اکولوژی چیست؟ - جلسه اول

اهداف جلسه:

• آشنایی با واژه اکولوژی
• آشنایی با مفهوم اکولوژی
• آشنایی با  سلسله مراتب پیچیدگی
• آشنایی با تولید کنندگان اولیه در طبیعت

وسایل مورد نیاز:

• کامپیوتر مجهز به اینترنت
• تعدادی برگ با اندازه، طرح و رنگ های متفاوت

مقدمه

آیا تاکنون به ارتباط بین موجودات زنده اعم از گیاهان، حیوانات و حتی انسان ها، که همه در کنار یکدیگر بر روی کره زمین زندگی می کنند، فکر کرده اید؟ به تأثیراتی که موجودات زنده می توانند بر روی یکدیگر بگذارند؟ و محیط زندگی آن ها؟ کدام یک از این موجودات تأثیر بیشتری بر محیط زیست می گذارند؟
پاسخ تمام این سئوالات و دانستن اطلاعات مفیدی درباره موجودات زنده و محیط زیست شان موضوع این پروژه ما است.

1-1 اکولوژی چیست؟
با توجه به مقدمه بالا تا حدودی با مفهوم اکولوژی آشنا شدید. همان طور که می دانید هیچ موجود زنده ای نمی تواند در تنهایی و انزوا زندگی کند. همه موجودات زنده اعم از گیاهان و جانوران، برای زنده ماندن نیاز به انرژی و مواد محیطی دارند و حیات همه موجودات زنده بر زندگی دیگری تأثیر می گذارد. در واقع اکولوژی عبارت از مطالعه روابط موجودات زنده و محیط زیست آنها است.

اکولوژی یا به زبان فارسی بوم‌شناسی، بررسی دانش برهمکنش های میان جانداران و  محیط زندگی آنها است. از این رو می‌توان مدعی شد که بوم‌شناسی کهن‌ترین علم بشری است.

واژه ی اکولوژی از دو لغت یونانی Oikos به معنای بوم، خانه، بستر زیست یا محل زندگی و کلمه لوگوس Logos به معنی شناخت، علم یا دانش تشکیل شده‌ است. بنابراین، از نظر ریشه ی لغوی کلمات تشکیل‌دهنده، اکولوژی به معنی بررسی محل زندگی جانداران است ولی اصطلاحاً به  "اثرات محیط بر موجودات زنده، اثرات موجود زنده بر محیط و روابط متقابل بین موجودات زنده اطلاق می‌گرد". اصطلاح اکولوژی را برای نخستین بار ارنست هکل، زیست‌شناس آلمانی در سال ۱۸۶۹ به کار برده‌است.

انسان همیشه در محیط طبیعی، موجودات زنده را به منظور شکار یا جمع آوری خوراک مورد مطالعه قرار داده است، اما اکولوژی به عنوان مقوله ای علمی، دانش جدیدی است. اکولوژیست ها گونه ها را در محیط طبیعی آنها مطالعه می کنند، اما مطالعات تجربی و آزمایشگاهی نیز انجام می دهند. مطالعات صحرایی اکولوژیست ها به مفهوم جمع آوری اطلاعات ضروری در مورد چگونگی وقایع طبیعی برای یک گونه خاص از جانور است. این بررسی شامل جمعیت، تغذیه، شکل، اندازه و عادات و رفتار جانوران است. علاوه بر آن اکولوژیست ها محیط فیزیکی از قبیل ترکیب سنگ ها، خاک، هوا، آب را نیز مورد مطالعه قرار می دهند.

اکولوژی در یک باغچه:

موجودات زنده برای تأمین ضروریاتشان به عوامل متعدد محیط زیست وابسته اند. این عوامل عبارتند از: نور، حرارت، مواد شیمیایی و مواد غذایی که باعث رشد گیاهان و جانوران می گردد و از همه مهم تر آب است. اگر بخواهیم در یک محیط غیر طبیعی مانند باغچه، گیاهان رشد خوبی داشته باشند. باید تمام این عوامل را فراهیم سازیم.

هر باغچه مدل کوچکی از حیات در کره زمین است. صخره ها و خاک، باد و باران، گیاهان و حیوانات، باهم زندگی می کنند. به طور مستقیم یا غیر مستقیم بر یکدیگر تأثیر می گذارند و سیمای محیط زیست خود را تغییر می دهند. گیاهان مواد غذایی را از خاک جذب کرده و گل و بذر می دهند. موش ها بذر ها را می خورند و گربه ها موش ها را شکار می کنند. گیاهان می می رویند و فاسد می شوند. کرم ها گیاهان فاسد شده را می خورند و مواد شیمیایی آنها به خاک باز می گردد. اکولوژی در حقیقت مطالعه این قبیل روابط متقابل میان گیاهان، حیوانات و عناصر غیر زنده ی محیط است.

