Ekologie

Ernst Haeckel zavedl termín oekologie v roce 1866.

Ekologie, neboli ekologická věda, je vědecké studium rozložení a hojnosti živých organismů a toho, jak je rozložení a hojnost ovlivněno interakcemi mezi organismy a jejich prostředím. Prostředí organismu zahrnuje jak fyzikální vlastnosti, které lze popsat jako součet lokálních abiotických faktorů, jako je sluneční insolace, klima a geologie, tak i ostatní organismy, které sdílejí jeho prostředí. Termín oekologie zavedl v roce 1866 německý biolog Ernst Haeckel, i když se zdá, že Henry David Thoreau jej vynalezl již v roce 1852 ; slovo je odvozeno z řeckého οικος (oikos, „domácnost“) a λόγος (logos, „studie“); proto „ekologie“ znamená „studium domácnosti [přírody]“.

Slovo „ekologie“ se často používá v běžné hantýrce jako synonymum pro přírodní prostředí nebo environmentalismus. Stejně tak slovo „ekologický“ nebo „ekologický“ se často používá ve smyslu šetrný k životnímu prostředí.

Psychologové rozvinuli tuto myšlenku v řadě oblastí v rámci vědy, včetně:

Ekologie je obvykle považována za obor biologie, obecné vědy, která studuje živé organismy. Organismy lze studovat na mnoha různých úrovních, od bílkovin a nukleových kyselin (v biochemii a molekulární biologii), přes buňky (v buněčné biologii), jednotlivce (v botanice, zoologii a dalších podobných oborech) a nakonec na úrovni populací, komunit a ekosystémů, až po biosféru jako celek; tyto posledně jmenované vrstvy jsou primárními předměty ekologických výzkumů. Ekologie je multidisciplinární věda. Vzhledem k jejímu zaměření na vyšší úrovně organizace života na zemi a na vzájemné vztahy mezi organismy a jejich prostředím, ekologie silně čerpá z mnoha dalších oborů vědy, zejména geologie a geografie, meteorologie, chemie a fyziky. Ekologie je tedy některými považována za celostní vědu, která překrývá starší disciplíny, jako je biologie, které se z tohoto pohledu stávají dílčími disciplínami přispívajícími k ekologickým znalostem.

Zemědělství, rybolov, lesnictví, medicína a rozvoj měst patří mezi lidské činnosti, které by spadaly do Krebsova (1972: 4) vysvětlení jeho definice ekologie: „kde se nacházejí organismy, kolik se jich tam vyskytuje a proč“.

Ekologie jako vědecká disciplína nediktuje, co je „správné“ nebo „špatné“. Ekologické poznatky, jako je kvantifikace biodiverzity a populační dynamiky, však poskytly vědecký základ pro vyjádření cílů environmentalismu a hodnocení jeho cílů a politik. V ekologii i environmentalismu je navíc zdůrazňován holistický pohled na přírodu.

Ekologie je široký obor složený z mnoha dílčích oborů. Společná, široká klasifikace, pohybující se od nejnižší k nejvyšší složitosti, kde složitost je definována jako počet subjektů a procesů ve zkoumaném systému, je:

Ekologie může být také rozdělena podle sledovaných druhů na obory, jako je ekologie živočichů, ekologie rostlin, ekologie hmyzu a tak dále. Další častou metodou dělení je podle studovaných biomů, např. arktická ekologie (nebo polární ekologie), tropická ekologie, pouštní ekologie atd. Primární technika používaná pro zkoumání je často používána k dělení disciplíny na skupiny, jako je chemická ekologie, genetická ekologie, terénní ekologie, statistická ekologie, teoretická ekologie a tak dále. Všimněte si, že tyto různé systémy spolu nesouvisí a často se používají současně; někdo může být teoretický ekolog rostlinných společenstev nebo polární ekolog zajímající se o genetiku živočichů.

Základní principy ekologie

U moderních ekologů lze ekologii studovat na několika úrovních: na úrovni populace (jedinci stejného druhu), na úrovni biokoonózy (nebo společenství druhů), na úrovni ekosystému a na úrovni biosféry.

