ÖABT Fen Bilimleri Biyoloji: Ekoloji ve Çevre konu anlatımı

Ekoloji, canlıların birbirleriyle ve çevreleriyle olan ilişkilerini inceleyen bilim dalıdır. Ortaokul Fen Bilimleri programında besin zinciri ve besin ağı, ekosistemler, çevre sorunları ve insan-çevre etkileşimi başlıklarıyla doğrudan örtüşen bu konu, ÖABT Fen Bilimleri sınavında ekolojik organizasyon basamakları, popülasyon ve komünite ekolojisi, türler arası ilişkiler, enerji akışı ve madde döngüleri, süksesyon ile güncel çevre sorunları (ötrofikasyon, biyolojik birikim, küresel ısınma) üzerinden sıklıkla sorulur. Ekolojik organizasyon, en küçük birimden en büyüğe doğru birey → popülasyon → komünite (biyosenoz) → ekosistem → biyom → biyosfer şeklinde sıralanır. Bir ekosistemde canlılar üretici, tüketici ve ayrıştırıcı olarak görev alır; enerji tek yönlü akarken madde (karbon, azot, su gibi) döngüsel olarak yeniden kullanılır.

Ekolojik organizasyon basamakları

Popülasyon, aynı türden bireylerin belirli bir alanda oluşturduğu topluluktur; popülasyon yoğunluğu, doğum-ölüm oranları ve göçle değişir. Komünite (biyosenoz), aynı bölgede yaşayan farklı türlere ait popülasyonların bütünüdür. Ekosistem, bir komünite ile onun cansız (abiyotik) çevresinin (su, sıcaklık, ışık, toprak) birlikte oluşturduğu sistemdir. Benzer iklim koşullarında oluşan büyük ölçekli kara ekosistemlerine biyom, Dünya'daki tüm ekosistemlerin bütününe ise biyosfer denir.

Popülasyon ekolojisi

Bir popülasyonun sınırsız kaynak altındaki büyümesi üstel (J şeklinde) bir eğri izler; ancak gerçek ortamlarda besin, alan ve yaşam alanı sınırlı olduğundan popülasyon taşıma kapasitesi (K) adı verilen bir üst sınıra yaklaşır ve büyüme sigmoid (S şeklinde) bir eğri gösterir. Taşıma kapasitesine yaklaşıldıkça rekabet, hastalık ve avcılık gibi ortam direnci etkenleri popülasyon artışını yavaşlatır.

Komünite ekolojisi ve türler arası ilişkiler

Bir komünitede türler arasında çeşitli ilişkiler görülür: predasyon (avcı-av ilişkisi, biri yarar sağlarken diğeri zarar görür), rekabet (aynı kısıtlı kaynağı paylaşan türlerin her ikisinin de olumsuz etkilenmesi), parazitizm (bir tür yarar sağlarken konakçı zarar görür), kommensalizm (bir tür yarar sağlarken diğeri ne yarar ne zarar görür) ve mutualizm (her iki tür de yarar sağlar, örneğin baklagil kökü-azot bağlayan bakteri ilişkisi). Aynı habitatı paylaşan türler, rekabeti azaltmak için farklı ekolojik nişlere (kaynak kullanım biçimlerine) sahip olabilir; bu duruma niş ayrımı denir.

Besin zinciri, enerji akışı ve ekolojik piramitler

Bir besin zincirinde enerji üreticilerden (fotosentez yapan canlılar) birincil tüketicilere (otçullar), oradan ikincil ve üçüncül tüketicilere aktarılır; ayrıştırıcılar (bakteri, mantar) ise ölü organizma ve atıkları parçalayarak organik maddeyi inorganik forma çevirir ve madde döngüsüne katar. Bir trofik seviyeden bir sonrakine aktarılan enerji miktarı yaklaşık %10'dur (%10 kuralı); geri kalan enerji solunum, hareket gibi yaşamsal faaliyetlerde ısı olarak kaybolur. Bu nedenle enerji piramidi her zaman tabanı geniş, tepesi dar bir şekil alır ve asla ters dönemez; ancak sayı piramidi bazı özel durumlarda (örneğin tek bir büyük ağacın üzerinde çok sayıda böcek yaşaması gibi) ters görülebilir çünkü bireylerin sayısı, büyüklüklerinden bağımsızdır.

Madde döngüleri

Karbon döngüsünde atmosferdeki CO₂, fotosentezle organik bileşiklere dönüştürülür; solunum, yanma ve ayrıştırıcı faaliyeti ile tekrar atmosfere döner. Azot döngüsünde atmosferdeki serbest N₂ gazı, bazı bakteriler tarafından azot fiksasyonu ile bitkilerin kullanabileceği amonyum/nitrat formuna dönüştürülür; ayrıştırıcılar organik azotu amonyağa çevirir (amonifikasyon), nitrifikasyon bakterileri amonyağı nitrata yükseltger, denitrifikasyon bakterileri ise nitratı tekrar N₂'ye çevirerek atmosfere döndürür.

