אקולוגיה

אֵקוֹלוֹגְיָה (מיוונית: οἶκος - "בית"; λογία - "לימוד של..."; בעברית: תורת הסביבה)  היא ענף בביולוגיה החוקר את יחסי הגומלין האורגניזמים השונים ואת יחסי הגומלין בין האורגניזמים לסביבה הדוממת.
המונח "אקולוגיה" הוצע על ידי ארנסט הקל בשנת 1866. האקולוגים חוקרים את בית הגידול על כל היבטיו: מצד אחד את התכונות הפיזיות של בית הגידול: האקלים (משקעים, טמפרטורה, רוחות ולחות), הקרקע, המים, האור, החמצן והמינרלים. אלו הם גורמים א-ביוטיים, כלומר הגורמים שאינם אורגניזמים חיים. מצד שני עוסקים האקולוגים בגורמים הביוטיים שהם כלל האורגניזמים החיים בבית הגידול.
בשפת היומיום, משתמשים לעיתים קרובות במונח "אקולוגיה" ונגזרותיו במשמעות של הסביבה הטבעית, איכות הסביבה והגנת הטבע (כמו כלכלה אקולוגית וכפר אקולוגי). כמו כן, בפסיכולוגיה של התפיסה ישנה גישה "אקולוגית" שבוחנת את תפיסת הגירויים בהקשרם בסביבתו הטבעית של האורגניזם. הערך שלהלן אינו עוסק במשמעויות אלו אלא אך ורק במשמעות הביולוגית-מדעית.

עקרונותיה של האקולוגיה

למרות היותה תחום צעיר, האקולוגיה פיתחה במרוצת השנים מערכת עקרונות והגדרות ענפה, עליה מתבסס המחקר האקולוגי. נסקור כאן את העקרונות הבסיסיים עליה מושתתת האקולוגיה המודרנית, ואשר חיוניים להבנתה.

גורמים סביבתיים

גורמי סביבה הם אותם "יחסי גומלין בין אורגניזמים לסביבתם" המוזכרים שוב ושוב בהגדרות האקולוגיה. למעשה, כל גורם אשר מקורו בסביבה ואשר משפיע בדרך כלשהי על תפוצתם של אורגניזמים עונה להגדרה האקולוגית של גורם סביבה. טמפרטורה, עוצמת האור, רמת ה־pH, כמות המזון, פיזור אויבים טבעיים (כגון טורפים ופתוגנים) ועוד, כולם עונים להגדרה זו. הגדרה זו, קל להיווכח, רחבה מאוד. לכן, מקובל לחלק את גורמי הסביבה לשתי קטגוריות: גורמים ביוטים וגורמים אביוטים. גורם ביוטי הוא כל גורם סביבה אשר כרוך בהימצאותם של אורגניזמים בסביבה. כך, נכלול תחת קטגוריה זו את הימצאותם של אויבים טבעיים, של אורגניזמים מתחרים, של טרף וכיוצא בזה. גורם אביוטי הוא כל גורם סביבתי כימי או פיזיקלי, דהיינו שאינו ביוטי. תחת קטגוריה זו כלולים טמפרטורה, pH, רמת לחות, קיומם של חומרי הזנה וכדומה.
קיימת שיטת חלוקה נוספת, גסה פחות, המחלקת בין גורמי הסביבה על פי אופן השפעתם על האורגניזמים בסביבה. בשיטה זו מבדילים בין משאבים, תנאים, ויחסי גומלין בין אורגניזמים. יחסי גומלין בין אורגניזמים מהווים תחום עיסוק נרחב בפני עצמו באקולוגיה וההתעסקות בהם בדרך כלל אינה כגורמים סביבתיים, ולכן עיקר החלוקה היא בין תנאים למשאבים.
תנאי סביבה הוא כל גורם אביוטי, (המשתנה במרחב ובזמן) אשר לא נצרך על ידי האורגניזם, אך האורגניזם עשוי להיות מושפע מנוכחותם. כך טמפרטורה, המשפיעה על תפוצתם של אורגניזמים אך לא נצרכת על ידם, היא תנאי סביבה. כך גם pH, מליחות קרקע, לחות יחסית וכיוצא בזה, כולם תנאי סביבה. לעומת זאת, משאב הוא כל גורם סביבה שניתן למדידה באופן כמותי, ושפעולת אורגניזמים גורמת להקטנה בכמותו (במילים אחרות: הוא נצרך על ידי אורגניזמים). תחת קטגוריה זו כלולים החומרים אותם צורך האורגניזם לבניית גופו, האנרגיה הדרושה לתפקודו, וכן המקום הנדרש למחייתו.
חלק מהגורמים יכולים לשמש הן כמשאב והן כתנאי. לדוגמה, אור הוא תנאי סביבה כיוון שהוא משפיע על תפוצת המינים מבלי שאלה יצרכו אותו, אך הוא גם משאב לצמחים, המשתמשים בו כאנרגיה בתהליך הפוטוסינתזה.
קיימים גורמים סביבתיים המשפיעים בצורה משמעותית הרבה יותר מגורמים אחרים על מין מסוים. גורמים אלה מכונים גורמים מגבילים או גורמים קובעים, כיוון שהם מגבילים או קובעים את גודל אוכלוסיית אותו המין. גורם מגביל יכול להיות משאב או תנאי. משאב מגביל הוא כל משאב שנמצא בחוסר המספיק כדי להגביל את צפיפות אוכלוסיית המין. כך מים למשל יכולים לשמש משאב מגביל כשהם אינם מצויים ברמה מספקת כדי לכלכל אורגניזם כלשהו.
קיימים גורמים נוספים, שאינם גורמי סביבה, אשר יכולים להשפיע על תפוצתם של מינים. בין גורמים אלה כלולים העבר האבולוציוני של המין - הגורמים הסביבתיים שהשפיעו עליו בעבר והתמורות שחלו בסביבתו, וכן כושר הרביה וההגירה (ההפצה) שלו.

