Skip to main content
Global

4: نظرة عامة على البيئة

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    169124

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

    مستويات الدراسة البيئية

    عند دراسة تخصص مثل علم الأحياء، غالبًا ما يكون من المفيد تقسيمه إلى مناطق أصغر ذات صلة. على سبيل المثال، يحتاج علماء الأحياء الخلوية المهتمون بإشارات الخلية إلى فهم كيمياء جزيئات الإشارة (التي عادة ما تكون بروتينات) وكذلك نتيجة إشارات الخلية. قد يستخدم علماء البيئة المهتمون بالعوامل التي تؤثر على بقاء الأنواع المهددة بالانقراض نماذج رياضية للتنبؤ بكيفية تأثير جهود الحفظ الحالية على الكائنات الحية المهددة بالانقراض. لإنتاج مجموعة سليمة من خيارات الإدارة، يحتاج عالم الأحياء في مجال الحفظ إلى جمع بيانات دقيقة، بما في ذلك حجم السكان الحالي، والعوامل التي تؤثر على التكاثر (مثل علم وظائف الأعضاء والسلوك)، ومتطلبات الموائل (مثل النباتات والتربة)، والتأثيرات البشرية المحتملة على السكان المهددين بالانقراض و موطنها (الذي يمكن اشتقاقه من خلال الدراسات في علم الاجتماع والإيكولوجيا الحضرية). في إطار علم البيئة، يعمل الباحثون على أربعة مستويات محددة، وأحيانًا بشكل منفصل وأحيانًا بتداخل: الكائن الحي والسكان والمجتمع والنظام البيئي (الشكل\(\PageIndex{a}\)).

    يُظهر مخطط التدفق المكون من ثلاثة مربعات التسلسل الهرمي للكائنات الحية. المربع العلوي مكتوب عليه «الكائنات الحية والسكان والمجتمعات» ويحتوي على صورة للأشجار العالية في الغابة. ويحمل الصندوق الثاني اسم «النظم البيئية» ويحتوي على صورة لجسم مائي، وخلفه مجموعة من الأعشاب الطويلة التي تتطور إلى نباتات وأشجار أكثر كثافة مع زيادة المسافة من الماء. المربع الثالث بعنوان «المحيط الحيوي» ويعرض رسمًا لكوكب الأرض.

    الشكل\(\PageIndex{a}\): يدرس علماء البيئة في عدة مستويات بيولوجية من التنظيم. (تقدير «الكائنات الحية»: تعديل عمل «Crystl» /Flickr؛ تقدير «النظم الإيكولوجية»: تعديل العمل الذي قام به توم كارلايل، المقر الرئيسي لدائرة الأسماك والحياة البرية في الولايات المتحدة؛ «المحيط الحيوي» الائتماني: وكالة ناسا)

    علم البيئة العضوية

    يهتم الباحثون الذين يدرسون علم البيئة على مستوى الكائن الحي بالتكيفات التي تمكن الأفراد من العيش في موائل محددة. يمكن أن تكون هذه التعديلات مورفولوجية وفسيولوجية وسلوكية. على سبيل المثال، تعتبر فراشة كارنر الزرقاء (Lycaeides melissa samuelis\(\PageIndex{b}\)) (الشكل) متخصصة لأن الإناث يفضلن وضع البيض (أي وضع البيض) على الترمس البري. هذا التكيف التفضيلي يعني أن فراشة Karner الزرقاء تعتمد بشكل كبير على وجود نباتات الترمس البرية لاستمرار بقائها.

    تُصور الصورة فراشة كارنر الزرقاء ذات الأجنحة الزرقاء الفاتحة ذات الأشكال البيضاوية الذهبية والنقاط السوداء حول الحواف.

    الشكل\(\PageIndex{b}\): فراشة كارنر الزرقاء (Lycaeides melissa samuelis) هي فراشة نادرة تعيش فقط في المناطق المفتوحة مع عدد قليل من الأشجار أو الشجيرات، مثل حظائر الصنوبر والسافانا البلوط. يمكنها فقط وضع بيضها على نباتات الترمس. (الائتمان: تعديل العمل من قبل J & K Hollingsworth، USFWS)

    بعد الفقس، تظهر اليرقات وتقضي من أربعة إلى ستة أسابيع تتغذى فقط على الترمس البري (الشكل\(\PageIndex{c}\)). تتغذى اليرقات (تخضع للتحول) وتظهر كفراشات بعد حوالي أربعة أسابيع. تتغذى الفراشات البالغة على رحيق أزهار الترمس البري وأنواع النباتات الأخرى. يمكن للباحث المهتم بدراسة فراشات كارنر الزرقاء على مستوى الكائن الحي، بالإضافة إلى طرح أسئلة حول وضع البيض، طرح أسئلة حول درجة الحرارة المفضلة للفراشات (سؤال فسيولوجي) أو سلوك اليرقات عندما تكون في مراحل مختلفة من اليرقات (أ) سؤال سلوكي).