1-2 سلسله مراتب
می توان موجودات زنده را در 6 سطح مورد مطالعه قرار داد. در سطح نخست یک گیاه یا حیوان قرار می گیرد که به گونه ای خاص تعلق دارد. گروهی از این تک گیاهان یا حیوانات، جمعیت نامیده می شوند. همزیستی جمعیت های مختلف گونه ها، جامعه را تشکیل می دهند و وجود چندین جامعه در یک محل ویژه، اکوسیستم را به وجود می آورد. وجود اکوسیستم های مختلف در یک ناحیه جغرافیایی دارای شرایط آب و هوایی یکسان، بیوم را تشکیل می دهد. تمام بیوم های مختلف کره زمین بالاترین سطح سازمان بندی را تشکیل می دهند. این قسمت لایه بیرونی سطح کره زمین است که به زیست کره یا بیوسفر  خوانده می شود. 

در حقیقت زیست کره یا بیوسفر به آن بخش یا لایه از کره زمین گفته می‌شود که در آن زندگی وجود دارد. این لایه زیستگاه انسان و دیگر موجودات زنده از جمله پرندگان، ماهیان و موجودات خاکزی است و تا لایه‌های زیرین از زمین که ریشه درختان و دیگر جانداران نفوذ می‌کند ادامه دارد. در زمین‌های سخت، زیست‌کره تنها تا عمق چند متری ادامه دارد (به استثناء باکتری‌ها که در لایه‌های ژرف‌تری نیز حضور دارند.) در هوا زیست‌کره تا حدود ۸ کیلومتر یعنی تا جایی که اکسیژن یافت می‌شود حضور دارد و در دریاها تا ژرفاهای بسیار و حتی تا ۱۱ کیلومتر در زیر اقیانوس نیز ادامه دارد.

سطح کره زمین برحسب شرایط آب و هوایی و سایر عوامل فیزیکی به ناحیه ها یا بیوم هایی تقسیم می شود. هر بیوم ترکیب خاصی از انواع جانورانی را که می توانند در شرایط ویژه آن بقا یابند، دربر دارد و هر یک از آنها نوع بارزی از پوشش گیاهی را در خود جای داده است.

1-3 تولید کنندگان اولیه در طبیعت
به نظر شما تولید کنندگان اولیه در طبیعت چه موجوداتی هستند؟ شاید به دنبال مفهوم تولید کننده اولیه هستید؟ تولید کننده اولیه در طبیعت به چه معناست؟

گیاهان غذایشان را خود تولید می کنند. بدین جهت آنها را اتوتروف (خودساز) می نامند. گیاهان با استفاده از دانه های رنگین سبزی که دارند (کلروفیل)، از طریق برگ هایشان انرژی خورشید را گرفته و با ترکیباتی آن را به صورت انرژی شیمیایی به منظور مصرف و سوخت و ساز خود در می آورند. این دو مرحله ی فرایند حیاتی را "فتوسنتز" می نامند. اکولوژیست ها گیاهان را تولید کنندگان می نامند، چون آنها از مواد غیر زنده یا معدنی، مواد زنده یا آلی می سازند. میزان انرژی ذخیره شده به وسیله گیاهان را در اکوسیستم، تولید اولیه می نامند.

اگر چه خورشید منبع انرژی برای تمام این فعل و انفعالات است، اما تنها بخش کوچکی از این انرژی برای ساخت گیاهان مورد استفاده قرار می گیرد. حدود نیمی از این انرژی به وسیله جو جذب می گردد و تنها یک چهارم بقیه انرژی دارای طول موج مناسب برای انجام عمل فتوسنتز است و مقدار بسیار کمی از آن مورد استفاده تولید و تبدیل مواد گیاهی می گردد. 

در چمن زار ها حدود 0/4درصد کل انرژی تابشی خورشید برای تولید خالص اولیه مورد استفاده قرار می گیرد. به جنگل ها حدود 1% و به سطح دریا چیزی حدود 0/10 درصد از انرژی تابشی خورشید می رسد. تمام انرژی ورودی به اکوسیستم در نهایت مجدد به صورت حرارت به فضا بر می گردد.

