Ekologická nebo vědecké ekologie je věda , která studuje interakce živých organismů navzájem a jejich prostředí . Všechno živé, jejich životní prostředí a vztahy, které udržují, tvoří ekosystém . Ekologie je nedílnou součástí širší disciplíny vědy o životním prostředí (nebo vědy o životním prostředí).
Termín ekologie je postaven na řečtině οἶκος / oîkos („dům, stanoviště“) a λόγος / lógos („řeč“): je to věda o stanovišti. To bylo vynalezeno v roce 1866 od Ernst Haeckel , v němčině darwinismu biolog . Ve své práci Obecná morfologie organismů označil tímto termínem „vědu o vztazích organismů s okolním světem, tedy v širším smyslu vědu o podmínkách existence“ .
Obecně přijímaná definice, zvláště používaná v ekologii člověka , připouští ekologii jako „trojúhelníkový vztah mezi jednotlivci druhu , organizovanou činností tohoto druhu a prostředím této činnosti“ ; prostředí je „produktem i podmínkou pro tuto činnost, a tedy pro přežití druhu“ .
Termín ekolog může jmenovat vědec specializující se na studium ekologie , stoupenec ecologism nebo zastánce politického ekologie . Termín ekolog přesněji označuje odborníka na ekologii, ať už jde o výzkumníka , biologa nebo inženýra , a byl vynalezen v 80. letech, aby odlišil vědce od aktivistů.
Ve vědecké oblasti termín „ekologie“ označuje vědu, která má za cíl vztahy mezi živými bytostmi (živočichy, rostlinami, mikroorganismy atd.) Mezi sebou, jakož i s jejich stanovištěm nebo prostředím jako celkem. Tyto interakce určují distribuci a hojnost živých organismů na Zemi. Ve vědě je tedy ekologie často klasifikována v oblasti biologie . Studuje dvě velké skupiny: živé bytosti ( biocenóza ) a fyzické prostředí ( biotop ), které všechny tvoří ekosystém .
Tento pojem ekosystém, kontrakce výrazu „ekologický systém“, odkazuje na teorii systémů a umožňuje ekologii umístit do obecnějšího kontextu. To pak může být definováno jako věda o ekosystémech, přičemž ekosystém je jednotkou chápání přírody. Ekosystémy jsou studovány pomocí „ makroskopu “, aby bylo možné použít obrazové vyjádření Howarda T. Oduma .
Užší pohled definuje ekologii jako studium toků energie a materiálů ( potravní sítě ) v ekosystému.
Koncept se nezobrazí ekologie v roce 1859 v preambuli O původu druhů od Charlese Darwina , pod názvem „hospodářství přírody“. Popisuje vztah mezi jetelovými loukami, opylovanými čmeláky , a kočkami, které žerou polní myši, které samy čmeláky z nory vypuzují. Termín „ekologie“, jako takový, se poprvé objevuje pod perem Ernsta Haeckela , je sestaven ze starořeckého οἶκος oikos (dům, stanoviště) a λόγοó lógos (řeč). Ve své práci Obecná morfologie organismů ji Haeckel označil těmito slovy: „věda o vztazích organismů s okolním světem, tedy v širším smyslu věda o podmínkách existence “ . Tuto vědu později zavedli ve Francii geografové školy Annales de géographie , zejména Paul Vidal de La Blache . Tato recenze byla místem spolupráce mezi geografy a botaniky, jako je Gaston Bonnier , zejména pro alpskou flóru . Přesněji řečeno, termín „ekologie“ se zdá být poprvé použit ve francouzštině kolem roku 1874 .
Jako biologická věda je ekologie silně spojena s jinými odvětvími biologie , zejména s populační genetikou , fyziologií , etologií a evolučními vědami . Souvisí to však také s geologií pro studium abiotického prostředí , zejména pedologie (studium půd) a klimatologie , jakož i humánní a fyzikální geografie .
V biologii existují různé úrovně organizace: molekulární a buněčná biologie , organismy (na úrovni jednotlivce i organismu), populace , společenství, ekosystémy a biosféra. Ekologie je celostní věda , která studuje nejen každý prvek ve vztahu k ostatním prvkům, ale také vývoj těchto vztahů podle modifikací, jimiž prošlo prostředí , populace zvířat a rostlin. Každá úroveň organizace přináší nové vlastnosti spojené s interakcemi mezi těmito komponentami.
Úrovně organizace a související subdisciplíny jsou:
Organismus ( sup ) - autekologie .
Populace (stádo karibu) - ekologie populace .
Ekosystém ( ekosystém korálových útesů) - synekologie .
Níže jsou podrobně popsány, od nejpřesnější stupnice po největší.