    تصور هذه الصورة زهرة الترمس البرية، وهي طويلة ورقيقة مع بتلات على شكل صدفي تشع من المركز. الثلث السفلي من الزهرة أزرق، والوسط وردي وأزرق، والجزء العلوي أخضر.

    الشكل\(\PageIndex{c}\): الترمس البري (Lupinus perennis) هو النبات المضيف لفراشة Karner الزرقاء

     

    علم البيئة السكانية

    المجموعة هي مجموعة من الكائنات الحية المتزاوجة التي تنتمي إلى نفس النوع وتعيش في نفس المنطقة في نفس الوقت. (الكائنات الحية التي تنتمي جميعها إلى نفس النوع تسمى الكائنات المحددة.) يتم تحديد السكان، جزئيًا، من خلال المكان الذي يعيشون فيه، وقد تحتوي منطقتهم السكانية على حدود طبيعية أو اصطناعية: قد تكون الحدود الطبيعية هي الأنهار أو الجبال أو الصحاري، في حين أن أمثلة الحدود الاصطناعية تشمل العشب المقطوع أو الهياكل الاصطناعية أو الطرق. تركز دراسة البيئة السكانية على عدد الأفراد في المنطقة وكيف ولماذا يتغير حجم السكان بمرور الوقت. يهتم علماء البيئة السكانية بشكل خاص بإحصاء فراشة كارنر الزرقاء، على سبيل المثال، لأنها مصنفة على أنها مهددة بالانقراض فيدراليًا. ومع ذلك، فإن توزيع وكثافة هذا النوع يتأثر بشدة بتوزيع ووفرة الترمس البري. قد يطرح الباحثون أسئلة حول العوامل التي تؤدي إلى انخفاض الترمس البري وكيف تؤثر هذه العوامل على فراشات كارنر الزرقاء. على سبيل المثال، يعرف علماء البيئة أن الترمس البري يزدهر في المناطق المفتوحة حيث الأشجار والشجيرات غائبة إلى حد كبير. في البيئات الطبيعية، تزيل حرائق الغابات المتقطعة الأشجار والشجيرات بانتظام، مما يساعد على الحفاظ على المناطق المفتوحة التي يتطلبها الترمس البري. يمكن استخدام النماذج الرياضية لفهم كيف أدى قمع حرائق الغابات من قبل البشر إلى تراجع هذا النبات المهم لفراشة Karner الزرقاء.

    علم البيئة المجتمعية

    يتكون المجتمع البيولوجي من الأنواع المختلفة داخل المنطقة، وعادة ما تكون مساحة ثلاثية الأبعاد، والتفاعلات داخل هذه الأنواع وفيما بينها. يهتم علماء البيئة المجتمعية بالعمليات التي تقود هذه التفاعلات وعواقبها. غالبًا ما تركز الأسئلة حول التفاعلات المحددة على المنافسة بين أعضاء من نفس النوع لمورد محدود. يدرس علماء البيئة أيضًا التفاعلات بين الأنواع المختلفة؛ يُطلق على أعضاء الأنواع المختلفة اسم الأنواع غير المتجانسة. تشمل أمثلة التفاعلات غير المتجانسة الافتراس والتطفل والحيوانات العاشبة والمنافسة والتلقيح. يمكن أن يكون لهذه التفاعلات تأثيرات تنظيمية على أحجام السكان ويمكن أن تؤثر على العمليات البيئية والتطورية التي تؤثر على التنوع.

    على سبيل المثال، تشكل يرقات الفراشة الزرقاء Karner علاقات متبادلة مع النمل. التبادلية هي شكل من أشكال العلاقة طويلة الأمد التي تطورت بشكل مشترك بين نوعين والتي يستفيد منها كل نوع. لكي توجد التبادلية بين الكائنات الحية الفردية، يجب أن يحصل كل نوع على بعض الفوائد من الآخر نتيجة للعلاقة. أظهر الباحثون أن هناك زيادة في احتمالية البقاء على قيد الحياة عندما يرعى النمل يرقات فراشة كارنر الزرقاء (اليرقات). قد يكون هذا بسبب قضاء اليرقات وقتًا أقل في كل مرحلة من مراحل الحياة عندما يرعاها النمل، مما يوفر ميزة لليرقات. وفي الوقت نفسه، تفرز يرقات فراشة كارنر الزرقاء مادة غنية بالكربوهيدرات تعد مصدرًا مهمًا للطاقة للنمل. تستفيد كل من يرقات Karner الزرقاء والنمل من تفاعلهما.