Vnější vrstvu planety Země lze rozdělit do několika oddílů: hydrosféra (nebo sféra vody), litosféra (nebo sféra půd a hornin) a atmosféra (nebo sféra vzduchu). Biosféra (nebo sféra života), někdy označovaná jako „čtvrtá obálka“, je veškerá živá hmota na planetě nebo té části planety, kterou obývá život. Sahá dobře do dalších tří sfér, i když tam nejsou žádní stálí obyvatelé atmosféry. V poměru k objemu Země je biosféra pouze velmi tenká povrchová vrstva, která se rozprostírá od 11 000 metrů pod hladinou moře do 15 000 metrů nad ní.

Má se za to, že život se nejprve vyvinul v hydrosféře, v mělkých hloubkách, ve fosforečné zóně. (Ačkoli nedávno se objevila konkurenční teorie, že život vznikl kolem hydrotermálních průduchů v hlubším oceánu. Viz Původ života.) Poté se objevily mnohobuněčné organismy a kolonizovaly bentické zóny. Fotosyntetické organismy postupně vytvářely chemicky nestabilní atmosféru bohatou na kyslík, která charakterizuje naši planetu. Pozemský život se vyvinul později, poté, co se vytvořila ozonová vrstva chránící živé bytosti před UV zářením. Předpokládá se, že diverzifikace suchozemských druhů je zvýšena tím, že se kontinenty vzdalují od sebe nebo se střídavě srážejí. Biologická rozmanitost je vyjádřena na ekologické úrovni (ekosystém), na úrovni populace (vnitrospecifická rozmanitost), na úrovni druhů (specifická rozmanitost) a na genetické úrovni. V poslední době technologie umožnila objev komunit hlubinných oceánských průduchů. Tento pozoruhodný ekologický systém není závislý na slunečním záření, ale bakterie, využívající chemii horkých sopečných průduchů, jsou základem jeho potravního řetězce.

Biosféra obsahuje velké množství prvků, jako je uhlík, dusík a kyslík. Další prvky, jako je fosfor, vápník a draslík, jsou také nezbytné pro život, přesto jsou přítomny v menším množství. Na úrovni ekosystému a biosféry dochází k neustálé recyklaci všech těchto prvků, které se střídají mezi minerálním a organickým stavem.

Buněčné dýchání je proces, při kterém organismy (podobně jako savci) rozkládají glukózu zpět na její složky, vodu a oxid uhličitý, čímž znovu získávají uskladněnou energii, kterou slunce původně dávalo rostlinám. Podíl fotosyntetické aktivity rostlin a jiných fotosyntetizérů na dýchání jiných organismů určuje specifické složení zemské atmosféry, zejména její hladinu kyslíku. Globální vzdušné proudy promíchávají atmosféru a udržují téměř stejnou rovnováhu prvků v oblastech intenzivní biologické aktivity a oblastech s mírnou biologickou aktivitou.

Voda se také v pravidelných cyklech vyměňuje mezi hydrosférou, litosférou, atmosférou a biosférou. Oceány jsou velké nádrže, které zadržují vodu, zajišťují tepelnou a klimatickou stabilitu a také přepravu chemických prvků díky velkým oceánským proudům.

Pro lepší pochopení fungování biosféry a různých dysfunkcí souvisejících s lidskou činností simulovali američtí vědci biosféru v malém modelu nazvaném Biosféra II.

Prvním principem ekologie je, že každý živý organismus má trvalý a nepřetržitý vztah ke každému dalšímu prvku, který tvoří jeho prostředí. Ekosystém může být definován jako jakákoli situace, kdy dochází k interakci mezi organismy a jejich prostředím.

Ekosystém se skládá ze dvou entit, celistvosti života, biokoaxie a média, které život v biotopu existuje. V rámci ekosystému jsou druhy v potravním řetězci propojeny a jsou na sobě závislé a vyměňují si energii a hmotu mezi sebou a se svým okolím.

Pojem ekosystém se může vztahovat na jednotky různé velikosti, jako je rybník, pole nebo kus suchého dřeva. Jednotka menší velikosti se nazývá mikroekosystém. Například ekosystém může být kámen a veškerý život pod ním. Mezoekosystém může být les a makroekosystém celý ekosystém s jeho odvodňovací pánví.

