"علم البيئة، الذي يُطلق عليه أيضًا علم البيئة الحيوية، أو علم الأحياء، أو علم الأحياء البيئي، هو دراسة العلاقات بين الكائنات الحية وبيئتها. بعض المشاكل الأكثر إلحاحًا في الشؤون الإنسانية - التوسع السكاني، وندرة الغذاء، والتلوث البيئي بما في ذلك الاحتباس الحراري، وانقراض الأنواع النباتية والحيوانية، وجميع المشاكل الاجتماعية والسياسية المصاحبة - هي إلى حد كبير بيئية. لقد صاغ عالم الحيوان الألماني إرنست هيجل كلمة علم البيئة، الذي طبق مصطلح علم البيئة على "علاقة الحيوان بكل من بيئته العضوية وغير العضوية". تأتي الكلمة من الكلمة اليونانية oikos ، والتي تعني "منزل" أو "منزل" أو "مكان للعيش". وهكذا، تتعامل البيئة مع الكائن الحي وبيئته. يشمل مفهوم البيئة كلاً من الكائنات الحية الأخرى والمحيط المادي. يتضمن العلاقات بين الأفراد داخل السكان وبين الأفراد من مختلف السكان. تشكل هذه التفاعلات بين الأفراد وبين السكان وبين الكائنات الحية وبيئتها أنظمة بيئية أو أنظمة بيئية. تم تعريف علم البيئة بشكل مختلف على أنه "دراسة العلاقات المتبادلة بين الكائنات الحية مع بيئتها ومع بعضها البعض" ، و "اقتصاد الطبيعة" ، وبيولوجيا النظم البيئية".
خلفية تاريخية
لم يكن لعلم البيئة بدايات ثابتة. تطورت من التاريخ الطبيعي لليونانيين القدماء ، ولا سيما ثيوفراستوس ، صديق وشريك لأرسطو. وصف ثيوفراستوس لأول مرة العلاقات المتبادلة بين الكائنات الحية وبين الكائنات الحية وبيئتها غير الحية. تم وضع أسس لاحقة للإيكولوجيا الحديثة في العمل المبكر لعلماء فسيولوجيا النبات والحيوان. في أوائل ومنتصف القرن العشرين ، قامت مجموعتان من علماء النبات ، واحدة في أوروبا والأخرى في الولايات المتحدة ، بدراسة مجتمعات النباتات من وجهتي نظر مختلفتين. اهتم علماء النبات الأوروبيون بدراسة تكوين وهيكل وتوزيع المجتمعات النباتية. درس علماء النبات الأمريكيون تطور المجتمعات النباتية ، أو الخلافة (انظر البيئة المجتمعية: الخلافة البيئية). تم تطوير كل من البيئة النباتية والحيوانية بشكل منفصل حتى أكد علماء الأحياء الأمريكيون على الترابط بين كل من المجتمعات النباتية والحيوانية ككل حيوي. خلال نفس الفترة ، تطور الاهتمام بديناميات السكان. تلقت دراسة الديناميات السكانية دفعة خاصة في أوائل القرن التاسع عشر ، بعد أن دعا الاقتصادي الإنجليزي توماس مالتوس الانتباه إلى الصراع بين التوسع السكاني وقدرة الأرض على توفير الغذاء. في عشرينيات القرن الماضي ، طور عالم الحيوان الأمريكي ريموند بيرل ، والكيميائي والإحصائي الأمريكي ألفريد ج.لوتكا ، وعالم الرياضيات الإيطالي فيتو فولتيرا أسسًا رياضية لدراسة السكان ، وأدت هذه الدراسات إلى تجارب حول التفاعل بين الحيوانات المفترسة والفرائس ، والعلاقات التنافسية. بين الأنواع ، وتنظيم السكان. تم تحفيز التحقيقات في تأثير السلوك على السكان من خلال الاعتراف في عام 1920 بالأقاليم في تعشيش الطيور. تم تطوير مفاهيم السلوك الغريزي والعدواني من قبل عالم الحيوان النمساوي كونراد لورينز وعالم الحيوان البريطاني المولود في هولندا نيكولاس تينبرجن ، واستكشف عالم الحيوان البريطاني فيرو وين إدواردز دور السلوك الاجتماعي في تنظيم السكان. بينما كان بعض علماء البيئة يدرسون ديناميكيات المجتمعات والسكان ، كان آخرون مهتمين بميزانيات الطاقة. في عام 1920 ، قدم أغسطس ثينمان ، عالم أحياء المياه العذبة الألماني ، مفهوم المستويات الغذائية ، أو التغذية ، (انظر المستوى الغذائي) ، والتي يتم من خلالها نقل طاقة الغذاء من خلال سلسلة من الكائنات الحية ، من النباتات الخضراء (المنتجين) إلى عدة مستويات الحيوانات (المستهلكون). قام عالم البيئة الحيوانية الإنجليزي تشارلز إلتون (1927) بتطوير هذا النهج مع مفهوم المنافذ البيئية وأهرامات الأرقام. في الثلاثينيات من القرن الماضي ، طور عالما أحياء المياه العذبة الأمريكيان إدوارد بيرج وتشانسي جوداي ، في قياس ميزانيات الطاقة في البحيرات ، فكرة الإنتاجية الأولية ، أي معدل توليد الطاقة الغذائية ، أو تثبيتها ، عن طريق التمثيل الضوئي. في عام 1942 ، طور ريموند إل ليندمان من الولايات المتحدة المفهوم الديناميكي التغذوي للإيكولوجيا ، والذي يفصل تدفق الطاقة عبر النظام البيئي. تم تطوير الدراسات الميدانية الكمية لتدفق الطاقة عبر النظم البيئية من قبل الأخوين يوجين أودوم وهوارد أودوم من الولايات المتحدة؛ قام دج أوفينجتون من إنجلترا وأستراليا بعمل مماثل في وقت مبكر حول تدوير العناصر الغذائية. (انظر البيئة المجتمعية: الأهرامات الغذائية وتدفق الطاقة ؛ المحيط الحيوي: تدفق الطاقة ودورة المغذيات.)
