Definicja pojęcia:

ekologia

Ekologia – nauka zajmująca się badaniem i wyjaśnianiem wzajemnych interakcji pomiędzy organizmami, zależności między organizmami (biocenozą) i ich abiotycznym środowiskiem (biotopem) oraz zjawisk i procesów zachodzących w biocenozach, ekosystemach i biosferze. Ekologia jest nauką interdyscyplinarną, wykorzystującą wiedzę z zakresu botaniki, zoologii, etologii, fizjologii, genetyki, ewolucjonizmu, biogeografii oraz geochemii); poszczególne jej  działy wyróżniane są na podstawie przedmiotu badań, metodyki bądź poziomów organizacji biologicznej organizmów. Główne dziedziny ekologii stanowi ekologia populacyjna (badająca wpływ biotycznych i abiotycznych czynników środowiska na zagęszczenie, rozmieszczenie przestrzenne, liczebność i strukturę wiekową populacji), ekologia biocenoz (badająca wpływ interakcji międzygatunkowych na strukturę i organizację biocenoz), ekologia ekosystemów (badająca przepływ energii i krążenie materii między biotycznymi i abiotycznymi składnikami ekosystemu) oraz ekologia biosfery (badająca wpływ przepływu energii i obiegu materii na funkcjonowanie i rozmieszczenie organizmów żywych w biosferze). Wyróżnia się ponadto ekologię fizjologiczną (badającą reakcję organizmów na czynniki środowiskowe), ekologię behawioralną (badającą zachowania zwierząt w aspekcie ewolucyjnym i ekofizjologicznym), ekologię ewolucyjną (badającą adaptacje i mechanizmy doboru naturalnego w populacjach), ekologię środowisk wodnych (np. ekologię jezior, ekologię oceanów) i środowisk lądowych (np. ekologię lasów, agroekologię, ekologię krajobrazów) oraz ekologię wybranych grup taksonomicznych (np. ekologię roślin, ekologię zwierząt, ekologię człowieka).
  1. Historia ekologii
  2. Ekologia – nauka o zależnościach między organizmami i środowiskiem
  3. Ekologia populacji (populacjologia)
  4. Ekologia biocenoz (biocenologia)
  5. Ekologia ekosystemów
  6. Ekologia biosfery (ekologia globalna)
Ekologia jest nauką o wzajemnych zależnościach między organizmami żywymi i ich środowiskiem życia. Źródło: shutterstock

