8 Ekosistem Gelişimi. Yrd. Doç. Dr. Aslı Sade Memişoğlu

Transkript

1 8 Ekosistem Gelişimi Yrd. Doç. Dr. Aslı Sade Memişoğlu

2 Ekosistem gelişimi 1. Ekosistem gelişiminde temel ilkeler 2. Klimaks kavramı 3. Biyosferin evrimi 4. Mikro-evrim, makro-evrim, yapay seçilim ve genetik mühendisliği 5. Ekosistem gelişimi ile insan ekolojisi arasındaki bağlantılar 2

3 1 Ekosistem gelişiminde temel ilkeler Ekosistem gelişimi = ekolojik süksesyon Bir ekosistemin zamanla değişip gelişmesi Enerji paylaşımı, türlerin bolluk ve çeşitliliği değişir Sistem dışı etkenler tarafından kesilmedikçe evreler ve evrelerde ortaya çıkan komünitelerin sırası bellidir Bu nedenle sıralı değişim adı da verilir Otojenik gelişim: değişim ekosistemin iç dengeleri tarafından belirlenirse Allojenik gelişim: süreç dış etkenler tarafından başlatılıp belirlenirse (yangın, fırtına gibi) 3

4 1 Ekosistem gelişiminde temel ilkeler Gelişim süreci boyunca o alanda birbiri arkasından farklı komüniteler gelip geçer. Seral dizi: Sürecin başından sonuna kadar farklı komünitelerin belirli bir sıraya göre yer aldığı her bir komünite dizilimi. Seral evre: Belirli seral dizi içinde geçici olarak yer kaplayan her bir komünite 4

5 1 Ekosistem gelişiminde temel ilkeler Öncü evre: Seral dizi içindeki ilk evre Öncü türler: bu evrede yer alan türler Öncü türler genellikle hızlı çoğalıp gelişen, küçük boyutlu, kısa ömürlü türlerdir. Klimaks (tepe noktası): Sürecin sonunda ekosistem gelişip olgun hale gelir; kararlı ve dengeli bir düzeye ulaşır. Bozucu bir etken olmazsa bu evreye gelen ekosistemler klimaks konumunu aynı düzeyde devam ettirir 5

6 1 Ekosistem gelişiminde temel ilkeler ÖR: Eski yapısından farklı, yeni bir alan lav akıntılarının biriktiği bir alan, terk edilmiş tarım arazisi, yeni yapılmış yapay gölet. Bir süre sonra buraya bazı canlılar yerleşir. İlk etapta komünitenin brüt üretimi (P), komünite solunumundan (R) farklıdır az ya da fazla olabilir Fakat olgunluk evresinde P=R Eğer gelişim P<R başlarsa = heterotrofik gelişim Eğer P>R başlarsa = ototrofik gelişim chap. 8 ecosystem development 6

7 1 Ekosistem gelişiminde temel ilkeler Birincil gelişim: Önceden başka komüniteler tarafından işgal edilmemiş alanlarda başlarsa İkincil gelişim: Önceden başka bir komünite tarafından işgal edilmiş bir alanın bozucu bir değişikliğe uğramasından sonra başlarsa 7

8 chap. 8 ecosystem development 8

9 ekolojik gelişim hakkında özet bilgiler Ekosistem özelliği Ekosistem gelişimi sırasında eğilim Erken evre klimaks Gençlik olgunluk Büyüme evresi salınımlı denge evresi Enerji akışı (komünite metabolizması) Brüt üretim (P) Net komünite üretimi (hasat) Komünite solunumu (R) P/R oranı P/B oranı (B: biyokütle) Besin zincirleri Komünite yapısı Tür kompozisyonu Bireylerin büyüklüğü Tür çeşitliliği Toplam biyokütle (B) Ölmüş halde organik madde Birincil gelişimin erken evrelerinde artar, ikincil gelişim boyunca çok az veya hiç artmaz Azalır Artar 1 e doğru yöneliş Azalır Doğrusal zincirden karmaşık ağlara Başlangıçta hızlı, sonra yavaş değişir Artar Başlangıçta artar, ileri evrelerde birey büyüklükleri arttıkça değişmez veya azalır Artar Artar 9

