Ekologi – studiet av ekosystem, biologisk mångfald och miljöpåverkan

Ekologi är den gren av biologin som studerar biota (levande varelser), miljön och deras samspel. Det kommer från grekiskans oikos = hus och logos = studier.

Ekologi är studiet av ekosystem. Ekosystem beskriver den väv eller det nätverk av relationer som finns mellan organismer på olika organisationsskalor. Eftersom ekologi avser alla former av biologisk mångfald undersöker ekologer allt från små bakterier i näringsåtervinning till effekterna av tropiska regnskogar på jordens atmosfär. Forskare som studerar dessa interaktioner kallas ekologer.

Forskning om terrestra ekoregioner och klimatförändringar är två områden som ekologer nu fokuserar på.

Det finns många praktiska tillämpningar av ekologin inom bevarandebiologi, förvaltning av våtmarker, förvaltning av naturresurser (jordbruk, skogsbruk, fiske), stadsplanering (stadsekologi), folkhälsa, ekonomi och tillämpad vetenskap. Ekologin utgör en ram för att förstå och forska om mänsklig social interaktion.

Grundläggande begrepp

Ekologi studerar naturens struktur och funktion på flera nivåer. Några centrala begrepp:

• Organism – en enskild individ.
• Population – en grupp individer av samma art i ett område.
• Populationens bärförmåga (carrying capacity) – den maximala population som en miljö kan uppehålla över tid.
• Gemenskap (community) – alla arter som lever tillsammans i ett område och interagerar.
• Ekosystem – gemenskapen plus abiotiska faktorer (klimat, mark, vatten) och de processer som kopplar ihop dem, såsom energiflöde och näringscykler.
• Biom och biosfär – större enheter som beskriver klimatstyrda vegetationstyper respektive hela jordens levande system.
• Nisch – artens roll och resurser den utnyttjar i ekosystemet.
• Succession – hur ekologiska samhällen förändras över tid, från pionjärstadier till mogna samhällen.

Energi och materia

Två grundläggande processer i ekosystem är:

• Energiöverföring – energi flödar genom ekosystemet från producenter (t.ex. växter) via konsumenter till sönderdelare. Food webs (näringsvävar) visar dessa kopplingar och trofiska nivåer.
• Näringscykler – kol-, kväve-, fosfor- och andra kretslopp där material återvinns mellan levande organismer och miljön.

Artsinteraktioner

Arter påverkar varandra på många sätt, exempelvis:

• Predation (rovdjur och byte)
• Konkurrens (om begränsade resurser)
• Mutualism (samarbete som gynnar båda parter, t.ex. pollinering)
• Parasitism och kommensalism

Exempelvis bidrar mykorrhiza (svamp–växt) till näringsupptag hos träd, och tarmbakterier hjälper djur att bryta ned föda.

Metoder och verktyg

Ekologer använder en rad metoder för att förstå naturen:

• Fältstudier och långtidsövervakning för att följa populationer och ekosystem över tid.
• Experiment i fält och i laboratorium för att testa hypoteser om orsakssamband.
• Fjärranalys (satellitdata) och GIS för att kartlägga habitat och miljöförändringar.
• Matematiska modeller och simuleringar för att projicera framtida scenarier (t.ex. vid klimatförändring).
• Genetiska verktyg, isotopanalyser och statistiska metoder för att spåra rörlighet, släktskap och näringsflöden.

Mänsklig påverkan och tillämpningar

Människans aktiviteter har stor inverkan på naturliga system. Några viktiga påverkanstyper är:

• Habitatförlust och fragmentering genom jordbruk, urbanisering och infrastuktur.
• Föroreningar (kvävetillförsel, tungmetaller, plast, kemikalier).
• Klimatförändringar som förändrar utbredning, fenologi och ekosystemtjänster.
• Invasiva arter som konkurrerar ut inhemska arter.
• Överexploatering av fiske- och viltresurser.

