Eklgi 53 Eklgisk nisch Alla levande varelser har miljökrav sm måste tillgdses. Varje art har anpassats under lång tid till en viss miljö. Alla de faktrer sm tillsammans påverkar arten i dess livsmiljö är den eklgiska nisch arten har. Strandråg är en art sm nrmalt växer på havsstränder. Under senare år har den klniserat en ny salt miljö, vägkanter. På grund av saltspridningen på våra vägar passar nu den grusiga vägkanten utmärkt för strandråg. Alla miljökrav sm ingår i strandrågens nisch tillgdses. Många grdarter har speciella krav på miljön. Temperaturen måste vara hög under yngeltiden ch pvärdet måste vara neutralt. Sverige är ett kallt land sett ut grdperspektiv. För att temperaturen i vattnet skall kmma upp i rätt nivå krävs att mgivningen hålls öppen. Om dammen ligger inne i en skg blir den aldrig belyst av slen ch därmed alltför kall för att grdynglen skall kunna utvecklas. Begränsande faktrer Organismer behöver ha tillgång till vissa näringsämnen för att bygga upp sina celler ch vävnader. Växter hämtar allt de behöver från antingen jrden eller luften. Så länge de har tillräckligt av slljus, vatten, kldixid ch mineralämnen kan de frtsätta att växa. Om en av faktrerna tar slut kmmer tillväxten att upphöra. Det sm först tar slut för en viss art på en viss plats kallas för den begränsande faktrn. I öknar är det uppenbart att vatten är en begränsande faktr. I fuktigare miljöer handlar det fta m mineralämnen, t.ex. fsfr ch kalium, sm finns i små mängder. På marken i en tät skg är det ftast slljuset sm inte räcker till. I ett växthus kan det finnas ett överflöd av det mesta så att det till slut blir kldixid sm begränsar tillväxten. Om en ppulatin blir alltför tät ökar risken för att sjukdmar sprider sig, vilket gör att ppulatinen begränsas. Exkrementhögar från sandmask Miljön i havet har under lång tid varit förändrad vilket lett till att många nischer utvecklats. På grunda bttnar finns sandmaskar ch andra arter sm lever av det sm faller ned. Vid lågvatten syns sandmaskarnas exkrementhögar. På stränderna kan man även finna ilandsplade arter sm lever på stra djup ute i ceanerna.
54 Eklgi Rller i eksystemet Organismerna indelas i prducenter ch knsumenter berende på vilken rll de spelar i eksystemet. Ofta talar man m nedbrytare (destruenter) sm en egen grupp, men de är en typ av knsumenter. Alla levande varelser behöver grundämnet kl sm används vid uppbyggnad av rganiska mlekyler. De behöver även energi för alla livsprcesser. Prducenter ch knsumenter skiljer sig åt genm att de använder lika källr för kl ch energi. Rll i eksystemet Klkälla Energikälla Prducenter Kldixid Slljus Knsumenter Destruenter Organiska ämnen Organiska ämnen Organiska ämnen Organiska ämnen Prducenter Gröna växter, alger, blågröna bakterier samt ytterligare några bakteriearter utgör eksystemens prducenter. Prducenterna är auttrfa rganismer sm har förmågan att bilda rganiska näringsämnen ur enkla byggstenar. Vanligen används energi från slljus, men det finns auttrfa bakterier sm utnyttjar andra energikällr. Ftsyntesreaktinen är kmplicerad ch sker i flera steg. Växter innehåller klrfyll sm fångar upp energi från slljus. Grönt ljus används inte utan reflekteras ch det är rsaken till att bladen uppfattas sm gröna. Energin används till att dela upp vattenmlekyler i syre ch väte. Syret används inte utan släpps ut från bladen. Vätet sätts ihp med kldixid vid bildning av druvscker (gluks). Gluksmlekyler