هر موجود زنده ای شیوه زندگی مشخصی دارد که به ساختار و فیزیولوژی آن موجود و همچنین محیط زیستی که در آن سکنی گزیده، بستگی دارد. عوامل فیزیکی و بیولوژیکی برای تولید دامنه وسیع و متنوع محیط زیست در نقاط مختلف زمین در حال فعالیت هستند. شرایط در بعضی مناطق استوایی و دریاها تقریبا ثابت هستند، اما در بیشتر نقاط زمین، دما، رطوبت و نور خورشید با توجه به فصول سال تغییر می کنند. این تأ‌ثیرات را در مجموع به عنوان اقلیم می شناسند. چرخه زندگی هر گونه کاملا با شرایط آب و هوایی محیط زندگیش سازگار است. هیچ جانوری کاملا مستقل زندگی نمی کند، برعکس، هر کدام بخشی از اجتماع زنده هماهنگی است که اعضای دیگر آن گونه، بسیاری از انواع جانوران و گروه های گیاهان مختلف را در بر می گیرد.
اکولوژی عبارت است از مطالعه علمی روابط میان موجودات زنده و محیط اطراف آنها. پراکنش نیز به مطالعه حضور آنها در زمانها و مکانهای مختلف می پردازد.
اکولوژی
محیط فیزیکی:
گیاهان و حیوانات تحت تأثیر فاکتورهای فیزیکی و شیمیایی زیادی قرار می گیرند. مهمترین آنها عبارتند از: 1) نور خورشید 2) دما 3) آب ( میزان نمک آن ) 4) گازها و مواد معدنی. که هر کدام اهمیت خاصی دارند و اثر آنها بر حیوانات کاملا مشهود است، ولی همگی با هم در رابطه هستند و هیچ کدام مستقل از یکدیگر عمل نمی کنند. خورشید انرژی نورانی را که گیاهان برای فتوسنتز احتیاج دارند، تامین می کند، اما علاوه بر آن محیط زندگی جانوران را نیز گرم می نماید، و همچنین با بالا بردن دمای آب باعث تبخیر آن میگردد. ( که نتیجه آن ریزش برف یا باران است ). دما سرعت تمام واکنشهای شیمیایی را تحت کنترل دارد، که واکنشهای بیو شیمیایی بدن موجودات زنده نیز جزو آن است. آب حلال مواد معدنی مورد نیاز گیاهان، ماده اصلی بدن جانوران و واسطه ای است که بسیاری از موجودات در آن زندگی می کنند.
12-1 نور خورشید: همه انرژی مورد استفاده در اندامها از نور خورشید نشأت می گیرد. انرژی ممکن است از صورتی به صورت دیگر تبدیل شود، اما هیچگاه به وجود نمی آید و از بین نیز نمی رود. گیاهان سبز انرژی نورانی خورشید را جذب می کنند و در نتیجه فعالیت فتوسنتزی، که در کلروفیل های آنها صورت میپذیرد، از دی اکسید کربن و آب، کربوهیدرات تولید می کنند. همچنین در نتیجه این عمل پروتئین ها و اسیدهای چرب نیز به وجود می آیند. انرژی ذخیره شده در این ترکیبات، به عنوان منبع نهایی انرژی، مورد استفاده جانوران قرار می گیرد. این انرژی از هر بخش به بخش دیگر منتقل شده و انرژی لازم را برای ادامه زندگی و فعالیت سیستم های زنده فراهم می نماید. تبادلات انرژی تمام پیشرفتهای فیزیکی و زیستی را بر روی زمین تحت کنترل دارد و عملکرد اندامها را ممکن می سازد.