Ekologisk kunskap tillämpas inom bevarandebiologi, restaureringsekologi, hållbart jordbruk, skogsbruk och fiske, samt i utformning av klimatåtgärder, våtmarksförvaltning och stadsplanering. Ekosystemtjänster — de nyttor naturen ger människor, som pollinering, vattenrening och kolinlagring — är centrala i många beslutsprocesser och ekonomiska analyser.

Resiliens, stabilitet och gränsvärden

Ekosystem kan vara resilienta (återhämta sig efter störningar) men har också trösklar och tipping points där förändringar blir svåra att vända. Förståelse för dessa gränser är viktig för att förebygga kollaps av viktiga funktioner.

Tvärvetenskap och samhälle

Ekologi är starkt tvärvetenskapligt och samverkar med klimatvetenskap, geologi, hydrologi, ekonomi, sociologi och folkhälsa. Genom att kombinera naturvetenskapliga data med samhällsvetenskapliga perspektiv kan ekologin bidra till hållbar resursanvändning, bevarandeåtgärder och policyutformning. Många ekologiska problem kräver samarbete mellan forskare, myndigheter, intresseorganisationer och allmänhet, där även citizen science och lokal kunskap spelar en viktig roll.

Sammanfattningsvis ger ekologin verktyg för att förstå hur liv och miljö hänger ihop, hur människans handlingar påverkar dessa samband och hur vi kan arbeta för att bevara biologisk mångfald och de ekosystemtjänster vi är beroende av.

Populationsekologi

Populationsekologin mäter storleken på en population: alla levande varelser av en art som lever på en plats. En population blir större på grund av födelse och inflyttning till en plats, och den blir mindre på grund av död och utflyttning från en plats. Tillväxttakten är förändringen i befolkningsstorlek dividerad med den nuvarande befolkningsstorleken. När en population är liten ändras inte tillväxttakten, så populationen uppvisar exponentiell tillväxt. Hastigheten för exponentiell tillväxt beror på hur ett levande ting reproducerar sig. Om den bara har ett fåtal avkommor (barn) som växer långsamt, som en människa, kommer hastigheten att vara låg. Om den har många avkommor som växer snabbt, som en fruktfluga, är hastigheten hög. Varje miljö har bara tillräckligt med resurser, som mat, vatten eller utrymme, för en viss storlek på befolkningen. Denna storlek kallas bärkraft. När befolkningsstorleken är nära den bärande kapaciteten blir tillväxttakten lägre. Grafen över befolkningstillväxten kommer att ha en S-form, som kallas logistisk tillväxt.

 
En graf över en befolkning som når sin bärkraft.  

Ekologi för samhällen och ekosystem

Ett samhälle är alla populationer av olika arter som lever på samma plats. Ett ekosystem är ett samhälle och dess omgivning. Ekosystemekologi studerar hur energi och näringsämnen rör sig genom ett ekosystem. Alla levande varelser behöver energi för att överleva, förflytta sig, växa och föröka sig. En trofinivå är det antal gånger energi rör sig från ett levande ting till ett annat, innan den når ett visst levande ting. Den första trofiska nivån, som kallas producenter eller autotrofa organismer, får energi från omgivningen. De använder energin för att tillverka organiska föreningar. De flesta producenter, t.ex. växter, tar in energi från solljus, men vissa tar den från oorganiska föreningar. Andra trofiska nivåer, som kallas konsumenter eller heterotrofer, får sin energi genom att äta andra levande organismer. Alla djur är konsumenter, och det finns tre typer: växtätare, köttätare och allätare. Växtätare äter bara växter, köttätare äter bara andra djur och allätare äter både och. Nedbrytare är levande varelser som bryter ner döda saker. En näringsväv visar hur energin rör sig i ett ekosystem.

 
En näringsväv i jorden  

Frågor och svar

F: Vad är ekologi?

F: Vilka är ekologer?

F: Vilka områden fokuserar ekologer på?

F: Vilka praktiska tillämpningar har ekologin?

F: Vad betyder "ekoregion"?

F: Hur förhåller sig ekologi till biologisk mångfald?

Sök med bokstav