Ecologică sau ecologia științifică este o știință care studiază interacțiunile organismelor vii între ele și lor de mediu . Toate viețuitoarele, mediul lor de viață și relațiile pe care le întrețin formează un ecosistem . Ecologia este o parte integrantă a disciplinei mai ample a științei mediului (sau a științei mediului).
Termenul de ecologie este construit pe grecescul οἶκος / oîkos („casă, habitat”) și λόγος / lógos („vorbire”): este știința habitatului. A fost inventat în 1866 de Ernst Haeckel , biolog darwinist german . În lucrarea sa Morfologia generală a organismelor , el a desemnat prin acest termen „știința relațiilor organismelor cu lumea înconjurătoare, adică, în sens larg, știința condițiilor existenței” .
O definiție general acceptată, utilizată în special în ecologia umană , admite ecologia ca fiind „relația triunghiulară dintre indivizii unei specii , activitatea organizată a acestei specii și mediul acestei activități” ; mediul este „atât produsul, cât și condiția pentru această activitate și, prin urmare, pentru supraviețuirea speciei” .
Termenul de ecolog poate desemna un om de știință specializat în studiul ecologiei , un adept al ecologismului sau un susținător al ecologiei politice . Termenul de ecolog desemnează mai specific un specialist în ecologie, fie că este cercetător , biolog sau inginer , și a fost inventat în anii 1980 pentru a distinge oamenii de știință de activiști.
În domeniul științific, termenul „ecologie” desemnează știința care are ca obiect relațiile ființelor vii (animale, plante, microorganisme etc.) între ele, precum și cu habitatul lor sau cu mediul în ansamblu. Aceste interacțiuni determină distribuția și abundența organismelor vii pe Pământ. Astfel, în știință, ecologia este adesea clasificată în domeniul biologiei . Ea studiază două grupuri mari: cea a ființelor vii ( biocenoza ) și mediul fizic ( biotopul ), toate formând ecosistemul .
Acest termen ecosistem, o contracție a expresiei „sistem ecologic”, se referă la teoria sistemelor și permite plasarea ecologiei într-un context mai general. Poate fi apoi definit ca fiind știința ecosistemelor, ecosistemul fiind o unitate de înțelegere a naturii. Ecosistemele sunt studiate folosind un „ macroscop ”, pentru a folosi expresia picturală a lui Howard T. Odum .
O viziune mai îngustă definește ecologia ca fiind studiul fluxurilor de energie și materiale ( rețelele alimentare ) într-un ecosistem.
Conceptul de ecologie apare în 1859 în preambulul Despre originea speciilor de Charles Darwin , sub denumirea de „economie a naturii”. El descrie relația dintre pajiștile de trifoi, polenizate de bondari și pisicile care mănâncă șoareci de câmp, care ei înșiși alungă bondarii din vizuini. Termenul „ecologie”, ca atare, apare pentru prima dată sub stiloul lui Ernst Haeckel , este construit din greaca veche οἶκος oikos (casă, habitat) și λόγοó lógos (vorbire). În lucrarea sa Morfologia generală a organismelor , Haeckel a desemnat-o în acești termeni: „știința relațiilor organismelor cu lumea înconjurătoare, adică, în sens larg, știința condițiilor existenței ” . Această știință a fost introdusă mai târziu în Franța de geografii școlii Annales de géographie , în special Paul Vidal de La Blache . Această revizuire a fost locul unei colaborări între geografi și botanici precum Gaston Bonnier , în special pentru flora alpină . Mai precis, termenul „ecologie” pare să fi fost folosit pentru prima dată în franceză în jurul anului 1874 .
Ca știință biologică, ecologia este strâns legată de alte ramuri ale biologiei , în special genetica populației , fiziologia , etologia și științele evoluției . Dar este, de asemenea, legat de geologie , pentru studiul mediului abiotic , în special pedologia (studiul solurilor) și climatologia , precum și geografia umană și fizică .