Historia ekologii

Pojęcie ekologii jako „gospodarstwa przyrody” (gr. oíkos – dom, środowisko + logos – nauka) zostało wprowadzone przez niemieckiego zoologa, przyrodnika, filozofa oraz ewolucjonistę Ernsta Haeckla w 1869 r. jak nazwa określająca naukę, której podstawowym założeniem było badanie i wyjaśnianie zależności między organizmami i środowiskiem ich życia, wzajemnych interakcji pomiędzy osobnikami jednego bądź różnych gatunków oraz zjawisk i procesów zachodzących w środowisku. Początki ekologii sięgają czasów starożytnych; pierwsze znane opisy zależności między organizmami żywymi i otaczającym je środowiskiem pochodzą z dzieł greckiego uczonego i filozofa Teofrasta z Eresos z IV w. p.n.e. Ekologia współczesna narodziła się na przestrzeni XVIII i początku XIX wieku; jej prekursorami byli szwedzki przyrodnik Karol Linneusz zajmujący się m.in. badaniem zależności występujących w przyrodzie, sukcesji zespołów roślinnych, preferencji siedliskowych roślin i zwierząt, wzorców rozmieszczenia oraz sposobów rozprzestrzeniania się organizmów; angielski ekonomista Thomas Malthus, prekursor ekologii populacyjnej oraz twórca opublikowanej w 1798 r. teorii przeludnienia (maltuzjanizmu) głoszącej konieczność ograniczenia przyrostu populacji ludzkiej; i niemiecki przyrodnik Alexander von Humboldt, który wyodrębnił i opisał formacje roślinne i zajmował się badaniem zależności między rozmieszczeniem gatunków i warunkami klimatycznymi. Prace Malthusa wywarły ogromny wpływ na Karola Darwina i Alfreda Russella Wallace’a, twórców opublikowanej w 1859 r. teorii ewolucji drogą doboru naturalnego, czyli zmian zachodzących w obrębie populacji pod wpływem oddziaływania abiotycznych i biotycznych czynników środowiskowych, zwiększających jej dostosowanie do zajmowanego środowiska. Prekursorem ekologii biocenoz był zoolog niemiecki Karl Möbius, który w 1877 r. wprowadził pojęcie biocenozy opisując interakcje międzygatunkowe w ławicy ostryg.  
Ernst Haeckel – twórca pojęcia ekologii. Źródło: Unknown authorUnknown author, Public domain, via Wikimedia Commons
Intensywny rozwój ekologii współczesnej datowany jest na I połowę XX wieku. Rosyjski geochemik Władimir Iwanowicz Wiernadski w swym dziele „Biosfera” wydanym w 1926 r. spopularyzował pojęcie biosfery jako sfery życia biologicznego wprowadzone przez geologa austriackiego Eduarda Suessa w 1875 r. oraz zdefiniował ekologię jako interdyscyplinarną naukę o biosferze. Matematyk amerykański Alfred J. Lotka w 1925 r. i matematyk włoski Vito Volterra w 1926 r. opracowali niezależnie od siebie model oddziaływań międzygatunkowych, zwany równaniem Lotki-Volterry. Angielski zoolog i ekolog Charles Elton, uważany za twórcę ekologii zwierząt, rozpoczął w latach 20-tych badania stosunków troficznych w zespołach organizmów, co zaowocowało wprowadzeniem pojęć niszy ekologicznej, łańcucha i sieci pokarmowych oraz piramidy ekologicznej. Organizmy żywe (biocenoza) wraz z nieożywionym środowiskiem życia (biotopem) zostały określone mianem ekosystemu przez angielskiego ekologa Arthura Tansleya w 1935 r. Prace z dziedziny genetyki populacji rozpoczęte w 1930 r. przez angielskiego uczonego Ronalda Fishera przyczyniły się do rozwoju ekologii ewolucyjnej. Mechanizmy ewolucyjne adaptacji organizmów do środowiska wyjaśniono dzięki badaniom ewolucyjnej optymalizacji historii życiowych organizmów rozpoczętych przez amerykańskich ekologów Roberta MacArthura i Erica R. Piankę w 1966 r. Badania różnorodności gatunkowej w skali lokalnej i globalnej prowadzone w latach 50-tych przez ekologów amerykańskich Roberta MacArthura i George’a Evelyna Hutchinsona przyczyniły się m.in. do rozwoju badań interakcji międzygatunkowych oraz ich wpływu na przystosowanie gatunków do środowiska, specjacji i koewolucji gatunków. Badania przepływu energii i obiegu materii w ekosystemie prowadzone na początku lat 40-tych XX wieku przez amerykańskiego limnologa Raymonda Lindemana przyczyniły się do rozwoju ekologii ekosystemów i ekologii biosfery. 
Przedmiotem badan ekologii są interakcje, zależności i zjawiska zachodzące na różnych poziomach organizacji życia – molekularnym, osobniczym, populacyjnym, gatunkowym, biocenotycznym, ekosystemalnym oraz globalnym. Źródło: shutterstock

