Ekologi
Ekologisk nisch
Alla levande varelser har miljökrav som måste tillgodoses. Varje art har anpassats under lång tid till en viss
miljö. Alla de faktorer som tillsammans påverkar arten i
dess livsmiljö är den ekologiska nisch arten har. Strandråg är en art som normalt växer på havsstränder. Under
senare år har den koloniserat en ny salt miljö, vägkanter.
På grund av saltspridningen på våra vägar passar nu den
grusiga vägkanten utmärkt för strandråg. Alla miljökrav
som ingår i strandrågens nisch tillgodoses.
Många grodarter har speciella krav på miljön. Temperaturen måste vara hög under yngeltiden och pHvärdet måste vara neutralt. Sverige är ett kallt land sett
ut ”grodperspektiv”. För att temperaturen i vattnet skall
komma upp i rätt nivå krävs att omgivningen hålls öppen. Om dammen ligger inne i en skog blir den aldrig
belyst av solen och därmed alltför kall för att grodynglen skall kunna utvecklas.
Exkrementhögar från sandmask
Begränsande faktorer
Organismer behöver ha tillgång till vissa näringsämnen för att bygga upp sina celler och vävnader. Växter
hämtar allt de behöver från antingen jorden eller luften.
Så länge de har tillräckligt av solljus, vatten, koldioxid
och mineralämnen kan de fortsätta att växa. Om en av
faktorerna tar slut kommer tillväxten att upphöra. Det
som först tar slut för en viss art på en viss plats kallas för
den begränsande faktorn.
I öknar är det uppenbart att vatten är en begränsande
faktor. I fuktigare miljöer handlar det ofta om mineralämnen, t.ex. fosfor och kalium, som finns i små mängder. På marken i en tät skog är det oftast solljuset som
inte räcker till. I ett växthus kan det finnas ett överflöd av det mesta så att det till slut blir koldioxid som
begränsar tillväxten. Om en population blir alltför tät
ökar risken för att sjukdomar sprider sig, vilket gör att
populationen begränsas.
Miljön i havet har under lång tid varit oförändrad vilket lett till att många nischer utvecklats. På grunda bottnar finns
sandmaskar och andra arter som lever av det som faller ned. Vid lågvatten syns sandmaskarnas exkrementhögar. På
stränderna kan man även finna ilandspolade arter som lever på stora djup ute i oceanerna.
53
54
Ekologi
Roller i ekosystemet
Organismerna indelas i producenter och konsumenter
beroende på vilken roll de spelar i ekosystemet. Ofta
talar man om nedbrytare (destruenter) som en egen
grupp, men de är en typ av konsumenter.
Alla levande varelser behöver grundämnet kol som
används vid uppbyggnad av organiska molekyler. De
behöver även energi för alla livsprocesser. Producenter
och konsumenter skiljer sig åt genom att de använder
olika källor för kol och energi.
Roll i ekosystemet
Kolkälla
Energikälla
Producenter
Koldioxid
Solljus
Konsumenter
Organiska
ämnen
Organiska
ämnen
Destruenter
Organiska
ämnen
Organiska
ämnen
Producenter
Gröna växter, alger, blågröna bakterier samt ytterligare
några bakteriearter utgör ekosystemens producenter.
Producenterna är autotrofa organismer som har förmågan att bilda organiska näringsämnen ur enkla byggstenar. Vanligen används energi från solljus, men det finns
autotrofa bakterier som utnyttjar andra energikällor.
Fotosyntesreaktionen är komplicerad och sker i flera
steg. Växter innehåller klorofyll som fångar upp energi
från solljus. Grönt ljus används inte utan reflekteras
och det är orsaken till att bladen uppfattas som gröna.
Energin används till att dela upp vattenmolekyler i syre
och väte. Syret används inte utan släpps ut från bladen.
Vätet sätts ihop med koldioxid vid bildning av druvsocker (glukos). Glukosmolekyler kan sättas samman
till långa kedjor och bildar då andra kolhydrater, vanligen cellulosa eller stärkelse.
