Ekosistem Ekolojisi

Ekolojik kavramlar

Ekoloji

Ekoloji, canlıların birbirleri ile ve çevreleri ile olan ilişkilerini inceler.

Ekolog

Ekolog, ekoloji bilimi ile ilgili çalışmalar yapan bilim insanıdır.

Popülasyon

Popülasyon, belirli bir alanda yaşayan, aynı türün oluşturduğu topluluktur. Örneğin, karınca yuvası.

Komünite

Komünite, belirli bir alan içerisinde yaşamlarını sürdüren canlılar topluluğdur. Örneğin, bir gölde yaşayan bitki, hayvan ve tek hücreliler.

Ekosistem

Ekosistem, canlı ve cansız varlıkların etkileşim içerisinde oldukları belirli alanlardır.

Ekosistem = Komünite + cansız çevre.

Biyosfer

Biyosfer, dünyada yaşamın görüldüğü tüm alanlar. Biyosfer = ekosfer = küresel ekosistem.

Biyotop

Biyotop, canlı topluluklarının (Komünite), hayatlarını ideal bir şekilde sürdürebildikleri geniş alanlardır.

Biyom

Biyom, benzer iklim koşullarına bağlı olarak gelişen ve yaygın olarak görülen bitki örtüsüdür.

Ekoton

Ekoton, farklı popülasyon ya da komünitelerin kesişim alanlarıdır.

• Bu alanlarda tür çeşitliliği, rekabet, tolerans, madde döngüsü hızı, kesişim alanları dışında kalan bölgelere göre daha fazla iken, canlı sayısı daha azdır (Su ekotonlarında bu durum geçerli değildir).

Habitat

Habitat, bir canlının doğal olarak yaşamını sürdürdüğü bölgedir. Farklı türlerin habitatları aynı olabilir. Ekosistemde aynı habitatı paylaşan türler zamanla değişebilir.

Ekolojik niş

Ekolojik niş, bir canlının yaşamını sürdürdüğü ortamda yerine getirmesi gereken görevdir (Üretici, tüketici, ayrıştırıcı). Bu görev aynı zamanda o canlının ortamdan yararlanma şeklini de belirler.

a- Cansız (Abiyotik) faktörler

1- Işık

Işık, fotosentez tepkimelerinde mutlaka gereklidir. Mor ve kızıl ötesi ışınlardan canlılar zarar görür. Bu ışınların verdiği zararlar canlıların genetik yapısını bozar. Bu zararı en aza indirmek ozon tabakasının görevidir. 

Yeryüzü şekilleri ve dünyanın güneşe göre farklı konum alması, güneş ışınlarının yeryüzüne farklı şiddet ve miktarda düşmesine neden olur. Bu durum, canlıların yeryüzündeki dağılımını etkiler.

Yükseklere çıkıldıkça atmosfer tabakası inceldiğinden, ozon tabakasının koruyuculuğu da azalır. Bu bölgelerdeki canlılar güneşin zararlı ışınlarından daha çok etkilenir.

Uzun gün bitkileri: Çiçeklenmek için güneş ışığına 12 saatten daha fazla ihtiyaç duyan bitkilerdir.

Kısa gün bitkileri: Çiçeklenmek için güneş ışığına 12 saatten daha az ihtiyaç duyan bitkilerdir.

Nötr bitkiler: Çiçeklenmek için gün ışığı süresinden etkilenmez.

2- Sıcaklık

Tüm canlılar metabolik faaliyetlerinde enzim kullanır. Enzimlerin çalışma hızı sıcaklıktan etkilenir. Isınan hava yükselir, soğuyan hava alçalır ve bu durum hava hareketlerine sebep olur. Farklı sıcaklığa sahip olan bölgelerde bu sıcaklığa uygun canlılar yaşamaktadır.

Dormansi

Dormansi, hava sıcaklığının düşmesi sonucu bitkilerde metabolizmanın minimum düzeye inmesi ve büyüme, gelişmenin durmasıdır.

Sıcaklık değişimleri canlıların gece aktif olmalarına (Çöl canlıları), farklı ortamlara göç etmelerine, kış uykusuna yatmalarına neden olur.

3- İklim

İklim, geniş bir alanı etkileyen ve belli bir bölgede uzun süre etkili olan hava koşullarıdır. İklim değişiklikleri canlıların yeryüzüne dağılımını ve tür çeşitliliğini etkiler.

Makroklima: Büyük iklim katmanları (Kurak, ılıman)

Mikroklima: Küçük iklim katmanları (Orman altı alanlar)

Klimatoloji: İklimleri inceleyen bilim dalı.