Organismy jsou vystaveny neustálému tlaku, což jsou všechny faktory omezující jejich růst a reprodukci. Tyto faktory jsou rozděleny do dvou kategorií podle jejich původu.
Abiotické faktoryV klasickém přístupu vyvíjí fyzikálně-chemické prostředí, které tvoří biotop , tlak na druhy, které tvoří biocenózu ; tento vliv má formu abiotických faktorů, kterými jsou:
Biocenóza je charakterizována biotickými ekologickými faktory dvou typů:
Tolerance k těmto faktorům umožňuje definovat ekologickou niku druhu, tj. Jeho místo v ekosystému charakterizované jeho stanovištěm (nebo stanovišti používanými k různým účelům: vystavování, odchov mláďat, zimování…) A jeho místo v potravních sítích . Někteří vědci Nazývají tyto charakteristiky rysy životní historie . Podle zásady konkurenčního vyloučení nemohou dva druhy sdílet stejný ekologický výklenek kvůli své konkurenci: nejlépe přizpůsobený druh nakonec nahradí druhý.
Právě vnitrodruhové vztahy nás nutí přejít od souboru izolovaných jedinců k zájmu o populaci. Ve většině případů pociťují jedinci stejného druhu odpor tváří v tvář kongenerům, jsou rozmístěni na odlišných územích. Aby se však rozmnožil, musí se v případě sexuálních druhů setkat ženská a mužská osoba. V ostatních případech žijí jednotlivci společně, pokud neexistuje zvláštní pouto mezi jednotlivci, kteří jednoduše reagují na stejné faktory prostředí, je to jen dav, sociální život začíná, když mezi těmito jednotlivci dochází k určitým interakcím. Určité druhy hmyzu jsou kvalifikovány jako eusociální, pokud existují fyziologické a morfologické rozdíly mezi jednotlivci stejné společnosti; to je případ mravenců, včel nebo termitů. Stejně jako jednotlivci se populace rodí, roste, reaguje na podmínky prostředí a přizpůsobuje se. Může zemřít, pokud zemřou všichni jeho jedinci nebo pokud již nemá žádné reprodukční jedince.
Biologie populace studie struktury a změny v populacích. Byly vyvinuty matematické modely popisující tyto variace v průběhu času, seskupené pod názvem dynamika populací .
Ekologie Společenství je studium interakcí ve sbírkách druhů přítomných ve stejné zeměpisné oblasti. Několik různých druhů může sdílet společné funkční rysy, jejich populace v ekosystému tvoří funkční společenství .
Prvním principem ekologie je, že každá živá bytost je v neustálém vztahu se vším, co tvoří její životní prostředí. Mluvíme o ekosystému, který charakterizuje trvalou interakci mezi organismy a prostředím.
Ekosystém je analyticky rozdělen na dvě vzájemně se ovlivňující sady:
V rámci ekosystému jsou druhy na sobě navzájem závislé, včetně potravin. Vyměňují si energii a hmotu navzájem a s prostředím, které upravují . Necromass je jedním z prvků.
Pojem ekosystém je teoretický: je to multiscalar (multiscale), to znamená, že jej lze použít na části proměnlivých rozměrů biosféry, například na rybník , louku nebo mrtvý strom. Menší jednotka se nazývá mikroekosystém. Může to být například druh, který kolonizoval ponořený kámen. Mesoecosystem může být les , a makro-ekosystém , region a jeho povodí .
Ekosystémy jsou často klasifikovány podle příslušných biotopů. Promluvíme si :
Další klasifikaci lze provést odkazem na biocenózu (hovoříme například o lesním ekosystému nebo o lidském ekosystému).
Vztahy mezi živými bytostmiTyto druhy vztahy , to znamená ty, které mezi různými druhy, jsou četné a popsán v souladu s jejich příznivý, škodlivé nebo neutrální:
příznivý | neutrální | škodlivý | |
---|---|---|---|
příznivý | Mutualismus nebo symbióza | Komenzalismus | Predace |
neutrální | Komenzalismus | Lhostejnost | Amensalismus |
škodlivý | Parazitismus | Amensalismus | Soutěž |
Vztah, který byl nejvíce studován, je predace (jíst nebo být sežrán), která vede k základní koncepci v ekologii potravinového řetězce ; například trávu konzumuje býložravec, sám konzumuje masožravec, sám konzumuje větší masožravec.
