Екология - Правилата за живот на Земята

През последните 38 епизода на Интензивния курс по биология говорихме за това как да направим един организъм. Знаеш ли какво научих през тези 38 седмици? Създаването на нещо живо е трудно. Има молекули, които изграждат органели, които задвижват клетките, които се събират, за да формират тъкани, които изграждат органи, които съставят системи. Важно е да знаем всичко това, защото ни показва основните правила за това да си живо същество, поне на тази планета. Но биологията има още много страни. Имам предвид, да разбираш как един организъм движи вътрешните си работи, е супер, но не ни казва много за мястото му в света. За това ни трябва екологията, науката за правилата на взаимодействие между всичките земляни. Екологията се опитва да разбере защо светът изглежда и действа по начина, по който е. Защо Южният полюс изглежда различно от Конго? Защо има комари навсякъде, а черните носорози са практически изчезнали? Краткият отговор на тези въпроси е, защото светът е претъпкан с неща, живи и неживи, които си влияят през цялото време, всеки ден, откакто е започнал животът на планетата. Дори по-краткият отговор е, че всичко живо, всички неща, които си влияят взаимно, разчитат на само две неща. Опитай да познаеш кои. Междувременно се приготви, защото курсът ни по биология поема последното си пътешествие извън тялото по целия свят. До известна степен можеш да мислиш за всички живи неща – големите бели акули, блатната тиня, картофите – като за молекули, които реагират помежду си. Всеки един от нас, организмите, е доста нищожен в схемата на нещата, точно като една молекула кислород, нужна ни за АТФ производство за гориво за телата ни. Не може да направи сама по себе си нищо. Ако смесиш обаче милиони кислородни молекули заедно с други видове молекули, изведнъж те пускат гигажилион мегавата от АТФ енергия, която да оживи торбата месо, която си ти. Същият принцип важи за организмите. Като сложиш заедно отделните организми, те могат да си взаимодействат в средата, за да създадат нещо по-голямо от простия сбор на частите им. Така както всеки организъм има йерархия от биологични системи от молекули до органели, клетки, тъкани, органи, така и Земята има нива на екологичен ред. Когато множество членове на един вид са заедно в даден ареал и си взаимодействат доста често, тогава имаш популация. Популационните еколози изучават защо дадени популации растат или се свиват с времето, в зависимост къде са. Когато две или повече популации от различни видове живеят заедно, наричаме това общност. Можеш да си мислиш за екологичната общност като за квартала на г-н Роджър, но хората в него се ядат едни други от време на време. Това правят видовете, когато живеят заедно. Те си влияят. Понякога това значи хищничество, понякога съдействие, понякога съревнование за ресурси като вода и храна и пространство за живеене. Еколозите по обществата изучават как взаимодействието между членовете им и средата оказва влияние на това колко много индивиди от всеки вид има в общността. Ниво над обществата са екосистемите, които се състоят от групи организми в определен район и неживите части от средата им – като почва, вода и въздух. Ако вземеш множество живи същества и ги плеснеш върху едно място, което има специфичен микс от климат, почви, химия и топография, това ще създаде един вид екосистема. Но ако ги сложиш в напълно различно място, те ще заработят по съвсем различни начини, за да формират съвсем различни екосистеми, Екологията на екосистемите изучава как енергията и веществата преминават през една екосистема и как физическата среда оказва влияние на живите същества в нея. Много хора бъркат екосистемите със следващата стъпка – биомите. Биомът обаче е това как дадени организми са еволюирали подобни техники за адаптиране към редица условия. Например степите са вид биом. Има голям брой различни степни екосистеми по цялата планета. Организмите във всяка от тях са направили подобни еволюционни отстъпки към всички условия на степите, като горещите лета и студените зими, липсата на много дъжд, но повече дъжд от пустинния биом. Други биоми включват тропическите дъждовни гори, тундрата, пустините и океаните. Единственото ниво над биомите е биосферата, която включва атмосферата, цялата земя и всичко, което се използва от нещо живо. Защо всички тези нива на екологична активност изглеждат по начина, по който изглеждат? Защо някои организми предпочитат да живеят на едно място, а не на друго? Какво прави популациите, обществата, екосистемите и биомите на Земята различни едни от други? Факторите, които определят как ще изглежда едно място, се делят на две категории: биотични, или живи, и абиотични, или неживи. Биотичните фактори включват неща като хищници и животни или растения, които осигуряват съревнование или някаква полза като храна или подслон. Абиотичните фактори, от друга страна, включват температура, влажност, светлина, височина – елементи, които нямат общо с организмите в екосистемата, но които им влияят колкото други живи неща. От тези две категории най-влиятелни фактори са онези, към които живите същества са най-чувствителни, или нещата, от които се нуждаят най-много на определено ниво. Всички тези предпочитания се свеждат до химия. Например почти всички химически реакции, които се случват вътре в живите организми, се регулират от ензими. Те са катализаторите за почти всички действия, които се случват в теб. Тези ензими