Există diferite niveluri de organizare în biologie : biologie moleculară și celulară , organisme (la nivel individual și organism), populații , comunități, ecosisteme și biosferă. Ecologia este o știință holistică , studiază nu numai fiecare element în relațiile sale cu celelalte elemente, ci și evoluția acestor relații în funcție de modificările suferite de mediu , populațiile de animale și plante. Fiecare nivel de organizație aduce proprietăți emergente, legate de interacțiunile dintre aceste componente.
Nivelurile de organizare și subdisciplinele aferente sunt:
Organism (un vultur ) - autecologie .
Populația (o turmă de caribou) - ecologia populației .
Ecosistem ( ecosistem de recif de corali) - sinecologie .
Acestea sunt detaliate mai jos, de la cea mai precisă scară la cea mai mare.
Organismele sunt supuse unor presiuni constante care sunt factori care limitează creșterea și reproducerea lor. Acești factori sunt clasificați în două categorii în funcție de originea lor.
Factori abioticiÎn abordarea clasică, mediul fizico-chimic, care formează biotopul , exercită presiune asupra speciei, care formează biocenoza ; această influență ia forma unor factori abiotici care sunt:
Biocenoza se caracterizează prin factori ecologici biotici de două tipuri:
Toleranța față de acești factori face posibilă definirea nișei ecologice a unei specii, adică locul său în ecosistem caracterizat prin habitatul său (sau habitatele sale utilizate în diferite scopuri: afișarea, creșterea tinerilor, iernarea ...) Și locul său în rețelele alimentare . Unii cercetători Numesc aceste caracteristici trăsături ale istoriei vieții . Conform principiului excluziunii competitive , două specii nu pot împărtăși o nișă ecologică identică, datorită concurenței lor: cele mai bune specii adaptate vor ajunge să o suplinească pe cealaltă.
Relațiile intraspecifice ne fac să trecem de la un set de indivizi izolați pentru a fi interesați de o populație. În majoritatea cazurilor, indivizii din aceeași specie simt o respingere în fața congenerilor, sunt distribuiți în teritorii distincte. Cu toate acestea, pentru a se reproduce, un individ feminin și un individ masculin trebuie să se întâlnească, în cazul speciilor sexuale. În alte cazuri, indivizii trăiesc împreună, dacă nu există o legătură specială între indivizi care reacționează pur și simplu la aceiași factori de mediu, este doar o mulțime, viața socială începe atunci când există interacțiuni particulare între acești indivizi. Anumite specii de insecte sunt calificate drept eusociale atunci când există diferențe fiziologice și morfologice între indivizii aceleiași societăți; acesta este cazul cu furnicile, albinele sau termitele. La fel ca indivizii, o populație se naște, crește, răspunde la condițiile de mediu și se adaptează. Poate muri dacă toți indivizii săi mor sau dacă nu mai au indivizi de reproducere.
Biologia populației studiază structura și schimbările în populații. Au fost dezvoltate modele matematice pentru a descrie aceste variații în timp, grupate sub denumirea dinamică a populațiilor .
Ecologia comunitară este studiul interacțiunilor din cadrul colecțiilor de specii prezente în aceeași zonă geografică. Mai multe specii diferite pot împărtăși trăsături funcționale comune, populațiile lor dintr-un ecosistem formând o comunitate funcțională.
Primul principiu al ecologiei este că fiecare ființă vie este în continuă relație cu tot ceea ce constituie mediul său. Vorbim despre un ecosistem pentru a caracteriza o interacțiune durabilă între organisme și mediu.
Ecosistemul este diferențiat analitic în două seturi interacționale:
În cadrul ecosistemului, speciile sunt dependente una de cealaltă, inclusiv hrana. Schimbă energie și materie între ele și cu mediul pe care îl modifică . Necromass este unul dintre elementele.
