H책kan Pleijel
Ekologi en introduktion
Innehåll Författarpresentation
6
1 Vad är ekologi?
7
En väv av beroenden
7
Ett missbrukat ord?
8
Ekologisk grundsyn
9
Biosfären – vår plats i universum
10
Äldre kunskap om naturen
11
Lokalt och globalt
12
Ekosystemtjänster
13
Referenser
15
2 Ekologi, energi och näring
17
Fotosyntes och respiration
18
Näringskedja och näringsväv
25
Näringsämnen
33
Ekologins grundprinciper – energins flöde och näringens kretslopp
36
Referenser
36
3 Kretslopp
39
Kretslopp och miljöproblem
41
Kolets kretslopp
48
Syrets kretslopp
53
Kvävets kretslopp
58
Svavlets kretslopp
62
Referenser
67
4 Tillvarons gränser
69
Predatorer och parasiter
69
Konkurrens
72
Till ömsesidig nytta
72
Växtodling och klimat
74
Tolerans och optimum
76
Tolerans och konkurrens
76
Ekologisk nisch
78
Referenser
80
5 Miljö, anpassning och evolution Arv och miljö
81 82
Det naturliga urvalet
83
Selektion och växtförädling
84
Fler exempel på urval
86
Urval och resistens
87
Livsstrategi
87
Samevolution
88
Feromoner
96
Mykorrhiza – svampar och växter i förening
97
Referenser
6 Folkräkning i vår herres hage
100
101
Begränsning och reglering
101
Debet och kredit
102
Att inte bli för många
103
Fjällbjörkmätarens härjningar
105
Lämmelår
106
Vandra för att överleva
108
Att vara växt
109
Referenser
112
7 Naturens olika skepnader
113
Ekosystemen präglas av klimat och markförhållanden
113
Vattnets kretslopp formar landskapet
121
En dynamisk värld
137
Referenser
142
8 Samspel på hög nivå Konkurrens mellan arter
143 143
Nyckelarter och dominanter
144
Mer om toppkonsumenternas roll
146
Introduktioner och invasiva arter
148
Öar till sjöss och på land
151
Geologisk historia
153
Avslutningsvis
154
Referenser
155
9 Natur och kultur Exploatering och överexploatering
157 157
Störningar och stabilitet i ekosystemen
158
Stabilitet och diversitet
159
Resiliens – förmåga till återhämtning
160
Ekologisk och social resiliens
162
Biologisk produktion och mångfald
162
Mångfald och funktion i ekosystemen
164
Redan de gamla grekerna
165
Skydd och vård av naturen
167
Urskog och naturskog
168
Elden som ekologisk faktor
169
Onaturligt eller mänskligt
170
Kulturlandskapet
172
En del av naturen
174
Referenser
175
Ordlista
176
Författarpresentation Håkan Pleijel är professor i miljövetenskap vid Göteborgs universitet. Som forskare sysslar han främst med luftföroreningars förekomst och effekter. Han undervisar även om ekologi och miljövetenskapens naturvetenskap liga grunder. Han tillbringar så mycket som möjligt av sin fritid i olika ekosystem.