تم تحفيز دراسة كل من تدفق الطاقة ودورة المغذيات من خلال تطوير مواد وتقنيات جديدة - متتبعات النظائر المشعة والقياس الدقيق وعلوم الكمبيوتر والرياضيات التطبيقية - والتي مكنت علماء البيئة من تصنيف وتتبع وقياس حركة مغذيات معينة وطاقة من خلال النظم البيئية. شجعت هذه الأساليب الحديثة (انظر أدناه طرق في علم البيئة) على مرحلة جديدة في تطوير علم البيئة - بيئة النظم ، التي تهتم ببنية ووظيفة النظم البيئية.
أماكن الدراسة
علم البيئة هو بالضرورة اتحاد العديد من مجالات الدراسة لأن تعريفها شامل للغاية. هناك أنواع عديدة من العلاقات بين الكائنات الحية وبيئتها. من خلال الكائنات الحية ، قد يعني المرء الأفراد الفرديين ، أو مجموعات الأفراد ، أو جميع أعضاء نوع واحد ، أو مجموع العديد من الأنواع ، أو الكتلة الإجمالية للأنواع (الكتلة الحيوية) في نظام بيئي. ولا يشمل مصطلح البيئة الخصائص الفيزيائية والكيميائية فحسب ، بل يشمل أيضًا البيئة البيولوجية ، التي تشمل المزيد من الكائنات الحية. في الممارسة العملية ، تتكون البيئة من مناهج متداخلة على نطاق واسع ومقسمة على مجموعات الأنواع المراد دراستها. هناك العديد من المتخصصين ، على سبيل المثال ، في مجال "البيئة السلوكية للطيور". المناهج الرئيسية تقع في الفئات التالية. تدرس البيئة التطورية العوامل البيئية التي تدفع تكيف الأنواع. قد تسعى دراسات تطور الأنواع إلى الإجابة عن السؤال المتعلق بكيفية تغير المجموعات جينيًا على مدى عدة أجيال ، ولكنها قد لا تحاول بالضرورة معرفة الآليات الكامنة وراء ذلك. الإيكولوجيا التطورية تسعى لتلك الآليات. وهكذا ، في المثال المعروف للعثة المرقطة ، تغير السكان في منطقة ميدلاندز الإنجليزية الصناعية عبر الأجيال من الأجنحة الملونة إلى حد كبير باللون الأبيض الرمادي ، تتخللها بقع سوداء ، إلى الأجنحة التي كانت في الغالب سوداء. تضمنت الآلية البيئية الافتراس - اكتشفت الطيور بسهولة الفراشات ذات الألوان الفاتحة على خلفية جذوع الأشجار التي أغمق التلوث الصناعي عليها ، بينما ظلت العث ذات اللون الداكن غير مكتشفة بشكل عام.
. تدرس البيئة التطورية أيضًا قضايا أوسع نطاقًا ، مثل الملاحظات التي تشير إلى أن النباتات في البيئات القاحلة غالبًا ما لا تحتوي على أوراق أو أوراق صغيرة جدًا أو أن بعض أنواع الطيور لها مساعدين في العش - أفراد يربون صغارًا غير أفرادها. السؤال الحاسم للموضوع هو ما إذا كانت مجموعة من التعديلات قد نشأت مرة واحدة وتم الاحتفاظ بها ببساطة من قبل جميع الأنواع المنحدرة من سلف مشترك لديه تلك التكيفات أو ما إذا كانت التكيفات تطورت بشكل متكرر بسبب نفس العوامل البيئية. في حالة النباتات التي تعيش في البيئات القاحلة ، يمكن أن تبدو نباتات الصبار من العالم الجديد والنشوة من العالم القديم متشابهة بشكل لافت للنظر على الرغم من أنها تنتمي إلى عائلات نباتية غير مرتبطة ، وتتساءل البيئة الفيزيولوجية عن كيفية بقاء الكائنات الحية في بيئاتها. غالبًا ما يكون هناك تركيز على الظروف القاسية ، مثل البيئات شديدة البرودة أو شديدة الحرارة أو البيئات المائية ذات تركيزات الملح العالية بشكل غير عادي. ومن الأمثلة على الأسئلة التي قد تستكشفها: كيف تزدهر بعض الحيوانات في أكثر الصحاري جفافاً ، حيث تكون درجات الحرارة مرتفعة غالبًا ولا تتوفر المياه القائمة بذاتها؟ كيف تعيش البكتيريا في الينابيع الساخنة ، مثل تلك الموجودة في حديقة يلوستون الوطنية في غرب الولايات المتحدة ، والتي من شأنها طهي معظم الأنواع؟ كيف تعيش الديدان الخيطية في تربة الوديان الجافة في أنتاركتيكا؟ تبحث علم البيئة الفسيولوجي في الآليات الخاصة التي يستخدمها الأفراد من نوع ما للعمل وفي الحدود المفروضة على الأنواع التي تفرضها البيئة. وتدرس البيئة السلوكية العوامل البيئية التي تدفع التكيفات السلوكية. يدرس الموضوع كيف يجد الأفراد طعامهم ويتجنبون أعدائهم. على سبيل المثال، لماذا تهاجر بعض الطيور (انظر الهجرة) بينما يقيم البعض الآخر؟ لماذا تعيش بعض الحيوانات، مثل الأسود، في مجموعات بينما تعيش حيوانات أخرى، مثل النمور، بشكل فردي؟