Noțiunea de ecosistem este teoretică: este multiscalar (multiscală), adică poate fi aplicată porțiunilor de dimensiuni variabile ale biosferei, de exemplu un iaz , o pajiște sau un copac mort. O unitate mai mică se numește microecosistem. Poate fi, de exemplu, specia care a colonizat o piatră scufundată. Un mezoecosistem ar putea fi o pădure și un macroecosistem , o regiune și bazinul său hidrografic .
Ecosistemele sunt adesea clasificate în funcție de biotopii în cauză. Vom vorbi :
O altă clasificare poate fi făcută prin referire la biocenoză (de exemplu, vorbim despre un ecosistem forestier sau despre un ecosistem uman).
Relațiile dintre viețuitoareCele specii relațiile , cu alte cuvinte, cele dintre diferite specii, sunt numeroase și descrise în conformitate benefice ale acestora, în detrimentul sau neutre:
benefic | neutru | dăunătoare | |
---|---|---|---|
benefic | Mutualism sau Simbioză | Comensalismul | Prădare |
neutru | Comensalismul | Indiferenţă | Amensalism |
dăunătoare | Parazitism | Amensalism | Competiție |
Relația care a fost cel mai studiată este prădarea (a mânca sau a fi mâncat), ceea ce duce la conceptul esențial în ecologia lanțului alimentar ; de exemplu, iarba este consumată de ierbivor, ea însăși consumată de un carnivor, ea însăși consumată de un carnivor mai mare.
Relații troficeEste posibil să se clasifice schematic organismele în trei niveluri în funcție de rolul lor în lanțul alimentar :
Aceste relații formează secvențe, în care fiecare individ îl mănâncă pe cel precedent și este mâncat de cel care îl urmează. Vorbim despre lanțul trofic sau mai des despre rețeaua trofică din cauza numărului mare de specii implicate în general într-un ecosistem. Într-o rețea trofică, observăm că atunci când trecem de la un nivel trofic (legătură în rețea) la altul, numărul ființelor vii scade, de unde și imaginea piramidei folosită adesea.
Domenii ecologiceSuccesiunea ecologică este tiparul evoluției unui ecosistem, în ceea ce privește compoziția specifică, de la apariția sa într-un mediu de viață gol, printr-o așa-numită etapă de instalare „pionieră”, până la etapa culminantă în care modificările încetează sau variază într-un și moda neschimbată. Acest punct culminant variază de la un loc la altul în funcție de condițiile de mediu, posibil cu succesiuni sezoniere.
Succesiunile sunt vizibile și în spațiu, în special în zonele de tranziție între ecosisteme sau ecotone .
După o perturbare, care determină regresul ecosistemului într-o etapă anterioară, se stabilește o succesiune secundară. Acest lucru nu duce automat la același rezultat ca punctul culminant care a avut loc înainte de perturbare.
Ecologia peisajului studiază componenta non-umană a peisajului , aspectul său cultural și psihologic este lăsat în seama altor științe. Descrie modul în care ecosistemele sunt aranjate între ele, distribuția și fragmentarea lor (ca o caracteristică și nu ca un proces de degradare a mediului ). Speciile pot fi schimbate între ecosisteme peste granițe poroase care sunt ecotone, atât zone de tranziție, cât și ecosisteme în sine. Potrivit lui Robert MacArthur și Edward O. Wilson , bucățile de ecosisteme prinse într-o matrice a unui alt ecosistem funcționează ca niște insule reale , în ceea ce privește colonizarea de către specii noi. În timpul succesiunii ecologice pe care o suferă ecosistemele, peisajele evoluează, uneori considerabil.
Pământul, din punct de vedere ecologic, cuprinde mai multe sisteme: hidrosfera (sau sfera apei), litosfera (sau sfera solului) și atmosfera (sau sfera aerului).
Biosfera se încadrează în aceste sisteme terestre. Este partea vie a planetei, partea biologică care adăpostește viața care se dezvoltă. Este o dimensiune de suprafață localizată, care coboară la o adâncime de 11.000 metri și se ridică până la 15.000 metri deasupra nivelului mării. Majoritatea speciilor vii trăiesc în zonă. Zonă situată de la -100 metri la +100 metri altitudine.