1 Vad är ekologi? En väv av beroenden Naturen är en komplicerad väv av beroenden mellan olika organismer. Människan är i hög grad inflätad i denna väv. Det måste vi vara för vår försörjning med mat och andra resurser. Detta är en viktig insikt. För att undvika att riva fula maskor i väven är det viktigt att känna till hur den är uppbyggd. Ekologin är den vetenskap som beskriver och förklarar sam banden mellan organismerna och deras miljö (Smith 2011). Dess mål är alltså att klarlägga hur väven är uppbyggd. Miljön utgörs både av mång falden av olika organismer och av omvärldens icke-levande delar – som jord, berg, ljus, vatten och luft. Kanske säger dessa svepande formuleringar inte så mycket om ekologins konkreta innehåll. Det blir tydligare om vi betraktar ett stycke natur – en äng med ett övergivet torp, kringgärdat av skog, där vitsipporna blommar, fåglarna sjunger och räven smyger på smågnagare. En ekolog kan tänkas vara intresserad av frågor som: • • • • • •
Hur försörjer sig räven med energi och näring? Varför växer de flesta vitsipporna i skogen och inte på ängen? Varför är ängens sorkar talrikare vissa år? Varför växer det inte skog på ängen? Varför flyttar svalorna söderut om hösten, medan talgoxen stannar kvar? Hur har människors aktivitet påverkat vilka växter och djur som finns på ängen och i skogen och i så fall hur? • Vad händer med gullvivorna om ängen växer igen med träd och buskar? • Varför doftar vissa blommor och har praktfulla färger, medan andra sak nar doft och är mer diskreta? Själva ordet ekologi kommer av grekiskans oikos, som betyder hus eller hushåll, och logos, som betyder lära. Läran om hushållningen i naturen är alltså en ganska bokstavlig översättning. En mer strikt definition säger att 7
ekologi: en introduktion ekologin är läran om sambanden mellan organismerna och deras miljö (Smith 2011). Den här boken syftar till att ge en introduktion till några av ekologins viktigaste principer. Den gör inte anspråk på att täcka allt det som ryms inom vetenskapen ekologi, men tar upp många av ämnets viktigaste frågor. Även om detta inte i första hand är en bok om miljö- och naturvård, har tyngdpunkten lagts på de delar av ekologin som är viktigast för att förstå miljö- och naturvårdsproblem. Exemplen är valda så att de ska vara begrip liga även om man inte har biologiska specialkunskaper. Målet är att boken ska bidra till att ge nya perspektiv för natur- och miljöintresserade och bli ett verktyg för att förstå ekologins grundprinciper för människor som be höver ekologisk kunskap framför allt i undervisning, men även i arbete med miljöfrågor eller naturinformation. Efter detta inledande kapitel ges i kapitel 2 en genomgång av hur eko system försörjs med energi och näring. Detta är grunden för att förstå hur ekologin fungerar. Därefter följer kapitel 3, där kretsloppen i ekosystemen behandlas. De är centrala ur ett rent ekologiskt perspektiv, men även i hög grad för att förstå flera av de viktigaste miljöproblemen, bland annat växt huseffekten, övergödning och försurning. Kapitel 4 behandlar olika typer av miljöpåverkan som organismer utsätts för, naturliga eller på grund av människans påverkan, såväl icke-biologiska som biologiska, medan kapitel 5 förklarar hur organismernas utveckling, evolution, ligger bakom deras anpassningar och relationer till varandra. I kapitel 6 är det variationer i arternas populationer, det vill säga de individer av en viss art som lever i ett område, som är temat. I de avslutande kapitlen 7–9 tas steg mot större perspektiv, till att se naturen med dess ekosystem som helheter som präglas av det klimat där de finns (kapitel 7), hur deras organismer påverkar var andra (kapitel 8) och slutligen hur de påverkas av människan (kapitel 9).
Ett missbrukat ord? Ekologi har blivit något av ett modeord. Det används flitigt av politiker och andra makthavare, när dessa vill visa att de ömmar för miljön. Detta har lett till att många människor sätter likhetstecken mellan miljövård och eko logi. Det är fel. Ekologins uppgift är inte att tala om för oss om det är rätt eller fel att göra en soptipp av ett strövområde eller om det är bra eller dåligt om vargen utrotas. Men med hjälp av ekologisk kunskap är det i bästa fall möjligt att i stora drag förutse konsekvenserna av ingrepp i miljön. Frågorna om rätt och fel, bra eller dåligt är värdefrågor, som i grund och 8
