4: סקירה כללית של אקולוגיה

Last updated
Save as PDF

Page ID: 209183

Melissa Ha and Rachel Schleiger
Yuba College & Butte College via ASCCC Open Educational Resources Initiative

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

רמות לימוד אקולוגי

כאשר נלמדת דיסציפלינה כמו ביולוגיה, לעתים קרובות מועיל לחלק אותה לתחומים קטנים יותר וקשורים. לדוגמה, ביולוגים של תאים המעוניינים באיתות תאים צריכים להבין את הכימיה של מולקולות האות (שהן בדרך כלל חלבונים) וכן את התוצאה של איתות תאים. אקולוגים המעוניינים בגורמים המשפיעים על הישרדותו של מין בסכנת הכחדה עשויים להשתמש במודלים מתמטיים כדי לחזות כיצד מאמצי השימור הנוכחיים משפיעים על אורגניזמים בסכנת הכחדה. כדי לייצר קבוצה נכונה של אפשרויות ניהול, ביולוג שימור צריך לאסוף נתונים מדויקים, כולל גודל האוכלוסייה הנוכחי, גורמים המשפיעים על רבייה (כמו פיזיולוגיה והתנהגות), דרישות בית גידול (כגון צמחים וקרקעות) והשפעות אנושיות אפשריות על בסכנת הכחדה. אוכלוסייה ובית הגידול שלה (שעשוי להיגזר באמצעות מחקרים בסוציולוגיה ואקולוגיה עירונית). במסגרת תחום האקולוגיה, חוקרים עובדים בארבע רמות ספציפיות, לפעמים בדיסקרטיות ולפעמים בחפיפה: אורגניזם, אוכלוסייה, קהילה ומערכת אקולוגית (איור\(\PageIndex{a}\)).

תרשים זרימה של שלוש תיבות מציג את ההיררכיה של אורגניזמים חיים. התיבה העליונה מסומנת "אורגניזמים, אוכלוסיות וקהילות" ויש בה תצלום של עצים גבוהים ביער. התיבה השנייה מסומנת "מערכות אקולוגיות" ויש לה תצלום של גוף מים, שמאחוריו דוכן של עשבים גבוהים המתפתחים לצמחייה ועצים צפופים יותר ככל שהמרחק מהמים גדל. התיבה השלישית מסומנת "הביוספרה" ומציגה ציור של כדור הארץ. — **איור\(\PageIndex{a}\):** אקולוגים חוקרים בכמה רמות ביולוגיות של ארגון. (אשראי "אורגניזמים": שינוי עבודה על ידי "Crystl" /Flickr; אשראי "מערכות אקולוגיות": שינוי העבודה על ידי טום קרלייל, מטה שירות הדגים וחיות הבר בארה"ב; אשראי "ביוספרה": נאס"א)

אקולוגיה אורגניזמית

חוקרים הלומדים אקולוגיה ברמה האורגניזמית מתעניינים בהתאמות המאפשרות לאנשים לחיות בבתי גידול ספציפיים. התאמות אלה יכולות להיות מורפולוגיות, פיזיולוגיות והתנהגותיות. לדוגמה, הפרפר הכחול של קרנר (Lycaeides melissa samuelis) (איור\(\PageIndex{b}\)) נחשב למומחה מכיוון שהנקבות מעדיפות ביציות (כלומר מטילות ביצים) על תורמוס בר. הסתגלות מועדפת זו פירושה שהפרפר הכחול של קרנר תלוי מאוד בנוכחותם של צמחי תורמוס בר להמשך הישרדותו.

תמונה מתארת פרפר כחול קרנר, שבו יש כנפיים כחולות בהירות עם אליפסות זהב ונקודות שחורות סביב הקצוות. — **איור\(\PageIndex{b}\):** הפרפר הכחול של קרנר (Lycaeides melissa samuelis) הוא פרפר נדיר שחי רק בשטחים פתוחים עם מעט עצים או שיחים, כגון עצי אורן וסוואנות אלון. הוא יכול להטיל את ביציו רק על צמחי תורמוס. (אשראי: שינוי עבודה על ידי J & K הולינגסוורת ', USFWS)

לאחר הבקיעה, זחלי הזחל מגיחים ומבלים ארבעה עד שישה שבועות בהאכלה אך ורק מתורמוס בר (איור). \(\PageIndex{c}\) הזחלים מתגוללים (עוברים מטמורפוזה) ומגיחים כפרפרים לאחר כארבעה שבועות. הפרפרים הבוגרים ניזונים מצוף הפרחים של תורמוס בר ומיני צמחים אחרים. חוקר המעוניין ללמוד פרפרים כחולים של קרנר ברמה האורגניזמית עשוי, בנוסף לשאול שאלות על הטלת ביצים, לשאול שאלות לגבי הטמפרטורה המועדפת על הפרפרים (שאלה פיזיולוגית) או התנהגות הזחלים כשהם בשלבי זחל שונים (שאלה התנהגותית).