10 Biyo-jeokimyasal döngüler Mineral döngüleri Devir süresi ve zorunlu elementlerin depolanması Ekosistem içinde döngüler Besin elementi korunması Doğal seçilim ve düzenlenme Büyüme formu Hayat döngüleri Simbiyotik etkileşim Entropi Enerji ve besin elementlerinin toplam etkin kullanımı Esneklik (tekrar düzelme yeteneği) Direnç Daha kapalı hale gelir Artar Artar Artar hızlı büyümeden geri bildirim kontrolüne Özelleşme, uzunluk ve karmaşıklıkta artış Mutualizmde artış Azalır Artar Azalır Artar Ekosistemde dış etkenlere (allojenik) bağlı bozucu darbeler olduğu zaman listelenen bilgiler ters yönde işleyebilir veya daha az veya daha çok değişebilir. chap. 8 ecosystem development 10

11 Gelişimin erken evresindeki genç bir ekosistem (terkedilmiş tarım alanı) Gelişimin son evresindeki olgun bir ekosistem (kayın-akçaağaç ormanı) 11

12 1.1 Ekosistem gelişiminde Karasal bir ekosistemde ototrofik bir gelişimin erken evrelerinde birincil üretim hızı toplam (brüt) fotosentez (P) komünite solunum hızından (R) (sistemin varlığını sürdürmesi için gereken enerji) daha yüksektir. P/R>1 biyoenerji ilişkileri Özel bir yapı gösteren organik ekosistemlerde (ÖR: su arıtma tesisleri) ise P/R<1 görülür Öncü türler heterotroflardır = heterotrofik gelişim Kuramsal olarak her iki ekosistem de P/R=1 e doğru yaklaşır P/R değeri ekosistemin olgunluğunun ifadesidir. 12

13 Genç (gelişen) ekosistemler Enerji akışı Olgun (klimaks) evredeki ekosistemler Enerji akışı Büyüme (Üretim) Bakım ve yaşamın sürdürülmesi için temel etkinlikler (solunum) Büyüme (Üretim) Bakım ve yaşamın sürdürülmesi için temel etkinlikler (solunum) İleri evrelerde organik yapı arttıkça, bu yapıyı devam ettirmek ve karışıklığı önlemek için daha fazla enerjiye (solunuma) gereksinim vardır Üretim yapmak için geriye az enerji kalır *İnsan toplumu gelişimi ile paralellik gösterir 13

14 Orman ekosistemi mikrokozm ekosistemi yıllar Günler PG: brüt üretim, PN: net üretim, R: solunum, B: biyokütle Mikrokozm: deneysel laboratuvar mikro-ekosistemi Her ikisinde de klimaks evrede heterotrof ve ototrof metabolizmalar dengelenir Daha az günlük/yıllık üretim ve solunumla daha çok biyokütle desteklenebilmektedir. Tabi mikrokozmlar daha basit bir yapıya ve kısa bir geçmişe sahiptir tür sayısı ve kimyasal çeşitlilik az Miikrokozmlar kapalı sistemler olduklarından olgunluk evresinde bir düşüş görülebilir 14

15 1.2 Gelişimde allojenik ve otojenik etkilerin karşılaştırılması Allojenik etkiler: Jeolojik olaylar, fırtına, insan kaynaklı bozulmalar otojenik gelişimde görülen olayları değiştirebilir. Genel olarak otojenik gelişimi durdurur veya geri döndürür Eğer sürekli allojenik etki daha baskınsa ekosistem hiçbir zaman olgun evreye erişemez. ÖR: bir göle akış havzasından sürekli besin elementleri ve toprak girerse her seferinde başa dönen gelişim sürecinde organik madde ve çökelti birikimi artar önce bir bataklığa sonra da karasal komüniteye dönüşür ve en sonunda ortadan kalkar 15

16 1.2 Gelişimde allojenik ve otojenik etkilerin karşılaştırılması Bu tip bir etki, erozyon ve besin akışı azaltılırsa geri çevrilebilir Otojenik etlkenler, sistemin kendi içinde yer alır, sistemin bir geri bildirim mekanizması şeklinde davranır ve sistemi klimaksa götürmeye çalışır Allojenik etkenler ise periyodik olarak dışardan gelir, stres ya da bozucu darbe şeklinde davranır ve ekosistem gelişiminin ilerlemekte olduğu yörüngeyi geri çevirir veya durdurur 16

17 Bazı ekosistemlerde allojenik etkenler periyodik olabilir Göknar ormanında dalga görünümlü gelişim Toprak sığ olduğundan ağaçlar belirli boya ulaşınca rüzgar onları söker. Böylece herşey yeniden başlar. Bir tepe üzerinde dalga dalga farklı evrelerde olan ekosistemler oluşur Bunlara bozucu etkene bağımlı ekosistemler denir Bu durum olumlu habitat özellikleri sunar. Orman işletmeciliğinde de geniş alanda traşlama kesimleri yerine şerit veya yamalar halinde traşlama kesimi daha uygundur Doğal gençleştirme teşvik edilmiş olur Toprak ve faunanın zarar görmesi önlenmiş olur 17

