Ekoloji: Ek Sistemler ve Enerji Akışı

Konu Anlatımı

Ne Öğreneceğiz?

Bu konuda ekolojinin temel birimini, yani ekosistemi tanımlayacağız. Ekoloji, canlıların kendileriyle ve çevreleriyle olan ilişkilerini inceleyen bilim dalıdır. Ekolojik sistemlerde canlılar iki temel bileşen olarak bulunur: biyotik ve abyotik bileşenler. Ayrıca bu sistemlerde organik maddelerin üretici, tüketici ve değiştirici canlılar arasında nasıl aktarıldığını, enerji akışının bu aktarım sırasında nasıl azaldığını ve karbon, azot, su gibi maddelerin nasıl döngüye girdiğini öğreneceğiz.

Ön Bilgi: Ekosistemin Bileşenleri

Bir alanda yaşayan canlıların tamamı ile onları çevreleyen cansız çevrenin oluşturduğu ve birbirleriyle sürekli etkileşim içinde bulunduğu bütüne ekosistem denir. Bu bütünü oluşturan iki temel bileşen vardır. Abiyotik (cansız) bileşenler; ışık, sıcaklık, su, toprak, hava, rüzgâr, mineral besinler ve nem gibi, canlıların dış ortamını oluşturan faktörlerdir. Biyotik (canlı) bileşenler ise üreticiler, tüketiciler ve değiştiricilerdir. Sınırları kesin olarak çizilemeyen bu sistemler, dış ortamdan enerji ve madde alıp çevreye madde bıraktıkları için açık sistemlerdir.

Abiyotik bileşenler, biyotik bileşenlerin hem varlığını hem de dağılımını belirler. Suyun bulunmadığı bir ortamda canlı yaşayamaz; ışık şiddeti fotosentez hızını, sıcaklık ise enzimlerin çalışma hızını değiştirir. Bu nedenle aynı tür, farklı ortamlarda farklı yoğunluklarda bulunabilir. Buna karşılık canlılar da bulundukları ortamı değiştirir: bitkiler topraktan su ve mineral madde alır, hayvanlar toprağı eşer, algler sudaki bazı maddeleri kullanır.

Üretici, Tüketici ve Değiştirici

Ekosistemin canlı bileşenleri, beslenme biçimlerine göre üç ana grupta incelenir. Üreticiler (ototroflar) kendi organik maddesini üretebilen canlılardır. Yeşil bitkiler, algler ve kemosentetik bakteriler bu gruptadır; üreticiler ışık enerjisini fotosentezle kimyasal enerjiye dönüştürür. Kemosentetik üreticiler ise ışık yerine kemosentez yapar; bu nedenle ışığın ulaşmadığı derin deniz tabanı ve mağara gibi karanlık ortamlarda yaşayabilirler.

Tüketiciler hazır organik maddeyle beslenen canlılardır. Bitkiyle beslenen otçullar birincil tüketici, onları yiyen etçiller ikincil tüketici, ikincil tüketicileri yiyenler ise üçüncül tüketici olarak adlandırılır. Değiştiriciler (çürütücüler) ise ölü canlı kalıntıları ve atıkları ayrıştırarak inorganik maddelere dönüştürür. Bakteriler, mantarlar ve bazı küçük hayvanlar bu grupta yer alır.

Besin Zinciri, Besin Ağı ve Trofik Basamaklar

Bir canlının başka bir canlıyı yemesiyle oluşan ve birbirini izleyen beslenme ilişkilerinin oluşturduğu sıraya besin zinciri denir. Sıra üretici ile başlar, tüketici basamaklarıyla devam eder ve en sonda değiştiriciye ulaşır. Bir canlı türü aynı anda birden çok besin zincirinin içinde yer alabilir; birbiriyle iç içe geçen bu zincirler bütümüne besin ağı adı verilir. Besin zincirinde birbiriini yiyen canlılar aynı sırada bulunduğunda aynı trofik basamakta yer alır; yani bir basamağın sayısı, besin zincirindeki sırasıyla belirlenir.