Fotosyntesens många steg sammanfattas med formeln:
Cellandningen kan sammanfattas med formeln:
6 CO₂ + 6 H₂O + Solenergi
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
Druvsocker + Syre
Druvsocker + Syre
Koldioxid + Vatten + Solenergi
Växter behöver koldioxid som de tar från luften och vatten
som de tar upp med rötterna. Solen måste lysa för att
växterna skall växa. Växter består till största delen av
kolhydrater som byggs upp av socker. Växter avger
restprodukten syre.
Växten tar upp
koldioxid
och avger
syrgas.
O₂
CO₂
H₂O
Växten tar upp vatten.
Trädet bildar
kolhydrater,
bl.a. cellulosa
som bygger
upp stammen.
6 CO₂ + 6 H₂O + Energi
Koldioxid + Vatten + Energi
Syre är nödvändigt för alla djur. Vid ansträngning, när
mer energi behövs, måste andningen öka eftersom syret
förbrukas snabbare. En stor del av energin får djur från
socker och andra kolhydrater, men även andra ämnen kan
förbrännas. Utandningsluften innehåller restprodukten
koldioxid. Vatten bildas också vid cellandning. Överskottet avges med urinen.
Hjorten andas in
syre och äter
kolhydratrikt gräs
O₂
och släpper ifrån
sig koldioxid och
vatten.
CO₂
C₆H₁₂O₆
glukos, druvsocker
H₂O
Ekologi
Glukos
(druvsocker)
o
H
HO
Förenklad
strukturformel
o
o
o
o
o
o
Konsumenter och destruenter
H
H C OH
C
O
H
C
OH
H
H
OH
C
H
C
OH
C
Strukturformel
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
Glukosmolekyler som sammanfogats till
stärkelse eller cellulosa.
Potatisen är en stärkelserik lagringsknöl. Stärkelsen
kan vid behov sönderdelas till glukosmolekyler och förbrännas. Energin sparas under vintern och används när
potatisen bildar groddar nästa vår. Växten använder då
den energi som finns lagrad i glukosmolekylerna. Producenter utför alltså både fotosyntes och cellandning.
Glukos används också som råvara för tillverkning av
fetter, proteiner och andra organiska ämnen.
Konsumenter och destruenter är heterotrofa organismer.
De kan inte själva framställa näring av enkla byggstenar
och solljus utan måste få färdiga organiska ämnen för
att överleva. Såväl växtätare som rovdjur behöver energirika kolhydrater, proteiner och fett. Alltihop kommer
ursprungligen från växterna. Dessa organiska molekyler
används både som kolkälla och energikälla. Alla andra
grundämnen tillförs också genom födan.
Energin utvinns genom cellandning då de energirika
ämnena förbränns. Cellandning (förbränning) utförs
av alla organismer som använder syre. Processen sker
i växtceller, svampceller och djurceller liksom i många
bakterier. Glukos sönderdelas till koldioxid och vatten.
Energin som bundits i glukosen frigörs och kan användas till olika energikrävande processer i cellen. Syre
är nödvändigt för att reaktionen ska ske, men det är
sockret som ger energi.
Alla djur är konsumenter med olika specialisering.
Vissa är växtätare, andra rovdjur och somliga är all­ätare.
Många djur livnär sig på döda organismer. Vid nedbrytningen släpps mineralämnen ut som sedan kan användas på nytt av producenter. Bakterier och svampar
är viktiga nedbrytare.
Energirik mat?
Socker kan användas som energikälla, men även proteiner
och fett är energirikt och kan förbrännas. Stärkelse från
potatis kan brytas ned till glukos. Cellulosa, som växter till
stor del består av, är också uppbyggt av glukosmolekyler. Vi
människor kan dock inte få ut så mycket energi av cellulosa
eftersom vi saknar förmåga att bryta ned detta ämne.
Dubbelfoting
Dubbelfotingar är viktiga destruenter som lever av vissna löv.