תמונה זו מתארת פרח תורמוס בר, שהוא ארוך ודק עם עלי כותרת בצורת צדפה המקרינים החוצה מהמרכז. השליש התחתון של הפרח כחול, האמצע ורוד וכחול והחלק העליון ירוק. — **איור\(\PageIndex{c}\):** תורמוס הבר (Lupinus perennis) הוא הצמח המארח של הפרפר הכחול קרנר

אקולוגיה של אוכלוסייה

אוכלוסייה היא קבוצה של אורגניזמים משתלבים שהם בני אותו מין החיים באותו אזור בו זמנית. (אורגניזמים שכולם בני אותו מין נקראים בני מינו.) אוכלוסייה מזוהה, בין השאר, לפי מקום מגוריה, ולאזור האוכלוסייה שלה עשויים להיות גבולות טבעיים או מלאכותיים: גבולות טבעיים עשויים להיות נהרות, הרים או מדבריות, בעוד שדוגמאות לגבולות מלאכותיים כוללות דשא מכסח, מבנים מעשה ידי אדם או כבישים. חקר האקולוגיה של האוכלוסייה מתמקד במספר הפרטים באזור וכיצד ומדוע גודל האוכלוסייה משתנה עם הזמן. אקולוגים של אוכלוסיות מעוניינים במיוחד לספור את הפרפר הכחול של קרנר, למשל, מכיוון שהוא מסווג בסכנת הכחדה פדרלית. עם זאת, התפוצה והצפיפות של מין זה מושפעת מאוד מהתפוצה והשפע של תורמוס הבר. חוקרים עשויים לשאול שאלות על הגורמים המובילים לירידה של תורמוס הבר וכיצד אלה משפיעים על פרפרים כחולים של קרנר. לדוגמה, אקולוגים יודעים שתורמוס בר משגשג בשטחים פתוחים שבהם עצים ושיחים נעדרים במידה רבה. בסביבה טבעית, שריפות בר לסירוגין מסירות עצים ושיחים באופן קבוע, ועוזרות לשמור על השטחים הפתוחים שתורמוס הבר דורש. ניתן להשתמש במודלים מתמטיים כדי להבין כיצד דיכוי שריפות על ידי בני אדם הוביל לירידה של צמח חשוב זה עבור הפרפר הכחול קרנר.

אקולוגיה קהילתית

קהילה ביולוגית מורכבת מהמינים השונים בתוך אזור, בדרך כלל מרחב תלת מימדי, ומהאינטראקציות בתוך ובין מינים אלה. אקולוגים קהילתיים מתעניינים בתהליכים המניעים אינטראקציות אלה ובהשלכותיהם. שאלות על אינטראקציות ספציפיות מתמקדות לעתים קרובות בתחרות בין בני אותו מין על משאב מוגבל. אקולוגים חוקרים גם אינטראקציות בין מינים שונים; בני מינים שונים נקראים הטרוספיקים. דוגמאות לאינטראקציות הטרוספציפיות כוללות טריפה, טפילות, אוכלי עשב, תחרות והאבקה. לאינטראקציות אלו יכולות להיות השפעות מווסתות על גודל האוכלוסייה ויכולות להשפיע על תהליכים אקולוגיים ואבולוציוניים המשפיעים על המגוון.