Trofické vztahyJe možné schematicky klasifikovat organismy do tří úrovní podle jejich role v potravinovém řetězci :
Tyto vztahy tvoří sekvence, kde každý jednotlivec sní předchozí a je sežrán tím, kdo ho následuje. Mluvíme o potravinovém řetězci nebo častěji o potravinové síti kvůli velkému počtu druhů obecně zapojených do ekosystému. V trofické síti pozorujeme, že když přecházíme z jedné trofické úrovně (spojení v síti) na druhou, počet živých bytostí klesá, proto se často používá obraz pyramidy.
Ekologické statkyEkologická posloupnost je vzorem vývoje ekosystému, pokud jde o specifické složení, od jeho vzhledu v prázdném životním prostředí, přes takzvanou „průkopnickou“ fázi instalace, až po fázi vyvrcholení, kdy změny ustávají nebo se mění v cyklickém a neměnná móda. Toto vyvrcholení se liší od místa k místu v závislosti na podmínkách prostředí, případně se sezónními sledy.
Dědictví je také vidět ve vesmíru, zejména v přechodových zónách mezi ekosystémy nebo ekotony .
Po narušení, které způsobí, že ekosystém ustoupí do dřívější fáze, je vytvořena sekundární posloupnost. To automaticky nevede ke stejnému výsledku jako vyvrcholení, ke kterému došlo před rušením.
Krajinná ekologie studuje nehumánní složku krajiny , její kulturní a psychologický aspekt je ponechán na jiné vědy. Popisuje způsob uspořádání ekosystémů mezi sebou, jejich distribuci a fragmentaci (jako charakteristiku a nikoli jako proces degradace životního prostředí ). Druhy lze vyměňovat mezi ekosystémy přes porézní hranice, což jsou ekotony, a to jak přechodové zóny, tak ekosystémy samy o sobě. Podle Roberta MacArthura a Edwarda O. Wilsona fungují části ekosystémů zachycené v matici jiného ekosystému jako kolonizace novými druhy jako skutečné ostrovy . Během ekologické sukcese, kterou ekosystémy procházejí, se krajiny vyvíjejí, někdy také značně.
Země z ekologického hlediska zahrnuje několik systémů: hydrosféru (nebo sféru vody), litosféru (nebo sféru půdy) a atmosféru (nebo sféru vzduchu).
Biosféra zapadá do těchto pozemních systémů. Je to živá část planety, biologická část, která chrání život, který se vyvíjí. Jedná se o lokalizovaný povrchový rozměr, který sestupuje do hloubky 11 000 metrů a stoupá až do výšky 15 000 metrů nad mořem. Většina žijících druhů žije v této oblasti. Zóna se nachází od -100 metrů do +100 metrů nadmořské výšky.
Život se nejprve vyvinul v hydrosféře, v mělké hloubce, ve fotonické zóně . Poté se objevily mnohobuněčné bytosti, které byly schopny kolonizovat také bentické oblasti . Pozemský život se vyvinul později, po vytvoření ozonové vrstvy chránící živé bytosti před ultrafialovými paprsky . Pozemní druhy se budou diverzifikovat o to víc, že se kontinenty rozdrobí nebo se naopak spojí.
Biogeochemický cyklus: vliv životaBiosféra obsahuje velké množství prvků, jako je uhlík , dusík a kyslík . Pro život jsou také nezbytné další prvky, jako je fosfor , vápník a draslík . Na úrovni ekosystémů a biosféry dochází k trvalé recyklaci všech těchto prvků, které podle biogeochemických cyklů střídají minerální stav a organický stav .
Fungování ekosystémů je v podstatě založeno na přeměně sluneční energie na chemickou energii autotrofními organismy díky fotosyntéze (existuje také chemosyntéza bez použití sluneční energie). To má za následek produkci cukrů a uvolňování kyslíku . Tento kyslík využívá velké množství organismů - autotrofních i heterotrofních - k štěpení cukrů buněčným dýcháním , čímž uvolňuje vodu , oxid uhličitý a energii nezbytnou pro jejich fungování. Činnost živých bytostí je tedy u zrodu specifického složení zemské atmosféry, přičemž oběh plynů je zajištěn velkými proudy vzduchu .
Živé věci se aktivně účastní koloběhu vody . Rostliny skutečně potřebují vodu pro transport živin zachycených kořeny k listům, jakmile voda dosáhne listů, voda se odpaří. Vegetace tak usnadňuje transport vody z půdy do atmosféry, jedná se o proces transpirace rostlin . na kontinentech je transpirace rostlin zdaleka největším přispěvatelem k evapotranspiraci (80 až 90%). Lesy a zejména tropické lesy hrají důležitou roli ve vodním cyklu.
Složení půdy je navíc výsledkem složení skalního podloží , geologického působení a kumulativních účinků živých bytostí.
