Ekologia

Ekologia (kreik. oikos = koti, talous, logos = oppi) on biologian monitieteinen haara, jossa tarkastellaan eliöiden ja eliölajien vuorovaikutusta toistensa sekä niitä ympäröivän elottoman ympäristön kanssa. Vuorovaikutus ilmenee eliölajien levinneisyytenä, runsaussuhteina ja niiden muutoksina sekä evoluutiona. Elinympäristö muodostuu elottomista tekijöistä, kuten energiasta, ilmastosta ja geologisista tekijöistä sekä elollisista tekijöistä, joita ovat muut saman elinympäristön jakavat eliöt. Tutkimuksen kohteena voi olla yksilö, laji, populaatio, eliöyhteisö, ekosysteemi ja biomi.

Maapallo nähtynä Apollo 17 -avaruusaluksesta.

Ekologian tutkimusta tarvitaan muun muassa luonnonsuojelussa, luonnonvarojen hallinnassa ja kaupunkisuunnittelussa. Ekologia auttaa ymmärtämään, miten luonto ympärillämme toimii.

Ekologia on käsitteenä laajentunut tarkoittamaan ennemminkin elämäntapaa, aatesuuntaa tai muuta kestävään kehitykseen tähtäävää toimintaa kuin tiukasti biotieteisiin kuuluvaa tieteenalaa. Ekologiaa kutsutaan toisinaan luonnontaloudeksi Carl von Linnéa ja Charles Darwinia mukaillen.

Ekologia tieteenalana

Eliöt

Populaatio muodostuu tietyllä alueella samanaikaisesti elävistä saman lajin yksilöistä, esimerkiksi järven ahvenista. Samalla alueella elävät populaatiot muodostavat yhdessä eliöyhteisön, esimerkiksi kaikki järven kalat, ravut, levät jne. Tietyllä alueella elävät eliöt ja eloton luonto muodostavat ekosysteemin, esimerkiksi järven kalat, levät, vesi, järven pohjan kivet, hiekka ja muta. Suurekosysteemit eli eri ekosysteemien yhtenäiset järjestelmät ovat biomeja, jotka kaikki yhdessä muodostavat biosfäärin eli eliökehän. Pohjoinen havumetsävyöhyke on tyypillinen biomi. Jotkut tietyt eliölajit ovat tärkeitä koko ekosysteemin toiminnalle. Tälläisiä eliölajeja kutsutaan avainlajeiksi. Myös jotkut elinympäristöt ovat tärkeitä ekosysteemin toiminnalle ja niitä kutsutaan avaineliöympäristöiksi tai avainluontotyypeiksi.

Ravinto

Eliöiden ravintoketjut saavat alkunsa yhteyttävistä eliöistä eli useimmiten kasveista sekä niiden käyttämistä ravinteista. Yhteyttävät eliöt ovat tuottajia, niitä sanotaan omavaraisiksi eli autotrofeiksi. Toisenvaraiset eliöt eli heterotrofit käyttävät tuottajia hyödykseen. Esimerkiksi autotrofista heinää syövä lehmä on toisenvarainen.

Toisenvaraiset eliöt voidaan jakaa kuluttajiin ja hajottajiin. Kuluttajia ovat eläimet, jotka ovat kasvinsyöjiä, saalistajia tai loisia. Ne käyttävät muita eliöitä ravinnonlähteenään. Hajottajia ovat eliöt (muun muassa sienet ja bakteerit), jotka käyttävät ravintonaan kuolleita eliöitä tai niiden kuolleita osia, esimerkiksi puusta pudonneita lehtiä. Hajottajat hajottavat kuollutta eloperäistä ainesta ja palauttavat sen sellaiseen muotoon, että kasvit voivat käyttää sitä ravinnoksi ja samalla ne vapauttavat vettä ja hiilidioksidia luonnon kiertokulkuun. Eliöiden ravintoketjut liittyvät toisiinsa ja muodostavat yhtenäisiä ravintoverkkoja.

Eliöiden väliset suhteet

Kaikki samalla alueella elävät eliöt vaikuttavat toisiinsa joko välittömästi tai välillisesti. Esimerkiksi jos saalistettava laji lisääntyy paljon, myös sitä saalistava laji lisääntyy (usein viiveellä), sillä se saa enemmän ruokaa. Kun saalistava laji lisääntyy, se saalistaa enemmän saalistettavaa lajia ja näin sen populaation koko kääntyy laskuun.