kan sättas samman till långa kedjr ch bildar då andra klhydrater, vanligen cellulsa eller stärkelse. Ftsyntesens många steg sammanfattas med frmeln: ellandningen kan sammanfattas med frmeln: 6 O₂ + 6 ₂O + Slenergi ₆₁₂O₆ + 6 O₂ ₆₁₂O₆ + 6 O₂ 6 O₂ + 6 ₂O + Energi Kldixid + Vatten + Slenergi Druvscker + Syre Druvscker + Syre Kldixid + Vatten + Energi Växter behöver kldixid sm de tar från luften ch vatten sm de tar upp med rötterna. Slen måste lysa för att växterna skall växa. Växter består till största delen av klhydrater sm byggs upp av scker. Växter avger restprdukten syre. Syre är nödvändigt för alla djur. Vid ansträngning, när mer energi behövs, måste andningen öka eftersm syret förbrukas snabbare. En str del av energin får djur från scker ch andra klhydrater, men även andra ämnen kan förbrännas. Utandningsluften innehåller restprdukten kldixid. Vatten bildas ckså vid cellandning. Överskttet avges med urinen. Växten tar upp kldixid O₂ ch avger syrgas. O₂ jrten andas in syre ch äter klhydratrikt gräs O₂ ch släpper ifrån sig kldixid ch vatten. O₂ ₆₁₂O₆ ₂O Växten tar upp vatten. Trädet bildar klhydrater, bl.a. cellulsa sm bygger upp stammen. gluks, druvscker ₂O
Eklgi 55 Gluks (druvscker) Förenklad strukturfrmel O O O O O Strukturfrmel O Gluksmlekyler sm sammanfgats till stärkelse eller cellulsa. Ptatisen är en stärkelserik lagringsknöl. Stärkelsen kan vid behv sönderdelas till gluksmlekyler ch förbrännas. Energin sparas under vintern ch används när ptatisen bildar grddar nästa vår. Växten använder då den energi sm finns lagrad i gluksmlekylerna. Prducenter utför alltså både ftsyntes ch cellandning. Gluks används ckså sm råvara för tillverkning av fetter, prteiner ch andra rganiska ämnen. Knsumenter ch destruenter Knsumenter ch destruenter är hetertrfa rganismer. De kan inte själva framställa näring av enkla byggstenar ch slljus utan måste få färdiga rganiska ämnen för att överleva. Såväl växtätare sm rvdjur behöver energirika klhydrater, prteiner ch fett. Alltihp kmmer ursprungligen från växterna. Dessa rganiska mlekyler används både sm klkälla ch energikälla. Alla andra grundämnen tillförs ckså genm födan. Energin utvinns genm cellandning då de energirika ämnena förbränns. ellandning (förbränning) utförs av alla rganismer sm använder syre. Prcessen sker i växtceller, svampceller ch djurceller liksm i många bakterier. Gluks sönderdelas till kldixid ch vatten. Energin sm bundits i gluksen frigörs ch kan användas till lika energikrävande prcesser i cellen. Syre är nödvändigt för att reaktinen ska ske, men det är sckret sm ger energi. Alla djur är knsumenter med lika specialisering. Vissa är växtätare, andra rvdjur ch smliga är allätare. Många djur livnär sig på döda rganismer. Vid nedbrytningen släpps mineralämnen ut sm sedan kan användas på nytt av prducenter. Bakterier ch svampar är viktiga nedbrytare. Energirik mat? Scker kan användas sm energikälla, men även prteiner ch fett är energirikt ch kan förbrännas. Stärkelse från ptatis kan brytas ned till gluks. ellulsa, sm växter till str del består av, är ckså uppbyggt av gluksmlekyler. Vi människr kan dck inte få ut så mycket energi av cellulsa eftersm vi saknar förmåga att bryta ned detta ämne. Dubbelfting Dubbelftingar är viktiga destruenter sm lever av vissna löv. Löven är svårsmälta ch djuret kan endast ta upp en liten del av energiinnehållet. Spillningen är därför rik på näring ch äts av andra nedbrytare.
