Mitä ekologia tutkii
Elottoman (abioottisen) luonnossa elävä eliöyhteistö. Miten ravintoverkot toimivat fysikaalis-kemiallisessa ympäristössä, jossa energia virtaa ekosysteemissä ja aineet kiertävät. Ekosysteemejä voi olla esim. lampi, metsä tai pelto. Ekosysteemejä on tarkoitus tutkia siksi, että nähdään miten balanssi toimii ja nähdään mahdolliset häiriöt ekosysteemissä.
Ravintoketju
Useimmiten siellä on yksi tuottaja taso ja monta kuluttaja tasoa sekä hajottajat. Maalla tuottajat ovat useimmiten kasveja, sekä kuluttajat hyönteisiä tai lintuja tms, sekä hajottajina bakteerit ja sienet. Järvissä tuottajina viherlevät sekä vesikasvit. Sekä isommissa järvissä tuottajina voivat olla yhteyttävät alkueliöt sekä syanobakteerit. Syvissä vesistöissä ei paljon tuottajia ole auringon valon puuttuessa, joten siellä eläville tulee ruokaa ainoastaan kuolleen materiaalin vajoamisena. Joissain päin voi olla kuumia lähteitä syvänteissä, joissa elää kemoautotrofisia bakteereita, jotka saavat energiaa hapettamalla epäorgaanisia aineita, ilman auringon valoa.
Tuottajat on ensimmäisellä trofiatasolla (eli ne on 0:nen asteella), yleensä kasveja jotka saavat ravinteet kun hajottajat ovat hajottaneet kuolleen epäorgaanisen materiaalin. Sitten tulee I-, II-, III- ja viellä mahdollisesti IV-asteen kuluttajat. Ravintoverkko kuvastaa taas koko ekosysteemin eliöiden suhteita ravinnon saantiin.
Ekosysteemin tuotanto
Kaikki kuluttajat saavat ravintonsa perustuotannosta, eli yhteyttäjiltä jotka valmistavat auringon energiasta sokereita tai harvoissa tapauksista kemosynteesiin kykenevistä eliöistä. Biomassalla voidaan kuvata paljonko esim kasvia on jollain alueella. Eli biomassa on kuivapainoa per pinta-ala tai tilavuus, kg/l kg/m2.
Perustuotanto on biomassaa per aikayksikkö, joka voidaan jakaa kokonaisperustuotantoon ja nettoperustuotantoon. Kokonaisperustuotanto on kasvien perustuotanto. Nettoperustuotanto miinustaa kokonaisperustuotannosta, sen määrän mitä kasvilla menee omaan hengitykseen. Perustuotanto luonnollisesti vähentää ravinteiden määrää ja usein tämä tapahtuu nopeammin kuin se miten ravintoaineet ehtivät palata takaisin käytettäväksi. Mikäli yksi ravinne loppuu, niin tätä kutsutaan minimitekijäksi. Vasta kun tätä lisätään niin tuotanto normalisoituu.
Energian virtaus ekosysteemissä
Energia virtaa ekosysteemin läpi. Ekosysteemi vaatii energiaa auringosta, jonka tuottajat eli yhteyttäjät muuttavat kemialliseksi energiaksi. Sen nappaa taas poskeensa joku ja käyttää sen liikkeeseen tai oman massan tuottoon (sekundaarituotanto). Taas sen syö seuraava (peto) ja taas energia vähenee. Prosessissa häviää energiaa liike-energiana avaruuteen. Jokaisen trofiatason energiamäärästä siirtyy aina 10% seuraavalle tasolle.
Hiilen kierto
Hiili kiertää ilmakehän ja vesistön, sekä maaperän välillä. Myös kasvit ja eläimet ovat mukana. Kasvit ottavat hiilen suoraan ilmakehästä ja säilövät ne omaan biomassaan, eli valmistavat sokereita. Eläimet syövät kasvit(jossa hiiltä sokerista) ja hengittävät hiilen ulos hiilidioksidina. Mädäntyessään vapautuu metaania josta tulee myös hiiltä. Hiilidioksidi ja metaani vaikuttavat ilmaston lämpenemiseen. Hiili kivettyy kivihiileksi mikäli kasvibiomassa maatuu.