Viața s-a dezvoltat mai întâi în hidrosferă, la o adâncime mică, în zona fotică . Au apărut apoi ființe multicelulare și au reușit să colonizeze și zonele bentice . Viața terestră s-a dezvoltat mai târziu, după formarea stratului de ozon, protejând ființele vii de razele ultraviolete . Speciile terestre se vor diversifica cu atât mai mult cu cât continentele se vor fragmenta sau, dimpotrivă, se vor uni.
Ciclul biogeochimic: influența viețiiBiosfera conține cantități mari de elemente precum carbon , azot și oxigen . Alte elemente, precum fosforul , calciul și potasiul , sunt, de asemenea, esențiale pentru viață . La nivelul ecosistemelor și al biosferei, există o reciclare permanentă a tuturor acestor elemente, care alternează starea minerală și starea organică în funcție de ciclurile biogeochimice .
Într-adevăr, funcționarea ecosistemelor se bazează în esență pe conversia energiei solare în energie chimică de către organismele autotrofe , grație fotosintezei (există și chemosinteză fără utilizarea energiei solare). Acest lucru are ca rezultat producerea de zaharuri și eliberarea de oxigen . Acest oxigen este utilizat de un număr mare de organisme - atât autotrofe, cât și heterotrofe - pentru a descompune zaharurile prin respirația celulară , eliberând astfel apă , dioxid de carbon și energia necesară pentru ca acestea să funcționeze. Astfel, activitatea ființelor vii se află la originea compoziției specifice a atmosferei Pământului, circulația gazelor fiind asigurată de curenți mari de aer .
Lucrurile vii participă activ la ciclul apei . Într-adevăr, plantele au nevoie de apă pentru transportul substanțelor nutritive captate de rădăcini la frunze, odată ce ajunge la frunze, apa se evaporă. Vegetația facilitează astfel transportul apei din sol către atmosferă, acesta este procesul de transpirație a plantelor . pe continente, transpirația plantelor este de departe cea mai mare contribuție la evapotranspirație (80-90%). Pădurile și în special pădurile tropicale joacă un rol important în ciclul apei.
Mai mult, compoziția solurilor este rezultatul compoziției roca de bază , a acțiunii geologice și a efectelor cumulative ale ființelor vii.
Interacțiunile existente între diferitele ființe vii sunt însoțite de un amestec permanent de substanțe minerale și organice, absorbite de ființele vii pentru creșterea, întreținerea și reproducerea lor și respinse ca deșeuri. Aceste reciclări permanente de elemente (în special carbon , oxigen , azot ), precum și apă ) se numesc cicluri biogeochimice . Ele conferă biosferei stabilitate durabilă, în afară de intervenția umană și de fenomenele geoclimatice excepționale.
Studii planetare globalePentru a înțelege mai bine funcționarea biosferei, echilibrul energetic și disfuncționalitățile legate de activitatea umană, a fost mai întâi necesar să se utilizeze modele reduse de ecosisteme, mezocosmi . Oamenii de știință americani au realizat un model al întregii planete, numit Biosfera II .
Astăzi, observațiile la scară planetară fac posibilă crearea de modele computerizate ale biosferei în ansamblu. Este astfel posibil să se observe efectele încălzirii globale asupra distribuției ecosistemelor pe continente întregi.
Prin mecanismul selecției naturale , interacțiunile pe care le întrețin ființele vii cu mediul lor fizic și cu indivizii altor specii (ecologia lor, pe scurt) au modelat evoluția speciilor. Ecologia evolutivă ia în considerare influența istoriei evolutive a speciilor, pe lângă factorii mediului actual, pentru a explica variațiile din lumea vie observate astăzi.
Sub rezerva acelorași forțe de selecție, diferite specii vor suferi o convergență evolutivă . Adică are organe care îndeplinesc aceeași funcție, dar având o origine diferită. Structura organului poate fi sau nu diferită. Exemple de convergență includ hidrodinamica rechinilor, delfinilor și ihtiosaurilor sau adaptarea limbii furnicarilor, pangolinilor și ciocănitorilor.
