1-EKOLOJİNİN KAPSAMI Yrd. Doç. Dr. Aslı Sade Memişoğlu Cahit Arf oda no: 408 kisi.deu.edu.tr/asli.memisoglu asli.memisoglu@deu.edu.tr
Ekoloji nedir? Çevre sorunları ekolojinin büyük bir parçasını oluştursa da ve çoğu ekolog doğal çevreyi korumak için uğraşsa da, ekoloji aslında tamamen farklı bir bir bilim dalıdır.
Ekoloji nedir? Bilimsel doğal tarih (Elton 1927) Doğanın yapı ve işlevini inceleyen bilim (Odum 1971) Organizmaların dağılımı ve miktarını belirleyen ilişkilerin bilimsel dalı (Krebs 1978)
Ekoloji nedir? Organizmalar ve çevreleri ile olan ilişkileri inceleyen bilim dalıdır.
Ekoloji nedir? Yunanca kökenli OIKOS = Ev ile ilgili LOGOS = araştırma Ernst Haeckel ekoloji kelimesini ilk defa 1869 da ortaya atmıştır İçinde yaşadığımız ev/çevre nin araştırması
Ekolojinin tarihçesi Modern ekoloji tarihi 20. yy başlarında başlar, Fakat tüm hayvanlar (ve belki bitkiler de) hayatta kalmak için, onları etkileyen ekolojik ilişkiler hakkında bilgi sahibi olmalıdır, Doğanın güçlerini ve çevrelerindeki bitki ve hayvanları bilmelidir, İlk insanların avlanmadaki başarısı bizlere hayvanlar hakkında ne kadar çok bilgi sahibi olduklarını gösterir,
İlk ekolog Ekolojinin tarihçesi
Ekolojinin tarihçesi Eski Yunan ve Mısır kültürleri gözlemler yapmaya ve kayıt tutmaya başlamışlardır, Aristo, Hipokrat ve antik Yunan filozoflarının çalışmalarında ekoloji konularına rastlanır. Fakat Yunanlılarda «ekoloji» kelimesi yoktu
Alexander von Humboldt (Almanya, 1769-1859) Ekolojiyle ilgilenen ilk araştırmacılar kaşiflerdi Avrupa, Amerika ve Rusya ya seyahatler yaptı Bütüncül bir doğa görüşü vardı
Ekolojinin tarihçesi 18 ve 19. yy larda bir biyolojik Rönesans boyunca pekçok akademisyen konuya katkıda bulundu Thomas Malthus (1798), Popülasyonlar Üzerine Deneme, Haeckel 1866 da «ekoloji» terimini ortaya attı Yıllar boyunca ekoloji terimi gözardı edildi ve bunun yerine «doğanın ekonomisi» tercih edildi
Ekolojinin tarihçesi 20. yüzyılın ilk yarısında «otoekoloji» gelişir: bir organizmanın çevre fizyolojisi Aynı zamanda zoologların bu yeni bilime ilk bakışları 60 lara kadar «bitki ekolojisi» ve «hayvan ekolojisi» ayrı alanlar olarak değerlendirildi
Ekolojinin tarihçesi Dünya çapında bir çevre farkındalığı hareketi 1968-70 yılları arasında oldu. Astronotların uzaydan dünyanın fotoğrafını çekmeleri insanlık tarihinde önemli bir farkındalık yarattı Dünyanın uzayda ne kadar yalnız ve kırılgan olduğu düşüncesi ortaya çıktı 1970 te bir anda herkes kirlilik, doğal alanlar, popülasyon büyümesi, yiyecek ve enerji tüketimi gibi konularda endişelenmeye başladı. 1980 ve 90 larda çevre sorunları politikaya da dahil oldu
Ekolojinin tarihçesi Medeniyetin başlangıcı ateşin ve çevreyi değiştirebilecek aletlerin kullanılmaya başlanmasına denk gelir. Teknolojik gelişmeler sebebiyle insanlar doğaya daha az bağımlı gibi görünmektedir çoğumuz hava, su, yiyecek ve tabi geri dönüşüm, gibi hizmetler için doğaya tamamen bağımlı olduğumuzu unuturuz. ekonomik sistemler de bireyin yararına olan insan yapımlarına önem verir fakat doğanın sağladığı ve bize toplum olarak fayda sağlayan hizmetleri çoğunlukla göz ardı eder. Bir kriz olana kadar doğanın tüm hizmetlerini sınırsız ve teknoloji ile değiştirilebilir olduğu düşünülür.