4- Toprak ve mineraller

Toprak, kayaçların rüzgar ve sularla aşınması sonucu oluşur. Toprak, bazı canlılara yaşama alanı sunar (Köstebek, toprak solucanı) ve bunun yanında bitkiler için de su kaynağıdır.

Toprak katmanlarına horizon denir. Tarımsal faaliyetler sonucu toprakta azalan mineraller gübreleme ile giderilir. Daha uzun vadeli çözüm ise birer yıl ara ile ekim yapmamaktır (Nadasa bırakma).

Her bitki kendi ihtiyacına uygun toprak çeşidinde yetişir ve yayılır. Hayvansal canlılar da doğada bu bitki çeşitliliğine göre yayılım gösterir.

5- Su

Fotosentez, kemosentez, sindirim gibi metabolik faaliyetlerde su gereklidir. Canlılar suyu boşaltım, terleme, solunum gibi faaliyetlerle doğaya verir.

Dünyanın %70’lik bölümü sularla kaplı iken bu suyun ancak %5’i tatlı sudur. Buharlaşma ile atmosfere karışan su yoğunlaşır ve tekrar yeryüzüne iner.

Yağış miktarı ve şekli (Yağmur, kar, dolu) canlıların yeryüzüne dağılışları üzerinde etkili olmaktadır.

6- pH – pOH

Bir ortamın pH – pOH değeri üzerinde etkili olan faktörler asit yağmuru, aşırı gübre kullanımı, kimyasal atıklardır. Bu değişime her canlı aynı tepkiyi vermez.

• Bir canlı, çevresel değişimlere ne kadar iyi cevap verirse o canlının tolerans aralığı (Hoşgörü) da o kadar geniştir. Yani bir canlının tolerans aralığı ne kadar geniş ise doğada hayatta kalma şansı o kadar çoktur.

Performans eğrisi: Çevresel faktörlerin değişimine canlının gösterdiği tepkiyi gösteren grafiktir.

b- Canlı (Biyotik) faktörler

Canlı faktörler ekosistemdeki nişlerine (Görevlerine) göre ayrılır.

1- Üreticiler

Üreticiler, inorganik molekülleri kullanarak organik besin üreten canlılardır. Bu tür canlılar gerçekleştirdikleri faaliyetlerle (Fotosentez) hem kendilerine hem de tüketicilere besin ve oksijen kaynağı olurlar.

• Üreticiler atmosferin CO2 dengesini sağlar.
• Üreticiler, besin zincirinin ilk basamağında yer alır ve biyokütlesi en çok olan canlı grubudur.
• Bitkisel üreticiler, karasal ortamların üreticileridir ve kök yapıları sayesinde erozyonu önlemektedirler.
• Dünyanın büyük bölümünü kaplayan su ekosistemlerindeki siyanobakteri ve algler (Fitoplankton) en büyük sucul üreticilerdir.

2- Tüketiciler

Tüketiciler besinlerini kendileri üretemeyip hazır alan canlılardır. Bir canlı yalnızca üreticilerle beslenirlerse 1. derece, üretici ve 1. derece tüketicilerle beslenirlerse 2. derece, 1. derece ve 2. derece tüketicilerle beslenirse 3. derece tüketici canlı grubuna dahil olur.

1.derece tüketiciler: Otçul (Herbivor). Yalnızca üretici canlılarla beslenirler.

2.derece tüketiciler: Etçil (Karnivor). 1. derece tüketicilerle beslenirler.

3.derece tüketiciler: Hepçil (Omnivor). 1. ve 2. derece tüketicilerle beslenirler.

3- Ayrıştırıcılar (Saprofit / çürükçül)

Ayrıştırıcılar doğada oluşan organik atıkları özel enzimleri ile parçalayarak inorganik maddelere dönüştüren canlılardır. Bu sayede ayrıştırıcılar organik artıkların doğada birikimini önlemiş olur. 

• Ayrıştırıcıların doğadaki madde döngüsünde kilit görevleri vardır. Bu yüzden ayrıştırıcılar besin zincirinin her basamağında yer alır.
• Sadece karasal ortamda değil, sucul ortamda da ayrıştırıcı canlılar vardır. Bazı mantar türleri (Maya, küf) ökaryotik ayrıştırıcılarken, bazı bakteri türleri ise prokaryotik ayrıştırıcılardır.
• Ekosistemde ayrıştırıcı canlıların azalması durumunda, inorganik madde azalır, organik maddeler ise birikir (Organik kirlilik). Bunun sonucunda doğadaki organik madde döngüsünde yavaşlama olur.