56 Eklgi Näringskedja En näringskedja visar näringens transprt genm eksystemet. Den börjar alltid med en prducent, vanligen en växt eller alg. Nästa steg är en växtätare, en primärknsument. Växtätaren äts av en sekundärknsument. Den kan i sin tur bli uppäten av en tertiärknsument. Exemplet nedan visar endast en av det närmast ändliga antalet varianter av näringskedjr sm finns. Det är i själva verket många arter av djurplanktn sm äter av de tusentals arterna växtplanktn. I nästa steg finns flera arter bardvalar sm lever på djurplanktn. Prducent Primärknsument Sekundärknsument Växtplanktn Kiselalg Djurplanktn Krill Bardval Blåval Näringskedja Detta är ett exempel på en näringskedja med tre näringsnivåer. Kiselalgen (prducent) utför ftsyntes, bildar näringsämnen ch äts upp av krill (primärknsument). Blåvalen (sekundärknsument) äter krill ch får på så sätt i sig näringsämnen ch energi. Observera att pilarna symbliserar näringens väg i näringskedjan. Näringsväv i skg Björn Varg Ugglr Älg Ren Mesar Spindlar Srkar Krsnäbb Fjärilar Skalbaggar Gräs Björk Gran Lavar Blåbär Nedbrytare Bakterier Maskar Svampar Näringsväv Sammanfgar man näringskedjrna i ett eksystem får man en näringsväv. Bilden är starkt förenklad eftersm det egentligen finns tusentals arter sm lever i skg. Även nedbrytarna ingår i näringsväven. Bakterier äts av maskar ch vissa skalbaggar ch fjärilar lever av svamp.
Eklgi 57 Näringsväv Näringsväven beskriver hur en rganism kan vara kpplad till flera andra arter genm att ha flera bytesdjur eller leva av flera växtarter. Skillnaden mt en näringskedja är att man visar en större del av eksystemet i väven. Därmed visar man kpplingarna mellan rganismer i ett eksystem mera sanningsenligt än i en näringskedja, även m näringsväven ckså är en förenkling av verkligheten. Näringsväven är en bättre mdell av sambanden mellan arter i ett eksystem. Näringspyramid Sista arten i en näringskedja kallas fta för tppknsument. Orsaken till den beteckningen är att man kan beskriva eksystemet med en pyramidfrmad figur, en näringspyramid. Näringspyramiden visar hur mycket det finns av lika slags rganismer i ett eksystem. Varje steg i näringskedjan mtsvara en nivå i pyramiden. Den sammanlagda vikten av de levande rganismer man talar m kallas bimassa. Oftast menar man trrvikt eftersm vattenhalten kan variera. Det finns i allmänhet störst bimassa av prducenter ch dessa bildar basen i pyramiden. På nivån vanför finns primärknsumenter (växtätare). Deras bimassa är betydligt mindre än växternas. En tumregel är att 90 % av det sm eksystemets växtätare knsumerar förbränns ch endast 10 % blir kvar i frm av bimassa sm kan gå vidare till nästa nivå. Detta gäller på eksystemnivå ch inte för varje enskild individ. Energiförlusterna begränsar antalet nivåer i näringspyramiden. Det finns flera skäl till att djuren på den översta nivån (tppknsumenterna) är sårbara. En anledning är att varje djur behöver en str yta för sin försörjning. Blir det alltför glest mellan djuren får de svårt att hitta varandra vid frtplantningen. Näringspyramiden Näringspyramiden visar hur näringen förs från prducenter i btten av pyramiden till tppknsumenter högst upp. Strleken på pyramidens delar symbliserar hur mycket bimassa sm finns på varje nivå. Sparvhök Prducenter är basen i näringspyramiden. I de flesta eksystem utgör de den största delen av bimassan. Sädesärla Kålfjäril 90 % 90 % 90 % Primärknsumenter är arter sm äter växter. Växtätare finns av många slag, från encelliga varelser till stra däggdjur. Större delen av den energi de äter i frm av växter använder de för att hålla sig varma, röra sig mm. Ungefär 90 % av energin avges i frm av värme. Sekundärknsumenter äter primärknsumenter. Sädesärlan är ett rvdjur sm bland annat äter larver av insekter. Kål Tertiärknsumenter är de sm äter sekundärknsumenter. Sparvhök är en vanlig rvfågel sm fta tar insektsätande småfåglar.