18 1.3 Besin döngüsü Ekosistem geliştikçe: Madde birikimi artar Dolayısıyla sisteme gereken girdi ihtiyacı azalır Azot, fosfor, kalsiyum gibi önemli elementlerin döngüleri hızlanır Azot bağlaması artar Mutualistik ilişkiler artar 18

19 1.4 Türlerin nöbet değişimi Ekosistem gelişiminin en temel özelliklerinden biri, bir türün yerini zamanla başka bir türün almasıdır. Değişik ekosistemlerde farklı gelişimsel diziler gözlenir. 19

20 Yıl Kırsal alanda ikincil gelişim: Komünite tipi Otlak-çayırlık Çalılar Çam ormanı Geniş yapraklı orman Çekirge serçesi Tarla kuşu Tarla serçesi Güney ABD de terk edilmiş tarım arazisinde genel ekosistem gelişimi Yaygın tür sayısı Yoğunluk chap. 8 ecosystem development 20

21 Otlak alan terk edilmiş yük vagonu yolu yıllık yabani ot evresi (2-5yıl) Kısa ömürlü çayır otları evresi (5-10yıl) İlk aşama, çok yıllık çayır otları evresi (10-20yıl) Son aşama, çok yıllık çayır otları evresi (20-40yıl) 21

22 Sucul alanlar: Karmaşıktır çünkü akış havzalarından sürekli madde akışı vardır ÖR: yeni bir gölet İlk evreler bol üretim, çöken organik madde sebebiyle artan ayrıştırma (diplerde az oksijen) Artan balık popülasyonu Ara evre besin miktarı azalacak ve dengelenecek, balık azalacak Son evre dengeye ulaşacak Ama insanlar bundan hoşlanmayacak 22

23 Heterotrofik gelişim: ÖR: kuru ot ıslatma deneyi Bahçeden toplanan kuru otları kaynatıp bir beherde bekletin Önce bakteriler gelişir Eğer göl suyu eklenirse protozoalar gelir Birbirini izleyen evrelerde bir çeşit protozoa gelişim evreleri görülür Eğer besin eklenmezse sonunda hepsi ölür Çürüyen kütükler, hayvan ölüleri, dışkı ve atık su arıtmasındaki evreler benzerdir. chap. 8 ecosystem development 23

24 1.5 Gelişim ve doğal seçilim Tüm sistem aslında doğal seçilim ile işler İlk evrelerde üreme potansiyeli yüksek olan ve hızla çoğalabilen türler avantajlıdır Sonra nüfus ve çeşitlilik artar, daha düşük üreme potansiyeline sahip olsa da rekabet edebilen türler avantajlı olur Son evrelerde biyokütlesi fazla olan türler avantajlıdır çünkü var olan organik maddeyi depolayabilirler. 24

25 2 Klimaks kavramı P=R, klimaks komünite Kendi kendini devam ettirebilecek bir aşamaya gelmiştir. Belirli bölge için iki tip klimaks komünite belirlenebilir Climax bölgesel (iklimsel) klimaks: bölgenin genel iklimi yerel (edafik) klimaks: bölgenin toprak yapısı, topoğrafik ve mikro-iklim özellikleri tarafından belirlenir Bozucu etkenler de buna yol açabilir 25

26 Bölgesel klimaksa örnek: Kanada da bir bölgede komünitelerin yerel koşullara bağlı olarak arazide dağılımı Güneye bakan yamaçlar (ılık-kuru toprak) Kuzeye bakan yamaçlar (serin-nemli toprak) 26

27 Mikro-iklim (habitat) koşulları Normal mikro-iklim Nemli toprak Klimaks komünite Akçaağaç-kayın Normal mikro-iklim ıslak toprak Meşe-dişbudak Normal mikro-iklim kuru toprak Meşe- Amerikan cevizi Ilık mikro-iklim Nemli toprak Lale ağacı-ceviz Ilık mikro-iklim Islak toprak Ilık mikro-iklim Kuru toprak Çınar-lale ağacı Meşe-kestane Soğuk mikro-iklim Nemli toprak Karaağç-dişbudak Soğuk mikro-iklim Islak toprak Ak ladin-balzam göknarı Soğuk mikro-iklim Kuru toprak Porsuk - huş chap. 8 ecosystem development 27