Löven är svårsmälta och djuret kan endast ta upp en liten del
av energiinnehållet. Spillningen är därför rik på näring och
äts av andra nedbrytare.
55
56
Ekologi
Näringskedja
En näringskedja visar näringens transport genom ekosystemet. Den börjar alltid med en producent, vanligen
en växt eller alg. Nästa steg är en växtätare, en primärkonsument. Växtätaren äts av en sekundärkonsument.
Den kan i sin tur bli uppäten av en tertiärkonsument.
Producent
Primärkonsument
Växtplankton
Kiselalg
Djurplankton
Krill
Exemplet nedan visar endast en av det närmast oändliga antalet varianter av näringskedjor som finns. Det
är i själva verket många arter av djurplankton som äter
av de tusentals arterna växtplankton. I nästa steg finns
flera arter bardvalar som lever på djurplankton.
Sekundärkonsument
Bardval
Blåval
Näringskedja
Detta är ett exempel på en näringskedja med tre näringsnivåer. Kiselalgen (producent) utför fotosyntes, bildar näringsämnen och
äts upp av krill (primärkonsument). Blåvalen (sekundär­konsument) äter krill och får på så sätt i sig närings­ämnen och energi.
Observera att pilarna symboliserar näringens väg i näringskedjan.
Näringsväv i skog
Björn
Varg
Älg
Ren
Sorkar
Gräs
Nedbrytare
Näringsväv
Mesar
Korsnäbb
Björk
Bakterier
Ugglor
Spindlar
Fjärilar
Gran
Maskar
Skalbaggar
Lavar
Blåbär
Svampar
Sammanfogar man näringskedjorna i ett ekosystem får man en näringsväv. Bilden är starkt förenklad eftersom det egentligen
finns tusentals arter som lever i skog. Även nedbrytarna ingår i näringsväven. Bakterier äts av maskar och vissa skalbaggar och
fjärilar lever av svamp.
57
Ekologi
Näringsväv
Näringsväven beskriver hur en organism kan vara kopplad till flera andra arter genom att ha flera bytes­djur eller
leva av flera växtarter. Skillnaden mot en näringskedja
är att man visar en större del av ekosystemet i väven.
Därmed visar man kopplingarna mellan organismer i
ett ekosystem mera sanningsenligt än i en näringskedja,
även om näringsväven också är en förenkling av verkligheten. Näringsväven är en bättre modell av sambanden mellan arter i ett ekosystem.
Näringspyramid
Sista arten i en näringskedja kallas ofta för toppkonsument. Orsaken till den beteckningen är att man kan
beskriva ekosystemet med en pyramidformad figur, en
näringspyramid. Näringspyramiden visar hur mycket
det finns av olika slags organismer i ett ekosystem. Varje steg i näringskedjan motsvara en nivå i pyramiden.
Den sammanlagda vikten av de levande organismer man talar om kallas biomassa. Oftast menar man
torrvikt eftersom vattenhalten kan variera. Det finns
i allmänhet störst biomassa av producenter och dessa
bildar basen i pyramiden. På nivån ovanför finns primärkonsumenter (växtätare). Deras biomassa är betydligt mindre än växternas. En tumregel är att 90 % av det
som ekosystemets växtätare konsumerar förbränns och
endast 10 % blir kvar i form av biomassa som kan gå
vidare till nästa nivå. Detta gäller på ekosystemnivå och
inte för varje enskild individ.
Energiförlusterna begränsar antalet nivåer i näringspyramiden. Det finns flera skäl till att djuren på den
översta nivån (toppkonsumenterna) är sårbara. En anledning är att varje djur behöver en stor yta för sin försörjning. Blir det alltför glest mellan djuren får de svårt
att hitta varandra vid fortplantningen.
Näringspyramiden
Näringspyramiden visar hur näringen förs från producenter i botten av pyramiden till toppkonsumenter högst
upp. Storleken på pyramidens delar symboliserar hur mycket biomassa som finns på varje nivå.
Producenter är basen i näringspyramiden. I de
flesta ekosystem utgör de den största delen av
biomassan.