    إيكولوجيا النظام البيئي

    إيكولوجيا النظام البيئي هي امتداد لبيئة الكائن الحي والسكان والمجتمع. يتكون النظام البيئي من جميع المكونات الحيوية (الكائنات الحية) في المنطقة جنبًا إلى جنب مع المكونات غير الحيوية (الكائنات غير الحية) في تلك المنطقة. بعض المكونات غير الحيوية تشمل الهواء والماء والتربة. يطرح علماء بيولوجيا النظام البيئي أسئلة حول كيفية تخزين العناصر الغذائية والطاقة وكيفية انتقالها بين الكائنات الحية والغلاف الجوي المحيط والتربة والمياه.

    تعيش فراشات كارنر الزرقاء والترمس البري في موطن قاحل من خشب البلوط والصنوبر. يتميز هذا الموطن بالاضطرابات الطبيعية والتربة الفقيرة بالمغذيات والتي تحتوي على نسبة منخفضة من النيتروجين. يعد توفر العناصر الغذائية عاملاً مهمًا في توزيع النباتات التي تعيش في هذا الموطن. يمكن للباحثين المهتمين ببيئة النظام البيئي طرح أسئلة حول أهمية الموارد المحدودة وحركة الموارد، مثل العناصر الغذائية، من خلال الأجزاء الحيوية وغير الحيوية من النظام البيئي.

    الاتصال الوظيفي: عالم البيئة

    تساهم مهنة علم البيئة في العديد من جوانب المجتمع البشري. يمكن أن يساعد فهم القضايا البيئية المجتمع على تلبية الاحتياجات البشرية الأساسية من الغذاء والمأوى والرعاية الصحية. يمكن لعلماء البيئة إجراء أبحاثهم في المختبر وخارجه في البيئات الطبيعية (الشكل\(\PageIndex{d}\)). يمكن أن تكون هذه البيئات الطبيعية قريبة من المنزل مثل التيار الذي يمر عبر الحرم الجامعي الخاص بك أو بعيدًا مثل الفتحات الحرارية المائية في قاع المحيط الهادئ. يدير علماء البيئة الموارد الطبيعية مثل مجموعات الغزلان ذات الذيل الأبيض (Odocoileus virginianus) للصيد أو ألواح خشب الأسبن (Populus spp.) لإنتاج الورق. يعمل علماء البيئة أيضًا كمعلمين يقومون بتدريس الأطفال والبالغين في مؤسسات مختلفة بما في ذلك الجامعات والمدارس الثانوية والمتاحف ومراكز الطبيعة. قد يعمل علماء البيئة أيضًا في مناصب استشارية لمساعدة صانعي السياسات المحليين والولائيين والفيدراليين على تطوير قوانين سليمة بيئيًا، أو قد يطورون تلك السياسات والتشريعات بأنفسهم. لكي تصبح عالمًا بيئيًا، يتطلب الحصول على درجة جامعية، عادةً في العلوم الطبيعية. غالبًا ما يتبع درجة البكالوريوس تدريب متخصص أو درجة متقدمة، اعتمادًا على مجال البيئة المختار. يجب أن يتمتع علماء البيئة أيضًا بخلفية واسعة في العلوم الفيزيائية، بالإضافة إلى أساس سليم في الرياضيات والإحصاء.

    تظهر هذه الصورة امرأة تنظر إلى قفص صغير وبابه مفتوح. يقع القفص على عشب البراري القصير بجوار حفرة بها أوساخ حول الحافة. في الخلفية يوجد قفص آخر مغلق.

    الشكل\(\PageIndex{d}\): يقوم عالم بيئة المناظر الطبيعية هذا بإطلاق نمس أسود القدمين إلى موطنه الأصلي كجزء من دراسة. (الائتمان: USFWS Mountain Prairie، منطقة NPS)

    الإسناد

    تم تعديله بواسطة ميليسا ها وراشيل شليجر من علم البيئة والمحيط الحيوي بواسطة OpenStax (مرخص بموجب CC-BY)