Interakce existující mezi různými živými bytostmi jsou doprovázeny neustálým mícháním minerálních a organických látek, absorbovaných živými bytostmi pro jejich růst, udržování a reprodukci a odmítány jako odpad. Tyto trvalé recyklace prvků (zejména uhlíku , kyslíku , dusíku ) a vody ) se nazývají biogeochemické cykly . Dávají biosféře trvalou stabilitu, kromě zásahu člověka a výjimečných geoklimatických jevů .
Globální planetární studieAbychom lépe porozuměli fungování biosféry, energetické rovnováze a dysfunkcím spojeným s lidskou činností, bylo nejprve nutné použít redukované modely ekosystémů, mezokosmy . Američtí vědci vytvořili model celé planety s názvem Biosféra II .
Pozorování v planetárním měřítku dnes umožňují vytvářet počítačové modely biosféry jako celku. Je tedy možné pozorovat účinky globálního oteplování na distribuci ekosystémů po celých kontinentech.
Prostřednictvím mechanismu přirozeného výběru ovlivnily vývoj druhů interakce, které živé bytosti udržují s jejich fyzickým prostředím a jedinci jiných druhů (zkrátka jejich ekologie). Evoluční ekologie bere v úvahu vliv evoluční historie druhů, kromě faktorů současného prostředí, k vysvětlení dnes pozorovaných variací v živém světě.
S výhradou stejných sil výběru se různé druhy podrobí evoluční konvergenci . To znamená, že má orgány vykonávající stejnou funkci, ale mají odlišný původ. Struktura orgánu se může nebo nemusí lišit. Mezi příklady konvergence patří hydrodynamika žraloků, delfínů a ichtyosaurů nebo adaptace jazyka mravenečníků, luskounů a datlů.
V biologii koevoluce popisuje transformace, ke kterým dochází během evoluce mezi dvěma druhy (párová koevoluce) nebo více než dvěma druhy (difúzní koevoluce) v důsledku jejich vzájemných vlivů.
Tento fenomén koevoluce lze pozorovat v různých případech:
Tyto biomes jsou biogeografické skupiny ekosystémů podle klimatických oblastí. Biome představuje homogenní biogeografický útvar na velké ploše (např. Tundra nebo step ).
Soubor biomů nebo soubor míst, kde je možný život (od nejvyšších hor po propast), tvoří biosféru .
Ekosystémy nejsou navzájem izolované, ale vzájemně závislé. Například voda cirkuluje z jedné do druhé přes řeku nebo řeku . Samotné kapalné médium definuje ekosystémy. Některé druhy, jako je losos nebo sladkovodní úhoř , přecházejí z mořského systému na sladkovodní a naopak. Tyto vztahy mezi ekosystémy vedly k pojmu biome .
Biómy docela dobře odpovídají subdivizím distribuovaným v zeměpisných šířkách, od rovníku směrem k pólům, v závislosti na prostředí (vodní, suchozemské, horské) a podnebí (rozdělení je obecně založeno na adaptacích druhu na chlad a / nebo na sucho). Například vodní rostliny najdeme na moři pouze ve fotické části (kde proniká světlo), zatímco v horách se vyskytují hlavně jehličnany.
Tato rozdělení jsou poměrně schematická, ale celkově zeměpisná šířka a nadmořská výška umožňují dobrou reprezentaci distribuce biologické rozmanitosti v biosféře. Bohatství biologické rozmanitosti, živočišné i rostlinné, obecně klesá od rovníku (jako v Brazílii ) k pólům .
Dalším způsobem reprezentace je rozdělení na ekozóny , které je dnes velmi dobře definované a v zásadě sleduje kontinentální hranice. Ekologické zóny se samy dělí na ekoregiony , i když definice jejich kontur je kontroverznější.
Funkční přístup k ekologii se vymyká specifickému složení ekosystémů a zaměřuje se na pozorovatelné fyzikální, chemické nebo biologické jevy. Zařazením organismů do funkčních skupin je možné na jedné straně se zbavit identifikace druhů, na druhé straně porovnat ekosystémy, které se mohou zdát velmi odlišné (vzhledem k jejich zeměpisné vzdálenosti, přítomným druhům a fyzickému prostředí) ). Funkční ekologie studuje tok hmoty a energie mezi různými složkami ekosystému. K tomu používá často vypočítavý přístup přírody kvantifikováním primární produkce nebo dýchání.
Studie fungování ekosystémů lze provádět na měřítku celého ekosystému nebo pomocí mezokosmů , experimentů malého rozsahu prováděných v laboratoři. Pokud se skutečně zdá jednoduché měřit množství rostlinného materiálu ( biomasy ) vyprodukovaného každý rok na louce, sečením a následným zvážením sečení získané po jeho vysušení, nelze stejný experiment provést v tropickém pralese.