Sparvhök
90 %
Sädesärla
Kålfjäril
Kål
90 %
90 %
Primärkonsumenter är arter som äter växter.
Växtätare finns av många slag, från encelliga
varelser till stora däggdjur. Större delen av den
energi de äter i form av växter använder de för
att hålla sig varma, röra sig mm. Ungefär 90 %
av energin avges i form av värme.
Sekundärkonsumenter äter primärkonsumenter. Sädesärlan är ett ”rovdjur” som bland annat
äter larver av insekter.
Tertiärkonsumenter är de som äter sekundärkonsumenter. Sparvhök är en vanlig rovfågel
som ofta tar insekts­ätande småfåglar.
58
Ekologi
Flöden och kretslopp
Energi flödar
Solens strålningsenergi förser jordens ekosystem med
energi. Energin flödar genom ekosystemen. Växterna
samlar in solenergi vid fotosyntesen och sparar energin
i form av energirika molekyler. Andra organismer som
lever av det växterna samlat in får ut energi genom att
bryta ned molekyler i sin cellandning. I samband med
att energin används vid muskelarbete och ämnesomsättning frigörs energin till slut i form av värme. Värmeenergin strålar hela tiden från varma kroppar ut i
omgivningen och så småningom ut i rymden. Den energin kommer aldrig att kunna utnyttjas av någon organism utan är för evigt borta från biosfären.
Huvudbeståndsdelar
Kol, C
CO2
Syre, O
CO2
Väte, H
H2O
Makronäringsämnen
+
Kväve, N
NH4 NO3Fosfor, P
HPO42+
Kalium, K
K
Kalcium, Ca
Ca2+
Magnesium, Mg Mg2+
Svavel, S
SO42Mikronäringsämnen
Järn, Fe
Fe2+
Mangan, Mn
Mn2+
Koppar, Cu
Cu2+
Zink, Zn
Zn2+
3Bor, B
BO3
Molybden, Mo MoO42- MoS42-
Materia cirkulerar
På jorden sker en cirkulation av grundämnen. Det är
nödvändigt eftersom jorden inte tillförs nya grundämnen, bortsett från ett marginellt tillskott i form av meteoriter. Att ämnen cirkulerar betyder att de används
på nytt. Atomerna växlar mellan olika molekyler som
bildas och bryts ned vid kemiska reaktioner.
Vissa kretslopp går snabbt medan andra kan ta miljontals år. Kolatomerna i en smörgås kanske redan efter
några timmar lämnar kroppen i form av koldioxid i utandningsluften. En koldioxidmolekyl kan tas upp av en
morotsplanta i trädgården. En annan koldioxidmolekyl
som moroten får tag på kan ha kommit ur avgaserna
från en passerande bil. Kolet som finns i kolvätena i
bensinen togs upp av växter för 150 miljoner år sedan.
Även om grundämnen cirkulerar betyder inte detta att
alla kretslopp är perfekta. I många fall kommer mängden av ett grundämne att på lång sikt öka eller minska i
biosfären. Under flera miljarder år har vi på jorden haft
en transport av kol från atmosfären ned i jordskorpan.
Kolet har bundits i form av bland annat kalciumkarbonat i kalksten och därmed försvunnit från biosfären.
Växternas behov av grundämnen
De grundämnen som växten har störst behov av, syre och
kol, tas från luften. Väte kommer från vattenmolekyler.
Växter tar upp många mineralämnen i form av joner som
finns lösta i markvattnet. Makronäringsämnen behövs i
större mängd än mikronäringsämnen.
59
Ekologi
Kolets kretslopp
I atmosfären finns ett lager av kol i form av koldioxid.
Koldioxid tas upp av växter vid fotosyntesen. Växter äts
av djur som genom sin cellandning ­förbränner kolhyd­
rater till koldioxid och vatten. Under hösten och vintern
bryts löv och andra växtrester ned av olika djur, svampar
och bakterier. Koldioxid återförs då till ­ atmosfären. I
vissa fall tar kretsloppet längre tid än ett år. Ett träd kan
växa under 100 -tals år och samla upp stora mängder
kol i veden innan det dör och bryts ned.
