Ekologia eliöiden, ympäristön ja ekosysteemien perusteet
Ekologia on biologian osa-alue, joka tutkii eliöstöä (eliöitä), ympäristöä ja niiden vuorovaikutusta. Se tulee kreikan kielen sanoista oikos = talo ja logos = tutkimus.
Ekologia on ekosysteemien tutkimusta. Ekosysteemit kuvaavat eliöiden välisten suhteiden verkkoa tai verkostoa eri organisaatiotasoilla. Koska ekologialla tarkoitetaan mitä tahansa biologisen monimuotoisuuden muotoa, ekologit tutkivat kaikkea pienistä bakteereista ravinteiden kierrätykseen ja trooppisten sademetsien vaikutuksista maapallon ilmakehään. Näitä vuorovaikutussuhteita tutkivia tutkijoita kutsutaan ekologeiksi.
Ekologit keskittyvät nykyisin ekologisten alueiden ja ilmastonmuutoksen tutkimiseen.
Ekologialla on monia käytännön sovelluksia suojelubiologiassa, kosteikkojen hoidossa, luonnonvarojen hallinnassa (maa- ja metsätalous, kalatalous), kaupunkisuunnittelussa (kaupunkiekologia), yhteisöjen terveydenhoidossa, taloustieteessä ja soveltavassa tieteessä. Se tarjoaa puitteet ihmisten sosiaalisen vuorovaikutuksen ymmärtämiselle ja tutkimiselle.
Tasoja ja keskeisiä käsitteitä
- Yksilö – yksittäinen organismi ja sen sopeutuminen ympäristöön.
- Populaatio – saman lajin yksilöiden joukko tietyllä alueella; siihen liittyviä käsitteitä ovat syntyvyys, kuolleisuus, leviäminen ja kantokyky (carrying capacity).
- Yhteisö – eri lajien muodostama kokonaisuus, jossa lajien väliset suhteet muokkaavat koostumusta.
- Ekosysteemi – yhteisön sekä sen elottoman ympäristön (ilma, vesi, maa, ravinteet) muodostama toiminnallinen kokonaisuus.
- Maisema ja biosfääri – laajempia skaaloja, joissa ekosysteemit ovat vuorovaikutuksessa ja joissa energian ja aineen kierto näkyy globaalisti.
Ekologiset vuorovaikutukset
Ekologiassa tutkitaan monenlaisia laji- ja ympäristövälistä vuorovaikutusta. Tärkeitä tyyppejä ovat:
- Predaatio — saalistus, joka vaikuttaa saalis- ja petopopulaatioihin.
- Kilpailu — resurssien (ruoka, tila, valo) jakautuminen voi rajoittaa lajien menestystä.
- Mutualismi — molempia osapuolia hyödyttävät suhteet (esim. pölyttäjät ja kukat, mykorritsa-sienet ja kasvit).
- Kommensalismi ja parasitismi — suhteita, joissa toinen hyötyy ja toinen ei välttämättä kärsi tai kärsii.
- Ekologinen lokero kuvaa lajin roolia ja käyttämää resurssivalikoimaa ympäristössään.
Energia ja ravintokierto
Yksi ekologian perusajatuksista on energian virtaus ja aineiden kierto ekosysteemeissä. Valoaineenvaihdunta tuottaa orgaanista ainesta (tuottajat), jota kuluttajat käyttävät. Ravintoketjut muodostavat monitasoisia ravintoverkkoja, joissa eliölajit sijoittuvat trofisiin tasoihin. Ravinteet (hiili, typpi, fosfori ym.) kiertävät abioottisten ja bioottisten komponenttien välillä.
Menetelmät ja lähestymistavat
Ekologia yhdistää kenttätutkimuksen, laboratoriokokeet ja mallintamisen. Tärkeimpiä tutkimusmenetelmiä ovat:
- Kenttähavainnot ja pitkäaikaisaineistot (esim. populaatiotutkimukset, ilmastosarjat)
- Kokeet (kontrolloidut manipulaatiot, mesokokeet, laboratorio-eksperimnet)
- Matemaattinen ja tietokonemallintaminen (populaatiomallit, ekosysteemimallit)
- Kaukokartoitus ja GIS (maisematason analyysit ja lajirajaukset)
Sovellukset ja nykyhaasteet
Ekologinen tieto on keskeistä monissa käytännön sovelluksissa:
- Luonnonsuojelu ja uhanalaisten lajien suojelu
- Ecosysteemipalveluiden (esim. pölytys, vedenpuhdistus, ilmaston säätely) arviointi ja ylläpito
- Restaurointi ja kosteikkojen hoito
- Kestävä luonnonvarojen käyttö kuten maa- ja metsätalous sekä kalatalous
- Kaupunkiekologia: viherrakenteet, biodiversiteetin edistäminen ja sopeutuminen ilmastonmuutokseen
- Ympäristöpolitiikka, taloustiede ja luonnonvarojen hallinta (taloustieteessä ja muissa sovelluksissa)
Ajankohtaisia ekologisia haasteita ovat muun muassa biologisen monimuotoisuuden väheneminen, tulokaslajit, ympäristösaasteet ja ilmastonmuutos, jotka yhdessä muokkaavat ekosysteemien toimintaa ja ihmisten hyvinvointia. Ekologia tarjoaa sekä tietoa että työkaluja näihin ongelmiin vastaamiseen, esimerkiksi sopeutumis- ja lieventämistoimien suunnitteluun sekä kestävän luonnonvarojen käytön edistämiseen.