Eliöt voivat myös olla symbioosissa, jolloin ne molemmat symbioosin suppeimman määritelmän mukaisesti hyötyvät toisistaan. Esimerkiksi jäkälä on sienen ja levän symbioosi. Jos taas eliöt ovat hyödyllisiä toisilleen, mutta tulevat toimeen ilman toista eliötä, kysymys on mutualismista. Toinen eliö voi olla loissuhteessa toisen eliön kanssa, jolloin hyöty on yksipuolista. Yleensä loinen vahingoittaa isäntäeliötä kuitenkaan tappamatta sitä. Eliöiden hyöty- ja haittasuhteita voidaan käyttää hyväksi kasvituotannon biologisessa torjunnassa, jossa tuhoeläimien määrää pyritään vähentämään niitä syövien petoeläinten avulla.

Myös lajien sisällä on kilpailua. Vain parhaat yksilöt selviytyvät. Tämä auttaa poistamaan huonoja geenejä perimästä ja parhaat ominaisuudet yleistyvät. Ekosysteemissä jokaisella lajilla on oma ekologinen lokero eli ekolokero. Gausen periaatteen eli syrjäyttävän kilpailun periaatteen mukaan kaksi samalla alueella elävää lajia eivät voi pysyvästi elää samassa lokerossa. Samassa ekologisessa lokerossa elävien lajien välille syntyy kilpailu, jonka vahvempi laji voittaa.

Paikallispopulaatioiden koko ja tiheys riippuvat useista syntyvyyteen ja kuolevuuteen vaikuttavista tekijöistä, kuten ravinnon saannista ja yksilöiden saaliiksi joutumisesta.

Ekologian tutkimus (hyödyntäminen)

Esimerkkejä:

Kasvihuoneviljelijät ovat kiinnostuneita biologisesta torjunnasta tuholaisten luontaisilla vihollisilla.

Metsästäjiä taas kiinnostaa saaliskannan koko sekä sen uusiutumisnopeus.

Aluesuunnittelijat hyödyntävät tietoa suojelualueiden minimiko'oista ja niiden sijoittelusta toisiinsa nähden,

Ympäristöviranomaisia kiinnostaa haja-asutusalueiden jätevesien puhdistusmenetelmät.

Ihmisen ekologia

Pääartikkeli: Ihmisen ekologia

Ihmisen vaikutus ympäristöönsä on yleensä voimakkaasti hyödyntävä, jopa tuhoava. Ihminen on metsästänyt sukupuuttoon ja muuten hävittänyt monia lajeja. Ihminen myös saastuttaa ympäristöään ja muun muassa voimistaa kasvihuoneilmiötä, joka aiheuttaa ilmaston lämpenemistä. Ihmisen ja luonnon suhteen historiaa tutkiva tiede on ympäristöhistoria, Suomessa osana yhteiskuntahistoriaa. Luonnonsuojelulliset ja ympäristönsuojelulliset seikat alkoivat saada laajaa kiinnostusta 1960-luvulla.

Ihmisen ympäristöä ja luontoa hyödyntävässä toiminnassa on nähtävissä tehostamisen ja ehtymisen kierre. Jos ihminen metsästää esimerkiksi suuret valaat loppuun, siirrytään pieniin valaisiin.

Ihmisen toiminnan seurauksena ympäristöön leviää useita myrkyllisiä aineita. Jotkin niistä rikastuvat ravintoketjuissa. Jos alkueläin syö esimerkiksi kymmenen ympäristömyrkkyä saanutta planktonyksilöä ja suurempi alkueläin kymmenen pientä alkueläintä, suuri alkueläin on saanut satakertaisen myrkkyannoksen, ellei myrkyllistä ainetta ole lainkaan hajonnut tai poistunut muulla tavoin ravintoketjusta. Ravintoketju jatkuu ehkä pieniin kaloihin, suuriin kaloihin ja ihmiseen. Näin myrkky rikastuu lopulta huippupetoon, esimerkiksi ihmiseen (ns. bioakkumulaatio). Ympäristömyrkyt säilyvät ekosysteemissä kauan, koska luonnon hajottajat pystyvät hajottamaan niitä huonosti.