Typen kierto
Typpi on yksi elämän tärkeistä alkuaineista ja sitä tarvitaan erityisesti aminohapoissa. Kasveissa iso osa typestä on lehtivihreässä. Vaikka ilmassa on 78% typpeä, niin suurin osa ei voi sitä käyttää suoraan hyväkseen. Eräät bakteerit sitovat typpeä N2 vedyn kanssa ammoniakiksi NH3 ja tästä edelleen ammoniumioniksi NH4+. Tästä eteenpäin tietyt bakteerit nitriitiksi NO2 ja kolmannet bakteerit nitraatiksi NO3. Nitraatit pystyvät sitoutumaan aminohappoihin. Eläimet saavat typen syömällä ja erittävät nämä mm. urea. Kuolleen organismin materiaalista hajottajat hajottaa ja vapauttaa typen.
Typpikaasusta ammoniakkia vääntäviä bakteereja on melko vähän, kun taas nitraatiksi muuttavia on paljon, joten maassa ei juurikaan ole vapaata ammoniakkia. Jos esim meressä syvillä alueilla on happikatoa, niin tämä aiheuttaa sen että sinne jää vapaata ammoniumtyppeä, joka aiheuttaa rehevöitymistä. Typensidontaa voivat tehdä kasvien juurissa symbiontit typensitoja bakteerit tai maaperässä vapaana olevat ei-symbiontit bakteerit.
Fosforin kierto
Fosforin kiertoa ei tapahdu kaasumaisen yhdisteen kautta, joten sen kiertoon ei liity ilmakehää. Fosforia esiintyy enimmiten epäorgaanisessa muodossa fosfaatti-ioneina, jota kasvit voivat käyttää orgaanisiin yhdisteisiin.
Rehevöityminen
Rehevöitymisellä tarkoitetaan kasvillisuuden ja liiallisen ravinnonsaannin kiihtymistä. Se johtaa veden sameentumiseen ja kasvillisuuden lisääntymiseen, sekä talviaikaiseen happikatoon ja kalaston ja muun eliöstön muutoksiin. Syynä mm. kasvien tarvitseman typen ja fosforin valuminen maataloudesta. Vaikea pysäyttää jos rehevöityminen jo lähtenyt käyntiin, sillä pohjaan varastoituneet ravinteen pöllähtää uudelleen.
Biosfäärin ympäristötekijät
Eli elokehä, joka koostuu maasta, merestä ja ilmastosta. Biosfäärin abioottisia (fysikaalis-kemiallisia) tekijöitä ovat vesi, joka säätelee esim solun osmoosia, lämpötila joka vaikutta moneen prosessiin sekä valo jolla on vaikutusta yhteyttäviin eliöihin. Lisäksi tuuli ja maaperän fysikaaliset tekijät pH jne. Abioottiset tekijät voidaan jaotella resursseihin (mitä eliöt käyttää), sekä olosuhteisiin (joissa eliöt elää).
Bioottiset ympäristötekijät ovat elollisen luonnon aiheuttamia ympäristötekijöitä eli muiden lajien tai oman lajin haittaa/hyötyä esim. kilpailu, lisääntymiskumppanit, sekä hyöty ja haittasuhteet eli saalistusta tai loisintaa. Jokaisella lajilla on nk. sietoalue eli optimiolosuhteet jolla se menestyy parhaiten. Tämä ympäristö jossa se elää on ns. ekolokero. Kahdella lajilla oleva sama ekolokero voi aiheuttaa kilpailun ja syrjäyttämisen.
Lajien väliset suhteet
Lajien väliset suhteet voivat olla haittaa - , hyötyä + tai ei vaikutusta 0 (myös koevoluutio, jossa lajit kehittyvät rintarinnan) jos lajeilla on:
Kilpailusuhde niin se on -/- molemmille. Ne voivat kilpailla ravinnosta tai pesäpaikasta. Kasveilla kilpailu voi olla valosta, vedestä tai ravinteista. Jos lajeilla on sama ekolokero, niin voi tulla syrjäyttävä kilpailu, jossa toinen häviää.
Saalistus on suhde jossa toinen voittaa ja toinen kärsii +/-. Esim pedot (karnivori), kasvinsyöjät (herbivori) ja loiset (parasiitit).
Mutualismi on suhde josta molemmat hyötyvät +/+. Se voi olla ehdollista tai ehdotonta. Ehdollisessa mutualismissa laji selivää ilmankin tätä suhdetta, esim kukka ja mehiläinen, mutta hyötyy kuitenkin. Ehdoton mutualismi on täydellinen symbioosi eli kiinteä suhde.