Om organismer av någon anledning inte bryts ned
kommer kolhaltiga ämnen att lagras. Exempel på ­lagrat
kol är stenkol, olja och torv. Kolet kan på detta sätt lagras under mycket lång tid och ingår då inte i det årliga
kretsloppet. Torv bildas i våtmarker där den syrefattiga
miljön gör att växtrester inte bryts ned. I Sibirien finns
stora lager med torv som bildats genom att marken
är frusen under så lång tid av året att nedbrytningen
inte hinner bli klar. Efter lång tid kan torv omvandlas till brunkol och stenkol. Huvuddelen av stenkolet
bildades under karbonperioden. Brunkolet är yngre. På
vissa platser finns olja som har bildats ur sediment av
döda plankton. Åldern på de flesta oljeförekomster är
100 - 160 miljoner år. Det kol som finns bundet i naturgas, stenkol, brunkol och olja kallas för fossilt kol.
Kol kan lagras under kortare eller längre tidsperioder.
Så småningom återkommer dock det mesta av kolet till
atmosfären som koldioxid. I medeltal tar cykeln för en
kolatom 25 år. Användning av fossilt kol höjer luftens
CO2-halt. Sedan stenkol och olja började användas som
energikälla för ungefär 300 år sedan har mängden CO2
i atmosfären stigit med 37 %.
Koldioxid kan lösa sig i vatten och bilda kolsyra
(H2CO3). När kolsyran reagerar med vattnet bildas
karbonatjoner (CO32-) som tillsammans med kalcium
ingår i skal hos kräftdjur och snäckor. När djuren dör
sjunker skalen till botten och kan omvandlas till kalksten. En del av atmosfärens kol bortförs på detta sätt
från kretsloppet under många miljoner år.
CO₂
Kolets kretslopp
Cellandning
Fotosyntes
H₂CO₃
Ca²+
CO₃²
Kalkslam
Fotosyntes
Nedbrytning av
organiska ämnen
Om växtrester inte bryts ned
kan de lagras
Torv, kol, olja, naturgas
Kolet kan lagras under miljontals år
CONedbrytning
från
2
fossila källor
Koldioxid tas upp av växter vid fotosyntesen. När växten eller djuret
som ätit av växten dör och bryts
ned släpps lika mycket koldioxid
ut som bundits vid fotosyntesen.
Om organismer inte bryts ned kan
kolhydraterna lagras under lång
tid som torv, kol och olja. Grundämnet kol kan byggas in i skal hos
snäckor, kräftdjur och plankton
i form av kalciumkarbonat. När
djuren dör hamnar skalen på
havsbottnen.
60
Ekologi
Kvävets kretslopp
Kväve används främst i aminosyror som binds samman
till proteiner. Trots att kväve är det vanligaste ämnet i
luften är det ofta en bristvara för växter och alger. Orsaken är att de inte kan ta upp atmosfärens kväve, N2.
De använder sig i stället av kväveföreningar som am+
moniumjoner (NH4 ) och nitratjoner (NO3).
Kvävets kretslopp kan förenklat delas upp i två delar.
♦
Urinämne från djur och aminosyror från
döda organismer bryts ned till ammoniumjoner. Bakterier kan omvandla ammoniumjoner till nitratjoner. Växter och alger
kan ta upp både ammonium- och nitratjoner och bygga upp nya aminosyror.
♦
Kväve från atmosfären kan tas upp av vissa
bakterier och bindas i aminosyror. Processen kallas kvävefixering. När bakterierna
dör blir kvävet tillgängligt för växterna.
Kväve kan även återgå till N2 i atmosfären
genom denitrifikation.
Kvävefixerande bakterier lever ofta i symbios med
växter. Baljväxter, till exempel ärtor och klöver, används
inom jordbruket för biologisk kvävefixering. En klöverplanta har små knölar på rottrådarna. Dessa så kallade
noduler innehåller kväve­fixerande bakterier.
