Naturfag – Økologi

Posted i kategorien Naturfag on the 10.02.2016
Download PDF

Økologi er læren om samspillet mellom levende organismer og mellom organismene og de ikke-levende faktorene (biotiske og abiotiske)

Økosystem:

Et geografisk avgrenset område med enhetlig natur. Det omfatter alle biotiske og abiotiske faktorene i området

Biotiske faktorer = levende organismer (produsenter, forbrukere og nedbrytere)

Abiotiske faktorer = ikke levende faktorer (lys, vind, osv.)

Deles inn i 3: Produsenter, Forbrukere, Nedbrytere

Hva er et økosystem?

  • Art

Omfatter alle individene som kan pare seg med hverandre og få forplantningsdyktig avkom.

  • Individ

En enkelt organisme innenfor en art. (eks: en elg, en and, et eiketre)

  • Populasjon/bestand

En gruppe organismer av samme art som lever i et område (eks: flokk).

  • Samfunn

Samlingen av alle populasjonene i et område.

  • Åtseletere

Dyr som spiser døde dyr. (Eks: fjellrev, sjakal, gribb).

  • Nedbrytere

Lever av organisk materiale i døde dyr og planter. Omdanner også organiske stoffer til uorganiske næringsstoffer. (Eks: bakterier, sopp, spyfluelarver, meitemark)

  • Nøkkelarter

Art med spesiell betydning i et økosystem. (Eks: lemen, krill i Sørishavet, lodde i Barentshavet, blåbær i norske skoger).

Når vi for eksempel sier at det alt i alt er 150 forskjellige fiskearter i Barentshavet, er det viktig å vite at tre av artene er viktigere en andre. Artene lodd, torsk og sild kan leve utelukket av dyreplankton. Dyreplankton kan til tider forekomme i enormt antall og er derfor viktige som matkilde for torsk, pattedyr og sjøfugl.

  • Rovdyr

Rovdyr er dyr som spiser andre dyr. Konkurranse mellom arter forekommer som oftest i form av et rovdyr – byttedyr-forhold. Som handler om å bli spist eller ikke spist. Et tydelig eksempel på det kan hentes fra arktisk Canada. Her er snøskohare byttedyr for gaupe. Når harepopulasjonen vokser blir det mye næring for gaupene. Dette fører til at gaupepopulasjonen følger harepopulasjonen.

  • Biosfæren

alle steder på jorda der det kan leve organismer

  • Geosfæren

jorda, det vi står på.¨ 

 

Nedbrytere:

Bakterier og sopp er de viktigste nedbryterne, men det finnes også andre nedbrytere, for eksempel spyfluelarver og meitemark. Nedbrytere bruker de organiske stoffene i døde dyr og planter for å skaffe seg næring til sine egne livsprosesser. Avfallet fra nedbryterne er næringssalter, som blir liggende igjen i jorda for gjenbruk. Uten nedbryterne hadde det ikke vært et kretsløp av stoffer.

Næringskjeder

Samspill mellom populasjon – knytte sammen i næringskjeder.

(en fremstilling av hvordan stoff og energi beveger seg fra ledd til ledd i et økosystem)

  • Første ledd = produsent; planter (fotosyntese)
  • neste ledd = forbrukere (spiser planter) eks: mus, elg, fisk osv.
  • tredje ledd = rovdyr
  • Plantene produserer sin egen næring via fotosyntese.
  • Alle organismer i økosystemet lever direkte eller indirekte av næringsstoffene som plantene produserer.

 

Forbrukere karakteriseres etter hvilken mat de spiser:

  1. forbruker -> 2. forbruker -> 3. forbruker

Eks: bregneplanter -> klatremus -> røyskatt -> fjellrev

  • Førsteforbruker lever av planter (planteetere)
  • Andre- og tredjeforbruker osv lever av dyr (rovdyr)
Næringskjede fra:

Produsent

  1. forbruker
 2. forbruker  3. forbruker
Fjell: Bregneplante Klatremus Røyskatt Fjellrev
Skog: Bjørkeblad Bjørkemålelarve Kjøttmeis Spurvehauk
Innsjø: Planteplankton Hoppekreps Ørret Fiskeørn

 Næringsnett

Næringsnett viser hvordan ulike næringskjeder er avhengig av avhengige av samme art (nøkkelarter)

  • De fleste dyr baserer seg på mer enn en plante- eller dyreart som næringskilde.
  • Et næringsnett er flere næringskjeder som er vevd inn i hverandre.