Ekologian näkökulma on laaja: se katsoo biologisia ilmiöitä sekä prosesseina että kokonaisuuksina, ja yhdistää biologian, maantieteen, kemian, fysiikan ja yhteiskuntatieteiden menetelmiä ymmärtääkseen, miten elämä ja ympäristö muovaavat toisiaan.
Bioottinen pölytysvektori
Populaatioekologia
Populaatioekologiassa mitataan populaation kokoa: kaikkia yhteen lajiin kuuluvia eläviä olentoja, jotka elävät tietyssä paikassa. Populaatio kasvaa, koska syntyy ja muuttaa paikkaan, ja pienenee, koska kuolee ja muuttaa pois paikasta. Kasvuvauhti on väestön koon muutos jaettuna nykyisellä väestön koolla. Kun populaatio on pieni, kasvuvauhti ei muutu, joten populaatio kasvaa eksponentiaalisesti. Eksponentiaalisen kasvun nopeus riippuu siitä, miten elävä olento lisääntyy. Jos sillä on vain muutamia jälkeläisiä (lapsia), jotka kasvavat hitaasti, kuten ihminen, lisääntymisnopeus on alhainen. Jos sillä on paljon jälkeläisiä, jotka kasvavat nopeasti, kuten hedelmäkärpäsellä, lisääntymisnopeus on korkea. Missä tahansa ympäristössä on riittävästi resursseja, kuten ruokaa, vettä tai tilaa, vain tietyn kokoiselle populaatiolle. Tätä kokoa kutsutaan kantokyvyksi. Kun populaation koko on lähellä kantokykyä, kasvunopeus pienenee. Väestönkasvun kuvaaja on S-muotoinen, jota kutsutaan logistiseksi kasvuksi.
Kuvaaja väestöstä, joka saavuttaa kantokyvyn.
Yhteisön ja ekosysteemin ekologia
Yhteisö koostuu kaikista eri lajien populaatioista, jotka elävät samassa paikassa. Ekosysteemi on yhteisö ja sen ympäristö. Ekosysteemiekologia tutkii, miten energia ja ravinteet liikkuvat ekosysteemissä. Kaikki elävät olennot tarvitsevat energiaa selviytyäkseen, liikkuakseen, kasvaakseen ja lisääntyäkseen. Trofiataso tarkoittaa sitä, kuinka monta kertaa energia siirtyy yhdestä elävästä olennosta toiseen, ennen kuin se saavuttaa tietyn elävän olennon. Ensimmäinen trofiataso, jota kutsutaan tuottajiksi tai autotrofeiksi, saa energiaa ympäristöstä. Ne käyttävät energiaa muodostaakseen orgaanisia yhdisteitä. Useimmat tuottajat, kuten kasvit, ottavat energiaa auringonvalosta, mutta jotkut ottavat sitä epäorgaanisista yhdisteistä. Muut trofiatasot, joita kutsutaan kuluttajiksi tai heterotrofeiksi, saavat energiansa syömällä muita eläviä olentoja. Kaikki eläimet ovat kuluttajia, ja niitä on kolmenlaisia: kasvinsyöjiä, lihansyöjiä ja kaikkiruokaisia. Kasvinsyöjät syövät vain kasveja, lihansyöjät syövät vain muita eläimiä ja kaikkiruokaiset syövät molempia. Hajottajat ovat eläviä olentoja, jotka hajottavat kuolleita asioita. Ravintoverkko kuvaa energian liikkumista ekosysteemissä.
Maaperän ravintoverkko
Ihminen ja ekologia
Ekologia politiikassa
Ekologia on monien voimakkaiden filosofisten ja poliittisten liikkeiden alkusysäys - mukaan lukien luonnonsuojeluliike, hyvinvointiliike, ympäristöliike ja nykyisin tuntemamme ekologialiike. Kun nämä yhdistetään rauhanliikkeisiin ja kuuteen periaatteeseen, niitä kutsutaan vihreiksi liikkeiksi. Yleensä niissä ekosysteemien terveys asetetaan etusijalle ihmisten moraalisten ja poliittisten prioriteettien luettelossa, koska se on keino saavuttaa parempi ihmisten terveys ja sosiaalinen harmonia sekä parempi talous.