علم البيئة السكانية، أو علم النفس الذاتي، يفحص نوعًا واحدًا. أحد الأسئلة المباشرة التي يتناولها الموضوع هو سبب ندرة بعض الأنواع بينما يتوافر البعض الآخر. التفاعلات مع الأنواع الأخرى قد توفر بعض الإجابات. على سبيل المثال، يمكن لأعداء أحد الأنواع تقييد أعداده، ويشمل هؤلاء الأعداء الحيوانات المفترسة والكائنات المرضية والمنافسين - أي الأنواع الأخرى. وبالتالي، تشترك البيئة السكانية في حدود غير محددة مع بيئة المجتمع، وهو موضوع يدرس التفاعلات بين العديد من الأنواع. تختلف وفرة الأنواع من سنة إلى أخرى وعبر النطاق الجغرافي للأنواع. علم البيئة السكانية يسأل عن أسباب تقلب الوفرة. لماذا، على سبيل المثال، قد تتغير أعداد بعض الأنواع، عادة الطيور والثدييات، بمقدار ثلاثة أضعاف أو أربعة أضعاف على مدى عقد أو نحو ذلك، بينما تتفاوت أعداد الأنواع الأخرى، عادة الحشرات، عشرة أضعاف إلى مائة ضعف من عام إلى آخر؟ السؤال الرئيسي الآخر هو ما يحد من الوفرة، لأنه بدون حدود، ستنمو أعداد الأنواع بشكل كبير. ان الجغرافيا الحيوية هي دراسة التوزيع الجغرافي للكائنات الحية، وتطرح أسئلة موازية لتلك الخاصة ببيئة السكان. بعض الأنواع لها نطاقات جغرافية صغيرة، ربما تقتصر على بضع كيلومترات مربعة فقط، في حين أن الأنواع الأخرى لها نطاقات تغطي قارة. بعض الأنواع لها نطاقات جغرافية ثابتة إلى حد ما ، بينما يتقلب البعض الآخر ، ولا يزال البعض الآخر في ازدياد. إذا كان النوع الذي ينتشر عبارة عن آفة زراعية أو كائن مرضي أو نوع يحمل مرضًا، فإن فهم أسباب النطاق المتزايد قد يكون مسألة ذات أهمية اقتصادية كبيرة. تنظر الجغرافيا الحيوية أيضًا في نطاقات العديد من الأنواع، وتسأل لماذا، على سبيل المثال، غالبًا ما توجد الأنواع ذات النطاقات الجغرافية الصغيرة في أماكن خاصة تضم العديد من هذه الأنواع بدلاً من انتشارها عشوائيًا حول الكوكب. تعتبر بيئة المجتمع، أو علم التناغم، بيئة المجتمعات، مجموعة الأنواع الموجودة في مكان معين. نظرًا لأن المجموعة الكاملة للأنواع في مكان معين غير معروفة عادةً، تركز البيئة المجتمعية غالبًا على مجموعات فرعية من الكائنات الحية، وتطرح أسئلة، على سبيل المثال، حول المجتمعات النباتية أو مجتمعات الحشرات. يتعامل السؤال الأساسي مع حجم "مجموعة الأنواع" - أي، ما هي العوامل البيئية التي تحدد عدد الأنواع الموجودة في المنطقة. هناك العديد من الأنماط واسعة النطاق؛ على سبيل المثال ، توجد أنواع أكثر في مناطق أكبر من تلك الأصغر ، وفي القارات أكثر منها في الجزر (خاصةً البعيدة منها) ، وأكثر في المناطق المدارية منها في القطب الشمالي. هناك العديد من الفرضيات لكل نمط. تتسبب العوامل البيئية أيضًا في اختلاف تنوع الأنواع على نطاقات أصغر. على سبيل المثال ، على الرغم من أن الحيوانات المفترسة قد تكون ضارة للأنواع الفردية ، إلا أن وجود مفترس قد يؤدي في الواقع إلى زيادة عدد الأنواع الموجودة في المجتمع عن طريق الحد من أعداد منافس ناجح بشكل خاص والذي قد يحتكر كل المساحة أو الموارد المتاحة. يتم تطبيق ما ورد أعلاه بشكل عام على الأنواع في نفس المستوى التغذوي - على سبيل المثال، النباتات في مجتمع ما، أو الحشرات التي تتغذى على النباتات هناك، أو الطيور التي تتغذى على الحشرات هناك. ومع ذلك، تتضمن مجموعة مختلفة من الأسئلة في علم البيئة المجتمعية عدد المستويات الغذائية الموجودة في مكان معين والعوامل التي تحد من هذا العدد. تسعى بيولوجيا الحفظ إلى فهم العوامل التي تهيئ الأنواع للانقراض وما يمكن للبشر فعله لمنع الانقراض. غالبًا ما تكون الأنواع المعرضة لخطر الانقراض هي تلك التي لديها أصغر نطاقات جغرافية أو أصغر حجم عشري، ولكن هناك عوامل بيئية أخرى تشارك أيضًا. وتدرس بيئة النظام الإيكولوجي القضايا البيئية واسعة النطاق، تلك التي غالبًا ما يتم تأطيرها من منظور ليس من الأنواع ولكن بدلاً من تدابير مثل الكتلة الحيوية وتدفق الطاقة ودورة المغذيات. تتضمن الأسئلة مقدار الكربون الذي تمتصه النباتات الأرضية والعوالق النباتية البحرية من الغلاف الجوي أثناء عملية التمثيل الضوئي وكمية ذلك التي تستهلكها الحيوانات العاشبة والحيوانات المفترسة للحيوانات العاشبة وما إلى ذلك حتى السلسلة الغذائية. الكربون هو أساس الحياة (انظر دورة الكربون)، لذلك يمكن صياغة هذه الأسئلة من حيث الطاقة. كم من الطعام يجب أن يأكله المرء كل يوم، على سبيل المثال، يمكن قياسه من حيث الوزن الجاف أو محتواه من السعرات