Kommensalismissa toinen hyötyy ja toiselle yksi hailee + / 0
Ravintoketju
Useimmiten siellä on yksi tuottaja taso ja monta kuluttaja tasoa sekä hajottajat. Maalla tuottajat ovat useimmiten kasveja, sekä kuluttajat hyönteisiä tai lintuja tms, sekä hajottajina bakteerit ja sienet. Järvissä tuottajina viherlevät sekä vesikasvit. Sekä isommissa järvissä tuottajina voivat olla yhteyttävät alkueliöt sekä syanobakteerit. Syvissä vesistöissä ei paljon tuottajia ole auringon valon puuttuessa, joten siellä eläville tulee ruokaa ainoastaan kuolleen materiaalin vajoamisena. Joissain päin voi olla kuumia lähteitä syvänteissä, joissa elää kemoautotrofisia bakteereita, jotka saavat energiaa hapettamalla epäorgaanisia aineita, ilman auringon valoa.
Tuottajat on ensimmäisellä trofiatasolla (eli ne on 0:nen asteella), yleensä kasveja jotka saavat ravinteet kun hajottajat ovat hajottaneet kuolleen epäorgaanisen materiaalin. Sitten tulee I-, II-, III- ja viellä mahdollisesti IV-asteen kuluttajat. Ravintoverkko kuvastaa taas koko ekosysteemin eliöiden suhteita ravinnon saantiin.
Ekosysteemin tuotanto
Kaikki kuluttajat saavat ravintonsa perustuotannosta, eli yhteyttäjiltä jotka valmistavat auringon energiasta sokereita tai harvoissa tapauksista kemosynteesiin kykenevistä eliöistä. Biomassalla voidaan kuvata paljonko esim kasvia on jollain alueella. Eli biomassa on kuivapainoa per pinta-ala tai tilavuus, kg/l kg/m2.
Perustuotanto on biomassaa per aikayksikkö, joka voidaan jakaa kokonaisperustuotantoon ja nettoperustuotantoon. Kokonaisperustuotanto on kasvien perustuotanto. Nettoperustuotanto miinustaa kokonaisperustuotannosta, sen määrän mitä kasvilla menee omaan hengitykseen. Perustuotanto luonnollisesti vähentää ravinteiden määrää ja usein tämä tapahtuu nopeammin kuin se miten ravintoaineet ehtivät palata takaisin käytettäväksi. Mikäli yksi ravinne loppuu, niin tätä kutsutaan minimitekijäksi. Vasta kun tätä lisätään niin tuotanto normalisoituu.
Energian virtaus ekosysteemissä
Energia virtaa ekosysteemin läpi. Ekosysteemi vaatii energiaa auringosta, jonka tuottajat eli yhteyttäjät muuttavat kemialliseksi energiaksi. Sen nappaa taas poskeensa joku ja käyttää sen liikkeeseen tai oman massan tuottoon (sekundaarituotanto). Taas sen syö seuraava (peto) ja taas energia vähenee. Prosessissa häviää energiaa liike-energiana avaruuteen. Jokaisen trofiatason energiamäärästä siirtyy aina 10% seuraavalle tasolle.
Hiilen kierto
Hiili kiertää ilmakehän ja vesistön, sekä maaperän välillä. Myös kasvit ja eläimet ovat mukana. Kasvit ottavat hiilen suoraan ilmakehästä ja säilövät ne omaan biomassaan, eli valmistavat sokereita. Eläimet syövät kasvit(jossa hiiltä sokerista) ja hengittävät hiilen ulos hiilidioksidina. Mädäntyessään vapautuu metaania josta tulee myös hiiltä. Hiilidioksidi ja metaani vaikuttavat ilmaston lämpenemiseen. Hiili kivettyy kivihiileksi mikäli kasvibiomassa maatuu.
Typen kierto
Typpi on yksi elämän tärkeistä alkuaineista ja sitä tarvitaan erityisesti aminohapoissa. Kasveissa iso osa typestä on lehtivihreässä. Vaikka ilmassa on 78% typpeä, niin suurin osa ei voi sitä käyttää suoraan hyväkseen. Eräät bakteerit sitovat typpeä N2 vedyn kanssa ammoniakiksi NH3 ja tästä edelleen ammoniumioniksi NH4+. Tästä eteenpäin tietyt bakteerit nitriitiksi NO2 ja kolmannet bakteerit nitraatiksi NO3. Nitraatit pystyvät sitoutumaan aminohappoihin. Eläimet saavat typen syömällä ja erittävät nämä mm. urea. Kuolleen organismin materiaalista hajottajat hajottaa ja vapauttaa typen.