 

Næringspyramide

  • Tar utgangspunkt i en næringskjede
  • Forteller hva som skjer med energien
  • Viser hvordan energien avtar fra et ledd til det neste
  • Regnes i energimengde per kvadratmeter per år (KJ/m2/år)
  • Grovt sett: kun 10 % av energien overføres fra et ledd til det neste, altså til å bygge oss.
  • Disse 10 % går til vekst, fettlagre og reproduksjon.
  • 90 % går til forbruk. Eks: kroppsvarme, prosesser i kroppen, bevegelse og ikke fordøyd mat.

Energipyramiden:

Figuren viser hvordan organismene bruker energien i maten vi spiser. 90 % av energien i maten går med til å opprettholde livet, mens 10 % går med til å øke massen av dyret. Bare denne andelen kan komme neste ledd i nærinskjeden til gode:

Spist mat

IKKE tilgjengelig for rovdyr (90%) Tilgjengelig for rovdyr (10%)
Bevegelse vekst
Prosesser i kroppen

(fordøyelse, nervesignaler, blodomløp…)

Lagring i fettvev
Produsere varme Produsere avkom
Ikke fordøyd mat  

 

I en næringspyramide overføres 10 % av energien fra et ledd til neste. Dette kan framstilles i en energipyramide. Tallene er angitt i KJ/m2/år:

 

Spurvhauk

25

 
 

     Kjøttmeis

     300

 
 

     Bjørkemålerlarver

      2400

 

Bjørkeblader

  21 000

  

Stoffkretsløp

Jorda mottar enorme mengder energirik stråling fra sola. Denne energien strømmer langsomt tilbake til verdensrommet igjen, slik at det er en balanse mellom den solenergien som stråler inn, og den varmeenergien som stråler ut. Dette gir en snitt-temperatur på 15 grader.

Jorda og økosystemet blir stadig tilført ny energi fra sola, men atomer og molekyler er derimot de samme på jorda nå som da jorda ble dannet for ca. 4,5 milliarder år siden.

Stoffene som bygger opp levende organismer brukes på nytt og på nytt. Det kan faktisk tenkes at et karbonatom i hjertet ditt en gang har vært i stammen på et kråkefottre i karbontiden, i en dinosaur i kritt tiden og i en neandertaler i kvartærtiden.

Denne resirkuleringen skjer ved at nedbrytere (bakterier og sopp) bryter ned dødt organisk materiale og frigjør næringssalter til jord og vann, og karbondioksid til lufta. Stoffene fra nedbrytingen kommer inn i næringskjedene igjen ved fotosyntese og den oppbygningen av organiske stoffer som skjer i plantene. Alle de kjemiske stoffene som finnes i levende organismer, sirkuleres på denne måten mellom den ledende og den ikke-levende naturen.

 

Enkelte mineraler, som fosfor, kalsium og jern, sirkulerer mellom næringskjedene og jorda. De er ikke innom atmosfæren, slik som vann og karbon:

 

Karbonets kretsløp:

De viktigste grunnstoffene i levende organismer er karbon, hydrogen, oksygen og nitrogen. En rekke andre grunnstoffer trengs i mindre mengder. Alle disse stoffene går i kretsløp. Her ser vi nærmere på karbonets kretsløp.

Karbonet går i kretsløp rundt jorda – inn og ut av økosystemet. I lufta finner vi karbon for det meste i form av karbondioksid, som utgjør omtrent 0,036 % av lufta i atmosfæren. Lufta får stadig tilført karbondioksid via celleånding hos dyr planter og nedbrytere.