الحرارية. الأمر نفسه ينطبق على مقاييس الإنتاج لجميع النباتات في نظام بيئي أو لمستويات غذائية مختلفة للنظام البيئي. السؤال الأساسي في إيكولوجيا النظام البيئي هو مقدار الإنتاج وما هي العوامل التي تؤثر عليه. ليس من المستغرب أن تنتج الأماكن الدافئة والرطبة مثل الغابات المطيرة أكثر من الأماكن شديدة البرودة أو الجافة، ولكن هناك عوامل أخرى مهمة. المغذيات ضرورية وقد تكون محدودة العرض. غالبًا ما يحدد توافر الفوسفور والنيتروجين الإنتاجية - وهذا هو سبب إضافة هذه المواد إلى المروج والمحاصيل - وتوافرها مهم بشكل خاص في النظم المائية. من ناحية أخرى، يمكن أن تمثل العناصر الغذائية الكثير من الأشياء الجيدة. أدى النشاط البشري إلى تعديل النظم البيئية العالمية بطرق تؤدي إلى زيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، وهو مصدر للكربون وأيضًا غازات الدفيئة (انظر تأثير الاحتباس الحراري)، وتسبب في جريان مفرط للأسمدة في الأنهار ثم إلى المحيط، حيث تقتل الأنواع التي تعيش. هناك.
طرق في علم البيئة
نظرًا لأن علماء البيئة يعملون مع أنظمة حية تمتلك العديد من المتغيرات، فإن التقنيات العلمية المستخدمة من قبل الفيزيائيين والكيميائيين وعلماء الرياضيات والمهندسين تتطلب تعديلًا لاستخدامها في علم البيئة. علاوة على ذلك، لا يتم تطبيق التقنيات بسهولة في علم البيئة، كما أن النتائج ليست دقيقة مثل تلك التي تم الحصول عليها في العلوم الأخرى. من السهل نسبيًا، على سبيل المثال، أن يقوم الفيزيائي بقياس اكتساب وفقدان الحرارة من المعادن أو غيرها من الأشياء غير الحية، والتي تمتلك ثوابت معينة من الموصلية والتوسع وخصائص السطح وما شابه. لتحديد التبادل الحراري بين الحيوان وبيئته، يواجه عالم البيئة الفسيولوجي مجموعة من المتغيرات غير القابلة للقياس تقريبًا والمهمة الهائلة المتمثلة في جمع البيانات العديدة وتحليلها. قد لا تكون القياسات البيئية دقيقة أو تخضع لنفس سهولة التحليل مثل القياسات في الفيزياء أو الكيمياء أو بعض مجالات البيولوجيا القابلة للقياس الكمي، وعلى الرغم من هذه المشاكل، يمكن تحديد جوانب مختلفة من البيئة بالوسائل الفيزيائية والكيميائية، والتي تتراوح بين من التعريفات الكيميائية البسيطة والقياسات الفيزيائية إلى استخدام الأجهزة الميكانيكية المتطورة. إن تطوير الإحصاء الحيوي (الإحصائيات المطبقة على تحليل البيانات البيولوجية) ، ووضع التصميم التجريبي المناسب ، وطرق أخذ العينات المحسنة تسمح الآن باتباع نهج إحصائي كمي لدراسة البيئة. بسبب الصعوبات الشديدة للتحكم في المتغيرات البيئية في هذا المجال، فإن الدراسات التي تنطوي على استخدام التصميم التجريبي تقتصر إلى حد كبير على المختبر والتجارب الميدانية الخاضعة للرقابة المصممة لاختبار تأثيرات متغير واحد فقط أو عدة متغيرات. يوفر استخدام الإجراءات الإحصائية ونماذج الكمبيوتر المستندة إلى البيانات التي تم الحصول عليها من الميدان رؤى حول التفاعلات السكانية ووظائف النظام البيئي. أصبحت نماذج البرمجة الرياضية ذات أهمية متزايدة في علم البيئة التطبيقي، خاصة في إدارة الموارد الطبيعية والمشاكل الزراعية ذات الأساس البيئي. وتمكّن الغرف البيئية الخاضعة للرقابة المجربين من الحفاظ على النباتات والحيوانات في ظل ظروف معروفة من الضوء ودرجة الحرارة والرطوبة وطول اليوم بحيث يمكن دراسة تأثيرات كل متغير (أو مجموعة من المتغيرات) على الكائن الحي. يمكن أن توفر أجهزة القياس الحيوية وغيرها من معدات التتبع الإلكترونية، والتي تسمح بتتبع حركات وسلوك الكائنات الحية حرة المدى عن بعد، أخذ عينات سريعة من السكان. تستخدم النظائر المشعة لتتبع مسارات المغذيات من خلال النظم البيئية، ولتحديد وقت ومدى انتقال الطاقة والمغذيات من خلال المكونات المختلفة للنظام البيئي، ولتحديد سلاسل الغذاء. يعد استخدام العوالم المختبرية الدقيقة - النظم الإيكولوجية المائية والتربة الدقيقة، التي تتكون من مواد حيوية وغير حيوية من النظم البيئية الطبيعية، والتي يتم الاحتفاظ بها في ظل ظروف مماثلة لتلك الموجودة في الحقل - مفيدة في تحديد معدلات دورة المغذيات، وتطوير النظام الإيكولوجي، والجوانب الوظيفية الأخرى من النظم البيئية. تمكن العوالم المصغرة عالم البيئة من تكرار التجارب وإجراء معالجة تجريبية عليها."