Funkční skupiny lze definovat na různých úrovních organizace. Můžeme uvažovat o skupině prvovýrobců i skupině bylin, jejichž kořeny využívají zdroje v hloubce mezi 5 a 20 cm v půdě. Druhy seskupené podle jejich role v ekosystému tvoří společenství . Někdy je extrémně obtížné určit druhy přítomné v určitých typech ekosystémů (půda, tropický les, pastviny); tento přístup pak nabízí další výhody.
Různé úrovně potravinové pyramidy jsou příklady funkčních skupin: prvovýrobci, primární spotřebitelé a sekundární spotřebitelé. Jeden druh může patřit do několika z těchto kategorií, například veverka je primární konzument, když se živí ořechy, a sekundární nebo dokonce terciární konzument, když jí vejce nebo mladého ptáka.
Funkční skupiny lze definovat podle strategií, které daný druh přináší, když čelí faktorům prostředí. V botanice lze tedy rostliny klasifikovat podle toho, zda jsou odolné vůči poruchám (= nehody), stresu (dlouhodobě) nebo naopak, zda jsou ruderální (= konkurenceschopné bez stresu a poruch). Další klasifikace jsou založeny na strategii šíření osiva, přístupu k světlu v lese atd.
Funkční skupiny lze rozdělit do podskupin na velkém počtu měřítek, jako jsou fylogenetické skupiny ( phyllum - řád - rodina - rod - druh - poddruh - populace ...). U nekrofágů (mezi něž patří ptáci, savci, hmyz atd.), Tedy ve skupině omítek, první odkaz v rozkladu, jako jsou supi , můžeme rozlišovat rozrývače, pohlcovače, škrabky / čističe kostí a rozbíječe.
Z poměrně antropocentrického hlediska byla navržena identifikace ekosystémových služeb . Jde o výpočet toho, co příroda poskytuje lidským společnostem. Funkční ekologie si pak klade za cíl tyto služby definovat a kvantifikovat - kulturní služby spadají spíše do oblasti sociologie . Mezi tyto služby patří například:
Tyto koncepty také vedly ke vzniku pojmů biomasa (celková hmotnost živé hmoty v daném místě), primární produktivita (zvýšení hmotnosti rostlin v daném čase) a sekundární produktivita (hmotnost živé hmoty produkované spotřebiteli a rozkladači). v daném čase).
Tyto poslední dvě informace jsou zásadní, protože umožňují posoudit počet živých bytostí, které mohou být podporovány daným ekosystémem, který se nazývá nosnost . Pozorování potravinové sítě ve skutečnosti ukazuje, že veškerá energie obsažená na úrovni výrobců není zcela přenesena na úroveň spotřebitelů.
Produktivita ekosystémů se někdy odhaduje porovnáním tří pozemních jednotek a jedné kontinentální jednotky:
Lidské akce v posledních stoletích vedly k významnému zmenšení lesní plochy ( odlesňování ) a ke zvýšení agroekosystémů ( zemědělská praxe ). V posledních desetiletích byl navíc pozorován nárůst rozlohy obsažené extrémními ekosystémy ( dezertifikace ) .
Obecně řečeno, ekologická krize je to, co nastane, když se biofyzikální prostředí jedince, druhu nebo populace druhů vyvine způsobem nepříznivým pro jeho přežití. K takové krizi mohou vést tři faktory.
Může se jednat o prostředí, jehož kvalita se zhoršuje ve vztahu k potřebám druhu v důsledku změn abiotických ekologických faktorů (například při zvýšení teploty, méně srážek. Důležité).
Může to být také prostředí, které se stane nepříznivým pro přežití druhu (nebo populace) po úpravě stanoviště. Například během intenzivního průmyslového rybolovu sklizně predátory a zvýšení frekvence narušení životního prostředí mění podmínky stanovišť a vedou ke zmizení určitých druhů.
Nakonec se může také jednat o situaci, která se stane nepříznivou pro kvalitu života druhu (nebo populace) po nadměrném nárůstu počtu jedinců ( přelidnění ).
Ekologie otevírá mnoho oblastí reflexe, které vedou k několika disciplínám:
Ekologie ochrany - Ekologie pole - Agroekologie - Ekologické inženýrství a management obnovy v teoretické rovině pod dohledem ekologie obnovy .
Výzkum v oblasti ekologie vede k publikaci velkého počtu článků. Directory of Open Access Journals seznamy více než 300 vědeckých časopisech publikování článků v otevřeného přístupu v oblasti ekologie.