Ekoloji çalışmalarında yöntemler Ekoloji: Organizmalar ve çevre arasındaki ilişkileri inceleyen bilim Teorik Matematiksel modeller (test edilmesi gerekir) Laboratuvar Çok iyi kontrol edilebilir fakat gerçeklikten uzak Arazi Gerçek hayat, fakat kontrol edilemez
1.2 Organizasyon düzeyleri Ekolojinin sınırlarını anlamanın en iyi yolu organizasyon düzeylerine ayırmaktır. Herhangi bir düzeyde veya analiz için uygun olan düzeylerde çalışılabilir Ör: parazit-konak sistemleri Mantar-alg partnerliği = likenler (2 tür sistemi) Popülasyon ve komünite ara düzeyinde sistemlerdir BİYOTİK BİLEŞENLER + ABİYOTİK BİLEŞENLER = BİYOSİSTEMLER Genler Hücreler Organlar Organizmalar Popülasyonlar Komüniteler Madde Enerji Genetik Hücre Organ Organizma Popülasyon Ekosistemler Sistemler sistemleri sistemleri sistemleri sistemleri Ekolojik spektrum
Enerji Evrim Gelişim Düzenlenme Ekosfer Davranış Çeşitlilik Bütünleşme Biyom Peyzaj Ekosistem Ekolojinin temel alanları Komünite Popülasyon Organizma Organ Doku Hücre Ekolojik hiyerarşi
1.2.1 Popülasyon Belirli bir bölgede yaşayan bir türün bireyleri Birey sayısı ve yoğunluğu ile tanımlanır. Diğer özellikleri: yaş dağılımı, büyüme hızı ve coğrafi dağılımdır. Avustralyadaki kanguru popülasyonu
1.2.2.Komünite Belirli bir bölgede yaşayan ve birbiriyle etkileşim içinde olan türler Komünite yapısı: tür sayısı, türlerin göreceli çokluğu, tür çeşitliliği gibi nitelikleri içerir Bu nitelikler çekişme, avlanma ve seçilim ile belirlenir. Komünite içinde türlerin birbirleriyle etkileşimleri önemlidir. Bu etkileşimler komünite ağlarında incelenir
Ör: Arktik Besin ağı
1.2.3.Ekosistem Komünite ve cansız çevre birlikte ekosistemi oluşturur. Yine etkileşim devam etmektedir Ör: su ekosistemi, kara ekosistemi, orman ekosistemi
1.2.4.Peyzaj Aslında resim alanında gözün bir bakışta görebildiği manzara anlamında kullanılır Yağmur Yüzeyden akış birbiriyle etkileşim halinde bulunan ekosistemler kümesinden oluşan ve bu özelliğini geniş alanlarda tekrarlayan, heterojen yapılı arazi Yeraltı suyu Nehir Akarsu havzası bir peyzaja örnektir Süzülme
1.2.5.Biyom Temel bir bitki örtüsü veya bir başka peyzaj özelliğiyle tanımlanan büyük bir bölgesel veya kıtasal sistemdir Ör: Ilıman bölge yaprak döken orman biyomu
1.2.6.Ekosfer Dünyadaki tüm canlıları ve bir bütün olarak etkileşimde oldukları tüm fiziksel çevreyi içine alır. Kendi kendine yetebilen tek ekolojik düzey budur.
2. Organizasyon düzeyleri Organizasyon düzeyleri arasında kesin sınırlar yoktur. Hepsi birbirine bağımlıdır Bir organ, organizma olmadan var olamaz Bir popülasyon, komünite olmadan komünite, ekosistemin sağladığı madde ve enerji akışı olmadan var olamaz
2. Organizasyon düzeyleri Ekolojik organizasyon düzeyleri iç içe sistemlerdir: Bir düzey, kendi alt düzeylerinden oluşur İnsan yapımı organizasyon düzeyleri iç içe değidir: Müdürler, bir grup müdür yardımcısından oluşmaz Ve birbirleriyle kesin sınırları vardır
2.1. Yeni özelliklerin doğması ilkesi Hiyerarşik organizasyonun önemli bir özelliği: Alt düzeyler, daha büyük üst düzeyleri oluşturmak üzere birleştiğinde daha önce var olmayan yeni özellikler ortaya çıkar. Bu özellikler, alt düzeyler tek tek incelendiğinde tahmin edilemez Bütünün parçaları toplandığında o bütüne eşit olmaz
2.1.Bütünsel X indirgemeci Bu hiyerarşik düzen karmaşık sistemlerin araştırılmasını kolaylaştırır Sadece bir sınıflandırma yöntemi değildir. Karmaşık durumları anlayabilmek için bütünsel (holistik) yaklaşımdır. İndirgemeci (redüksyonist) yaklaşıma bir alternatif oluşturur.