În biologie, coevolutia descrie transformările care au loc în timpul evoluției între două specii (coevoluție pereche) sau mai mult de două specii (coevoluție difuză) ca urmare a influențelor lor reciproce.
Acest fenomen de coevolutie este observat în diferite cazuri:
Cele biomi sunt grupuri biogeografice de ecosisteme pe regiuni climatice. Biomul constituie o formațiune biogeografică omogenă pe o suprafață mare (de exemplu, tundră sau stepă ).
Setul de biomi, sau setul de locuri unde viața este posibilă (de la cei mai înalți munți până la abis), constituie biosfera .
Ecosistemele nu sunt izolate unele de altele, ci interdependente. De exemplu, apa circulă de la unul la altul prin râu sau râu . Mediul lichid în sine definește ecosistemele. Unele specii, cum ar fi somonul sau anghilele de apă dulce , trec de la un sistem marin la un sistem de apă dulce și invers. Aceste relații între ecosisteme au condus la noțiunea de biom .
Biomii corespund destul de bine unor subdiviziuni distribuite latitudinal, de la ecuator către poli, în funcție de mediu (acvatic, terestru, montan) și climat (distribuția se bazează, în general, pe adaptările speciei la frig și / sau la seceta). De exemplu, găsim la mare plante acvatice numai în partea fotică (unde pătrunde lumina), în timp ce găsim în principal conifere în munți.
Aceste diviziuni sunt destul de schematice, dar, în general, latitudinea și altitudinea permit o bună reprezentare a distribuției biodiversității în cadrul biosferei. Foarte în general, bogăția în biodiversitate, atât animală, cât și vegetală, scade de la ecuator (ca în Brazilia ) la poli .
Un alt mod de reprezentare este împărțirea în ecozone , care astăzi este foarte bine definită și urmează în esență granițele continentale. Ecozonele sunt ele însele împărțite în ecoregiuni , deși definiția contururilor lor este mai controversată.
Abordarea funcțională a ecologiei se desprinde de compoziția specifică a ecosistemelor pentru a se concentra asupra fenomenelor fizice, chimice sau biologice observabile. Clasificând organismele în grupuri funcționale, este posibil, pe de o parte, să scăpați de identificarea speciilor, pe de altă parte, să comparați ecosistemele care pot părea foarte diferite (datorită distanței geografice, speciilor prezente și mediului fizic) ). Ecologia funcțională studiază fluxul de materie și energie între diferitele compartimente ale ecosistemului. Pentru a face acest lucru, ea folosește o abordare a naturii adesea calculativă, cuantificând producția primară sau respirația.
Studiile privind funcționarea ecosistemelor pot fi efectuate la scara unui întreg ecosistem sau utilizând mezocosmi , experimente la scară mică, efectuate în laborator. Într-adevăr, dacă pare simplu să se măsoare masa materialului vegetal ( biomasă ) produsă în fiecare an într-o pajiște, prin cosit și apoi cântărind cosirea obținută după ce a fost uscată, același experiment este imposibil de realizat în pădurea tropicală.
Grupurile funcționale pot fi definite la diferite niveluri de organizare. Putem considera grupul producătorilor primari, precum și cel al plantelor erbacee ale căror rădăcini iau resurse la o adâncime cuprinsă între 5 și 20 cm în sol. Speciile, grupate în funcție de rolul lor în ecosistem, formează comunități . Uneori este extrem de dificil de identificat speciile prezente în anumite tipuri de ecosisteme (sol, pădure tropicală, pajiști); această abordare oferă apoi avantaje suplimentare.
Diferitele niveluri ale piramidei alimentare sunt exemple de grupuri funcționale: producători primari, consumatori primari, apoi consumatori secundari. O singură specie poate aparține mai multor dintre aceste categorii, de exemplu o veveriță este consumatorul principal atunci când se hrănește cu nuci și un consumator secundar sau chiar terțiar atunci când mănâncă un ou sau o pasăre tânără.