Celleånding: C6H12O6 + O2 à CO2 + H2O

Fotosyntese: CO2 + H2O à C6H12O6 + O2

Planter på land og i vann bruker karbondioksid fra lufta i fotosyntesen. Algene i havet bruker nesten like mye CO2 som panter på land. En stor del av det planteplanktonet som blomstrer opp i havet om våren, dør og synker til bunns.

Spesielle forhold i «planteplanktonkirkegården» kan føre til at de døde plantene ikke råtner, da vil karboner bli lagret på havbunnen som hydrokarboner og bli holdt unna kretsløpet i lang tid. På den måten er havbunnen et slags lager for karbon. Kull, olje og gass har blitt dannet på denne måten. Karboner som har blitt lagret over mange millioner år blir nå sluppet ut igjen i store mengder i løp av bare et par hundre år. Dette gir konsekvenser for klimaet på jorda.

 

Populasjonsvekst:

  • Populasjonsvekst er hvordan veksten i en populasjon varierer.
  • Veksten kan være både positivt og negativ.
  • Veksten avhenger av:

–      Fødsel

–      Innvandring

–      Død

–      utvandring

formel: (fødsel og invandring) – (dødsfall og utvandring)

  • Den arten som har hatt høyest populasjonsvekst den senere tida er oss mennesker.

 

Vekstkurver – tid og tall

En populasjon som etablerer seg i et gunstig miljø vil begynne å øke i antall. Hvor rask økningen avhenger av hvor mange hunner hver hunn i gjennomsnitt etterlater seg i løpet av sin levetid. Hvis hver hunn gir bare gir opphav til en hunn i gjennomsnitt, vil populasjonen være stabil. Hvis hver hunn i gjennomsnitt etterlater seg 1,2 hunner vil populasjonen tidobles på rundt 13 generasjoner. Når antallet øker vil begrensende faktorer (vanligvis) sette inn og øke dødeligheten i populasjonen.

  

Bæreevne

  • Bæreevnen er et mål for hvor mange det kan bli av for eksempel en art i et økosystem

 

  • Bæreevnen kan variere fra år til år.

 

  • Bæreevnen avgjøres av begrensende faktorer.

Eksempler:

–      Lengden på vekstsesongen (kort sommer…)

–      Årstidsvekslinger (snørik vinter…)

–      Biotiske faktorer (angrep av parasitter…)

 

  • Et områdes bæreevne kan forandre seg over tid:

 

Eksempel med begrensende faktorer:

Fjellbjørka har lavere krav til temperatur enn alle andre norske trær, men den må ha minst fire måneder med gjennomsnittstemperatur på over 7 grader. Et treslag som eik krever varmere sommer.for at det skal vokse eik må de fire varmeste månedene være over 12 grader.

 

Populasjonskurver

j-kurve (eksponentiell vekst)

  • populasjonen er liten og ressursene er ubegrensede
  • Etter en stund får populasjonen en uventa krasj.

Det skjer for eksempel hvis noen få hare-par settes ut på en frodig øy. Populasjonen vokser raskt og etter hvert er det ikke mat igjen, og populasjonen har nådd områdets bæreevne.

 

S-kurven

  • Populasjon vokser fort, men etter hvert når den bæreevnen og flater seg ut på det område. (svinger litt over og under bæreevnen)

I 1814 ble det satt ut sauer på den isolerte øya Tasmania. Antallet vokste i omtrent 40 år. Etter et lite fall har antall sauer stabilisert seg og svingte rundt bæreevnen.

 

M-kurven

  • Regelmessige svingninger.
  • Antall varierer opp og ned mer eller mindre regelmessig

Dette gjelder spesielt populasjoner av mindre dyr som lever i et kjølig klima, slik vi bland annet har i de skandinaviske fjellområdene og i arktiske strøk.

For eksempel populasjonen av lemen vokser på denne måten (også gråsidemus, markmus, fjellrotte og klatremus). De har normalt en syklus på 4 – 5 år. Etter ett par år når populasjonen en topp, en slik populasjon følges av et dramatisk sammenbrudd av bestanden kan bli redusert med 99 %.

Dette påvirker også andre arter, som for eksempel fjellrev og rovfugl. Når det er mye smågnagere, kan fjellreven sette rekord i ungeproduksjon. Når det er mangel på smågnagere må rovdyra satse på andre byttedyr, for eksempel ryper. Derfor vil også rypepopulasjonen variere.