לדוגמה, זחלי הפרפר הכחול של קרנר יוצרים מערכות יחסים הדדיות עם נמלים. הדדיות היא סוג של מערכת יחסים ארוכת טווח שהתפתחה בין שני מינים וממנה כל מין מרוויח. כדי שההדדיות תתקיים בין אורגניזמים בודדים, כל מין חייב לקבל תועלת מסוימת מהשני כתוצאה מהקשר. חוקרים הראו כי יש עלייה בהסתברות ההישרדות כאשר זחלי הפרפר הכחול של קרנר (זחלים) מטופלים על ידי נמלים. זה יכול להיות בגלל שהזחלים מבלים פחות זמן בכל שלב בחיים כשהם מטופלים על ידי נמלים, מה שמספק יתרון לזחלים. בינתיים, זחלי הפרפר הכחול קרנר מפרישים חומר עשיר בפחמימות המהווה מקור אנרגיה חשוב לנמלים. גם הזחלים הכחולים של קרנר וגם הנמלים נהנים מהאינטראקציה שלהם.

אקולוגיה של המערכת האקולוגית

אקולוגיה של המערכת האקולוגית היא הרחבה של אקולוגיה אורגניזמית, אוכלוסיה וקהילתית. המערכת האקולוגית מורכבת מכל המרכיבים הביוטיים (יצורים חיים) באזור יחד עם המרכיבים האביוטיים (יצורים שאינם חיים) של אותו אזור. חלק מהמרכיבים האביוטיים כוללים אוויר, מים ואדמה. ביולוגים של מערכות אקולוגיות שואלים שאלות על האופן שבו חומרים מזינים ואנרגיה מאוחסנים וכיצד הם נעים בין אורגניזמים והאטמוספירה, האדמה והמים שמסביב.

הפרפרים הכחולים של קרנר ותורמוס הבר חיים בבית גידול עקר מעץ אלון. בית גידול זה מאופיין בהפרעה טבעית ובקרקעות דלות בחומרים מזינים דלות בחנקן. הזמינות של חומרים מזינים היא גורם חשוב בהתפלגות הצמחים החיים בבית גידול זה. חוקרים המתעניינים באקולוגיה של המערכת האקולוגית יכולים לשאול שאלות לגבי חשיבותם של משאבים מוגבלים ותנועת משאבים, כגון חומרים מזינים, אם כי החלקים הביוטיים והאביוטיים של המערכת האקולוגית.

חיבור קריירה: אקולוג

קריירה באקולוגיה תורמת להיבטים רבים של החברה האנושית. הבנת נושאים אקולוגיים יכולה לעזור לחברה לענות על הצרכים האנושיים הבסיסיים של מזון, מחסה ובריאות. אקולוגים יכולים לערוך את המחקר שלהם במעבדה ומחוצה לה בסביבות טבעיות (איור\(\PageIndex{d}\)). סביבות טבעיות אלה יכולות להיות קרובות לבית כמו הנחל העובר בקמפוס שלך או רחוק כמו פתחי האוורור ההידרותרמיים בתחתית האוקיינוס השקט. אקולוגים מנהלים משאבי טבע כגון אוכלוסיות צבי לבן זנב (Odocoileus virginianus) לציד או אספן (Populus spp.) עץ מייצג לייצור נייר. אקולוגים עובדים גם כמחנכים המלמדים ילדים ומבוגרים במוסדות שונים כולל אוניברסיטאות, בתי ספר תיכוניים, מוזיאונים ומרכזי טבע. אקולוגים עשויים לעבוד גם בתפקידי ייעוץ המסייעים לקובעי מדיניות מקומיים, ממלכתיים ופדרליים לפתח חוקים תקינים מבחינה אקולוגית, או שהם עשויים לפתח מדיניות וחקיקה אלה בעצמם. כדי להיות אקולוג דורש תואר ראשון, בדרך כלל במדעי הטבע. התואר הראשון מלווה לעתים קרובות בהכשרה מיוחדת או תואר מתקדם, בהתאם לתחום האקולוגיה שנבחר. לאקולוגים צריך להיות רקע רחב במדעי הפיזיקה, כמו גם בסיס איתן במתמטיקה וסטטיסטיקה.

בתמונה זו נראית אישה מסתכלת בכלוב קטן עם דלתו פתוחה. הכלוב יושב על דשא ערבה קצר, ליד חור עם לכלוך סביב השפה. ברקע יושב כלוב שני וסגור. — **איור\(\PageIndex{d}\):** אקולוג נוף זה משחרר חמוס שחור-רגל לבית הגידול המקומי שלו כחלק ממחקר. (אשראי: אזור ערבת ההרים USFWS, NPS)

ייחוס

שונה על ידי מליסה הא ורחל שלייגר מאקולוגיה והביוספרה על ידי OpenStax (מורשה תחת CC-BY)