμοί αυτορρύθμισης την επαναφέρουν (π.χ. μετά από περιορισμένη πυρκαγιά σε λιβάδι, λιγότερο χορτάρι → αναλογικά λιγότερα φυτοφάγα).
Ποικιλότητα: τα διαφορετικά είδη οργανισμών ενός οικοσυστήματος. Όσο μεγαλύτερη η ποικιλότητα, τόσο πιο ισορροπημένο το οικοσύστημα, γιατί υπάρχουν περισσότερες τροφικές σχέσεις και εναλλακτικές λύσεις· η εξαφάνιση ενός είδους δεν απειλεί άμεσα όσα τρέφονται από αυτό. Γι' αυτό τα φυσικά οικοσυστήματα (δάση, λίμνες) είναι σταθερότερα από τα τεχνητά (καλλιέργειες, τεχνητές λίμνες).
Η ποικιλότητα είναι σαν ένα δίχτυ ασφαλείας: με πολλούς κόμπους (είδη) και πολλά νήματα (τροφικές σχέσεις), αν κοπεί ένα νήμα το δίχτυ κρατάει. Με ένα μόνο σκοινί (μονοκαλλιέργεια), ένα κόψιμο αρκεί για να πέσουν όλα.
Γιατί ένα φυσικό δάσος είναι σταθερότερο από έναν καλλιεργούμενο αγρό;
Μέθοδος: κατάταξη οργανισμών σε οικοσύστημα
- Φωτοσυνθέτει; → παραγωγός (αυτότροφος).
- Αν όχι, τρέφεται με ζωντανούς οργανισμούς → καταναλωτής· μέτρα «βήματα» από τους παραγωγούς για την τάξη (1ης, 2ης, 3ης).
- Τρέφεται με νεκρή οργανική ύλη → αποικοδομητής.
- Όλοι οι οργανισμοί του ίδιου είδους → πληθυσμός· όλοι οι πληθυσμοί μαζί → βιοκοινότητα· ο χώρος → βιότοπος.
Άσκηση: Σε μια λίμνη ζουν φύκη, ζωοπλαγκτόν που τρέφεται με φύκη, μικρά ψάρια που τρώνε ζωοπλαγκτόν, ερωδιοί που τρώνε ψάρια, και βακτήρια στον πυθμένα που διασπούν νεκρούς οργανισμούς. Να κατατάξεις κάθε οργανισμό.
Λύση:
- Φύκη: παραγωγοί (αυτότροφοι).
- Ζωοπλαγκτόν: καταναλωτής 1ης τάξης.
- Μικρά ψάρια: καταναλωτές 2ης τάξης.
- Ερωδιοί: καταναλωτές 3ης τάξης.
- Βακτήρια του πυθμένα: αποικοδομητές.
Άσκηση τύπου διαγωνίσματος: (α) Ποιοι οργανισμοί ενός οικοσυστήματος δεν είναι απολύτως απαραίτητοι για την ύπαρξή του; Αιτιολόγησε. (β) Γιατί μια πόλη χαρακτηρίζεται ετερότροφο οικοσύστημα;
Λύση:
(α) Οι καταναλωτές. Ένα οικοσύστημα χρειάζεται παραγωγούς (εισάγουν την ενέργεια με τη φωτοσύνθεση) και αποικοδομητές (μετατρέπουν την οργανική ύλη σε ανόργανη, ώστε να ανακυκλώνονται τα στοιχεία). Χωρίς καταναλωτές η ενέργεια και η ύλη μπορούν να περάσουν απευθείας από τους παραγωγούς στους αποικοδομητές.
(β) Γιατί εισάγει την ενέργεια που χρειάζονται οι κάτοικοί της με τη μορφή χημικών ενώσεων (τροφίμων), που δεν παράγονται σε αυτήν αλλά σε άλλα, αυτότροφα οικοσυστήματα.
Τον όρο «οικοσύστημα» τον πρότεινε το 1935 ο Βρετανός οικολόγος Arthur Tansley, για να τονίσει ότι οι οργανισμοί και το φυσικό τους περιβάλλον πρέπει να μελετώνται μαζί, ως ένα ενιαίο σύστημα.
Σε ένα λιβάδι ζουν 12 είδη φυτών και 6 είδη φυτοφάγων εντόμων, καθένα από τα οποία τρώει 3 διαφορετικά φυτά. Δίπλα, ένας αγρός έχει 1 είδος φυτού και 1 είδος εντόμου που τρώει μόνο αυτό. (α) Πόσες τροφικές σχέσεις φυτού–εντόμου υπάρχουν σε κάθε περίπτωση; (β) Μια ασθένεια εξαφανίζει ένα είδος φυτού. Τι παθαίνουν τα έντομα σε κάθε περίπτωση;
Δοκίμασε πρώτα μόνος σου — μετά δες τη λύση
(α) Λιβάδι: σχέσεις. Αγρός: σχέση.
(β) Στο λιβάδι κάθε έντομο έχει άλλες δύο πηγές τροφής, άρα κανένα είδος δεν απειλείται άμεσα — η μεγάλη ποικιλότητα δίνει εναλλακτικές λύσεις. Στον αγρό το έντομο μένει χωρίς τροφή και ο πληθυσμός του καταρρέει. Γι' αυτό τα τεχνητά οικοσυστήματα είναι λιγότερο σταθερά.
Τι είναι η βιοκοινότητα ενός οικοσυστήματος;
- Πληθυσμός = βιοκοινότητα. Πληθυσμός: ένα είδος· βιοκοινότητα: όλοι οι πληθυσμοί και οι σχέσεις τους.
- Οι αποικοδομητές είναι «περιττοί». Χωρίς αυτούς η ύλη δεν ανακυκλώνεται.
- Ισορροπία = στατική κατάσταση. Είναι δυναμική: οι σχέσεις αλλάζουν συνεχώς και αυτορρυθμίζονται.
- Τα όρια του οικοσυστήματος είναι πάντα φυσικά. Τα ορίζει ο ερευνητής.
- Οικοσύστημα: βιοτικοί + αβιοτικοί παράγοντες + αλληλεπιδράσεις (σύστημα μελέτης).
- Παραγωγοί (αυτότροφοι: φυτά, φύκη, κυανοβακτήρια)· ετερότροφοι: καταναλωτές 1ης, 2ης, 3ης τάξης και αποικοδομητές.
- Πληθυσμός (ίδιο είδος), βιοκοινότητα, βιότοπος, βιόσφαιρα.
- Απαραίτητα: ενέργεια, ροή της, ανακύκλωση στοιχείων· αυτότροφα και ετερότροφα (πόλη) οικοσυστήματα.
- Δυναμική ισορροπία με αυτορρύθμιση· μεγαλύτερη ποικιλότητα → μεγαλύτερη σταθερότητα.