Aavikoituminen johtuu osaltaan väestönkasvusta ja kasvihuoneilmiön aiheuttamasta ilmaston lämpenemisestä. Liian intensiivinen viljely ja karjanhoito lisäävät maan eroosiota aavikoitumisherkillä aroilla. Ihmisten aiheuttamat ympäristökatastrofit ovat saattaneet ohjata sivilisaation kehitystä. Enin osa ilmastonmuutosta aiheuttavista ihmisen toimista liittyy maatalouteen. Ilmastonmuutoksen torjumiseen on käytettävissä myös luonnollisia keinoja, mutta sujuvaan ilmastonmuutoksen torjuntaan tarvitaan oikeudenmukaista kansainvälistä politiikkaa. Maapallon historiassa on tapahtunut myös suuria luontaisia massaekstinktioita, joukkosukupuuttoja, joissa ihminen ei ole ollut osallisena. Ekosysteemeille haitallisia vaikutuksia aiheuttavat myös silloin tällöin tapahtuvat luonnonkatastrofit, joissa on monesti kuollut myös ihmisiä. Koska ihmiskunta on ekosysteemien sisäinen osa, ihmisen ekosysteemeihin kohdistuvat haittavaikutukset kohdistuvat myös ihmiskuntaan itseensä. Ilmastonmuutos lisää kuivuutta, mikä vaikeuttaa maatalouden harjoittamista. Lisäksi ilmastonmuutoksella on välillisiä vaikutuksia, jotka vaikuttavat haitallisesti ihmisten terveyteen, työllisyyteen, koulutukseen ja joidenkin alojen liiketoimintaan, kuten rakennusalalle ja energian tuotantoon.

Käsitteitä

• Peruskäsitteitä
  • kantokyky
  • lahoaminen
  • mätäneminen
  • ekologinen pyramidi
  • biomassa
• Energia
  • perustuotanto
  • nettotuotanto
  • kokotuotanto
  • ekologinen tehokkuus
  • energiapyramidi
  • energian ohivirtaus
  • jatkotuotanto
• Luonnon kiertokulku
  • veden kiertokulku
  • hiilen kiertokulku
  • hapen kiertokulku
  • typen kiertokulku
  • rikin kiertokulku
  • fosforin kiertokulku

• • kasvihuoneilmiö
  • ilmastonmuutos
• Ekologinen sukkessio
  • metsäpalo
  • heinikko
  • pensaikko
  • sekametsä
  • kliimaksikuusikko
  • kliimaksivaihe
  • pioneerilaji
• Kestävä kehitys
  • luonnonvarat
  • ympäristönsuojelu
  • happamat sateet
  • uudistumattomat luonnonvarat
  • biodiversiteetti
• Ympäristöongelmia: (eliöt, maaperä ja vesistöt)
• Aavikoituminen
• Biodiversiteetin köyhtyminen
• Eroosio
• Happamoituminen
• Juomavesivarojen riittävyys (ja vesipula)
• Maaperän pilaantuminen
• Rehevöityminen
• Vesien saastuminen
• Ympäristöongelmia: (ilma ja ilmasto)
• Ilman saastuminen
• Ilmaston lämpeneminen
• Otsonikato
• Ympäristöongelmia: (yhteiskunta)
• Liikakansoitus
• Liikakulutus
• Valosaaste

Lähteet

• Lukion biologia, Eliömaailma Bi 1; Sanna Kokkonen ja Nowak, Sipura, Veistola, Vilkki

Kirjallisuutta

• Hanski, Ilkka et al: Ekologia. Porvoo: WSOY, 1998. ISBN 951-0-21981-9
• Begon, Michael: Ecology : from individuals to ecosystems. Malden (Mass.): Blackwell Publishing, [2005], 2006. ISBN 1-4051-1117-8

• Haila, Yrjö: Vihreään aikaan: Kirjoituksia ihmisen ekologiasta. (Tutkijaliiton julkaisusarja 61) Helsinki: Tutkijaliitto, 1990. ISBN 951-9297-75-8

Aiheesta muualla

• Bio- ja ympäristötieteet (Opintoluotsi.fi)
• Mihin ekologiaa opiskelleet ovat sijoittuneet työelämässä (töissä.fi)

Biologia

Osa-alueita	Aerobiologia Anatomia Astrobiologia Biokemia Ekologia Eliömaantiede Eläintiede Etologia Evoluutiobiologia Fysiologia Genomiikka Hydrobiologia Iktyologia Kasvipatologia Kasvitiede Kehitysbiologia Kudosoppi Meribiologia Mikrobiologia Molekyylibiologia Muoto-oppi Neurotiede Paleontologia Parasitologia Perinnöllisyystiede Sienitiede Solubiologia Systematiikka Taksonomia Toksikologia
Käsitteitä	abioottinen aineenvaihdunta biodiversiteetti biomi biotooppi biosfääri DNA ekologinen lokero ekosysteemi eliöyhteisö evoluutio kelpoisuus lisääntyminen luonnonvalinta populaatio ravinto sukkessio uhanalaisuusluokitus yhteyttäminen pääjakso kaari
Aiheeseen liittyvää	biologian filosofia