Typpikaasusta ammoniakkia vääntäviä bakteereja on melko vähän, kun taas nitraatiksi muuttavia on paljon, joten maassa ei juurikaan ole vapaata ammoniakkia. Jos esim meressä syvillä alueilla on happikatoa, niin tämä aiheuttaa sen että sinne jää vapaata ammoniumtyppeä, joka aiheuttaa rehevöitymistä. Typensidontaa voivat tehdä kasvien juurissa symbiontit typensitoja bakteerit tai maaperässä vapaana olevat ei-symbiontit bakteerit.
Fosforin kierto
Fosforin kiertoa ei tapahdu kaasumaisen yhdisteen kautta, joten sen kiertoon ei liity ilmakehää. Fosforia esiintyy enimmiten epäorgaanisessa muodossa fosfaatti-ioneina, jota kasvit voivat käyttää orgaanisiin yhdisteisiin.
Rehevöityminen
Rehevöitymisellä tarkoitetaan kasvillisuuden ja liiallisen ravinnonsaannin kiihtymistä. Se johtaa veden sameentumiseen ja kasvillisuuden lisääntymiseen, sekä talviaikaiseen happikatoon ja kalaston ja muun eliöstön muutoksiin. Syynä mm. kasvien tarvitseman typen ja fosforin valuminen maataloudesta. Vaikea pysäyttää jos rehevöityminen jo lähtenyt käyntiin, sillä pohjaan varastoituneet ravinteen pöllähtää uudelleen.
Biosfäärin ympäristötekijät
Eli elokehä, joka koostuu maasta, merestä ja ilmastosta. Biosfäärin abioottisia (fysikaalis-kemiallisia) tekijöitä ovat vesi, joka säätelee esim solun osmoosia, lämpötila joka vaikutta moneen prosessiin sekä valo jolla on vaikutusta yhteyttäviin eliöihin. Lisäksi tuuli ja maaperän fysikaaliset tekijät pH jne. Abioottiset tekijät voidaan jaotella resursseihin (mitä eliöt käyttää), sekä olosuhteisiin (joissa eliöt elää).
Bioottiset ympäristötekijät ovat elollisen luonnon aiheuttamia ympäristötekijöitä eli muiden lajien tai oman lajin haittaa/hyötyä esim. kilpailu, lisääntymiskumppanit, sekä hyöty ja haittasuhteet eli saalistusta tai loisintaa. Jokaisella lajilla on nk. sietoalue eli optimiolosuhteet jolla se menestyy parhaiten. Tämä ympäristö jossa se elää on ns. ekolokero. Kahdella lajilla oleva sama ekolokero voi aiheuttaa kilpailun ja syrjäyttämisen.
Lajien väliset suhteet
Lajien väliset suhteet voivat olla haittaa - , hyötyä + tai ei vaikutusta 0 (myös koevoluutio, jossa lajit kehittyvät rintarinnan) jos lajeilla on:
Kilpailusuhde niin se on -/- molemmille. Ne voivat kilpailla ravinnosta tai pesäpaikasta. Kasveilla kilpailu voi olla valosta, vedestä tai ravinteista. Jos lajeilla on sama ekolokero, niin voi tulla syrjäyttävä kilpailu, jossa toinen häviää.
Saalistus on suhde jossa toinen voittaa ja toinen kärsii +/-. Esim pedot (karnivori), kasvinsyöjät (herbivori) ja loiset (parasiitit).
Mutualismi on suhde josta molemmat hyötyvät +/+. Se voi olla ehdollista tai ehdotonta. Ehdollisessa mutualismissa laji selivää ilmankin tätä suhdetta, esim kukka ja mehiläinen, mutta hyötyy kuitenkin. Ehdoton mutualismi on täydellinen symbioosi eli kiinteä suhde.
Kommensalismissa toinen hyötyy ja toiselle yksi hailee + / 0
Lisääntyminen
Suvuton lisääntyminenSuvuton lisääntyminen tarkoittaa, että yksilö syntyy yhdestä emosta ja on täysin identtinen kopio kuin emonsakin, joko jakautumalla tai muulla tavalla. Bakteerit lisääntyvät vain suvuttomasti, mutta myös jotkin kasvit tai eläimet voivat lisääntyä suvuttomasti. Sieni- ja polttiaiseläimillä voi olla silmikointia (hiivat), jossa emoyksilö muodostaa pintaansa uusia yksilöitä tuottavia rakenteita. Kasveilla suvuttomassa lisääntymisessä voi maajuuresta, juuriversoista, maarönsyistä, lehti-iduista tai itiöstä (sienet,sammalet,sanikkaiset) kasvaa uusia yksilöitä tai ihan vaan palasesta(rihmalevä). Suvuton lisääntyminen on varmin, nopeampi, tehokkampi keino lisääntyä, mutta sopeutuminen on heikompaa kuin suvullisesti lisääntyvillä. Joillakin lajeilla voi olla sukupolvenvuorottelua eli ne lisääntyvät joskus suvuttomasti ja joskus suvullisesti.