Canlılarda beslenme ilişkileri

1- Ototrof (Üretici)

Üreticiler, fotosentez veya kemosentez tepkimeleri ile inorganik maddeleri kullanarak ihtiyaç duydukları organik besini kendisi üreten canlılardır.

2- Ototrof – Heterotrof (Üretici – tüketici – Miksotrof)

Üretici ve tüketici canlılar ihtiyaç duydukları organik besinleri hem hazır alan hem de kendisi üretebilen canlılardır. Bu tür canlılar üretim faaliyetini yalnızca fotosentez yaparak (Kemoototrof olanı yoktur) gerçekleştirir. Bu canlılara örnek olarak böcekçil bitkiler (heterotrofluğu tartışmalıdır) ve öglena gösterilir.

3- Heterotrof (Tüketici)

Tüketiciler, besinlerini kendisi üretemeyip üretici canlıların üretmiş olduğu besinlerden karşılayan canlılardır.

a- Holozoik beslenme

Holozoik beslenme, gelişmiş yapılı hayvansal canlılarda görülen bir beslenme şeklidir. Bu canlılar tükettikleri besin çeşidi, ağız diş yapıları ve sindirim sistemi farklılıklarına göre ayrılırlar.

Otçul (Herbivor)

Otçullar, bitkisel kaynaklı besin tüketen canlılar. Örneğin İnek, keçi, koyun

Etçil (Karnivor)

Etçiller, hayvansal kaynaklı besin tüketen canlılar. Örneğin aslan, kedi, kartal.

Hepçil (Omnivor)

Hepçiller, hem bitkisel hem de hayvansal kaynaklı besin tüketen canlılar. Örneğin ayı, fare, insan.

b- Çürükçül beslenme (Ayrıştırıcılık / Saprotrofluk)

Saprotrof canlılar ekosistemin devamlılığında önemli görevler alır. Bazı bakteri mantar ve protistalar saprotroftur.

• Saprotrof canlılar ölmüş organizmaları hücre dışı sindirim enzimlerini kullanalarak organik besinleri yapıtaşına kadar sindirir (Çürüme / ayrışma) ve bu molekülleri kullanır.
• Bu faaliyeti sonucu saprotrof canlılar organik molekülleri inorganik moleküllere dönüştürür. Bunun sonucu olarak saprotrof canlılar doğada madde döngüsünün kesintiye uğramasını engellemiş olur.

Ekosistemde madde döngüsü ve enerji akışı

Ekosistemlerde madde döngüsel olarak dolaşırken enerji tek yönlü bir akış halindedir.

Biyokütle (Biyomas)

Biyokütle, besin piramidindeki her bir trofik düzeydeki toplam organik madde miktarıdır.

Besin piramidi (2023 TYT)

Besin piramidi, tabanda üreticilerle başlayan, tepesinde ise son tüketicilerin olduğu yapı bütünüdür.

• Enerji ve madde kayıplarını gösteren şekle enerji piramidi denir.
• Üreticilerden son tüketicilere gidildikçe üreme hızı, canlı sayısı azalırken, gelişmişlik ve organizasyon yeteneği artmaktadır. Üreticilerden 3. derece tüketicilere doğru gidildikçe canlı büyüklüğü genellikle artmaktadır.

• Besin piramidinde bir üst trofik düzeye çıkıldığında biyokütle (Biyomas) ve aktarılan enerji miktarı azalmaktadır.
• Bir üst trofik düzeye çıkıldıkça biyolojik birikim artar (2019 TYT).
• Ayrıştırıcı organizmalar, organik bileşikleri inorganik hale dönüştürdüklerinden dolayı, bu canlılar enerji akışının kesilmesine sebep olurlar.
• Besin piramidinde bir üstteki trofik düzeye geçişte %90’lık enerji kaybı (%10 enerji aktarımı) geçekleşir.

Trofik düzey (Beslenme basamakları)

1.trofik düzey: Üreticiler

2.trofik düzey: 1. derece tüketiciler

3.trofik düzey: 2. derece tüketiciler

4.trofik düzey: 3. derece tüketiciler

Besin zinciri

• Organik besinlerin yapısındaki enerjinin beslenme yolu ile üreticilerden son tüketicilere geçmesine besin zinciri denir.
• Besin zinciri uzadıkça aktarım sırasında meydana gelen enerji kaybı artar, verimlilik düşer.
• Çeşitliliğin daha fazla olmasından dolayı su ekosistemlerindeki besin zinciri kara ekosistemlerinden daha uzundur.