بواسطة روبرت ليو سميث وستيوارت إل بيم، المصدر: الموسوعة البريطانية
الرابط
كاتب فلسفي
خلفية تاريخية
لم يكن لعلم البيئة بدايات ثابتة. تطورت من التاريخ الطبيعي لليونانيين القدماء ، ولا سيما ثيوفراستوس ، صديق وشريك لأرسطو. وصف ثيوفراستوس لأول مرة العلاقات المتبادلة بين الكائنات الحية وبين الكائنات الحية وبيئتها غير الحية. تم وضع أسس لاحقة للإيكولوجيا الحديثة في العمل المبكر لعلماء فسيولوجيا النبات والحيوان. في أوائل ومنتصف القرن العشرين ، قامت مجموعتان من علماء النبات ، واحدة في أوروبا والأخرى في الولايات المتحدة ، بدراسة مجتمعات النباتات من وجهتي نظر مختلفتين. اهتم علماء النبات الأوروبيون بدراسة تكوين وهيكل وتوزيع المجتمعات النباتية. درس علماء النبات الأمريكيون تطور المجتمعات النباتية ، أو الخلافة (انظر البيئة المجتمعية: الخلافة البيئية). تم تطوير كل من البيئة النباتية والحيوانية بشكل منفصل حتى أكد علماء الأحياء الأمريكيون على الترابط بين كل من المجتمعات النباتية والحيوانية ككل حيوي. خلال نفس الفترة ، تطور الاهتمام بديناميات السكان. تلقت دراسة الديناميات السكانية دفعة خاصة في أوائل القرن التاسع عشر ، بعد أن دعا الاقتصادي الإنجليزي توماس مالتوس الانتباه إلى الصراع بين التوسع السكاني وقدرة الأرض على توفير الغذاء. في عشرينيات القرن الماضي ، طور عالم الحيوان الأمريكي ريموند بيرل ، والكيميائي والإحصائي الأمريكي ألفريد ج.لوتكا ، وعالم الرياضيات الإيطالي فيتو فولتيرا أسسًا رياضية لدراسة السكان ، وأدت هذه الدراسات إلى تجارب حول التفاعل بين الحيوانات المفترسة والفرائس ، والعلاقات التنافسية. بين الأنواع ، وتنظيم السكان. تم تحفيز التحقيقات في تأثير السلوك على السكان من خلال الاعتراف في عام 1920 بالأقاليم في تعشيش الطيور. تم تطوير مفاهيم السلوك الغريزي والعدواني من قبل عالم الحيوان النمساوي كونراد لورينز وعالم الحيوان البريطاني المولود في هولندا نيكولاس تينبرجن ، واستكشف عالم الحيوان البريطاني فيرو وين إدواردز دور السلوك الاجتماعي في تنظيم السكان. بينما كان بعض علماء البيئة يدرسون ديناميكيات المجتمعات والسكان ، كان آخرون مهتمين بميزانيات الطاقة. في عام 1920 ، قدم أغسطس ثينمان ، عالم أحياء المياه العذبة الألماني ، مفهوم المستويات الغذائية ، أو التغذية ، (انظر المستوى الغذائي) ، والتي يتم من خلالها نقل طاقة الغذاء من خلال سلسلة من الكائنات الحية ، من النباتات الخضراء (المنتجين) إلى عدة مستويات الحيوانات (المستهلكون). قام عالم البيئة الحيوانية الإنجليزي تشارلز إلتون (1927) بتطوير هذا النهج مع مفهوم المنافذ البيئية وأهرامات الأرقام. في الثلاثينيات من القرن الماضي ، طور عالما أحياء المياه العذبة الأمريكيان إدوارد بيرج وتشانسي جوداي ، في قياس ميزانيات الطاقة في البحيرات ، فكرة الإنتاجية الأولية ، أي معدل توليد الطاقة الغذائية ، أو تثبيتها ، عن طريق التمثيل الضوئي. في عام 1942 ، طور ريموند إل ليندمان من الولايات المتحدة المفهوم الديناميكي التغذوي للإيكولوجيا ، والذي يفصل تدفق الطاقة عبر النظام البيئي. تم تطوير الدراسات الميدانية الكمية لتدفق الطاقة عبر النظم البيئية من قبل الأخوين يوجين أودوم وهوارد أودوم من الولايات المتحدة؛ قام دج أوفينجتون من إنجلترا وأستراليا بعمل مماثل في وقت مبكر حول تدوير العناصر الغذائية. (انظر البيئة المجتمعية: الأهرامات الغذائية وتدفق الطاقة ؛ المحيط الحيوي: تدفق الطاقة ودورة المغذيات.)
تم تحفيز دراسة كل من تدفق الطاقة ودورة المغذيات من خلال تطوير مواد وتقنيات جديدة - متتبعات النظائر المشعة والقياس الدقيق وعلوم الكمبيوتر والرياضيات التطبيقية - والتي مكنت علماء البيئة من تصنيف وتتبع وقياس حركة مغذيات معينة وطاقة من خلال النظم البيئية. شجعت هذه الأساليب الحديثة (انظر أدناه طرق في علم البيئة) على مرحلة جديدة في تطوير علم البيئة - بيئة النظم ، التي تهتم ببنية ووظيفة النظم البيئية.