Näitä uskomuksia edustavia henkilöitä kutsutaan poliittisiksi ekologeiksi. Jotkut heistä ovat järjestäytyneet vihreisiin puolueisiin, mutta poliittisia ekologeja on useimmissa poliittisissa puolueissa. He käyttävät hyvin usein ekologisia argumentteja edistääkseen politiikkaa, erityisesti metsäpolitiikkaa ja energiapolitiikkaa.
Ekologia tarkoittaa myös sitä, että se on biologian osa-alue, joka käsittelee eliöiden ja niiden ympäristön, myös muiden eliöiden, välisiä suhteita ja vuorovaikutusta.
Ekologiaan sisältyy taloustiede
Monet ekologit käsittelevät myös ihmisen taloutta:
- Lynn Margulis sanoo, että taloustiede tutkii sitä, miten ihmiset saavat elantonsa, kun taas ekologia tutkii sitä, miten kaikki muut eläimet saavat elantonsa.
- Mike Nickerson sanoo, että "talous on kolme viidesosaa ekologiasta", koska ekosysteemit luovat resursseja ja hävittävät jätteitä, minkä talous olettaa tapahtuvan "ilmaiseksi".
Ekologinen taloustiede ja inhimillisen kehityksen teoria pyrkivät erottamaan taloudelliset kysymykset muista, mutta se on vaikeaa. Monet ajattelevat, että taloustiede on nykyään vain osa ekologiaa ja että taloustiede, joka jättää sen huomiotta, on väärässä. "Luonnollinen pääoma" on esimerkki yhdestä teoriasta, jossa yhdistyvät molemmat.
Ekologia ja antropologia
Joskus ekologiaa verrataan antropologiaan. Antropologia käsittää sen, miten ympäristö vaikuttaa kehoomme ja mieleemme, kun taas ekologia käsittää sen, miten ympäristö vaikuttaa kehoomme ja mieleemme. On jopa olemassa eräänlainen antropologian laji, jota kutsutaan ekologiseksi antropologiaksi ja jossa tutkitaan, miten ihmiset ovat vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa.
Antoine de Saint-Exupery totesi: "Maa opettaa meille itsestämme enemmän kuin kaikki kirjat". Koska se vastustaa meitä. Ihminen löytää itsensä, kun hän mittaa itsensä esteeseen".
Aiheeseen liittyvät sivut
- Saalis-petoeläin-yhtälöt
- Ekologinen taloustiede
- Ecomuseum
- Ympäristöystävällisyys
- Kestävä kehitys
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mitä on ekologia?
V: Ekologia on biologian osa-alue, joka tutkii eliöstöä (eliöitä), ympäristöä ja niiden vuorovaikutusta. Se tulee kreikan sanoista oikos = talo; logos = tutkimus, ja se on ekosysteemien tutkimusta.
K: Keitä ovat ekologit?
V: Ekologit ovat tiedemiehiä, jotka tutkivat elävien olentojen ja niiden ympäristön välisiä vuorovaikutuksia.
K: Mihin aloihin ekologit keskittyvät?
V: Ekologit keskittyvät nykyisin maaekosysteemien ja ilmastonmuutoksen tutkimukseen.
K: Mitä käytännön sovelluksia ekologialla on?
V: Ekologialla on monia käytännön sovelluksia suojelubiologiassa, kosteikkojen hoidossa, luonnonvarojen hoidossa (maatalous, metsätalous, kalastus), kaupunkisuunnittelussa (kaupunkiekologia), yhteisöjen terveydessä, taloustieteessä ja soveltavassa tieteessä. Se tarjoaa myös puitteet ihmisten sosiaalisen vuorovaikutuksen ymmärtämiselle ja tutkimiselle.
K: Mitä "ekologinen alue" tarkoittaa?
V: Ekologinen alue on laaja alue, jolla on samanlaisia ympäristöominaisuuksia, kuten ilmasto, maaperätyyppi tai kasvillisuustyyppi, ja jota voidaan käyttää ekologisen alueen tai yksikön määrittelyyn suojelutarkoituksiin.
K: Miten ekologia liittyy biologiseen monimuotoisuuteen?
V: Koska ekologialla tarkoitetaan mitä tahansa biologisen monimuotoisuuden muotoa, ekologit tutkivat kaikkea pienistä bakteereista ravinteiden kierrätykseen ja trooppisten sademetsien vaikutuksista maapallon ilmakehään.