Parazit zincir: İlk canlı üretici olmak zorunda değildir. İnsan – kene – bakteri – virüs

Saprofit zincir: Ölü organizmalardan ayrıştırıcılara doğru bir yön izler.

Besin ağı (2021, 2023, 2024 TYT)

Besin ağı, birden fazla besin zincirinin bir araya gelmesi sonucu oluşan karmaşık beslenme ilişkileridir.

Kilit taşı tür (2023 AYT), yok olduğunda veya tamamen dışa göç ettiğinde, ekosistemin tamamını olumsuz etkileyen türdür. Az sayıda bile olsa aynı etkiyi gösterir.

İstilacı tür, ekosisteme dışarıdan katılıp hızla çoğalan türdür (Çekirge). Bu tür canlılar ekosistemin dengesini bozar.

Gösterge (Belirteç – indikatör) tür, değişen ortam şartlarına en az direnç gösteren ve yok olma riski en çok olan türdür.

Biyolojik birikim, üreticilerden tüketicilere doğru artar ve son tüketicilerde en yüksek değerine ulaşır. Bundan dolayı biyolojik birikimden en büyük zararı son tüketiciler görmektedir.

Madde döngüleri

Madde döngüsü, maddelerin ekosistemdeki devirleridir.

1- Su döngüsü

Su molekülleri ısındıklarında gaz formuna dönüşüp buharlaşır ve atmosfere karışır. Bu su buharı, atmosferin soğuk tabakalarından geçerken yoğunlaşır ve yeryüzüne yağmur, kar, dolu şeklinde yağar. Canlılardan doğaya solunum, terleme ve boşaltım yolu ile su geçişi gerçekleşir.

2- Karbon döngüsü

Karbonun döngüdeki en yaygın formu CO2 ve CO’tir. Fotosentetik ve kemosentetik canlılar CO2’i kullanır. Oksijenli solunum, etil alkol fermantasyonu ile atmosfere CO2 verilir.

• Atmosferdeki CO2 oranı %0,3’tür. Bu oran, fosil yakıtların (Kömür, petrol, doğalgaz) aşırı kullanımı sonucu artmaktadır. Kireç taşının aşınması ile de CO2 oluşur.
• Atmosfer karbon oranının artması atmosferde tutulan güneş enerjisini arttırır ve bu durum sera etkisinin gerekenden daha fazla oluşmasına neden olarak dünya ortalama sıcaklığının artması sonucunu doğurur. Bu duruma küresel ısınma denir.

3- Azot döngüsü

Atmosferde en fazla olan gaz %78 oranı ile azot gazıdır (Serbest azot). Buna karşılık canlılar azotun bu formunu doğrudan kullanamazlar. Kullanılamayan azotun toprağa aktarılmasına azot fiksasyonu denir.

Kimyasal azot fiksasyonu

Serbest azot şimşek olayları sırasında açığa çıkan enerji kullanılarak oksijenle birleşir ve yağmur damlalarına karışarak toprağa aktarılır.

Biyolojik azot fiksasyonu

Baklagil köklerindeki nodüllerdeki rhizobium bakterileri ve ayrıca siyanobakteriler havadaki serbest azotu toprağa bağlar.

• Çürükçül canlıların ölü organizmaları ayrıştırmaları sonucu oluşan aminoasitleri hücresel solunumlarında kullandıklarında açığa amonyak (NH3) çıkmaktadır (Pütrifikasyon).
• Canlılar amonyağı doğrudan kullanamazlar ve amonyak farklı yöntemlerle kullanılabilir hale dönüştürülür.
• NH3 + H = NH4 (Amonyum). Bitkiler kökleri ile bu molekülü alarak azot ihtiyaçlarını karşılar.

Nitrifikasyon

Amonyak, kemosentetik canlılar (Bazı bakteri ve arkeler) tarafından nitrit ve nitrata dönüştürülür. Bu olaya nitrifikasyon denir. Kemosentetik canlılar oksijenli solunum yapmaktadır.

Denitrifikasyon

Denitrifikasyon, nitrat tuzlarının denitrifikasyon bakterileri tarafından serbest azota dönüştürülerek atmosfere verilmesidir. Denitrifikasyon bakterisi oksijensiz solunum yapar.

• Nitrifikasyon toprak verimini arttırırken, denitrifikasyon, toprak verimini azaltır.