58 Eklgi Flöden ch kretslpp Energi flödar Slens strålningsenergi förser jrdens eksystem med energi. Energin flödar genm eksystemen. Växterna samlar in slenergi vid ftsyntesen ch sparar energin i frm av energirika mlekyler. Andra rganismer sm lever av det växterna samlat in får ut energi genm att bryta ned mlekyler i sin cellandning. I samband med att energin används vid muskelarbete ch ämnesmsättning frigörs energin till slut i frm av värme. Värmeenergin strålar hela tiden från varma krppar ut i mgivningen ch så småningm ut i rymden. Den energin kmmer aldrig att kunna utnyttjas av någn rganism utan är för evigt brta från bisfären. uvudbeståndsdelar Kl, O 2 Syre, O O 2 Väte, 2 O Makrnäringsämnen Kväve, N + N 4 Fsfr, P 2- PO 4 Kalium, K K + Kalcium, a a 2+ Magnesium, Mg Mg 2+ Svavel, S 2- SO 4 NO 3 - Mikrnäringsämnen Järn, Fe Fe 2+ Mangan, Mn Mn 2+ Kppar, u u 2+ Zink, Zn Zn 2+ Br, B 3- BO 3 Mlybden, M MO 2-2- 4 MS 4 Materia cirkulerar På jrden sker en cirkulatin av grundämnen. Det är nödvändigt eftersm jrden inte tillförs nya grundämnen, brtsett från ett marginellt tillsktt i frm av meteriter. Att ämnen cirkulerar betyder att de används på nytt. Atmerna växlar mellan lika mlekyler sm bildas ch bryts ned vid kemiska reaktiner. Vissa kretslpp går snabbt medan andra kan ta miljntals år. Klatmerna i en smörgås kanske redan efter några timmar lämnar krppen i frm av kldixid i utandningsluften. En kldixidmlekyl kan tas upp av en mrtsplanta i trädgården. En annan kldixidmlekyl sm mrten får tag på kan ha kmmit ur avgaserna från en passerande bil. Klet sm finns i klvätena i bensinen tgs upp av växter för 150 miljner år sedan. Även m grundämnen cirkulerar betyder inte detta att alla kretslpp är perfekta. I många fall kmmer mängden av ett grundämne att på lång sikt öka eller minska i bisfären. Under flera miljarder år har vi på jrden haft en transprt av kl från atmsfären ned i jrdskrpan. Klet har bundits i frm av bland annat kalciumkarbnat i kalksten ch därmed försvunnit från bisfären. Växternas behv av grundämnen De grundämnen sm växten har störst behv av, syre ch kl, tas från luften. Väte kmmer från vattenmlekyler. Växter tar upp många mineralämnen i frm av jner sm finns lösta i markvattnet. Makrnäringsämnen behövs i större mängd än mikrnäringsämnen.