Grupurile funcționale pot fi definite în funcție de strategiile aduse de specie atunci când se confruntă cu factori de mediu. În botanică, plantele pot fi astfel clasificate în funcție de faptul că sunt rezistente la perturbări (= accidente), la stres (pe termen lung) sau, dimpotrivă, dacă sunt ruderale (= competitive fără stres și perturbări). Alte clasificări se bazează pe strategia de dispersare a semințelor, accesul la lumină în pădure etc.
Grupurile funcționale pot fi împărțite în subgrupuri la un număr mare de scale, cum ar fi grupurile filogenetice ( filum - ordine - familie - gen - specie - subspecie - populație ...). Astfel, pentru necrofage (care includ păsări, mamifere, insecte etc.), în cadrul grupului de făinoși, prima verigă în descompunere, cum ar fi vulturi , putem distinge secerători, înghițitori, răzuitori / curățătoare de oase și spargători.
Dintr-o perspectivă destul de antropocentrică, a fost propusă identificarea serviciilor ecosistemice . Este vorba de a calcula ce oferă natura societăților umane. Ecologia funcțională urmărește apoi să definească și să cuantifice aceste servicii - serviciile culturale se încadrează mai degrabă în sfera sociologiei . Aceste servicii includ, de exemplu:
Aceste concepte au dat naștere și termenilor de biomasă (masa totală a materiei vii într-o anumită locație), productivitatea primară (creșterea masei plantelor într-un anumit timp) și productivitatea secundară (masa materiei vii produsă de consumatori și descompunători). într-un timp dat).
Aceste ultime două informații sunt esențiale, deoarece fac posibilă evaluarea numărului de ființe vii care pot fi susținute de un anumit ecosistem, care se numește capacitate de încărcare . Într-adevăr, observarea unei rețele alimentare arată că toată energia conținută la nivelul producătorilor nu este transferată în totalitate la nivelul consumatorilor.
Productivitatea ecosistemelor este uneori estimată prin compararea a trei unități terestre și a unei unități continentale:
Acțiunile umane din ultimele secole au dus la o reducere semnificativă a suprafeței forestiere ( defrișări ) și la creșterea agroecosistemelor (practica agriculturii ). În plus, în ultimele decenii, s-a observat o creștere a zonei ocupate de ecosisteme extreme ( deșertificare ) .
În general vorbind, o criză ecologică este ceea ce apare atunci când mediul biofizic al unui individ, al unei specii sau al unei populații de specii evoluează într-un mod nefavorabil supraviețuirii sale. Trei factori pot duce la o astfel de criză.
Poate fi un mediu a cărui calitate se deteriorează în raport cu nevoile speciei, ca urmare a modificărilor factorilor ecologici abiotici (de exemplu, în timpul unei creșteri a temperaturii, mai puține precipitații. Importante).
Poate fi, de asemenea, un mediu care devine nefavorabil supraviețuirii speciei (sau a unei populații) în urma modificării habitatului. De exemplu, în timpul pescuitului industrial intensiv, recoltele de prădători și creșterea frecvenței perturbării mediului modifică condițiile de habitat și duc la dispariția anumitor specii.
În sfârșit, poate fi, de asemenea, o situație care devine nefavorabilă calității vieții speciei (sau a populației) în urma unei creșteri excesive a numărului de indivizi ( suprapopulare ).
Ecologia deschide multe domenii de reflecție, care conduc la mai multe discipline:
Ecologie de conservare - Ecologie de câmp - Agroecologie - Inginerie ecologică și gestionare restaurativă supravegheate de Ecologie de restaurare la nivel teoretic.
Cercetările în domeniul ecologiei dau naștere la publicarea unui număr mare de articole. Directorul de revistele cu acces liber liste de mai mult de 300 de reviste științifice publicarea de articole, în acces deschis , în domeniul ecologiei.