1-1 روش های ذخیره سازی انرژی توسط برگ ها
شکل و ساختمان برگ ها به نحوی است که بنابر وظیفه برای گرفتن نور سازگار شده اند. بیشتر برگ ها پهن هستند تا بیش ترین سطح ممکن برای گرفتن نور را داشته باشند. لایه سطحی برگ ها که کوتیکل خوانده می شود، بسیار نازک و شفاف بوده و از انعکاس نور به خارج از برگ جلوگیری می کند. برعکس در برخی از درختان مانند اکالیپتوس استرالیایی که در مناطق با نور بسیار زیاد وجود دارند، برگ ها رو به پایین قرار گرفته تا بدین طریق حداقل سطح را برای گرفتن نور خورشید در نیمه روز داشته باشند و همچنین هدر رفتن آب درون برگ را کاهش دهند.

همان طور که می دانید گیاهان دارای رنگدانه های مختلفی هستند و همین رنگدانه ها انرژی خورشید را جذب می کنند. مواد سبزینه ای کلروفیل اساساً نورهای قرمز، آبی و بنفش را جذب می کنند. این رنگدانه ها، رنگ سبز را منعکس می کنند. رنگدانه هایی که زرد، نارنجی یا قرمز باشند، کاروتنوئید خوانده می شوند. این رنگدانه ها رنگ های آبی-بنفش را که در آخر طیف نور قرار دارند، جذب می کنند. از آنجا که نور می تواند به اعماق تاریک آب دریا نفوذ کند، گیاهان دریایی رنگدانه های قهوه ای و قرمز دارند. می توان کاروتنوئید درون برگ ها را که به وسیله کلروفیل پوشیده شده در فصل پاییز که کلروفیل رنگ می بازد، مشاهده کنید.

همان طور که گفته شد، فتوسنتز عملی است که طی آن انرژی خورشید اخذ و برای ساختن مواد خام اساسی، همراه با مواد جذب شده از ریشه ترکیب می شود و کربوهیدرات تولید می کند. عمدتاً این مواد شامل کربن، هیدروژن و اکسیژن است که از طریق گازکربنیک و آب حاصل می گردد. برخی از این کربوهیدرات ها برای سوخت و ساز خود گیاه مورد استفاده قرار گرفته و مقداری به صورت ذخیره باقی می ماند.

گیاهان هیدروکربن ها را به صورت نشاسته در اندام های خود ذخیره می کنند. ساختمان گیاهانی مانند هویج فرنگی به صورت ریشه های سطحی متورم شده است. ساقه سیب زمینی متورم و غده ای شده است. گیاهان دیگر نشاسته را در ریزم ها و پیازشان ذخیره می کنند تا به هنگام کاهش تولید در سایر فصول سال، مانند زمستان از آن استفاده کنند. مواد غذایی به صورت میوه نیز ذخیره می شود و بعضی از گیاهان برای جلب توجه حیوانات برای انتقال گرده، از این ذخایر استفاده می کنند. تمام این انرژی های ذخیره شده مورد استفاده حیوانات گیاهخوار که مصرف کننده اولیه خوانده می شوند، قرار می گیرند.

در ادامه خواهیم آموخت که این انرژی تولید شده توسط گیاهان چگونه به سایر جانداره منتقل می شود.

تکلیف1:  به مدت چند هفته به اتفاقات و تغییراتی که دورن باغچه تان رخ می دهد، دقت کنید و تغییرات آن را ثبت کنید. چه رابطه ای میان موجودات زنده تشکیل دهنده باغچه تان مشاهده می کنید؟ موجودات زنده ی داخل باغچه چه تأثیری بر محیط زندگی خود می گذارند؟

این پرسش ها را با ثبت گزارش از یک اکوسیستم کوچک برای ما ارسال نمایید.
تکلیف2:  4 عدد برگ در اندازه، سایز و رنگ های مختلف بیابید. علت تفاوت رنگ و اندازه هر کدام از برگ ها را بر اساس محل زندگی شان، تحقیق نمایید. پاسخ خود را همراه با تصاویر و گزارش مفصل برای ما ارسال نمایید.

محل بازدید/ اردو/ خرید:

برای درک بهتر اکوسیستم و بیوم های مختلف از شهر محل زندگی تان خارج شده و سری به طبیعت بزنید. در جنگل ها می توانید انواع اکوسیستم و بیوم را مشاهده نمایید.

منابع مطالعه:

برای آنکه به اطلاعات بیشتری درباره مفهوم اکولوژی دست یابید، بخش اول از کتاب اکولوژی، ترجمه: احمد کریمی، انتشارات انجمن ملی حفاظت منابع طبیعی را مطالعه نمایید.

بخش پژوهش های دانش آموزی سایت تبیان
تهیه: الهام گارسچی - تنظیم:  مریم فروزان کیا