 

Symbiose

Samspill i naturen (når individer fra to forskjellige arter lever i nær tilknytning til hverandre)

Parasittisme:

Den ene arten har nytte av samspillet mens den andre svekkes av det. I et slikt forhold lever parasitten i eller på en annen organisme. Hos mennesker har vi for eksempel hodelus og bendelorm. Et annet eksempel finner vi hos rødrev. Rødrev ble angrepet av parasitten reveskabb, som gjør at reven får betennelse og mister belsen.

 

Mutualisme:

Begge parter har nytte av samspillet. Et eksempel på dette er samlivet mellom trær og sopp. Mange av skogtrærne våre har tråder av underjordisk sopp i eller rundt røttene sine. Fordelen for trærne er at soppen hjelper til med opptak av vann og næringssalter, fordelen for soppen er at den får energi gjennom stoffer trærne produserer i fotosyntesen.

 

Kommensalisme:

Den ene arten har nytte av forholdet, mens den andre verken drar nytte av det eller vekkes av det. Eksempel på dette er vanskelig å finne, men et eksempel kan være midd som «haiker» med insekter. Et annet eksempel kan være fugler som bygger reir i trær.

 

Konkurranse – kamp om ressurser

Når det blir konkurranse om ressurser i en populasjon vil det være de individene som er best tilpasset konkurranseforholdene, som har størst sjanse til å overleve og dermed føre sine gener videre.

Eks:

  • Planter kan konkurrere om lys, næring og tilgang på vann.
  • Dyr kan konkurrere om den beste partneren, de beste reirplassene eller den beste maten.
  • Konkurranse om å få pare seg.

Noen kjente menn

  • Thomas Robert Malthus (1766-1834)

Ga i 1789 ut en bok som omhandlet det faktum at matvareforsyningen ikke kunne holde tritt(holde følge) med befolkningsveksten.

 

  • Jean Baptiste Lamarack (1744-1829)

Mente at giraffen utviklet seg gradvis.

 

  • Darwin (1809-1882)

Tok teorien om utvikling videre og mente at de med lengst hals hadde størst sjanse for å klare seg og dermed utviklet de seg stadig.

 

Suksesjoner –

langsomme retningsbestemte forandringer i økosystemet

  • Tjern gror igjen
  • Ny vegetasjon kommer til etter at isbreer trekker seg tilbake
  • Ny skog etableres etter hogst eller skogbrann

Alt dette er eksempel på suksesjoner.

Suksesjon deles inn i:

1)   Primærsuksesjon:

Dette er den «første» suksesjonen som skjer på bar mark der det aldri har vært vegetasjonsdekket.

Eks:

–      En ny vulkanøy stiger opp fra havet

–      En isbre smelter

 

2)   Sekundærsuksesjon:

Skjer i områder med jordsmonn som inneholder organisk materiale. Altså der det allerede har vært vegetasjonsdekket tidligere.

Eks:

–      Et tjern eller en eng gror igjen

–      En ny skog etableres etter hogst eller skogbrann.

 

Fasene i et suksesjonsløp:

  • Pionerfasen
  • Pionerfasen er starten på en suksesjon. I en primær suksesjon vil denne fasen som regel starte med organismer av gruppa lav, som tar næring fra regnvannet, og som klarer seg på berg, stein eller ren mineraljord uten innhold av humus.

Etter hvert som stein forvitrer og innhold av organisk materiale blandes inn, får vi et jordsmonn som andre plantearter kan utnytte. Når planter har etablert seg, kan også ulike dyreorganismer finne næring og levested her.
En sekundær suksesjon starter ikke “på bar bakke”. Her er det oftest jordsmonn til stede, og det er røtter og frø i jorda. Her finner vi også dyr og mikroorganismer. Her er pionerplantene gjerne lyskrevende organismer med god spredningsevne. Ofte vil næringskrevende planter dominere fordi konkurransen om næring er liten i denne fasen.