Hlavní otázky při studiu ekosystému jsou:

Ekosystémy jsou často klasifikovány podle příslušných biotopů. Mohou být definovány tyto ekosystémy:

Jiná klasifikace může být provedena odkazem na jeho společenství, například v případě lidského ekosystému.

Ekologické faktory, které mohou ovlivnit dynamickou změnu populace nebo druhu v daném ekologii nebo prostředí, se obvykle dělí do dvou skupin: abiotické a biotické.

Biocenóza neboli společenství je skupina populací rostlin, živočichů, mikroorganismů. Každá populace je výsledkem rozmnožování mezi jedinci stejného druhu a soužití v daném místě a po danou dobu. Pokud se populace skládá z nedostatečného počtu jedinců, hrozí této populaci vyhynutí; vyhynutí druhu se může přiblížit, když jsou na ústupu všechny biocenózy složené z jedinců daného druhu. V malých populacích může příbuznost (příbuzenské křížení) vést ke snížení genetické rozmanitosti, která může dále oslabit biocenózu.

Biotické ekologické faktory také ovlivňují životaschopnost biocenózy; tyto faktory jsou považovány buď za intraspecifické a interspecifické vztahy.

Stávající interakce mezi různými živými bytostmi jdou ruku v ruce s permanentním mísením minerálních a organických látek, absorbovaných organismy pro jejich růst, jejich udržování a rozmnožování, aby byly definitivně odmítnuty jako odpad. Tyto permanentní recyklace prvků (zejména uhlíku, kyslíku a dusíku) i vody se nazývají biogeochemické cykly. Zaručují trvalou stabilitu biosféry (alespoň pokud se ponechá stranou nekontrolovaný vliv člověka a extrémní povětrnostní nebo geologické jevy). Tato samoregulace, podpořená negativními kontrolami zpětné vazby, zajišťuje trvalost ekosystémů. Projevuje se velmi stabilními koncentracemi většiny prvků každého oddílu. To se označuje jako homeostáza. Ekosystém má také tendenci vyvíjet se do stavu ideální rovnováhy, dosažené po sledu událostí, vyvrcholení (například rybník se může stát rašeliništěm).

Prostorové vztahy a členění území

Ekosystémy nejsou od sebe izolovány, ale jsou vzájemně propojeny. Například voda může obíhat mezi ekosystémy pomocí říčního nebo oceánského proudu. Voda sama, jako tekuté médium, dokonce definuje ekosystémy. Některé druhy, například losos nebo sladkovodní úhoři, se pohybují mezi mořskými systémy a systémy sladkovodními. Tyto vztahy mezi ekosystémy vedou ke konceptu biomu.

Biom je homogenní ekologický útvar, který existuje v rozsáhlé oblasti jako tundra nebo stepi. Biosféra zahrnuje všechny zemské biomy — soubor míst, kde je možný život — od nejvyšších hor až po hlubiny oceánů.

Biomy poměrně dobře odpovídají subdivizím rozmístěným v zeměpisných šířkách, od rovníku směrem k pólům, přičemž rozdíly jsou dány fyzikálním prostředím (například oceány nebo pohoří) a klimatem. Jejich variabilita obecně souvisí s rozmístěním druhů podle jejich schopnosti snášet teplotu a/nebo sucho. Například fotosyntetické řasy lze nalézt pouze ve fosforečné části oceánu (kam proniká světlo), zatímco jehličnany se většinou nacházejí v horách.

I když se jedná o zjednodušení složitějšího schématu, zeměpisná šířka a nadmořská výška přibližují dobré znázornění rozložení biologické rozmanitosti v rámci biosféry. Velmi obecně platí, že bohatost biologické rozmanitosti (stejně jako u živočišných než rostlinných druhů) klesá nejrychleji v blízkosti rovníku (jako v Brazílii) a méně rychle, jak se člověk přibližuje k pólům.

Biosféra může být také rozdělena na ekozóny, které jsou dnes velmi dobře definovány a primárně kopírují kontinentální hranice. Samy ekozóny jsou rozděleny na ekoregiony, i když není shoda na jejich limitech.