Ekologia – nauka o zależnościach między organizmami i środowiskiem

Ekologia jest nauką zajmującą się badaniem i wyjaśnianiem wzajemnych interakcji pomiędzy osobnikami jednego bądź różnych gatunków – oddziaływań wewnątrz- i międzygatunkowych (m.in konkurencji, drapieżnictwa, pasożytnictwa, symbiozy, mutualizmu, protokooperacji, komensalizmu) oraz zależności istniejących pomiędzy organizmami żywymi (biocenozą) i ich abiotycznym środowiskiem życia (biotopem), który tworzą nieożywione czynniki środowiska (m.in. klimat, wilgotność powietrza, temperatura, nasłonecznienie, ciśnienie atmosferyczne, ciśnienie hydrostatyczne, skład chemiczny wód, gleb i powietrza, natlenienie wód, zasolenie wód i gleby, odczyn gleby, profil glebowy, rzeźba terenu). Domeną ekologii są także zjawiska i procesy zachodzące w obrębie układów ekologicznych – biocenozie, ekosystemie, biomie oraz biosferze (m.in. dynamika liczebności populacji, powstawanie adaptacji i kształtowanie się strategii życiowych organizmów, tworzenie się i dynamika biocenoz, rozmieszczenie przestrzenne organizmów, procesy sukcesji, powstawanie i utrzymywanie się różnorodności gatunkowej, funkcjonowanie i stabilność ekosystemów, przepływ energii i obieg materii w ekosystemach i biosferze). Powyższe oddziaływania, zależności, zjawiska oraz procesy można rozpatrywać na różnych poziomach organizacji życia – poziomie molekularnym, osobniczym, populacyjnym, gatunkowym, biocenotycznym, ekosystemalnym oraz globalnym (biosfery) bądź z wykorzystaniem różnej metodologii badań – opisowej (opisującej określone układy ekologiczne, np. formacje roślinne), funkcjonalnej (badającej zależności i interakcje pomiędzy biotycznymi i abiotycznymi składnikami środowiska oraz zasady funkcjonowania układów ekologicznych) i ewolucyjnej (rozpatrującej powyższe zależności pod kątem ewolucyjnym).

Ekologia jest nauką interdyscyplinarną, wykorzystującą wiedzę z zakresu botaniki, zoologii, mikrobiologii, etologii, fizjologii, genetyki, ewolucjonizmu, biogeografii oraz geochemii; poszczególne jej działy wyróżniane są na podstawie przedmiotu badań, metodologii bądź poziomów organizacji biologicznej organizmów żywych. Główne działy ekologii stanowią ekologia populacyjna (badająca wpływ biotycznych i abiotycznych czynników środowiska na zagęszczenie, rozmieszczenie przestrzenne, liczebność oraz strukturę wiekową populacji), ekologia biocenoz (badająca wpływ interakcji międzygatunkowych na strukturę i organizację biocenoz), ekologia ekosystemów (badająca przepływ energii i krążenie materii pomiędzy biotycznymi i abiotycznymi składnikami ekosystemu) i ekologia biosfery (badająca wpływ przepływu energii i obiegu materii na funkcjonowanie i rozmieszczenie organizmów żywych w biosferze). Wyróżnia się także ekologię fizjologiczną (ekofizjologię) (badającą reakcję organizmów żywych na czynniki środowiska), ekologię behawioralną (badającą interakcje wewnątrz- i międzygatunkowe zwierząt w aspekcie ewolucyjnym i ekofizjologicznym), ekologię ewolucyjną (badającą adaptacje i mechanizmy działania doboru naturalnego w populacjach, m.in. strategie życiowe organizmów żywych, rozmieszczenie i różnorodność gatunków, specjację), ekologię molekularną (badającą procesy ekologiczne z wykorzystaniem metod biologii molekularnej), ekologię ekosystemów wodnych (np. ekologię jezior, ekologię oceanów) i lądowych (np. ekologię lasów, ekologię krajobrazów) oraz ekologię wybranych grup taksonomicznych (np. ekologię roślin, ekologię zwierząt, ekologię człowieka).

Ekologia populacji (populacjologia)

Populacja, stanowiąca przedmiot badań ekologii populacji (populacjologii), jest układem ekologicznym złożonym z grupy osobników należących do jednego gatunku zasiedlających określony obszar (siedlisko). Osobniki tworzące populację uzależnione są od tych samych zasobów środowiska (np. źródła pokarmu, wody i soli mineralnych, dostępu do światła, przestrzeni życiowej), znajdują się pod wpływem tych samych czynników środowiskowych (abiotycznych i biotycznych) i powiązane są siecią wzajemnych interakcji. Każda populacja posiada określone cechy strukturalne (zagęszczenie populacji, rozmieszczenie przestrzenne osobników, struktura wieku, struktura płci) oraz demograficzne (rozrodczość, śmiertelność). Cechy strukturalne populacji, jak zagęszczenie – liczba osobników przypadająca na jednostkę powierzchni (bądź objętości) oraz wzorzec rozmieszczenia – przestrzenny rozkład osobników w obrębie populacji (rozmieszczenie skupiskowe, równomierne, losowe) wynikają z potrzeb ekologicznych osobników, czynników środowiska oraz oddziaływań osobniczych wewnątrz populacji (np. interakcji społecznych). Cechy demograficzne, jak rozrodczość i przeżywalność (odwrotność śmiertelności) stanowią odzwierciedlenie historii życiowych osobników, które wynikają z działania doboru naturalnego.

Historie życiowe organizmów związane są głównie z momentem rozpoczęcia rozrodu, częstością rozmnażania się, liczbą potomstwa i inwestycją w opiekę nad potomstwem. Wyróżnia się dwie przeciwstawne strategie w historii życiowej organizmów, strategię typu r (mającą na celu maksymalizację tempa wzrostu populacji przez wytwarzanie licznego potomstwa) i strategię typu K mającą na celu maksymalizację zdolności konkurencyjnych poprzez wytwarzanie niewielkiej liczby potomstwa, które zwykle otoczone jest opieką rodzicielską). Domeną ekologii populacyjnej (populacjologii) jest badanie wpływu biotycznych i abiotycznych czynników środowiskowych na strukturę populacji oraz zjawisk zachodzących w obrębie populacji, m.in. interakcji międzyosobniczych, dynamiki i regulacji liczebności oraz zmienności cech strukturalnych (zagęszczenia, rozmieszczenia, struktury wiekowej, proporcji płci) i demograficznych populacji (rozrodczości, śmiertelności).
Ekologia behawioralna zajmuje się badaniem zachowania zwierząt w aspekcie ewolucyjnym i ekofizjologicznym. Na zdjęciu taniec godowy żurawi mandżurskich (Grus japonensis). Źródło: shutterstock

Ekologia biocenoz (biocenologia)

Biocenoza (zespół biotyczny), znajdująca się w centrum zainteresowania ekologii biocenoz (biocenologii), stanowi zespół wszystkich gatunków organizmów żywych występujących na określonym obszarze, który wraz z elementami środowiska abiotycznego (biotopem) tworzy lokalny ekosystem. Gatunki tworzące biocenozę powiązane są różnorodnymi zależnościami pokarmowymi (troficznymi), łańcuchami i sieciami pokarmowymi (troficznymi), tworzącymi jej strukturę troficzną. Organizmy te mogą pełnić rolę producentów pierwotnych (rośliny, glony, protisty autotroficzne, bakterie fotosyntetyzujące), konsumentów (zwierzęta, protisty heterotroficzne) lub destruentów (reducentów) (bakterie, grzyby). Powszechne są również międzygatunkowe interakcje biocenotyczne, które mogą być korzystne, szkodliwe bądź obojętne dla uczestniczących w nich gatunków; obejmują one konkurencję, drapieżnictwo, roślinożerność, symbiozę (pasożytnictwo, mutualizm, komensalizm) oraz protokooperację. Każdy organizm żywy zajmuje w biocenozie specyficzne miejsce, zwane niszą ekologiczną, określaną jako ogół aspektów życia tego organizmu wraz z oddziaływaniami z czynnikami abiotycznymi i biotycznymi środowiska. Konkurencja pomiędzy gatunkami o podobnych wymaganiach ekologicznych (zajmujących podobne nisze ekologiczne) może prowadzić do zróżnicowania nisz ekologicznych (podziału zasobów) umożliwiającego współistnienie tych dwóch gatunków w biocenozie bądź konkurencyjnego wyparcia skutkującego eliminacją jednego z tych gatunków ze środowiska. Biocenoza jest układem biologicznym cechującym się różnorodnością gatunkową, na którą składa się bogactwo gatunkowe (liczba gatunków tworzących biocenozę) i względna liczebność gatunków (czyli udział liczebności osobników każdego gatunku w łącznej liczbie osobników stanowiących biocenozę). Bioróżnorodność biocenozy zależy od czynników klimatycznych (głównie ilości światła słonecznego i opadów atmosferycznych), położenia geograficznego, historii ewolucyjnej, stopnia zróżnicowania środowiska (dostępności nisz ekologicznych), interakcji międzygatunkowych, obecności gatunków dominujących i zwornikowych, częstości występowania zaburzeń (np. pożarów, osuwisk) oraz zdarzeń losowych (np. wybuchu wulkanu). Ekologia biocenoz (biocenologia) zajmuje się badaniem wpływu różnorodnych interakcji międzygatunkowych (np. konkurencji, drapieżnictwa) na rozrodczość i przeżywalność osobników w populacjach i oddziaływania tych interakcji na strukturę i organizację biocenozy.

Ekologia ekosystemów

Ekosystem (system ekologiczny, geobiocenoza), stanowiący przedmiot badań w ekologii ekosystemów, stanowi fragment biosfery składający się z organizmów żywych (elementów biotycznych) tworzących biocenozę, które powiązane są złożonymi zależnościami troficznymi i różnorodnymi interakcjami wewnątrz- i międzygatunkowymi, oraz biotopu składającego się z nieożywionych składników środowiska (elementów abiotycznych). Ekosystem jest układem ekologicznym, w którym zachodzi przepływ energii oraz krążenie pierwiastków chemicznych (cykle biogeochemiczne). Energia słoneczna docierająca do ekosystemu pobierana jest przez rośliny i przekształcana w procesie fotosyntezy w energię chemiczną, która magazynowana jest następnie w związkach organicznych. Większa część energii chemicznej wykorzystywana jest w procesach oddychania roślin, pozostała jej część zostaje wbudowana w tkanki roślinne i stanowi źródło energii dla zwierząt roślinożernych (konsumentów I rzędu) i żywiących się nimi zwierząt drapieżnych (konsumentów wyższych rzędów); energia ta przekształcana jest przez te organizmy w ciepło w procesie oddychania i nie wraca do obiegu w ekosystemie. Prawidłowe funkcjonowanie ekosystemu wymaga więc stałego dopływu energii z zewnątrz. Krążenie pierwiastków chemicznych (np. węgla, azotu, siarki, fosforu) zachodzi pomiędzy abiotycznymi i biotycznymi składnikami ekosystemu. Pierwiastki chemiczne pobierane są w postaci nieorganicznej przez organizmy samożywne (np. rośliny) i przekształcane w procesie fotosyntezy w złożone związki organiczne, które następnie wbudowują w swoją biomasę. Tkanki roślinne zawierające zmagazynowaną materię organiczną wykorzystywane są jako pożywienie przez różne grupy konsumentów. Pierwiastki chemiczne wracają do ekosystemu w postaci nieorganicznej jako produkty metabolizmu roślin i zwierząt bądź wskutek rozkładu szczątków organicznych przez destruentów (bakterie, grzyby). Ekologia ekosystemów jest dziedziną ekologii zajmującą się głównie badaniem przepływu energii i krążenia pierwiastków chemicznych pomiędzy abiotycznymi i biotycznymi składnikami środowiska.
Łańcuch pokarmowy. Źródło: shutterstock

Ekologia biosfery (ekologia globalna)