Denitrifikation sker främst i vattenfylld mark, där det
råder syrebrist. Bakterier kan då ta upp syre från nitrat
och bilda kvävgas (N2) som går upp i atmosfären. Detta
är något som jordbrukare försöker undvika genom att
dika ut sina åkrar så att marken blir ordentligt genomluftad. Om marken innehåller syrgas behålls nitratjonerna i markvattnet och kan då användas av växter.
I kärr och mossar finns växter som anpassats till kvävebristen genom att fånga insekter och andra smådjur.
Sileshår, tätört och bläddror är ”köttätande” växter som
förekommer i våtmarker.
Ammonium kan omvandlas till ammoniak (NH3)
som avges till luften. Gasen bildas främst vid hantering
av gödsel inom jordbruket. Nedfall av ammoniak ökar
kväveinnehållet i områden långt från källan.
N₂ i atmosfären
Nedbrytning
Kvävefixering
Aminosyror omvandlas
till ammoniumjoner.
NH₄+
Bakterier binder
kvävgas från luften.
Urinämne från djur
Växter tar upp
ammonium- och
nitratjoner.
Bakterier
NO₃
Bakterier omvandlar
ammoniumjoner till
nitratjoner.
Denitrifikation
I syrefria miljöer finns bakterier
som använder syret i nitratjonerna
Nitraten omvandlas då till kvävgas.
61
Ekologi
O₂
Kolhydrater
H₂O
CO₂
Syrets kretslopp
Anpassning för kvävebrist
Rundsileshår är en av de arter som kan växa i kvävefattiga
miljöer. Genom att fånga insekter kan de få i sig tillräckligt
med kväve.
Fosforns kretslopp
Fosfor är ett nödvändigt grundämne för alla levande
organismer. Ämnet ingår framförallt i DNA och benvävnad. Fosfor finns i berggrunden och kommer ut i
markvattnet genom att berget vittrar. Växter tar upp
fosfor i form av olika fosfatjoner.
På jordbruksmark måste fosfor tillföras eftersom
mycket försvinner i samband med att fosforinnehållande grödor skördas. Jordbruksgrödor kan behöva så
mycket som 60 kg fosfor per hektar och år. Vittringen räcker inte på långa vägar till för att ersätta detta.
Konstgödsel och naturgödsel sprids på åkrar huvudsakligen för att tillföra fosfor och kväve.
Även i vattenekosystem begränsas ofta tillväxten av
brist på fosfor eller kväve. I sötvatten begränsar fosfor
medan tillväxten i havet begränsas av brist på kväve.
Fosforns kretslopp
Fosfatjoner tas upp av växter, transporteras genom näringskedjorna och återförs till jorden vid nedbrytningen. Fosfor
ingår i en del bergarter och frigörs vid vittring.
Vid fotosyntesen tar växten ut väte (H) ur vattenmolekyler.
Väte sätts ihop med koldioxid till kolhydrater. Syret avges till
luften. Vid cellandning förbränns kolhydraterna och syret
kommer åter att ingå i vatten och koldioxid.
Syrets kretslopp
En mycket stor andel av de kemiska föreningar som
ingår i levande varelser innehåller grundämnet syre.
Vattenmolekylerna i havet och syreinnehållande mineral i berggrunden utgör stora förråd av syre. Ursprungligen fanns inget fritt syre i atmosfären, men till följd
av fotosyntes har halten stigit till den nuvarande nivån,
cirka 21 %. I och med att fritt syre fanns tillgängligt
utvecklades syreberoende cellandning som alla flercelliga organismer använder sig av. Syre cirkulerar mellan
atmosfären (O2 och CO2), vatten (H2O) och de levande
varelserna (organiska molekyler).
Bergarter
Nedbrytning
Vittring
Geologiska
processer ger
upphov till
nya bergarter.
Växter tar
upp joner
med fosfor.
2-
HPO4
-
H2PO4
En del av fosforn förs bort med vatten
och hamnar så småningom i havet.