са най-ефективни при определени температури. Химическите реакции в тялото се забавят доста, когато е много студено. Много високи температури променят формата на ензимите и ги правят по-малко ефективни. Температурата е един от главните фактори, които определят защо животните живеят на определени места. Ако погледнеш местата на планетата с най-голямо биоразнообразие (различни видове живи организми), ще откриеш, че това са места, където температурите са в идеалните граници за функциониране на ензимите. Какво друго? Всички трябва да ядат, поне ако си животно или гъба, или някакъв друг вид хетеротроф. Ще си помислиш, че храната трябва да е някъде нагоре в списъка. Всъщност растенията и други автотрофи като цианобактерии и протисти са основата на всяка хранителна верига. Те също трябва да се хранят. Отново всичко опира до химията. Ключовата съставка, необходима на растенията, е водата – също както е нужна и на нас, за да горим АТФ, да поддържаме хомеостаза в телата си и всичкия този джаз. Търсенето на храна накрая опира до нуждата от вода. Да, изненада – водата и температурата са двете неща, които вълнуват най-много организмите. Затова те са фокусът на еколозите, когато определят защо определени организми живеят на едно място, а не на друго. Заедно тези два фактора определят всеки биом на планетата. Например кактусът сагуаро е еволюирал за живот в пустинята Сонора в Северна Америка, която е супер гореща и получава много малко валежи. Пустинята Сонора е пълна с животни и растения, които могат, точно като сагуаро, да преживяват жегата и екстремната изсушаваща сухота. Ако сложиш тези животни в амазонската дъждовна гора, въпреки че е достатъчно горещо за тях, там ще им бъде твърде влажно. Да, нещата, които живеят в един биом са в крайна сметка определени от това колко вода има и каква е температурата. На свой ред тези обитатели определят как изглежда биомът, каква е физиономията му. Ще разгледаме различните типове биоми. Имаме места на планетата, където вали супер много: около 300 см на година. Там е доста топло, около 25-30 градуса по Целзий средно. Което мисля е време като за бански. Тези биоми са тропическите дъждовни гори, които общо взето обгръщат Екватора. Те имат невероятно голямо биоразнообразие, защото всички искат да вземат парче от тази сладка тропическа активност. После, на противоположния край на скалата, имаме тундрата, по-голямата част от която е над арктическия кръг на Антарктика или нависоко на върха на някои планини. Тундрата получава малко валежи и температурите са доста под нулата. Какво живее там? Не много неща: няколко лоса и мъхове, може би малко видове трева, някои птици и бозайници. Същото се отнася и за биома на пустините, където има много малко валежи и много високи температури. Като тундрата, без много вода не би могло да има много големи растения. Където няма много растения, няма много други организми, дори температурите да са близки до щастливите градуси за организмите. Между тези три крайности има биоми, които предлагат повече или по-малко вода, комбинирано с по-високи или по-ниски температури. Това са умерените температурни биоми. Те включват умерени степи като тези в северноамериканската прерия. Или умерени листопадни гори, намиращи се главно в Европа и Северна Америка. И тайгата или иглолистните гори, намиращи се в Канада и голяма част от Северна Русия и Скандинавия. Това, което различава тези биоми, са доста умерените температури през повечето време е наличието на вода. Някои от тези биоми имат много дървета. Както знаем, дърветата имат нужда от много вода. Ако се озовеш в гора в умерения пояс, е сигурно, че тази конкретна екосистема получава добро количество влага. Ако иглолистните гори са ни научили на нещо, то това е, че големият брой дървета променят пейзажа, климата и дори геологията на биома. Ако нямаш много дървета в биома, това значи, че вероятно няма достатъчно валежи. Без дърветата повече слънчева светлина достига до земята и до тревите и други малки растения, което дава степна екосистема в умерените пояси. Където имаш трева, ще има и животни като бизони, вилороги антилопи и други копитни, чиито храносмилателни системи са големи ферментационни търбуси, които обработват целулозата по цял ден. Когато имаш копитни, също имаш и хищници. Всички тези животни са доста различни от тези в горите в умерените пояси. Биомите са различни, защото растенията са различни, заради разликите във валежите и температурите. Разбира се, има също и биоми, които са изцяло под вода. Да не забравяме, че три четвърти от повърхността на планетата е вода. Понеже наличието на вода не е проблем в океаните, морските биоми се различават по характеристики като температура, налягане, съдържание на кислород, колко светлина е налична и пр. Благодарение на науката екология знаем, че начинът, по който работи светът, може да бъде обяснен главно с температурата и водата. Но това е само началото. По-точно краят на курса Биология 101, може би. Но накрая винаги ни остава времето, прекарано в учене и обичане, нали? Имаме толкова много още за откриване заедно. Как живите неща влияят на климата, на химичния състав на атмосферата, дори на геологията на планетата? Как всички те си влияят? И може би по-важно: как ние хората влияем на всички тези неща? Какво можем да направим по различен начин, за да гарантираме, че всички ще продължим да съществуваме? Присъедини се в опознаването на нашата планета на изцяло ново ниво.