İndirgemeci: sistemler ancak küçük parçaları incelenerek anlaşılabilir = 2 + 4 + 1 + 3 + 2 Bütünsel: sistemler ancak bir bütün olarak anlaşılabilir > 2 + 4 + 1 + 3 + 2
Basit bir örnek: Hidrojen + oksijen = su Fakat tek başına H veya O incelendiğinde H 2 O özellikleri tahmin edilemez Sölenter hayvanlar + algler = mercanlar Çok kısıtlı besin ortamında verimli bir besin akışı sağlayan bir sistem oluşturur
Her üst düzeyde yeni özellikler ortaya çıkması sistemin yukarıya doğru çıktıkça karmaşıklaştığını gösterir. Fakat bazı özellikler üst seviyelere çıktıkça daha az değişkenlik gösterir: Ör: Fotosentez: bir ormanın fotosentez miktarı çok değişken değildir fakat tek tek yapraklar değişkendir Karmaşık sistemlerde geri besleme mekanizmaları işler Bir yaprağın fotosentez miktarı azalırsa bir diğerininki artar Bu aslında vücutta görülen homeostazi ile aynı olgudur. Sistemler karmaşıklaştıkça homeostazi artar
Bazı ekologlar parçaların özellikleri tek tek bilinmeden bütünün çalışılamayacağını savunur. Fakat diğerleri der ki: üst seviyelerde ortaya çıkan yeni özellikler ve artan homeostazi sebebiyle, bir seviyenin alt bileşenlerinin hepsini anlamaya gerek yoktur. Ayrıca bir seviye kendi alt seviye özelliklerinin toplamını da içerir.
2.1.Bütünsel X indirgemeci Tarih boyunca bilimde bu iki yaklaşım birbirine alternatif olarak kullanılmıştır. Özellikle hücre ve moleküler düzeylerde indirgemeci yaklaşım çok işe yarar. Fakat bir bütün olarak daha üst düzeylerin (popülasyon, ekosistem vb) sorunları çözülmeden alt düzeylerdeki gelişmeler büyük faydalar sağlamayacaktır.
Yeni anlayış: bu iki yaklaşımın bir arada kullanılmasıdır Ekoloji parçalama ile değil sentezle ilgilenir Çoğunlukla problemlere ekosistem düzeyinde yaklaşır fakat aynı zamanda organizma, popülasyon, komünite alt düzeylerini Ve peyzaj, biyom, ekosfer üst düzeylerini unutmaz
2.2. Taşınan işlevler Ekolojik hiyerarşideki her düzeyin yeni özellikleri yanında Her düzeyde mutlaka bulunan taşınan işlevler bulunur. 7 adet: davranış, gelişim, çeşitlilik, enerjetik, evrim, uyuşma, düzenlenme.
Enerji Evrim Gelişim Düzenlenme Ekosfer Davranış Çeşitlilik Bütünleşme Biyom Peyzaj Ekosistem Komünite Popülasyon Organizma Organ Her düzeyde de bunların ortak özellikleri olan ve dikey yapı içinde gösterilen 7 adet taşınan işlevler ya da süreçler bulunmaktadır. Ekolojik hiyerarşi Doku Hücre
2.2 Taşınan işlevler Bunların bazıları (ör: enerji) her seviyede aynı şekilde işler Diğerleri ise işleyiş açısından her seviyede farklılık gösterir: Ör: Evrim organizma düzeyinde mutasyonlar ve doğrudan genetik etkileşimleri içerir Daha yüksek düzeylerde dolaylı birlikteevrim ve grup seçilimi gibi olayları içerir
2.3.Kontrol sistemleri Organizma ile onun alt düzeydeki sistemlerde, güçlü bir ayar noktası (eşik değer) kontrolü bulunur. Büyüme ve gelişme gibi mekanizmalar hormonal ve genetik olarak kontrol edilir. Bir eşik değer vardır ve sistem bundan saparsa pozitif ve negatif geri bildirimle tekrar bu eşik değere döndürülür. HOMEOSTAZİ
2.3.Kontrol sistemleri Organizma üstü düzeylerde bir eşik değer yoktur = ekosistemin bir termostatı yoktur. örgütlenmeyi ve işlevleri kontrol eden mekanizmalar daha gevşek çalışır; Dolayısıyla sabit durumlardan çok salınım durumu görülür. Bu düzeylerde homeostazi yerine HOMEORHEZİ görülür.