Biosfera, zwana również ekosferą lub geobiosferą, obejmuje dolną warstwę atmosfery (troposferę), całą hydrosferę (wraz z głębinami oceanów i gorącymi źródłami) oraz górną warstwę skorupy ziemskiej (litosferę), wyznaczając strefę biotyczną, czyli strefę, w której występują organizmy żywe. Życie koncentruje się jednak głównie na powierzchni lądów (do wysokości 100 m), w glebie i powierzchniowych warstwach wód. Biosfera stanowi ekosystem globalny (makrosystem ekologiczny) złożony ze wszystkich ekosystemów występujących na kuli ziemskiej i składający się ze wszystkich organizmów żywych powiązanych siecią różnych zależności wraz z ich środowiskiem życia, w których zachodzą przepływ energii oraz krążenie pierwiastków chemicznych (cykle biogeochemiczne). Ekosystemy określonych obszarów kuli ziemskiej grupowane są w większe jednostki ekologiczne, zwane biomami bądź formacjami biotycznymi. Biomy, czyli główne strefy życia, są fragmentami biosfery odznaczającymi się typowymi warunkami środowiskowymi (abiotycznymi i biotycznymi), determinującymi tempo produkcji i dekompozycji biomasy oraz rozwój charakterystycznych gleb i formacji roślinnych. Struktura i rozmieszczenie biomów lądowych na kuli ziemskiej zależy głównie od warunków klimatycznych (temperatury, nasłonecznienia, ilości opadów atmosferycznych, rozkładu opadów w ciągu roku); struktura i rozmieszczenie biomów wodnych – od fizycznych parametrów środowiska (dostępu światła, temperatury, warunków troficznych, zasolenia wód mórz i oceanów). Główne biomy lądowe stanowią wilgotne lasy równikowe, lasy podrównikowe zrzucające liście w porze suchej, sawanny, pustynie i pustynie gorące, lasy liściaste klimatu umiarkowanego, stepy, półpustynie i pustynie chłodne, borealne lasy szpilkowe (tajga), tundra oraz obszary wysokogórskie; do biomów wodnych zaliczane są jeziora, mokradła, strumienie i rzeki, estuaria (ujścia rzek), strefa pływów, otwarte wody oceaniczne (pelagial) i rafy koralowe. Ekologia biosfery (ekologia globalna) zajmuje się głównie wpływem lokalnych przepływów energii i obiegu pierwiastków chemicznych na funkcjonowanie i rozmieszczenie organizmów żywych w biosferze, globalnymi zmianami klimatycznymi związanymi ze zmianami zachodzącymi w obrębie biosfery oraz bilansem pierwiastków chemicznych.
Biosfera. Źródło: shutterstock

Bibliografia

  1. Jane B. Reece, Lisa E. Urry, Michael L. Cain, Steven A. Wasserman, Peter V. Minorsky, Robert B. Jackson ; “Biologia Campbella”; Dom Wydawniczy Rebis, Poznań 2020. ;
  2. Eldra Pearl Solomon, Linda R. Berg, Diana W. Martin, Claude A. Villee, ; “Biologia”; Multico Oficyna Wydawnicza, Warszawa 1996.;
  3. Michael Begon, Colin R. Townsend, John L. Harper, ; “Ecology: From Individuals to Ecosystems ”; Wiley-Blackwell, 2006.;
  4. Charles J. Krebs; “Ekologia. Eksperymentalna analiza rozmieszczenia i liczebności ”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2011.;
  5. Aulay Mackenzie, Andy S. Ball, Sonia R. Virdee, ; “Ekologia. Krótkie wykłady”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2015.;
  6. Grażyna Łabno; “Ekologia. Słownik encyklopedyczny”; Wydawnictwo Europa, Warszawa 2006.;
  7. Zdzisława Otałęga (red. nacz.), ; “Encyklopedia biologiczna T. I, III, VII, VIII ”; Agencja Publicystyczno-Wydawnicza Opres, Kraków 1998-1999.;
  8. F. Stuart Chapin III, Pamela A. Matson, Peter Vitousek; “Principles of Terrestrial Ecosystem Ecology”; Springer New York, 2011.;
Legenda. Pokaż objaśnienia oznaczeń i skrótów
Szukaj
Oceń stronę
Ocena: 4.1
Wybór wg alfabetu:
a b c ć d e f g h i j k l ł m n o q p r s ś t u v w x y z ż ź
Pasaż zakupowy