Konsolideringsfasen

Konsolideringsfasen er den påfølgende fasen etter pionerfasen. Der er artsmangfoldet størst. Pionerartene er i tilbakegang, men fremdeles til stede. Samtidig er konkurransesterke arter med mindre næringskrav i sterk vekst. Det varierte plantelivet gir et miljø som tiltrekker et mangfold av dyrearter.

Klimaksfasen

Klimaksfasen er det stabile og “endelige” stadiet i suksesjonen. Dette styres hovedsakelig av klimaet i området, med påvirkning av andre abiotiske faktorer som jordas pH, næringsstatus og fuktighet. I Norge er klimaksstadiet preget av økosystemer med barskog. Disse økosystemene er samlet under betegnelsen taiga.

 

Fjellreven:

Vi kan bruke økologi (læren om sammenhengene i naturen) når vi skal studere hva som bestemmer størrelse og utbredelse av en populasjon. Det er mange faktorer som påvirker en populasjon i et økosystem. Her er eksempel med fjellreven:

Jaktpress fra mennesker?

–      Den snøhvite vinterpelsen til fjellreven har gjort den svært ettertraktet.

–      Lett å drepe siden den er så troskyldig.

–      Jakten reduserte populasjonen til et minimum

–      I 1930 ble arten fredet, og ble regnet som utryddet i høyfjellstraktene i Sør-Norge.

Lite mat om vinteren?

Hvis matforholdene er gode, for eksempel i form av reinsdyrkadavre, ryper eller harer, vil fjellrevtisper som er etablert i et hi pare seg. Da kan hun føde store ungekull. Hvis mattilgangen sener svikter i mangel på smågnagere og vilt, vil ungene dø etter fødselen i slutten av mai.

Jerven er i stand til å drepe eldre svekkede reinsdyr, et slikt dyrekadaver utgjør et stort og langvarig matforråd både for jerven og andre åtseletere. Tidligere gjorde også ulven et innhogg i reinsdyrflokkene. Ulven er så å si borte og jaktpress mot jerven gjør at jervepopulasjonen minker. Kan dette ha innvirkning på fjellreven?

Lite mat om sommeren?

Det må være en viss mengde smågnagere for at fjellrevunger skal overleve. Når det er smågnager-år (som det har vert hvert fjerde år i norske fjell) vokser mange unger opp, og fjellrevbestanden øker. Og motsatt når smågnagerbestanden synker. Fjellrevbestanden følger dermed smågnagerbestanden og vi får en M-formet, syklisk kurve.

Hvis et smågnagerår uteblir, vil ungene ikke vokse opp. En del voksne fjellrever vil dø av alderdom (de blir ca 5 år gamle) og dermed blir fjellrevbestanden enda mindre.

Smågnagertoppene har blitt mindre, årsaker kan være forurensing, overbeiting og klimaendring.

Negativ påvirkning av rødrev?

Varmere klima fører til at rødreven trenger inn på fjellrevens tidligere enemerker. De tar over hiene som lenge har gått i arv hos fjellreven, i tillegg fører de med seg reveskabb, som smitter over på fjellreven.

Innalv – for lang avstand mellom populasjonene?

Populasjonene av fjellrev blir spredt på grunn av vei- og hyttebygging sprer fjellrevbestanden, noe som gjør at nære slektninger parer seg med hverandre. Innalv kan gjøre populasjonen mindre levedyktig.

Konklusjon

Forskere prøver å sette opp gode hypoteser samtidig med at myndighetene setter i gang tiltak for å beskytte fjellrevene i Norge. Økologisk forskning viser oss at mange mekanismer virker sammen i naturen. Det er bare ved å skaffe oss kunnskaper om hvordan en art lever, at vi kan si noe om hvilke faktorer som er viktige for arten.

Over og ut for fjellreven?

I et langt geologisk tidsperspektiv har arter oppstått, levd en tid og så forsvunnet. De artene som lever på jorda i dag utgjør bare en brøkdel av de artene som totalt har eksistert på jorda.

Likevel vil det være en sørgelig dag når den siste fjellreven forsvinner. Fjellreven er et sterkt symbol på fjell-landet Norge.