Eklgi 59 Klets kretslpp I atmsfären finns ett lager av kl i frm av kldixid. Kldixid tas upp av växter vid ftsyntesen. Växter äts av djur sm genm sin cellandning förbränner klhydrater till kldixid ch vatten. Under hösten ch vintern bryts löv ch andra växtrester ned av lika djur, svampar ch bakterier. Kldixid återförs då till atmsfären. I vissa fall tar kretslppet längre tid än ett år. Ett träd kan växa under 100 -tals år ch samla upp stra mängder kl i veden innan det dör ch bryts ned. Om rganismer av någn anledning inte bryts ned kmmer klhaltiga ämnen att lagras. Exempel på lagrat kl är stenkl, lja ch trv. Klet kan på detta sätt lagras under mycket lång tid ch ingår då inte i det årliga kretslppet. Trv bildas i våtmarker där den syrefattiga miljön gör att växtrester inte bryts ned. I Sibirien finns stra lager med trv sm bildats genm att marken är frusen under så lång tid av året att nedbrytningen inte hinner bli klar. Efter lång tid kan trv mvandlas till brunkl ch stenkl. uvuddelen av stenklet bildades under karbnperiden. Brunklet är yngre. På vissa platser finns lja sm har bildats ur sediment av döda planktn. Åldern på de flesta ljeförekmster är 100-160 miljner år. Det kl sm finns bundet i naturgas, stenkl, brunkl ch lja kallas för fssilt kl. Kl kan lagras under krtare eller längre tidsperider. Så småningm återkmmer dck det mesta av klet till atmsfären sm kldixid. I medeltal tar cykeln för en klatm 25 år. Användning av fssilt kl höjer luftens O 2 -halt. Sedan stenkl ch lja började användas sm energikälla för ungefär 300 år sedan har mängden O 2 i atmsfären stigit med 37 %. Kldixid kan lösa sig i vatten ch bilda klsyra ( 2 O 3 ). När klsyran reagerar med vattnet bildas karbnatjner (O 3 2- ) sm tillsammans med kalcium ingår i skal hs kräftdjur ch snäckr. När djuren dör sjunker skalen till btten ch kan mvandlas till kalksten. En del av atmsfärens kl brtförs på detta sätt från kretslppet under många miljner år. ₂O₃ O₂ ellandning Ftsyntes Nedbrytning av Ftsyntes rganiska ämnen Klets kretslpp Kldixid tas upp av växter vid ftsyntesen. När växten eller djuret sm ätit av växten dör ch bryts ned släpps lika mycket kldixid ut sm bundits vid ftsyntesen. Om rganismer inte bryts ned kan klhydraterna lagras under lång tid sm trv, kl ch lja. Grundämnet kl kan byggas in i skal hs snäckr, kräftdjur ch planktn i frm av kalciumkarbnat. När djuren dör hamnar skalen på havsbttnen. a² + O₃²- Kalkslam Om växtrester inte bryts ned kan de lagras Trv, kl, lja, naturgas Klet kan lagras under miljntals år ONedbrytning 2 från fssila källr
60 Eklgi Kvävets kretslpp Kväve används främst i aminsyrr sm binds samman till prteiner. Trts att kväve är det vanligaste ämnet i luften är det fta en bristvara för växter ch alger. Orsaken är att de inte kan ta upp atmsfärens kväve, N 2. De använder sig i stället av kväveföreningar sm ammniumjner (N 4 + ) ch nitratjner (NO 3 - ). Kvävets kretslpp kan förenklat delas upp i två delar. Urinämne från djur ch aminsyrr från döda rganismer bryts ned till ammniumjner. Bakterier kan mvandla ammniumjner till nitratjner. Växter ch alger kan ta upp både ammnium- ch nitratjner ch bygga upp nya aminsyrr. Kväve från atmsfären kan tas upp av vissa bakterier ch bindas i aminsyrr. Prcessen kallas kvävefixering. När bakterierna dör blir kvävet tillgängligt för växterna. Kväve kan även återgå till N 2 i atmsfären genm denitrifikatin. Kvävefixerande bakterier lever