12-2 دما: تغییرات دما در جهان دامنه بسیار وسیعی دارد و اختلاف دماها به هزاران درجه می رسد، ولی اکثر جانوران روی زمین تنها می توانند در دامنه گرمایی 2- تا 50 درجه سانتیگراد، زندگی کنند. میزان تحمل گرما تحت تأثیر رطوبت است و به مقدار خشکی هوا و یا درصد بخار آب تحت هر دمایی بستگی دارد. به عنوان مثال، در هوای خشک یک کویر، درجه حرارت 32 برای انسان خیلی ناراحت کننده نیست، ولی چنین دمایی با مخلوطی از رطوبت، در مناطق استوایی به سختی قابل تحمل است.
دما بر میزان رشد، تولید میوه و بقای گیاهان، که غذای بسیاری از جانوران مختلف به آنها وابسته است، تأثیر می گذارد.یک دوره طولانی بهار، رشد علوفه را به تأخیر می اندازد و باعث کمبود غذای بسیاری از حشرات، جوندگان و چرندگانی می شود که از آن علوفه تغذیه می کنند. هوای نامناسب در زمان گل دهی، ممکن است سبب کاهش محصولات میوه های سته یا غلات شود، و پرندگان بسیاری را که از آنها تغذیه می کنند، وادار می سازد تا یا در مناطق دیگر برای یافتن غذا سرگردان شوند و یا از گرسنگی بمیرند.
دمای بدن خزندگان، دوزیستان، ماهیها، حشرات و سایر بی مهرگان، فاقد تنظیمات درونی است و یا به میزان بسیار کمی تنظیم شده. مقدار جریانهای شیمیایی در متابولیسم آنها و در نتیجه رشد و فعالیتشان، مستقیما تحت تاثیر دمای محیط است. با گرم شدن هوا سرعت آن افزایش می یابد و با بروز سرما کند میشود. هر گونه دارای محدودیت های دمایی است. بروز یک یخبندان طولانی و یا یک گرمای طاقت فرسا همه آنها را می کشد. اگر دوره یخبندان پس از تخم گذاری و در مرحله ای که لاروها شروع به رشد کرده باشند، ظاهر شود، بسیاری نابود می شوند و جمعیتشان کاهش می یابد. برخی حشرات تخم گذار که لارو یا شفیره دارند، زمستان را با استراحت و کاهش متابولیسم، و یا زندگی در زیر زمین، همراه گیاهان و یا در کف برکه ها و نهرها سپری می کنند تا از یخ زدن خود جلوگیری نمایند. بعضی از حشرات که در یخ گیر کرده اند، احتمالا می توانند به زندگی خود ادامه دهند، زیرا آب بدنشان حاوی مواد محلولی است که مانع یخ زدن آنها می شود. خزندگان و دوزیستان ساکن مناطقی که زمستان های سرد دارد، مجبورند برای اینکه یخ نزنند، در زیر زمین و یا آب به خواب زمستانی فرو روند. بعضی مارهای مناطق خشک غرب که روزها در فصل بهار خارج می شوند، در تابستان برای فرار از گرمای طاقت فرسا به شب بیداری روی می آورند. بیشتر ماهیهای ساکن آبهای شیرین در هوای سرد فعالیتی ندارند. از آنجایی که تغییرات دما در اقیانوسها کمتر است، موجودات آبزی کمتر تحت تأثیر آب و هوا قرار می گیرند، در حالی که بسیاری از انواع ماهیهای آبهای شور، در فصول مختلف سال به شمال و جنوب مهاجرت می کنند.