2.3.Kontrol sistemleri HOMEORHEZİ: akışı sürdürmek Ekosistem ve ekosfer düzeylerinde sabit denge durumu yoktur Bunun yerine salınım dengeleri vardır Ör: oksijen-karbondioksit Avcı-av popülasyonu
Ekosfer Biyom Peyzaj Ekosistem Komünite Popülasyon ORGANİZMA Organ sistemleri Organ Doku Eşik değer kontrolü yok Geribildirim (+ ve -) salınım durumlarını sınırlar içinde tutar Eşik değer kontrolü var Geribildirim (+ ve -) Sistemi sabit durumda tutar Bu ayrımın farkına varılmaması «doğanın dengesi» gibi aslında yanlış olan bir söylemi beraberinde getirmiştir Hücre Molekül Atom
3. Ekolojik arayüzler Ekoloji çok kapsamlı bir bilim dalı olması sebebiyle daha sınırlı konularla ilgilenen bilim dallarıyla alanları çakışır. Son yıllarda pekçok arayüz alanları ortaya çıkmıştır: Ekoloji ekonomisi, agroekoloji, biyoçeşitlilik, ekoloji mühendisliği, çevre etiği
Yeni ortaya çıkan bir alanın, bilim dalına dönüşmesi için yeni bir kavram veya teknoloji ortaya koyması gerekir Bunlardan ekoloji ekonomisi, bu iki bilim dalı arasındaki boşluğu doldurmaya başlamıştır.
Doğal sermaye: insan topluluklarına doğal ekosistemler tarafından sağlanan hizmet ve yararlar Doğal yollarla su ve havanın temizlenmesi Atıkların ayrıştırılması, biyoçeşitliliğin sürdürülmesi, tarım ürünlerinin tozlaşması vb gibi Enerji birimi olarak ölçülür Ekonomik sermaye: insanlar tarafından üretilen hizmetler Para birimi olarak ölçülür 1997 de dünyanın ekosistem hizmetleri para birimi olarak ifade edilmiştir = yılda 33 trilyon dolar!!!
4. Modeller Ekoloji ekosistem düzeyinde araştırılır Bu karmaşık sistemle nasıl başa çıkılır? Model: bir gerçek hayat olgusunun basitleştirilmiş bir formülüdür Bu sayede gerçek hayata dair tahminler yapılır
Modeller grafik olabilir = informal Fakat tahminlerin güvenilir olabilmesi için modellerin matematiksel ve istatistiğe dayalı olması gerekir = formal Ör: bir böcek popülasyonunun sayıca değişimini taklit eden ve belirli bir zamanda sayıyı tahmin eden bir model Biyolojik açıdan kullanışlıdır Eğer böcek bir tarım zararlısıysa, model ekonomik açıdan da kullanışlı olur.
Bilgisayar simülasyonlu modeller: Modelin parametreleri değiştirilebilir Yeni parametre eklendiği veya çıkarıldığında sonuçları tahmin eder Dolayısıyla bir matematik modelinin gerçek hayata uygunluğu bilgisayar simülasyonlarıyla uyarlanabilir Sadece o sisteme ait birkaç önemli işlevin veya yeni oluşan özelliğin modele dahil edilmesi yeterlidir
4.1. Model oluşturmak Enerji kaynağı (itici işlev) Geri bildirim döngüsü Değişkenler (P) Etkileşim (yeni oluşan özellik) Akış yolakları
Bir enerji kaynağının (E) sağladığı itici güç ile etkileşime giren iki özellik (P1 ve P2) yeni bir özelliğin (P3) ortaya çıkmasına sebep olur. F: akış yolları, enerji akışı, madde aktarımı F1: sistemin girdisi, F6: sistemin çıktısı I: etkileşim fonksiyonları L: geri bildirim döngüleri
Ör: Çayır modeli Güneş Bitkiler Geri bildirim %, mevsim, eşik değeri Hepçiller Otçullar
4.2 Geri bildirim Sistemin çıktısının tamamı veya bir bölümü önceki unsurları etkilemek veya kontrol etmek üzere geri dönüştürülür. Doğal sistemler genellikle dairesel döngülerle kontrol edilir Geri bildirim döngüsü
Pozitif-negatif geri bildirim döngüleri Atmosfer Co2 konsantrasyonu İklimsel ısınma Karbon salınımı Fotosentez Toprak solunumunun uyum sağlaması Bitki büyümesi Besin miktarı Solunum
4.3 Model dili Enerji akışı Tüketici (Üreticinin enerjisini kullanır) Enerji kaynağı Depolama (Enerji depolama bölmesi) Isı çukuru (iş için enerji kullanımından sonra açığa çıkan ısı) Etkileşim (2 veya daha fazla enerji akışı ile oluşan daha yüksek kalite enerji) Üretici (Güneş enerjisini dönüştürür Sermaye aktarımı (Enerji akışı için para akışı)
Ör: Ekosistem modeli Yağ mur Kaçak Toprak Su Besin Güneş Bitkiler Hayva nlar Solunum Ölü bitki Mikroorg anizmal ar Metrekarede günde 10000 joul enerji Isı çukuru (kullanılmış enerji)
İyi bir model oluşturmak için: 1.Sistemin sınırları belirlenmeli 2.Sistemin bileşenleri belirlenmeli 3.Zaman dilimi belirlenmeli Ekosistem, ekolojik durum veya problem belirlendikten ve sınırlar oluşturulduktan sonra test edilebilir hipotezler oluşturulur