fta i symbis med växter. Baljväxter, till exempel ärtr ch klöver, används inm jrdbruket för bilgisk kvävefixering. En klöverplanta har små knölar på rttrådarna. Dessa så kallade nduler innehåller kvävefixerande bakterier. Denitrifikatin sker främst i vattenfylld mark, där det råder syrebrist. Bakterier kan då ta upp syre från nitrat ch bilda kvävgas (N 2 ) sm går upp i atmsfären. Detta är någt sm jrdbrukare försöker undvika genm att dika ut sina åkrar så att marken blir rdentligt genmluftad. Om marken innehåller syrgas behålls nitratjnerna i markvattnet ch kan då användas av växter. I kärr ch mssar finns växter sm anpassats till kvävebristen genm att fånga insekter ch andra smådjur. Sileshår, tätört ch bläddrr är köttätande växter sm förekmmer i våtmarker. Ammnium kan mvandlas till ammniak (N 3 ) sm avges till luften. Gasen bildas främst vid hantering av gödsel inm jrdbruket. Nedfall av ammniak ökar kväveinnehållet i mråden långt från källan. N₂ i atmsfären Kvävefixering Bakterier binder kvävgas från luften. Urinämne från djur Nedbrytning Aminsyrr mvandlas till ammniumjner. Bakterier Växter tar upp ammnium- ch nitratjner. N₄ + Bakterier mvandlar ammniumjner till nitratjner. NO₃- Denitrifikatin I syrefria miljöer finns bakterier sm använder syret i nitratjnerna. Nitraten mvandlas då till kvävgas.
Eklgi 61 O₂ Klhydrater ₂O O₂ Anpassning för kvävebrist Rundsileshår är en av de arter sm kan växa i kvävefattiga miljöer. Genm att fånga insekter kan de få i sig tillräckligt med kväve. Fsfrns kretslpp Fsfr är ett nödvändigt grundämne för alla levande rganismer. Ämnet ingår framförallt i DNA ch benvävnad. Fsfr finns i berggrunden ch kmmer ut i markvattnet genm att berget vittrar. Växter tar upp fsfr i frm av lika fsfatjner. På jrdbruksmark måste fsfr tillföras eftersm mycket försvinner i samband med att fsfrinnehållande grödr skördas. Jrdbruksgrödr kan behöva så mycket sm 60 kg fsfr per hektar ch år. Vittringen räcker inte på långa vägar till för att ersätta detta. Knstgödsel ch naturgödsel sprids på åkrar huvudsakligen för att tillföra fsfr ch kväve. Även i vatteneksystem begränsas fta tillväxten av brist på fsfr eller kväve. I sötvatten begränsar fsfr medan tillväxten i havet begränsas av brist på kväve. Fsfrns kretslpp Fsfatjner tas upp av växter, transprteras genm näringskedjrna ch återförs till jrden vid nedbrytningen. Fsfr ingår i en del bergarter ch frigörs vid vittring. Syrets kretslpp Vid ftsyntesen tar växten ut väte () ur vattenmlekyler. Väte sätts ihp med kldixid till klhydrater. Syret avges till luften. Vid cellandning förbränns klhydraterna ch syret kmmer åter att ingå i vatten ch kldixid. Syrets kretslpp En mycket str andel av de kemiska föreningar sm ingår i levande varelser innehåller grundämnet syre. Vattenmlekylerna i havet ch syreinnehållande mineral i berggrunden utgör stra förråd av syre. Ursprungligen fanns inget fritt syre i atmsfären, men till följd av ftsyntes har halten stigit till den nuvarande nivån, cirka 21 %. I ch med att fritt syre fanns tillgängligt utvecklades syreberende cellandning sm alla flercelliga rganismer använder sig av. Syre cirkulerar mellan atmsfären (O 2 ch O 2 ), vatten ( 2 O) ch de levande varelserna (rganiska mlekyler). Bergarter Gelgiska prcesser ger upphv till nya bergarter. Vittring PO 4 2-2 PO 4 - Nedbrytning Växter tar upp jner med fsfr. En del av fsfrn förs brt med vatten ch hamnar så småningm i havet.