Süksesyon

Bir alandaki canlı topluluğunun zamanla değişerek kararlı (klimaks) bir topluluğa ulaşması sürecine süksesyon denir. Daha önce toprak ve canlı topluluğu bulunmayan çıplak bir alanda (örneğin soğumuş lav) topluluğun sıfırdan oluşmasına birincil süksesyon; toprağın ve bazı tohum/kök kalıntılarının korunduğu bir alanda (örneğin orman yangını sonrası) topluluğun yeniden oluşmasına ikincil süksesyon denir; ikincil süksesyon birincile göre daha hızlı ilerler.

Güncel çevre sorunları

Ötrofikasyon, sulara aşırı miktarda azot ve fosfor içeren atığın (gübre, evsel atık su) karışması sonucu alglerin aşırı çoğalması, ardından ölen alglerin ayrıştırılması sırasında çözünmüş oksijenin tükenmesi ve buna bağlı canlı ölümleriyle sonuçlanan bir süreçtir. Biyolojik birikim (biyoakümülasyon/biyomagnifikasyon), DDT gibi doğada kolay parçalanmayan ve yağda çözünen kimyasalların besin zinciri boyunca üst trofik seviyelere çıkıldıkça giderek yüksek derişimlerde birikmesidir. Anahtar tür (keystone species) kavramı, bir türün ekosistemdeki etkisinin kendi biyokütlesinden çok daha büyük olduğunu; bu türün kaybolmasının ekosistemin yapısını kökten değiştirebileceğini ifade eder.

Örnek 1. Bir gölette fitoplanktonu zooplankton, zooplanktonu küçük balıklar, küçük balıkları da bir yırtıcı balık tüketmektedir. Yırtıcı balığın besin zincirindeki trofik seviyesi nedir?

Çözüm: Fitoplankton üretici, zooplankton birincil tüketici, küçük balık ikincil tüketici, yırtıcı balık ise üçüncül (tersiyer) tüketicidir.

Örnek 2. Bir besin zincirinde bir trofik seviyedeki toplam enerjinin yaklaşık %10'u bir üst seviyeye aktarılır. Kalan %90'a ne olur?

Çözüm: Aktarılamayan enerjinin büyük kısmı canlıların solunum, hareket, büyüme gibi yaşamsal faaliyetleri sırasında ısı olarak çevreye kaybedilir; bir kısmı da sindirilemeyen atıklarla ayrıştırıcılara aktarılır. Bu nedenle enerji piramidi üst seviyelere çıkıldıkça daralır.

Örnek 3. Bir tarım ilacının besin zincirinin altındaki alglerde 0,01 ppm, üstteki balıkçıl kuşlarda ise 25 ppm derişimde bulunduğu belirlenmiştir. Bu artışın nedeni nedir?

Çözüm: Yağda çözünen ve kolay parçalanmayan kimyasal, avcı tarafından tüketilen çok sayıda av canlısındaki miktarların vücutta toplanmasıyla biyolojik olarak büyütülür (biyomagnifikasyon); enerjinin aksine kirletici madde üst trofik seviyelere çıkıldıkça artan miktarlarda birikir.

Örnek 4. Bir gölete aşırı miktarda evsel atık su karıştıktan sonra önce alglerde aşırı çoğalma, ardından çok sayıda balık ölümü gözlenmiştir. Bu olayların sırası nasıl açıklanır?

Çözüm: Atık sudaki fazla azot ve fosfor, alglerin aşırı çoğalmasına (ötrofikasyon) yol açar. Bu algler öldüğünde ayrıştırıcılar tarafından parçalanırken sudaki çözünmüş oksijen hızla tüketilir; oksijen yetersizliği de balık ve diğer canlıların ölümüne neden olur.

Örnek 5. Bir bölgede üst düzey bir yırtıcının aşırı avlanma sonucu neredeyse yok olmasının ardından otçul popülasyonu artmış, bitki örtüsü aşırı tüketilerek bitki çeşitliliği azalmıştır. Bu durum hangi kavramla açıklanır?

Çözüm: Bu durum bir anahtar tür (keystone species) etkisinin kaybı ile açıklanır; yırtıcının varlığı otçul popülasyonunu kontrol altında tutarak dolaylı biçimde bitki çeşitliliğini korumaktadır ve bu türün kaybı ekosistemin bütün dengesini bozmuştur.