הביוספרה

העולם כולו יכול להחשב למערכת אקולוגית אחת. מכנים מערכת-על זו בשם ביוספירה. הביוספרה היא מעין רמת ארגון חמישית של האקולוגיה, והיא מוגדרת ככלל המקומות בהם מתקיימים חיים על פני כדור הארץ (המעטה החי של כדור הארץ). הגדרה זו כוללת חלקים נרחבים מהליתוספרה - מעטה הסלע והקרקע החיצוני של כדור הארץ; את ההידרוספרה - המים הנוזליים והמוצקים (קרח) על פני כדור הארץ, ובכלל זה אוקיינוסים, נהרות, כיפות הקרח בקטבים וכדומה; וכן את שכבתה התחתונה של האטמוספירה - האוויר והחלקיקים שבו (על אף שאין צורת חיים היושבת באטמוספירה דרך קבע).
הביוספרה איננה אחידה, והיא כוללת סביבות שונות ואזורים בעלי הרכבי מינים שונים. בצורה גסה אך מדויקת ניתן לומר שהמגוון הביולוגי נמצא בשיאו בקרבת קו המשווה, והולך ופוחת ככל שמתרחקים מקו המשווה ומתקרבים אל הקוטב הצפוני והדרומי. הסיבה לכך נעוצה בהיותו של העולם בעל צורה כדורית, כך שקרינת השמש (אור וחום) לא מתחלקת בצורה שווה על פני העולם כולו. למעשה מגיעה הקרינה הרבה ביותר אל אזור קו המשווה. משתי סיבות עניין זה גורם להתחלקות המגוון הביולוגי כפי שתואר: ראשית, המערכת האקולוגית תלויה באנרגיה מן השמש הנקלטת על ידי צמחים ולכן ככל שרמות הקרינה גבוהות יותר כך המערכת תהיה עשירה יותר. שנית, ההתחלקות האסימטרית של הקרינה גורמת לחימום האוויר בצורה אסימטרית, מה שיוצר דפוסי אקלים אופייניים בחלקים שונים של כדור הארץ, המובילים ליצירת חברות ביולוגיות המתאימות לאקלימים אלו בכל אחד מחלקי כדור הארץ.
מסיבות אלו, מחלקים אקולוגים את הביוספרה לאזורי משנה, כשכל אחד מאופיין באקלים ייחודי ובעקבות כך בהרכב ומגוון מינים שונה. אזורים אלו מכונים ביומות. דוגמאות לביומות הן מדבר, יער גשם טרופי, סוואנה, טונדרה וכדומה. הגורם אשר מייחד ביומה אחת מחברותיה הוא חברת שיא אופיינית. חברת שיא היא חברה ביולוגית המתקיימת לאורך זמן ללא שינוי ניכר במגוון הביולוגי שלה או בבית הגידול בה היא מצויה, והיא מהווה את השלב הסופי של התפתחות החברה. אף על פי שקיימת מחלוקת לגבי התייחסות לחברות שיא, ברור בביומות שונות תתקיימנה חברות שיא שונות. כך, חברת השיא בביומת המדבר, שונה לחלוטין מחברת השיא ביער גשם.
בגלל דפוס המגוון הביולוגי, קווי רוחב שונים מתאפיינים בביומות שונות. קו המשווה למשל (קו רוחב 0°) מתאפיין ביערות גשם טרופיים וסוואנות טרופיות, בעוד שחוג הקוטב מתאפיין בטונדרות קפואות.