پرندگان و پستانداران به علت دارا بودن پوشش، به ندرت مستقیما تحت تأثیر دمای محیط قرار میگیرند. اماسرمای شدید زمستان و گرمای تابستان ممکن است فشاری را به آنها تحمیل کند و سبب کاهش مواد غذایی مورد نیازشان شود.بسیاری از پرندگانی که در تابستان در اقیانوس منجمد شمالی و در مناطق معتدل زندگی می کنند، در زمستان به مناطق گرم تر سفر (مهاجرت) می کنند تا بتوانند غذای مورد نیاز خود را به دست آورند. پرندگان، گوزنهای شمالی (elk) و خرس ها که در تابستان ها در کوههای بلند زندگی می کنند( مثلا در شمال غربی آمریکا)، در زمستان به مناطق کم ارتفاع تر مهاجرت می کنند. سنجاب های خاکی و برخی از خفاش های حشره خوار، وقتی نتوانند غذای مورد نیاز خود را مانند فصول گرم سال به دست آورند، در زمستان به استراحت یا همان زمستان خوابی می پردازند. در هنگام خواب زمستانی، دمای بدن این جانوران تا حدی پایین می آید که احساس سرما نکنند. همچنین ضربان قلب و میزان تنفس نیز تا حد زیادی کاهش می یابد و کاهش متابولیسم این جانوران از طریق چربی ذخیره شده در بدنشان (پیش از آغاز این دوره)، جبران می شود.
12-3 آب: بین هوا، خاک و آب و همچنین میان موجودات زنده و محیط زندگی آنها همیشه مبادله آب وجود دارد. به علاوه، آب به شدت بر محیط اطراف موجودات اثر می گذارد. چرخه آب شامل تبخیر، تشکیل ابر، بارندگی، تبخیر سطحی آب و نفوذ به ذاخل زمین میباشد. آب می تواند مقدار بسیار زیادی گرما را ذخیره کند و چون گرمای ویژه آن بسیار بالاست، حجم زیادی از آب در بهار، به آرامی گرم و در پاییز به کندی سرد می شود.(یک کالری گرما لازم است تا یک گرم آب در دمای 15 درجه، 1 درجه افزایش یابد.)
آب بیشترین حجم را در 4 درجه دارد. در زیر این دما آب در حین سرد شدن منبسط می شود و در صفر درجه تبدیل به یخ می گردد. این انبساط آنقدر شدید است که وقتی آب در درز صخره ها منجمد می شود، سنگها شکاف برداشته و ترک می خورند. این امر یکی از مکانیزم هایی است که طی آن خاک تولید میشود. (ترک برداشتن سیلندرهای چدنی در یک اتومبیل، زمانی که پوشش آب آن یخ می بندد، نمونه ای بارز از این نیرو است.) این مسئله که یخ، چون از آن سبک تر است، روی آن شناور می شود، برای موجودات زنده حائز اهمیت است. اما با این ویژگی، یخ میتواند،کف دریاچه ها را شکل دهد و بیشتر بدنه آبهای بزرگ در عمق خود حجم بزرگ و دائمی یخ خواهند داشت. در عوض، آب زمانی که تا 4 درجه سرد می شود، به پایین می رود و آبهای گرم تر به بالا می ایند، به این معنی که جریانهای تبادل گرمایی صورت می گیرد. این
موارد باعث ایجاد تغییری در دریاچه های معتدل می شود و جانوران را از تغییرات شدید دمایی در امان میدارد ، به طوریکه دما در زیر یخها در دریاچه های عمیق هیچ گاه کمتر از 4 درجه نمی شود. جانوران ساکن خشکی تحت تاثیر میزان بخار اب هوا، یا رطوبت نسبی ( در صد بخار آب برای اشباع هوا در هر دمایی). برخی برای زندگی در بیابان ها با در صد رطوبت کم سازش یافته اند و برخی دیگر تنها در مناطقی
که هوا تقریبا از بخار اب اشباع است، قادر به زندگی هستند و بسیاری از جانوران در مناطقی با میزان رطوبت متعادل زندگی می کنند. برای جانوران کوچکی که در محیط های کم وسعتی زندگی میکنند و تنها
مسئله مهم زندگی آنها تامین غذا و یافتن سر پناه است، دمای پایین تر و رطوبت بالا تری نسبت به وضعیت عمومی ناحیه ای که در آن زندگی می کنند، مورد نیاز است. در مناطق خشک (کم آب) بیشتر جانوران ریز جثه مجبورند روزها را با استراحت در گوشه ای سپری کنند، در غیر اینصورت خیلی زود دراثر کمبود آب از بین می روند. این جانوران در شب از خانه خارج می شوند، زیرا هوا خنک تر و، بخصوص در نزدیکی زمین، مرطوب تر است. در مناطقی که در تابستان باران زیاد می بارد و یا در زمین ها و باغ هایی که آبیاری می شوند، میزان رطوبت در نزدیکی زمین به حدی است که بی مهرگان کوچک در طول روز هم فعالیت دارند.
جانوران ساکن خشکی اختلافات زیادی را در میزان فشار هوا،در مناطق بالاتر از سطح دریا، تجربه میکنند. زیرا چگالی هوا (و در نتیجه اکسیژن موجود) در اثر ارتفاع کاهش می یابد. افرادی که در کوهستان ها زندگی می کنند، قلبهای بزرگتری دارند و گلبول قرمز خونشان بیشتر است، تا بتوانند کمبود اکسیژن بدنشان را جبران کنند. همچنین کوهنوردانی که از مناطق کم ارتفاع به کوهستان ها می روند، از کپسولهای اکسیژن برای تنفس راحت تر استفاده می کنند. تصور بر این است که پرواز بعضی از پرندگان در مناطقی که هوا خیلی رقیق است، به آسانی امکان پذیر نیست. در هر نقطه با هر ارتفاعی تغییرات بارومتریک هوا تابع تغییرات جوی است. بادهای شدید، که در نتیجه تغییرات منطقه ای فشار هواست، بر جانوران مختلف اثرات متفاوتی دارد. پرندگان و حشرات به سختی پرواز می کنند و ممکن است به همراه باد به مناطق دیگری برده شوند. همچنین ممکن است بادهای شدید سبب خشکی گیاهان و از بین رفتن برخی جانوران شوند.
در دریاچه های عمیق و دریاها، فشار هوا به طور منظم با افزایش عمق زیاد می شود. ( هر 15 پوند، یا 10 متر، 1 اتمسفر زیاد می شود.) در عین حال، هیئت اعزامی Oanish Galathea حدود 100 گونه بی مهره را در نزدیکی جزیره فیلیپین، در عمق حدود 10500 متر، یافتند، در مکانی که فشار حدود 1000 اتمسفر بود. چنین جانورانی، چون فشار درون بدنشان با فشار خارج یکسان است، می توانند به زندگی خود ادامه دهند. بسیاری از انواع پلانکتون ها و برخی از ماهی ها روزها در عمق 400 متری به سر می برند ولی در شب ها به سطح آب می آیند. غواصان، زمانی که در آب هستند، از ماسک های اکسیژن استفاده می کنند تا هم کمبود اکسیژن بدنشان جبران گردد و هم فشار هوا در ششهای آنها بالا نگه داشته شود
12-4چرخه های شیمیایی در طبیعت: منشأ تمام عناصری که در بدن گیاهان و حیوانات شکل میگیرند ، طبیعت است. در طبیعت، تبادلات پایدار و جریان هایی که این تبادلات را به سمت زندگی و مرگ موجودات پیش می برند، وجود دارند.
کربن(C ): یکی از عناصری است که در همه ترکیبات زیستی وجود دارد. در ابتدا، از co2 هوا یا آب، مولکولهای کربوهیدرات سنتز می شوند و این مولکولها به همراه پروتئین ها و لیپیدها، بافتها را در گیاهان تشکیل می دهند. گیاهان توسط جانوران خورده می شوند، و پس از هضم و جذب در پایان، ترکیبات کربن مجددا به ترکیبات مشابه در حیوانات تبدیل می شوند. سپس این مواد به بدن جانوران دیگر منتقل میشوند. کاتابولیسم در جانوران، کربن را به عنوان یکی از ضایعات تنفسی به طبیعت بازمی گرداند.
اکسیژن(o2 ): این عنصر بطور مستقیم از هوا یا به صورت محلول در آب اکسیداسیون را در بدن جانوران میسر میسازد. این ماده سپس، چه در ترکیب با کربن و تشکیل co2 و چه در ترکیب با H2 به صورت آب، به طبیعت بازگردانده می شوند. مقداری از آبی که گیاهان در فتوسنتز مصرف می کنند، تجزیه می شود واکسیژن آن وارد طبیعت می گردد، ولی گیاهان همچنین مقداری از اکسیژن را برای تنفس خود استفاده می کنند.
نیتروژن هوا (N ): تنها باکتریهای تثبیت کننده نیتروژن در خاک می توانند مستقیما مصرف کنند. این باکتریها گره هایی که در ریشه برخی حبوبات وجود دارد، هستند و نیتروژن را به نیترات تبدیل میکنند، گیاهان نیتراتها را برای تشکیل پروتئین های گیاهی استفاده می کنند. این مواد همچنین بر اثر پوسیدن گیاه به خاک بر گردانده می شوند و یا اینکه جانوران آنها را می خورند و به پروتئین های حیوانی تبدیل میگردند. در متابولیسم جانوران پروتئین های حیوانی در پایان به ضایعات نیتروژنی تبدیل و با تشکیل اوره، NH2)2co ) ، اسید اوریک یا آمونیوم دفع می شوند. باکتریهای دیگری در خاک و یا آب وجود دارند که باعث تبدیل این ضایعات به آمونیوم و نیتریت می شوند در اثر فعالیت های باکتریایی بیشتر، نیتروژن به هوا نیز بازگردانده می شود و یا نیتریت ها به نیترات تبدیل می گردند.
مواد معدنی: یا مواد شیمیایی غیر الی، به میزان کم ولی معین که در گونه های مختلف،متفاوت است، مورد نیاز جانوران و گیاهان می باشند. گیاهان مواد معدنی مورد نیاز خود را از درون خاکی که در اطراف ریشه مجتمع است، به دست می اورند واین مواد تنها با پوشیدن یا سوختن گیاهان به خاک برگردانده میشوند. بخشی از مواد معدنی مورد نیاز جانوران از غذای آنها و قسمتی از آب تأمین می گردد و حتی در مواردی مستقیما از خاک گرفته می شود. این مواد به وسیله مواد دفعی بدن آنها و بر اثر پوسیدن بدن جانوران به خاک بازگردانده میشوند.
فسفر: این عنصر برای همه سنتزهای اولیه و انتقال انرژی به میزان کم مورد نیاز است. فسفات ها از طریق فرسایش صخره های قدیمی به وسیله مخازن بزرگ آب در گیاهان به وجود می آیند. فسفر به طور طبیعی مورد استفاده جانوران و گیاهان قرار می گیرد و سپس بر اثر مرگ و یا پوسیدگی این موجودات به خاک بازمی گردد. برخی به دریا منتقل می شوند و قسمتی در زیر رسوبات عمیق مدفون می گردند، ولی بیشتر آنها به وسیله ماهیها و پرندگان دریازی مورد مصرف قرار می گیرند.
محیط زیست و روابط میان جانوران:
در طول 3 میلیارد سال و در سیر تکامل، وابستگی بین موجودات زنده بسیار زیاد و پیچیده شده، بطوری که گونه ها با هم درگیر مسایل مختلف محیطی هستند که خودشان در به وجود آمدن آنها شرکت دارند. رقابت، تولید نسل و همچنین زادو ولد و محدودیت منابع، انواع مختلفی از زندگی را به وجود آورده است. جایی که نزاع برای غذا، محل زندگی، سرپناه و جفت به حداقل می رسد. گوناگونی نتایج درباره موجودات بر اثر افزایش پیچیدگی محیط زیست که رشد موجودات را در گونه های مختلف تحت تأثیر قرار می دهد، بیشتر شده است. وابستگی موجودات به یکدیگر در حالت کلی و در روابط جزیی آنها با یکدیگر قابل مشاهده است. از وابستگی حیوانات به گیاهان برای غذا گرفته تا رابطه میان اعضای یک گونه.