V ekosystému jsou souvislosti mezi druhy obecně spojeny s potravinami a jejich úlohou v potravním řetězci. Existují tři kategorie organismů:

Tyto vztahy tvoří posloupnosti, v nichž každý jednotlivec konzumuje ten předchozí a je konzumován tím následujícím, v něčem, čemu se říká potravní řetězce nebo potravní síť. V potravní síti bude na každé úrovni méně organismů, protože jeden sleduje články sítě po řetězci.

Tyto pojmy vedou k myšlence biomasy (celková živá hmota na daném místě), primární produktivity (nárůst hmotnosti rostlin v daném čase) a sekundární produktivity (živá hmota produkovaná spotřebiteli a rozkladači v daném čase).

Produktivita ekosystémů se někdy odhaduje srovnáním tří typů suchozemských ekosystémů a celkového počtu vodních ekosystémů:

Činy lidstva v posledních několika stoletích vážně snížily množství Země pokryté lesy (odlesňování) a zvýšily agroekosystémy (zemědělství). V posledních desetiletích došlo k nárůstu oblastí obsazených extrémními ekosystémy (desertifikace).

Obecně platí, že ekologická krize nastává, když se životní prostředí druhu nebo populace vyvíjí způsobem nepříznivým pro přežití tohoto druhu.

Může se stát, že se kvalita životního prostředí ve srovnání s potřebami druhu zhorší po změně abiotického ekologického faktoru (například zvýšení teploty, méně významné srážky).
Může se stát, že se prostředí stane nepříznivým pro přežití druhu (nebo populace) v důsledku zvýšeného tlaku predace (například nadměrného rybolovu).
Nakonec se může stát, že se situace stane nepříznivou pro kvalitu života druhu (nebo populace) v důsledku zvýšení počtu jedinců (přelidnění).

Ekologické krize mohou být více či méně brutální (vyskytují se během několika měsíců nebo trvají až několik milionů let). Mohou být také přírodního nebo antropického původu. Mohou se vztahovat k jednomu jedinečnému druhu nebo k mnoha druhům (viz článek o vymírání).

A konečně, ekologická krize může být lokální (jako únik ropy) nebo globální (vzestup hladiny moře v důsledku globálního oteplování).

Podle stupně endemitu bude mít lokální krize více či méně významné důsledky, od úhynu mnoha jedinců až po úplné vyhynutí druhu. Ať už je jeho původ jakýkoli, vymizení jednoho nebo několika druhů často povede k roztržení potravního řetězce, což dále ovlivní přežití dalších druhů.

V případě globální krize mohou být důsledky mnohem významnější; některé události vyhynutí ukázaly, že v té době vymizelo více než 90% existujících druhů. Je však třeba poznamenat, že vymizení některých druhů, například dinosaurů, uvolněním ekologické niky umožnilo rozvoj a diverzifikaci savců. Ekologická krize tak paradoxně podpořila biologickou rozmanitost.

Někdy může být ekologická krize specifickým a vratným jevem v ekosystémovém měřítku. Obecněji však dopad krizí potrvá. Ve skutečnosti se spíše jedná o propojenou řadu událostí, které nastávají až do posledního bodu. Od této fáze není možný návrat k předchozímu stabilnímu stavu a nový stabilní stav bude nastolen postupně (viz homeorhesy).

A konečně, může-li ekologická krize způsobit vyhynutí, může také jednodušeji snížit kvalitu života zbývajících jedinců. I když je tedy rozmanitost lidské populace někdy považována za ohroženou (viz zejména původní obyvatelstvo), jen málo lidí si představuje mizení lidí v krátké době. Nicméně epidemické nemoci, hladomory, dopad na zdraví v podobě snížení kvality ovzduší, potravinové krize, zmenšení životního prostoru, hromadění toxických nebo nerozložitelných odpadů, ohrožení základních druhů (lidoopů, pand, velryb) jsou také faktory ovlivňující blahobyt lidí.

Během posledních desetiletí byla tato rostoucí odpovědnost lidstva v některých ekologických krizích jasně pozorována. Vzhledem k nárůstu technologií a rychle rostoucí populaci mají lidé větší vliv na své vlastní životní prostředí než kterýkoli jiný ekosystémový inženýr.

Některé obvykle citované příklady jako ekologické krize jsou: