1

EKOLOGIJA I DEFINICIJA I OSNOVNI POJMOVI

Jasmina Krpo-Ćetković

2

“environmental house” – proučavanje uključuje sve organizme u “kući” i sve funkcionalne procese koji tu “kuću” čine pogodnom za stanovanje

doslovno – ekologija =

proučavanje organizama “kod kuće”

“oikos” = “domaćinstvo” ili “mesto za život”

3

ekonomija = “upravljanje kućom”

ekologija vs. ekonomija

priroda vs. čovek

zeleno vs. sivo

haos vs. red (ne uvek)

sukob vs. komplementarnost ekološka ekonomija

konceptualni okvir za ekosistemski pristup

održivi razvoj

4

Definiše se kao:

studija odnosa organizama ili grupa organizama i njihovog okruženja (dvosmerna interakcija), ili kao

nauka o međusobnim odnosima živih organizama

i njihovog okruženja

STUDIJA STRUKTURE I FUNKCIJE PRIRODE

Pošto obuhvata biologiju različitih grupa organizama i funkcionalnih procesa na kopnu i u vodi definiše se i kao:

5

Neki od fenomena koje treba da objasni jesu:

rasprostranjenje vrsta, mehanizmi specijacije, regulacija populacija, život u zajednicama, modifikacija staništa, formiranje zemljišta, kruženje nutrijenata, izvori energije za organizme, efikasnost korišćenja energetskih resursa itd.

6

EKOLOGIJA JE NAUKA KOJA PROUČAVA

ODNOSE ORGANIZAMA I NJIHOVOG OKRUŽENJA

KAO I MEĐUSOBNE ODNOSE IZMEĐU SAMIH

ORGANIZAMA

7

Sam termin ima i neka druga značenja:

za označavanje načina života neke vrste

kao “politički” termin, često neinformisano

kao analogija ili sinonim za “environmental science/s” / zaštitu životne

sredine ili

čak samo kao skraćenica za ekologiju čoveka

8

Ekologija, kako ćemo je mi posmatrati, ili studija o "ekologiji"

različitih organizama, može se smatrati i kao

NAUKA O ISTORIJI PRIRODE – naučna studija o tome KAKO

životinje i biljke žive, i ZAŠTO žive tako kako žive, studija namenjena razumevanju osnovnih principa

funkcionisanja prirodnih sistema.

9

SELEKCIONI PRITISAK

PODSTIČE EVOLUTIVNE ADAPTACIJE

Interakcija između organizama i okruženja predstavlja osnovni odnos za jedan drugi biološki fenomen – SVAKI ORGANIZAM JE POD EVOLUTIVNIM PRITISKOM DA BI SE OPTIMALNO ADAPTIRAO NA OKRUŽENJE – Interakcije sa okruženjem kao domen ekologije uključuju i:

EKOLOGIJA PREDSTAVLJA I STUDIJU O PRITISCIMA SELEKCIJE I O REZULTATIMA

PROŠLIH SELEKCIJA – ADAPTACIJAMA (EVOLUCIONA PERSPEKTIVA) EVOLUCIONA EKOLOGIJA

10

Istorijat

Interes potiče od DAVNIH VREMENA

PRIMITIVNA DRUŠTVA – svaki član da bi preživeo morao je da ima određeno znanje o okruženju, tj. o silama prirode i o biljkama i životinjama koje ga okružuju

CIVILIZACIJA – počinje onda kada je čovek naučio da koristi vatru i druga oruđa kojima je mogao da modifikuje okruženje

11

Zadovoljenje potreba čoveka danas naizgled manje zavisi od OKRUŽENJA zbog TEHNOLOŠKOG RAZVOJA

Svima treba vazduh, voda i hrana

Sve dok se PRIRODNI RESURSI smatraju besplatnima neće imati vrednost u tržišnim sistemima, smatramo ih nepotrošivima ili nekako zamenljivima uz pomoć tehnoloških inovacija

Sada je potrebno više nego ikada da posedujemo inteligentno poznavanje okruženja da bismo preživeli

12

“Zakoni prirode” nisu ukinuti, samo su se njihov stepen složenosti i kvantitativni

odnosi učesnika promenili usled povećanja brojnosti ljudskih populacija i povećanja

čovekove moći da promeni okruženje

13

Kao i sve faze učenja i ekologija je imala postepen, neujednačen razvoj tokom pisane istorije

Hipokrat (ca. 460 – ca. 370 p.n.e.)

Aristotel (384 – 322 p.n.e.)

Materijal je jasno ekološki po prirodi, ali Grci nisu imali reč za to

14

XVIII i XIX vek - “biološka renesansa”

Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723), pionir mikroskopije ranog XVIII veka – jedan od prvih koji su proučavali “lance ishrane” i “regulaciju populacije”

15

Ernst Haeckel (1834-1919) 1869 – prvi predložio termin “ekologija”

EKOLOGIJA – “studija prirodnog okruženja koja uključuje i međusobne odnose organizama

kao i odnose organizama prema okruženju”

16

Kao posebna grana biologije, ekologija kao nauka datira od početka XX veka

Danas je svima poznat njen primenjeni aspekt - zaštita okoline kao nauka neophodna za stvaranje i održavanje kvaliteta ljudske civilizacije

Tokom 70-tih počinje intenzivno zanimanje za ekologiju – “DECADE OF THE ENVIRONMENT“

Prvi “EARTH DAY” bio je 22. aprila 1970. godine – od tada se

svi brinu o zagađenju, rastu ljudske populacije, prirodnim područjima, potrošnji hrane i energije, biodiverzitetu, čemu se

dosta pažnje posvećuje u medijima

EKOLOGIJA TREBA DA POSLUŽI ZA PREVENCIJU A NE ZA LEČENJE!

17

Mesto u sistemu bioloških nauka

Ekologija u svetlu drugih grana biologije i drugih “logija”

U današnje vreme uske specijalizacije često ne vidimo povezanost između pojedinih disciplina (potkrepljeno stereotipnom

podelom školskih predmeta)

18

Mesto u sistemu bioloških nauka

Odum, 1971

VERTIKALNA I HORIZONTALNA STRUKTURIRANOST BIOLOGIJE

19 Udvardy, 1969

20

Najbolji način da razgraničimo savremenu ekologiju jeste da je posmatramo u svetlu koncepta

HIJERARHIJE* NIVOA ORGANIZACIJE ŽIVOG SVETA na principu funkcionalne integracije

uz uključenje dodatnih osobenosti sa povećanjem složenosti strukture

*Hijerarhija = uređenje u vidu stepenovane serije

21

7 za

jedn

ički

hh sv

ojst

ava

za sv

e ni

voe

Ekosistem odstupa od pravila da se svaki nivo sastoji od više elemenata prethodnog nivoa (ekosistem = biotop + biocenoza)

ćel. organele i molekuli

EKOLOGIJA

22

Žive komponente se mogu razmatrati na svakom od navedenih nivoa hijerarhije

ili pak između sistema, ukoliko je to pogodno za analizu.

Na primer, sistemi parazit-domaćin i gljiva-alga (lišaj)

predstavljaju međunivo između populacije i zajednice,

kolonije korala, mrava, termita, osa, pčelinja društva

jesu međunivo organizma i populacije

23

EKOLOGIJA SE ODNOSI NA DEO SPEKTRA OD NIVOA ORGANIZMA NAVIŠE

BIOSFERA Vernadsky 1929 BIOM Shelford 1939 PREDEO Berg 1949 EKOSISTEM Tansley 1935 BIOCENOZA Moebius 1877 POPULACIJA (termin koji je prvobitno označavao grupu ljudi) ORGANIZAM

24

POPULACIJA – prostorno i vremenski integrisana grupa jedinki iste vrste koja raspolaže zajedničkim skupom naslednih faktora (genofondom), naseljava određeni prostor, pripada određenom ekosistemu, i u okviru koje su jedinke povezane među sobom u prvom redu odnosima reprodukcije

BIOCENOZA – predstavlja grupu populacija različitih vrsta biljaka, životinja, gljiva i bakterija koje su prostorno i vremenski integrisane

EKOSISTEM – jedinica koja (sistem koji) uključuje sve organizme -“zajednicu” u određenom području koja se nalazi u interakciji sa fizičkim okruženjem [tako da se kroz protok energije manifestuje jasno definisana trofička struktura, biotički diverzitet i kruženje materije (razmena između živih i neživih komponenti) u okviru sistema] – u ruskoj literaturi koristi se i termin biogeocenoza

25

PREDEO – heterogena oblast koja obuhvata grupe ekosistema koji su u međusobnim interakcijama i koji se ponavljaju prema sličnom obrascu u tom predelu

BIOM – veći regionalni ili subkontinentalni sistem koji je karakterisan glavnim tipom vegetacije ili drugim uočljivim aspektom predela, npr. biom umerenih listopadnih šuma ili biom tajge, biom tundre

BIOSFERA – najveći i najviši biološki sistem koji poznajemo i koji je skoro u potpunosti samodovoljan (samostalan) je biosfera ili ekosfera. Ona uključuje sve žive organizme na Zemlji koji interaguju sa fizičkim okruženjem u celini i “tanka” je 20 km

Najveći stepen integracije poseduje ORGANIZAM

26

OKRUŽENJE:

NEPOSREDNO i POSREDNO (npr. za nivo organizma – populacija i biocenoza su neposredno okruženje, a biom i biosfera posredno)

populacija - deo okruženja organizma biocenoza - deo okruženja populacije

27

28

•Nema oštrih granica između pojedinih nivoa u funkcionalnom smislu •Ni jedan nivo ne može opstati bez ostalih •Nijedan od nivoa nije više ili manje značajan •Neki atributi postaju manje složeni i manje varijabilni kako idemo od manjih ka većim celinama i obrnuto •Ni jedan od nivoa nije teži ni lakši za kvantitativna proučavanja •Svi nivoi se mogu podjednako i istovremeno proučavati •Svojstvo ekološkog nivoa ne može se predvideti studirajući njegove komponente

29

Nema oštrih granica između pojedinih nivoa u funkcionalnom smislu. Ni jedan nivo ne može opstati bez ostalih. Čak ni jedinka ne može dugo opstati bez populacije kao što ni organ ne može opstati bez organizma. Isto tako ni zajednica ne može opstati bez kruženja materije i protoka energije u ekosistemu. Nijedan od nivoa nije više ili manje značajan.

30

Često se previđa činjenica da neki atributi postaju manje složeni i manje varijabilni kako idemo od manjih ka većim celinama a neki imaju obrnut trend. Npr. stopa fotosinteze šumske zajednice varira MANJE nego kod pojedinačnih listova ili drveća, jer kad se u jednom delu šume uspori drugi deo šume to kompenzuje.

Ni jedan od nivoa nije teži ni lakši za kvantitativna proučavanja. Tako, rast i metabolizam mogu se proučavati i na ćelijskom i na ekosistemskom nivou, uz različitu tehnologiju i različite jedinice merenja.

31

Svi nivoi se mogu podjednako i istovremeno proučavati, jer nije neophodno prvo analizirati niže nivoe da bismo prešli na više. Ova zabluda je postojala neko vreme dok nije prihvaćeno da svaki nivo ima posebne karakteristike.

32

Kao što se karakteristike vode ne mogu predvideti samo poznavanjem vodonika i kiseonika, tako se ni karakteristike ekosistema ne mogu predvideti poznavajući samo izolovane populacije, mora se proučavati i šuma (celina) kao i drveće (delovi). Svojstvo ekološkog nivoa ne može se predvideti studirajući njegove komponente – to jest, svojstvo celine nije suma (zbir) svojstava delova.

33

Treba praviti razliku između KOLEKTIVNIH osobina -– stopa nataliteta populacije jeste suma individualnih rađanja i to je kolektivno svojstvo i NOVIH osobina -– nova svojstva nastaju interakcijom (npr. prostorni raspored, gustina, uzrasna i polna struktura)

34

Princip funkcionalne integracije uz uključenje dodatnih osobenosti sa

povećanjem složenosti strukture od naročitog je značaja za ekologe

35

genetička, hormonalna, neuralna kontrola

nema termostata ni hemostata; nema refrentnih vrednosti

nema referentnih vrednosti koje kontrolišu

odgovor (+ i -); održava se pulsirajući

balans u okviru određenih granica

referentne vrednosti kontrolišu odgovor (+ i -); održava se stabilno stanje u okviru određenih granica

HOMEOREZA

HOMEOSTAZA

Biosfera/Ekosfera

Biomi

Predeli

Ekosistemi

Zajednice

Populacije

Sistemi organa

Organi

Tkiva

Ćelije

Molekuli

Atomi (hemija, fizika)

ORGANIZAM

36

HOMEOSTAZA I HOMEOREZA

Ispod nivoa organizma imamo genetičku, hormonalnu i neuralnu kontrolu

Iznad nema takve kontrole (nema termostata ili hemostata u prirodi)

Homeoreza znači “održavanje toka”, nema

ravnoteže (ekvilibrijuma), postoji pulsirajući balans (npr. između produkcije i respiracije, između ugljen-

dioksida i kiseonika)

set-point = referentna vrednost (npr. telesnu temp. kontroliše termostat u hipotalamusu)

37

Podela ekologije (u odnosu na nivo živog sveta koji proučava)

EKOLOGIJA

AUTEKOLOGIJA (IDIOEKOLOGIJA) DEMEKOLOGIJA SINEKOLOGIJA

BIOCENOLOGIJA

EKOSISTEMSKA EKOLOGIJA

GLOBALNA EKOLOGIJA

EKOLOGIJA

AUTEKOLOGIJA (IDIOEKOLOGIJA)

DEMEKOLOGIJA (POPULACIONA EKOLOGIJA)

SINEKOLOGIJA

•nivo organizma •nivo populacije

•nivo biocenoze

•nivo ekosistema •nivo biosfere

38

EKOLOGIJA BILJAKA

EKOLOGIJA ŽIVOTINJA (insekata, kičmenjaka)

EKOLOGIJA MIKROORGANIZAMA

EKOLOGIJA GLJIVA

EKOLOGIJA ČOVEKA

EKOLOGIJA KOPNENE SREDINE

EKOLOGIJA MORSKE SREDINE

EKOLOGIJA SLATKOVODNE SREDINE

KOSMIČKA EKOLOGIJA

EKOLOGIJA EKOSISTEMA

EKOLOGIJA ZAJEDNICA (BIOCENOLOGIJA)

EKOLOGIJA POPULACIJA (DEMEKOLOGIJA)

EKOLOGIJA VRSTA (AUTEKOLOGIJA /IDIOEKOLOGIJA) (analiza životnih istorija i ponašanja kao načina adaptacije na okruženje)

FUNDAMENTALNA EKOLOGIJA

PRIMENJENA EKOLOGIJA

39

Specijalne i granične (interdisciplinarne) grane ekologije:

SISTEMSKA EKOLOGIJA

PREDEONA EKOLOGIJA

EKOLOGIJA ČOVEKA (SA URBANOM EKOLOGIJOM, ITD.)

EVOLUCIONA EKOLOGIJA

PRIMENJENA EKOLOGIJA

40

Sistemska ekologija PRIMENA PROCEDURE TEORIJE SISTEMA U

EKOLOGIJI

Kao formalizovani pristup holizmu, sistemska ekologija postaje posebna nauka iz dva razloga: 1) izuzetno moćna nova formalna sredstva dostupna su u vidu matematike, kibernetike, elektronske obrade podataka itd., i 2) formalno pojednostavljenje složenih ekosistema omogućava nalaženje najboljih rešenja za probleme čovekovog okruženja koja se više ne mogu oslanjati na sistem probe i greške ili sistem jedan problem - jedno rešenje.

41

Matematički simboli predstavljaju korisno sredstvo za opisivanje složenih ekoloških sistema, a jednačine omogućavaju formalizovanje različitih tvrdnji o interakcijama komponenti ekosistema.

Proces prevođenja fizičkih ili bioloških koncepata bilo kog sistema u set matematičkih izraza kao i manipulacija na ovakav način izvedenim matematičkim sistemima naziva se analizom sistema.

NEFORMALNI MODELI – VERBALNI I GRAFIČKI

FORMALNI MODELI – MATEMATIČKI I STATISTIČKI

42

Matematički sistem se naziva modelom i predstavlja nesavršenu i apstraktnu predstavu stvarnog sveta.

Iako često modele zamišljamo kroz jednačine i kompjutere, oni se mogu opštije definisati kao bilo koja fizička ili apstraktna predstava strukture i funkcije stvarnih sistema.

43

Mogućnost opisivanja i predviđanja ponašanja ekoloških sistema korišćenjem modela zavisi u mnogome od principa koji poseduju svi sistemi: hijerarhijske organizacije.

Nije neophodno precizno poznavati strukturu neke komponente sistema sastavljenu od jednostavnijih sub-komponenti da bi se predvidelo njeno ponašanje.

Ne moramo poznavati čitavu biohemiju da bismo opisali fiziologiju ćelije niti je neophodno poznavati čitavu fiziologiju da bismo opisali dinamiku životinjskih populacija.

Koncept hijerarhijske organizacije ilustruje se kroz termin tzv. crnih kutija.

44

Iako su modeli nesavršene apstrakcije stvarnih sistema, za ekologe su važni jer su mogući odgovori i predviđanja koja se tiču značajnih stvari na duže staze važniji nego prezicno proučavanje nevažnih detalja.

45 H. T. Odum - energy language, 1982, 1996

Tok energije (put ili protok energije)

Izvor energije (izvor energije izvan sistema)

Gubitak toplote (degradovana energija nakon

korišćenja)

Producent (konvertuje i koncentriše solarnu

energiju)

Konzument (koristi energiju producenta za samoodržanje)

Skladištenje (odeljak za skladištenje

energije)

Interakcija (dva ili više tokova

energije da bi se dobila

visokokvalitetna energija)

Kapitalna transakcija (protok

novca kojim se plaća protok

energije)

46

P1, P2, P3 – komponente

I – interakcija

E –izvor energije

F – tokovi energije

L – petlje povratne sprege

PRIMER 1: 2 hemikalije iz izduvnih gasova pod dejstvom Sunca prave fotohemijski smog

PRIMER 2: travnati ekosistem – P1 zelene biljke; P2 herbivori; P3 omnivori koji jedu P1 i P2

P3

P2

P1

F2

F3

F4

F1 E

F5 F6

I

L

47 Primer borove šume na Floridi, sa procenama stope energetskog protoka

Kiša

Sunce Drveće i druge biljke

zemljište voda

organske mat. nutrijenti

12,986 2,000

16,000

103 džula/m2/dan Gubitak toplote (iskorišćena energija)

Životinje

Bakterije i gljive

Detritus

9.1

Oticanje

1000 Respiracija

48

POVRATNE PETLJE – kontrolni mehanizmi

PRIMER 1: C su predatori koji u lancu ishrane kontrolišu herbivore B ili biljke A

PRIMER 2: A resursi, B proizvodi, C otpad - reciklaža

Povratna petlja

49

Ilustracija kako pozitivna i negativna povratna sprega interaguju u odnosu koncentracije atmosferskog CO2 i klimatskog zagrevanja. Porast CO2 ima pozitivni efekat staklene bašte na globalno zagrevanje i rast biljaka. Zemljište se tada aklimatizuje na zagrevanje tako da respiracija zemljišta ne nastavlja da raste sa daljim zagrevanjem. Ovo daje negativni fidbek na vezivanje ugljenika u zemlji, smanjujući time emisiju CO2 u atmosferu.

Koncentracija CO2 u atmosferi

Klimatsko zagrevanje

Sekvestracija ugljenika Fotosinteza

Aklimatizacija zemljišne respiracije

Rast vegetacije

Dostupnost nutrijenata

Respiracija pozitivno negativno

50

Definisanje dobrog modela uključuje tri dimenzije:

1. Prostor koji se razmatra, tj. granice sistema

2. Subsisteme (komponente)

3. Vremenski interval

Kada se ekosistem, ekološka situacija ili problem definišu i ograniče, može se postaviti hipoteza ili serija hipoteza koje se prihvataju ili odbacuju i

definišu se eksperimenti.