Suvullinen lisääntyminenEli lisääntymistä sukusolujen avulla. Käsittää sukusolujen jakaantumisen ja hedelmöityksen. Vanhempien geenit. Jokainen yksilö uniikki. Etuna on perinnöllinen muuntelu. Haittana hitaus ja kumppanin löytyminen.
Käsitteitä:
Suvullisen lisääntymisen merkkinä on kaksi sukupuolta, joita voi syntyä. Kromosomisto perustuu isän ja äidin kromosomeihin. Nisäkkäillä autosomit + XX (nainen/naaras) ja XY (mies/koiras). X- ja Y-kromosomit sisältävät geenejä jotka vaikuttavat sukupuoliominaisuuksiin, kehitykseen ja säätelyyn. Y-kromosomissa on muutama geeni joiden tuotteet saavat alkion kehittymään uroksen suuntaan. X-kromosomissa on myös monien muiden ominaisuuksien aikaansaavaa geenejä. Huom. X- ja Y-kromosomit eivät ole siis varsinaisia vastinkromosomeja. Huom. ihmisillä on myös autosomeissa sukupuoliominaisuuksiin vaikuttavia vastinkromosomeja. Linnuilla/Matelijoilla/Perhosilla autosomit + XX = MIES ja XY = NAINEN, eli toisinpäin, sekä joillain hyönteisillä XX=nainen ja X=mies.
Ympäristö voi vaikuttaa siihen, kumpaa sukupuolta syntyy. Esim krokotiileilla tietty lämpötila vaikuttaa siihen syntyykö naaraita vai koiraita.
Suvullinen lisääntyminenEli lisääntymistä sukusolujen avulla. Käsittää sukusolujen jakaantumisen ja hedelmöityksen. Vanhempien geenit. Jokainen yksilö uniikki. Etuna on perinnöllinen muuntelu. Haittana hitaus ja kumppanin löytyminen.
Käsitteitä:
- Hermafrodiitti on kaksineuvoinen eläin, joka tuottaa sekä naaras-, että koiraspuoleisia sukusoluja. Monet lajit voivat vaihdella sukupuoltaan tai esiintyä molemmilla sukupuolilla samaan aikaan.
- Yksineuvoinen on kukka jossa on heteitä TAI emilehdet.
- Kaksineuvoinen on kukka jossa on heteitä JA emejä.
- Yksikotinen on kasvi jolla on heteet JA emit samassa kodissa, eli yksilössä.
- Kaksikotinen on kasvi jolla on heteet JA emit eri kodissa eli yksilössä.
- Partenogeneesi eli neitseellinen lisääntyminen, jossa emo munii munasoluja ja tulee suoraan jälkeläisiä, eli EI MIEHIÄ. Harvinainen, joillain kirpuilla, pistiäisillä ja kaloilla.
Suvullisen lisääntymisen merkkinä on kaksi sukupuolta, joita voi syntyä. Kromosomisto perustuu isän ja äidin kromosomeihin. Nisäkkäillä autosomit + XX (nainen/naaras) ja XY (mies/koiras). X- ja Y-kromosomit sisältävät geenejä jotka vaikuttavat sukupuoliominaisuuksiin, kehitykseen ja säätelyyn. Y-kromosomissa on muutama geeni joiden tuotteet saavat alkion kehittymään uroksen suuntaan. X-kromosomissa on myös monien muiden ominaisuuksien aikaansaavaa geenejä. Huom. X- ja Y-kromosomit eivät ole siis varsinaisia vastinkromosomeja. Huom. ihmisillä on myös autosomeissa sukupuoliominaisuuksiin vaikuttavia vastinkromosomeja. Linnuilla/Matelijoilla/Perhosilla autosomit + XX = MIES ja XY = NAINEN, eli toisinpäin, sekä joillain hyönteisillä XX=nainen ja X=mies.
Ympäristö voi vaikuttaa siihen, kumpaa sukupuolta syntyy. Esim krokotiileilla tietty lämpötila vaikuttaa siihen syntyykö naaraita vai koiraita.