Besin ağı, bir türün yoğunluğundaki artış ya da azalma değişimlerini diğer türlere yansıtır. Bir tür azaldığında onu yiyen türlerin besin kaynağı daralır, kendisini yiyen türlerin ise besin maddesi bollaşır. Bu yüzden ekosistemin bir türüne müdahale etmek, zincirin tamamını etkileyebilir.

Enerji Akışı ve Yüzde On Kuralı

Ekosistemlere giren enerjinin temel kaynağı Güneş ışığıdır. Enerji bir üst basamaktan diğerine aktarılırken büyük ölçüde hücresel solunum sonucunda ısı olarak çevreye yayılır. Geriye kalan enerjinin yaklaşık %10'u bir sonraki trofik basamağa aktarılır. Bu yaklaşık oran Lindeman kuralı olarak adlandırılır ve enerji akışının neden tek yönlü olduğunu açıklar. Enerji geri döngüye katılmaz; ekosistemin devamlılığı için sürekli taze ışık enerjisi sağlanması gerekir.

Enerji kaybının asıl nedeni, her basamakta canlının kendi metabolik faaliyetleri için (solunum, hareket, vücut sıcaklığını koruma) enerji harcamak zorunda olmasıdır. Bu nedenle birinci trofik basamaktaki üreticilerin toplam enerjisi ne kadar yüksekse, üst basamaklara ulaşan enerji o kadar fazladır. Tersine, enerji kaybının çok yüksek olduğu bir ortamda üst basamak sayısı sınırlı kalır; enerji bir kez tüketildiği için üst basamaklara artık yeterli enerji ulaşmaz.

Enerji Piramidi, Biyokütle Piramidi ve Sayı Piramidi

Trofik basamaklara ait değerler bir grafik üzerinde gösterildiğinde piramit biçimi elde edilir. Enerji piramidinde enerji miktarları, biyokütle piramidinde birim alan ve zamanda üretilen canlı kütlesi, sayı piramidinde ise basamaktaki canlı sayısı verilir. Enerji ve biyokütle piramitleri genel olarak tabanda geniş, tepede dar olacak şekilde çizilir; çünkü üst basamaklara her seferinde daha az enerji ve daha az biyokütle ulaşır.

Madde Döngüleri: Karbon, Azot ve Su

Enerjinin aksine madde akışı çevrimseldir; aynı atomlar canlılar arasında defalarca aktarılır ve sonunda yeniden çevreye döner. Bu döngüleri mümkün kılan şey üretici, tüketici ve değiştiricinin birlikte bulunmasıdır; değiştiriciler olmadan organik madde birikir ve madde döngüsü yavaşlar. Karbon döngüsünde karbondioksit fotosentezle organik maddeye dönüşür, solunum ve ayrıştırma ile yeniden karbondioksit olarak atmosfere verilir. Azot döngüsünde azotun büyük bölümü atmosferde gaz hâlinde bulunur; azot fiksasyonu ile bitkilerin kullanabileceği hâle gelir, nitrifikasyon ile amonyumdan nitrit ve nitrat oluşur, denitrifikasyon ile de nitratlar gaz hâlindeki azota dönüştürülerek atmosfere döner. Su döngüsünde ise buharlaşma, yoğuşma (kondensasyon) ve yağış yanında bitkilerin terlemesiyle oluşan evapotranspirasyon suyun atmosfere dönüşünü sağlar.

Adım Adım Çözülmüş Örnek

Bir çayırda üreticilerin kuru ot miktarı 10 000 kg olarak verilsin. Bu miktarın yaklaşık %10'u birinci tüketicilere aktarılır; birinci tüketicilerin biyokütlesi 1000 kg olur. Birinci tüketicilerden ikinci tüketicilere de yaklaşık %10 aktarıldığından ikinci tüketicilerin biyokütlesi 100 kg olur. Aynı işlem üçüncül tüketiciler için de uygulanırsa 10 kg bulunur. Bu örnek, her basamakta enerjinin ve dolayısıyla biyokütlenin yaklaşık onda birinin aktarıldığını, üst basamakların neden her zaman daha küçük kaldığını gösterir.