أماكن الدراسة
علم البيئة هو بالضرورة اتحاد العديد من مجالات الدراسة لأن تعريفها شامل للغاية. هناك أنواع عديدة من العلاقات بين الكائنات الحية وبيئتها. من خلال الكائنات الحية ، قد يعني المرء الأفراد الفرديين ، أو مجموعات الأفراد ، أو جميع أعضاء نوع واحد ، أو مجموع العديد من الأنواع ، أو الكتلة الإجمالية للأنواع (الكتلة الحيوية) في نظام بيئي. ولا يشمل مصطلح البيئة الخصائص الفيزيائية والكيميائية فحسب ، بل يشمل أيضًا البيئة البيولوجية ، التي تشمل المزيد من الكائنات الحية. في الممارسة العملية ، تتكون البيئة من مناهج متداخلة على نطاق واسع ومقسمة على مجموعات الأنواع المراد دراستها. هناك العديد من المتخصصين ، على سبيل المثال ، في مجال "البيئة السلوكية للطيور". المناهج الرئيسية تقع في الفئات التالية. تدرس البيئة التطورية العوامل البيئية التي تدفع تكيف الأنواع. قد تسعى دراسات تطور الأنواع إلى الإجابة عن السؤال المتعلق بكيفية تغير المجموعات جينيًا على مدى عدة أجيال ، ولكنها قد لا تحاول بالضرورة معرفة الآليات الكامنة وراء ذلك. الإيكولوجيا التطورية تسعى لتلك الآليات. وهكذا ، في المثال المعروف للعثة المرقطة ، تغير السكان في منطقة ميدلاندز الإنجليزية الصناعية عبر الأجيال من الأجنحة الملونة إلى حد كبير باللون الأبيض الرمادي ، تتخللها بقع سوداء ، إلى الأجنحة التي كانت في الغالب سوداء. تضمنت الآلية البيئية الافتراس - اكتشفت الطيور بسهولة الفراشات ذات الألوان الفاتحة على خلفية جذوع الأشجار التي أغمق التلوث الصناعي عليها ، بينما ظلت العث ذات اللون الداكن غير مكتشفة بشكل عام.
. تدرس البيئة التطورية أيضًا قضايا أوسع نطاقًا ، مثل الملاحظات التي تشير إلى أن النباتات في البيئات القاحلة غالبًا ما لا تحتوي على أوراق أو أوراق صغيرة جدًا أو أن بعض أنواع الطيور لها مساعدين في العش - أفراد يربون صغارًا غير أفرادها. السؤال الحاسم للموضوع هو ما إذا كانت مجموعة من التعديلات قد نشأت مرة واحدة وتم الاحتفاظ بها ببساطة من قبل جميع الأنواع المنحدرة من سلف مشترك لديه تلك التكيفات أو ما إذا كانت التكيفات تطورت بشكل متكرر بسبب نفس العوامل البيئية. في حالة النباتات التي تعيش في البيئات القاحلة ، يمكن أن تبدو نباتات الصبار من العالم الجديد والنشوة من العالم القديم متشابهة بشكل لافت للنظر على الرغم من أنها تنتمي إلى عائلات نباتية غير مرتبطة ، وتتساءل البيئة الفيزيولوجية عن كيفية بقاء الكائنات الحية في بيئاتها. غالبًا ما يكون هناك تركيز على الظروف القاسية ، مثل البيئات شديدة البرودة أو شديدة الحرارة أو البيئات المائية ذات تركيزات الملح العالية بشكل غير عادي. ومن الأمثلة على الأسئلة التي قد تستكشفها: كيف تزدهر بعض الحيوانات في أكثر الصحاري جفافاً ، حيث تكون درجات الحرارة مرتفعة غالبًا ولا تتوفر المياه القائمة بذاتها؟ كيف تعيش البكتيريا في الينابيع الساخنة ، مثل تلك الموجودة في حديقة يلوستون الوطنية في غرب الولايات المتحدة ، والتي من شأنها طهي معظم الأنواع؟ كيف تعيش الديدان الخيطية في تربة الوديان الجافة في أنتاركتيكا؟ تبحث علم البيئة الفسيولوجي في الآليات الخاصة التي يستخدمها الأفراد من نوع ما للعمل وفي الحدود المفروضة على الأنواع التي تفرضها البيئة. وتدرس البيئة السلوكية العوامل البيئية التي تدفع التكيفات السلوكية. يدرس الموضوع كيف يجد الأفراد طعامهم ويتجنبون أعدائهم. على سبيل المثال، لماذا تهاجر بعض الطيور (انظر الهجرة) بينما يقيم البعض الآخر؟ لماذا تعيش بعض الحيوانات، مثل الأسود، في مجموعات بينما تعيش حيوانات أخرى، مثل النمور، بشكل فردي؟
علم البيئة السكانية، أو علم النفس الذاتي، يفحص نوعًا واحدًا. أحد الأسئلة المباشرة التي يتناولها الموضوع هو سبب ندرة بعض الأنواع بينما يتوافر البعض الآخر. التفاعلات مع الأنواع الأخرى قد توفر بعض الإجابات. على سبيل المثال، يمكن لأعداء أحد الأنواع تقييد أعداده، ويشمل هؤلاء الأعداء الحيوانات المفترسة والكائنات المرضية والمنافسين - أي الأنواع الأخرى. وبالتالي، تشترك البيئة السكانية في حدود غير محددة مع بيئة المجتمع، وهو موضوع يدرس التفاعلات بين العديد من الأنواع. تختلف وفرة الأنواع من سنة إلى أخرى وعبر النطاق الجغرافي للأنواع. علم البيئة السكانية يسأل عن أسباب تقلب الوفرة. لماذا، على سبيل المثال، قد تتغير أعداد بعض الأنواع، عادة الطيور والثدييات، بمقدار ثلاثة أضعاف أو أربعة أضعاف على مدى عقد أو نحو ذلك، بينما تتفاوت أعداد الأنواع الأخرى، عادة الحشرات، عشرة أضعاف إلى مائة ضعف من عام إلى آخر؟ السؤال الرئيسي الآخر هو ما يحد من الوفرة، لأنه بدون حدود، ستنمو أعداد الأنواع بشكل كبير. ان الجغرافيا الحيوية هي دراسة التوزيع الجغرافي للكائنات الحية، وتطرح أسئلة موازية لتلك الخاصة ببيئة السكان. بعض الأنواع لها نطاقات جغرافية صغيرة، ربما تقتصر على بضع كيلومترات مربعة فقط، في حين أن الأنواع الأخرى لها نطاقات تغطي قارة. بعض الأنواع لها نطاقات جغرافية ثابتة إلى حد ما ، بينما يتقلب البعض الآخر ، ولا يزال البعض الآخر في ازدياد. إذا كان النوع الذي ينتشر عبارة عن آفة زراعية أو كائن مرضي أو نوع يحمل مرضًا، فإن فهم أسباب النطاق المتزايد قد يكون مسألة ذات أهمية اقتصادية كبيرة. تنظر الجغرافيا الحيوية أيضًا في نطاقات العديد من الأنواع، وتسأل لماذا، على سبيل المثال، غالبًا ما توجد الأنواع ذات النطاقات الجغرافية الصغيرة في أماكن خاصة تضم العديد من هذه الأنواع بدلاً من انتشارها عشوائيًا حول الكوكب. تعتبر بيئة المجتمع، أو علم التناغم، بيئة المجتمعات، مجموعة الأنواع الموجودة في مكان معين. نظرًا لأن المجموعة الكاملة للأنواع في مكان معين غير معروفة عادةً، تركز البيئة المجتمعية غالبًا على مجموعات فرعية من الكائنات الحية، وتطرح أسئلة، على سبيل المثال، حول المجتمعات النباتية أو مجتمعات الحشرات. يتعامل السؤال الأساسي مع حجم "مجموعة الأنواع" - أي، ما هي العوامل البيئية التي تحدد عدد الأنواع الموجودة في المنطقة. هناك العديد من الأنماط واسعة النطاق؛ على سبيل المثال ، توجد أنواع أكثر في مناطق أكبر من تلك الأصغر ، وفي القارات أكثر منها في الجزر (خاصةً البعيدة منها) ، وأكثر في المناطق المدارية منها في القطب الشمالي. هناك العديد من الفرضيات لكل نمط. تتسبب العوامل البيئية أيضًا في اختلاف تنوع الأنواع على نطاقات أصغر. على سبيل المثال ، على الرغم من أن الحيوانات المفترسة قد تكون ضارة للأنواع الفردية ، إلا أن وجود مفترس قد يؤدي في الواقع إلى زيادة عدد الأنواع الموجودة في المجتمع عن طريق الحد من أعداد منافس ناجح بشكل خاص والذي قد يحتكر كل المساحة أو الموارد المتاحة. يتم تطبيق ما ورد أعلاه بشكل عام على الأنواع في نفس المستوى التغذوي - على سبيل المثال، النباتات في مجتمع ما، أو الحشرات التي تتغذى على النباتات هناك، أو الطيور التي تتغذى على الحشرات هناك. ومع ذلك، تتضمن مجموعة مختلفة من الأسئلة في علم البيئة المجتمعية عدد المستويات الغذائية الموجودة في مكان معين والعوامل التي تحد من هذا العدد. تسعى بيولوجيا الحفظ إلى فهم العوامل التي تهيئ الأنواع للانقراض وما يمكن للبشر فعله لمنع الانقراض. غالبًا ما تكون الأنواع المعرضة لخطر الانقراض هي تلك التي لديها أصغر نطاقات جغرافية أو أصغر حجم عشري، ولكن هناك عوامل بيئية أخرى تشارك أيضًا. وتدرس بيئة النظام الإيكولوجي القضايا البيئية واسعة النطاق، تلك التي غالبًا ما يتم تأطيرها من منظور ليس من الأنواع ولكن بدلاً من تدابير مثل الكتلة الحيوية وتدفق الطاقة ودورة المغذيات. تتضمن الأسئلة مقدار الكربون الذي تمتصه النباتات الأرضية والعوالق النباتية البحرية من الغلاف الجوي أثناء عملية التمثيل الضوئي وكمية ذلك التي تستهلكها الحيوانات العاشبة والحيوانات المفترسة للحيوانات العاشبة وما إلى ذلك حتى السلسلة الغذائية. الكربون هو أساس الحياة (انظر دورة الكربون)، لذلك يمكن صياغة هذه الأسئلة من حيث الطاقة. كم من الطعام يجب أن يأكله المرء كل يوم، على سبيل المثال، يمكن قياسه من حيث الوزن الجاف أو محتواه من السعرات الحرارية. الأمر نفسه ينطبق على مقاييس الإنتاج لجميع النباتات في نظام بيئي أو لمستويات غذائية مختلفة للنظام البيئي. السؤال الأساسي في إيكولوجيا النظام البيئي هو مقدار الإنتاج وما هي العوامل التي تؤثر عليه. ليس من المستغرب أن تنتج الأماكن الدافئة والرطبة مثل الغابات المطيرة أكثر من الأماكن شديدة البرودة أو الجافة، ولكن هناك عوامل أخرى مهمة. المغذيات ضرورية وقد تكون محدودة العرض. غالبًا ما يحدد توافر الفوسفور والنيتروجين الإنتاجية - وهذا هو سبب إضافة هذه المواد إلى المروج والمحاصيل - وتوافرها مهم بشكل خاص في النظم المائية. من ناحية أخرى، يمكن أن تمثل العناصر الغذائية الكثير من الأشياء الجيدة. أدى النشاط البشري إلى تعديل النظم البيئية العالمية بطرق تؤدي إلى زيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، وهو مصدر للكربون وأيضًا غازات الدفيئة (انظر تأثير الاحتباس الحراري)، وتسبب في جريان مفرط للأسمدة في الأنهار ثم إلى المحيط، حيث تقتل الأنواع التي تعيش. هناك.