28 Islak Nemli Kuru Yerel klimaks Bölgesel klimaks Yerel klimaks Teorik beklentiye göre toprak nemi bakımından uç habitatlarda bulunan yerel klimaks komüniteleri, orta derecede nem koşullarına sahip iklimsel klimaks komünitelerine doğru değişecektir Fakat böyle bir veri yoktur çünkü bu çok uzun süren bir süreçtir ve muhtemelen allojenik etkiler tarafından bozulacaktır. chap. 8 ecosystem development 28

29 Klimaksa erişmemiş bir komünite, insan veya evcil hayvanlar tarafından sürekli aynı gelişim aşamasında tutulur = bozuk klimaks Hiç değişmeden yıllarca aynı evrede kalmış bir tarımsal alan bozuk klimaks evresinde «kilitli kalmış» kabul edilebilir. Yine de bir denge halindedir ÖR: Hollada daki tarım arazileri veya Uzakdoğu pirinç tarlaları 29

30 Maalesef günümüz endüstriyel tarım alanları bu çeşit bir dengeye ulaşamaz Çünkü erozyona, tuz birikimine, besin maddelerinin yıkanmasına hastalıklara duyarlıdır verimin sürdürülmesi için daha çok enerji ve kimyasal gerekir chap. 8 ecosystem development 30

31 3 Biyosferin evrimi Evrim Popülasyon evrimi (genler ve türler) birlikte evrim grup seçilimi tektonik hareketler 31

32 Baskın organizmalar Tek hücreli sucul anaeroblar İleri yapılı bitki ve hayvanların evrimi Fosil yakıtların oluşumu İnsan nüfus patlaması Fotosentetik bakterilerin evrimi ve gelişmesi İleri yapılı bitki ve hayvanların hızlı evrimi ve gelişimi Atmosferdeki oksijen konsantrasyonu CO2 zengini atmosfer Oksijenli atmosfer Büyük yok oluşlar Jeolojik devirler Milyon yıl önce Fig Biyosferin evrimi ve atmosfere etkisi 32

33 Dünyanın biyolojik saati Milyar yıl önce Memeliler Fotosentezin nasıl ortaya çıktığı bilinmiyor Kabuklu omurgasızlar Damarlı bitkiler İnsanlar Dünyanın oluşumu Muhtemelen besin yetersizliği sebebiyle oluşan seçilim baskısı Alg alemleri Yaşam Makroskopik ökaryotlar Fototrof bakteriler Siyanobakteriler ve diğer fototroflar 33

34 O 2 -CO 2 dengesi milyarlarca yıl içerisinde oluşmuştur - homeorhezi Bu tarih iyi öğretilmezse insanın neden olduğu değişimler iyi anlaşılamaz veya geri dönüşünün ne kadar zor olacağı fark edilemez 34

35 4 Ekosistem gelişimi ile insan ekolojisi arasındaki bağıntılar Ekosistem gelişimi ile ilgili ilkeler insan ve doğa arasındaki ilişkilerde de görülür. İkisinde de gençlikten olgun evreye doğru gelişim vardır İnsan gençlik evresini olabildiğince uzun tutmaya çalışır Üretimi en yüksek seviyede tutmak için Doğada ise enerji harcamasını minimuma indirip, daha gelişmiş ve karmaşık yapı oluşturma eğilimi vardır. Bu sebeple de bir çatışma vardır 35

36 4 Ekosistem gelişimi ile insan ekolojisi arasındaki bağıntılar Günümüz endüstriyel tarım/ormancılık anlayışı ekosistemleri gelişim evresinde tutarak en yüksek verimi almak ister. Doğal kaynakların yönetilmesi konusunda ekologlar ile politikacılar arasındaki görüş ayrılığı buradan kaynaklanmaktadır. Oysa insan sadece üretimden elde ettikleriyle yaşayamaz Dengeli bir atmosfere, deniz ve bitki örtüsünün tamponlama hizmetlerine, üretimde kullanım için temiz sulara gereksinimi vardır 36

37 Zorunlu olan temel kaynakların çoğu olgun evredeki ekosistemler tarafından karşılanır!!! Aynı sistem içinde yer alan fakat çatışan iki amaç en etkin biçimde gerçekleşemez. 2 çözüm: 1. İnsan üretim miktarı ile aynı çevreden alacağı yaşam kalitesi arasında bir uzlaşma sağlayabilir 2. Ekosistemleri bölümlere ayırır 1. Üretim 2. Koruma alanları 37

38 Koruyucu yaşam-destek çevresi (olgun sistemler) Ekosistem gelişimi teorisine göre bölünme Verimli yaşamdestek çevresi (üretime yönelik sistemler) Atık çözümleyen çevre (yok edici, temizleyici sistemler) Kentsel-endüstriyel çevre (teknoekosistemler) chap. 8 ecosystem development 38