Kavram Karşılaştırma Tablosu

Aşağıdaki tablo, üretici, tüketici ve değiştirici gruplarını; beslenme biçimleri, trofik konumları ve ekosistemlere katkıları bakımından karşılaştırır.

Sık Yapılan Hatalar

En yaygın hata, enerjinin de madde gibi döngüsel olduğunu düşünmektir; enerji tek yönlüdür ve tüketildikçe azalır. İkinci hata, değiştiricileri tüketici saymaktır; değiştirici ölü maddeyi ayrıştırır, yani organik madde tüketmez. Üçüncü hata, %10 kuralını kesin bir sayı gibi kullanmaktır; bu değer ortalama bir orandır ve canlı grubuna, ortama ve döneme göre değişebilir. Dördüncü hata, her üreticinin ışık kullandığını varsaymaktır; kemosentetik üreticiler ışıktan yararlanmaz. Beşinci hata ise enerji piramidi ile biyokütle piramidini aynı grafik sanmaktır; biri enerji miktarını, diğeri canlı kütlesini gösterir.

Sınav Odaklı Ek Not

Hesap sorularında önce enerjinin ya da biyokütlenin hangi basamaktan başladığını belirle, sonra her basamak için %10 uygula. Üretici sorularında canlının fotosentez ya da kemosentez yapıp yapmadığına bak. Tüketici sorusunda ise canlının ne yediği sorulur: bitki yiyen birincil, onu yiyen ikincil tüketicidir. Azot döngüsü sorularında kelimeye dikkat; atmosfere azotu geri veren süreç denitrifikasyondur. Su döngüsünde terlemeyle atmosfere dönen su, evapotranspirasyon olarak adlandırılır.

Özet ve Kendini Dene

Ekosistem, canlı bileşenler ile abiyotik bileşenlerin oluşturduğu açık bir bütündür. Üreticiler ışık enerjisini organik maddeye, tüketiciler hazır organik maddeyi kendi yapılarına, değiştiriciler ise ölü maddeyi inorganik maddelere dönüştürür. Besin zincirleri birleşince besin ağı, sıralanan canlılar ise trofik basamaklar hâline gelir. Enerji her basamakta yaklaşık %10 aktarılarak azalır ve ısı olarak çevreye yayılır. Karbon, azot ve su ise çevrimsel olarak döner; bu döngülerin sürmesi üretici, tüketici ve değiştiricinin birlikte çalışmasına bağlıdır. Kendini dene: bir yerde üretici bulunmadığını düşün, hangi basamağın enerjisinin kesildiğini ve madde döngüsünün nasıl duracağını açıkla.

Basit Örnek ve Günlük Yaşam

Günlük yaşamda ve mesleki bağlamda bir uygulama:

Soru: Bir çayırda üreticilerin kuru ot biyokütlesi 10 000 kg olarak verilmiştir. Buna göre birinci, ikinci ve üçüncül tüketicilerin biyokütle değerleri yaklaşık ne kadardır?

1. Adım 1: Her basamaktan sonraki basamağa enerjinin yaklaşık %10'unun aktarıldığını yaz.
2. Adım 2: Birinci tüketicilerin biyokütlesini 10 000 × 0,1 = 1000 kg olarak hesapla.
3. Adım 3: İkinci tüketiciler için 1000 × 0,1 = 100 kg, üçüncül tüketiciler için 100 × 0,1 = 10 kg bul.
4. Adım 4: Değiştiricilere ise üçüncül tüketicilerden çok daha az miktarda organik madde ulaştığını belirt.

Sonuç/cevap: Birinci tüketiciler 1000 kg, ikinci tüketiciler 100 kg, üçüncül tüketiciler 10 kg biyokütle taşır.