طرق في علم البيئة
نظرًا لأن علماء البيئة يعملون مع أنظمة حية تمتلك العديد من المتغيرات، فإن التقنيات العلمية المستخدمة من قبل الفيزيائيين والكيميائيين وعلماء الرياضيات والمهندسين تتطلب تعديلًا لاستخدامها في علم البيئة. علاوة على ذلك، لا يتم تطبيق التقنيات بسهولة في علم البيئة، كما أن النتائج ليست دقيقة مثل تلك التي تم الحصول عليها في العلوم الأخرى. من السهل نسبيًا، على سبيل المثال، أن يقوم الفيزيائي بقياس اكتساب وفقدان الحرارة من المعادن أو غيرها من الأشياء غير الحية، والتي تمتلك ثوابت معينة من الموصلية والتوسع وخصائص السطح وما شابه. لتحديد التبادل الحراري بين الحيوان وبيئته، يواجه عالم البيئة الفسيولوجي مجموعة من المتغيرات غير القابلة للقياس تقريبًا والمهمة الهائلة المتمثلة في جمع البيانات العديدة وتحليلها. قد لا تكون القياسات البيئية دقيقة أو تخضع لنفس سهولة التحليل مثل القياسات في الفيزياء أو الكيمياء أو بعض مجالات البيولوجيا القابلة للقياس الكمي، وعلى الرغم من هذه المشاكل، يمكن تحديد جوانب مختلفة من البيئة بالوسائل الفيزيائية والكيميائية، والتي تتراوح بين من التعريفات الكيميائية البسيطة والقياسات الفيزيائية إلى استخدام الأجهزة الميكانيكية المتطورة. إن تطوير الإحصاء الحيوي (الإحصائيات المطبقة على تحليل البيانات البيولوجية) ، ووضع التصميم التجريبي المناسب ، وطرق أخذ العينات المحسنة تسمح الآن باتباع نهج إحصائي كمي لدراسة البيئة. بسبب الصعوبات الشديدة للتحكم في المتغيرات البيئية في هذا المجال، فإن الدراسات التي تنطوي على استخدام التصميم التجريبي تقتصر إلى حد كبير على المختبر والتجارب الميدانية الخاضعة للرقابة المصممة لاختبار تأثيرات متغير واحد فقط أو عدة متغيرات. يوفر استخدام الإجراءات الإحصائية ونماذج الكمبيوتر المستندة إلى البيانات التي تم الحصول عليها من الميدان رؤى حول التفاعلات السكانية ووظائف النظام البيئي. أصبحت نماذج البرمجة الرياضية ذات أهمية متزايدة في علم البيئة التطبيقي، خاصة في إدارة الموارد الطبيعية والمشاكل الزراعية ذات الأساس البيئي. وتمكّن الغرف البيئية الخاضعة للرقابة المجربين من الحفاظ على النباتات والحيوانات في ظل ظروف معروفة من الضوء ودرجة الحرارة والرطوبة وطول اليوم بحيث يمكن دراسة تأثيرات كل متغير (أو مجموعة من المتغيرات) على الكائن الحي. يمكن أن توفر أجهزة القياس الحيوية وغيرها من معدات التتبع الإلكترونية، والتي تسمح بتتبع حركات وسلوك الكائنات الحية حرة المدى عن بعد، أخذ عينات سريعة من السكان. تستخدم النظائر المشعة لتتبع مسارات المغذيات من خلال النظم البيئية، ولتحديد وقت ومدى انتقال الطاقة والمغذيات من خلال المكونات المختلفة للنظام البيئي، ولتحديد سلاسل الغذاء. يعد استخدام العوالم المختبرية الدقيقة - النظم الإيكولوجية المائية والتربة الدقيقة، التي تتكون من مواد حيوية وغير حيوية من النظم البيئية الطبيعية، والتي يتم الاحتفاظ بها في ظل ظروف مماثلة لتلك الموجودة في الحقل - مفيدة في تحديد معدلات دورة المغذيات، وتطوير النظام الإيكولوجي، والجوانب الوظيفية الأخرى من النظم البيئية. تمكن العوالم المصغرة عالم البيئة من تكرار التجارب وإجراء معالجة تجريبية عليها."
بواسطة روبرت ليو سميث وستيوارت إل بيم، المصدر: الموسوعة البريطانية
الرابط
Ecology - Methods in ecology
Ecology - Ecology - Methods in ecology: Because ecologists work with living systems possessing numerous variables, the scientific techniques used by physicists, chemists, mathematicians, and engineers require modification for use in ecology. Moreover, the techniques are not as easily applied in...
www.britannica.com
كاتب فلسفي