1. Vad är ekologi? botten är moraliska och politiska. Ekologer och andra forskare kan tala om hur en hotbild ser ut och ange troliga eller möjliga konsekvenser av ett handlingssätt. Sedan är det vars och ens sak att ta ställning. Hur allvarligt tycker olika människor att det är om ett strövområde med dess växter och fåglar försvinner, sjöarna försuras och vargen utrotas eller ökar? Räcker det med ett hot för att vidta åtgärder eller måste påtagliga skador först uppstå? Detta är inte vetenskapliga frågor, de handlar om värderingar. Att försöka reducera dem till enbart frågor om vetenskapliga fakta är varken sakligt eller fruktbart, men det kan vara frestande att låna vetenskapens auktoritet för att påskina att just min värdering är ”vetenskapligt” riktig eller sann (Pleijel 2008). Bättre är att redovisa sina värderingar så att de kan diskute ras öppet i stället för att dölja dem bakom skenbar vetenskaplighet. Att hävda att en produkt eller kommun är ”ekologisk” är egentligen ett språkbruk som står i strid med uppfattningen att ekologi är en vetenskap. Man använder här begreppet ”ekologisk” i stället för uttrycket ”miljö vänlig” eller ”som inte överexploaterar biologiska resurser”, som egentligen vore mer träffande för det man vill säga. Detta är ytterligare ett exempel på att man vill få stöd från vetenskapen för att framhäva en kvalitet som trots allt i slutändan åtminstone delvis avspeglar värderingar. Varje brödkaka som produceras är förstås ”ekologisk” i den meningen att den är resultatet av produktion i ett ekosystem – vete på åkern blev mjöl som blev bröd. Denna produktion kan ske på ett mer eller mindre miljö vänligt sätt. Vi får nog leva med att ordet ”ekologi” i vissa sammanhang används som ett positivt, värdeladdat uttryck för att framhäva vissa kvali teter. Men i den här boken står ekologi för den gren av naturvetenskapen som handlar om sambanden mellan organismerna och deras miljö. Det är viktigt för alla som vill vara med och ta ställning, inte minst för beslutsfattare av olika slag, att ha kännedom om ekologins grunder. Sak kunskap, i det här fallet om vår livsmiljö, är viktig för att de beslut som fattas ska ha en solid grund. Därutöver krävs en vilja för att problem ska kunna lösas. Kunskapen är nödvändig, men inte tillräcklig. Dessutom är det lättare att känna engagemang för det man vet något om än för det man inte känner till.
Ekologisk grundsyn Ekologisk grundsyn är ett uttryck man ibland stöter på. En ekologisk grund syn innebär att man låter ekologisk kunskap finnas med och vägas in i samhällets beslut och planering. Det är i dag möjligt att räkna ut hur myck 9
ekologi: en introduktion et nedfallet av försurande föroreningar måste minska om försurningen och övergödning av mark och vatten ska upphöra genom att jämföra nedfallet av försurande svavel och kväve med naturens känslighet i olika områden. Denna typ av kunskap har man aktivt använt i det europeiska samarbetet för att minska utsläppen av försurande och övergödande ämnen (Pleijel 2007). I detta fall har beslutsfattarna bestämt sig för att utnyttja ekologers och andra forskares kunskap för att prioritera sina åtgärder. På detta sätt har man kunnat finna en strategi som minskar miljöbelastningen mest där naturen är känsligast. En sådan lösning är kostnadseffektiv – den ger störst förbättring av miljön i förhållande till hur mycket man investerar. Stödet från ekologisk sakkunskap har i detta fall underlättat för politikerna att ta viktiga steg i riktning mot en bättre miljö. Man har strävat efter ett sam hälle som genom sina utsläpp inte överskrider de av naturen givna förut sättningarna på ett sätt som ger negativa konsekvenser för samhället. Det bör här tilläggas att när det gäller att minska försurande utsläpp i Europa har denna strategi varit mycket framgångsrik. Även om viss försurning kvarstår i de känsligaste områdena (kapitel 3), har förbättringen sedan 1980-talet varit mycket stor. När det gäller övergödning har framgångarna dock inte varit lika stora (Pleijel 2007). Detta problem har inte minskat alls lika mycket. Exemplet visar ändå på den stora betydelse ekologisk kunskap har för samhällets beslut och för att underlätta en utveckling mot mindre miljöpåverkan.
Biosfären – vår plats i universum Ekologin är en förhållandevis ung vetenskap som har gjort stora framsteg under de senaste decennierna. Den arbetar på flera olika nivåer, från den enskilda artens sätt att leva och samspel med sin närmaste omgivning, till hela naturtypers uppbyggnad och funktion. Faktum är att man kan ta det ett steg längre. Alla ekologiska system på jorden bildar tillsammans biosfären. Ekologin strävar efter att förstå hur jordsystemet – summan av alla eko system på vår planet fungerar. Ekosystemen på jorden är inte isolerade från varandra. Djur, vatten, näring och miljögifter rör sig exempelvis mellan olika delar av landskapet. Däremot är jordklotet, vad gäller material och därmed näringsämnen, i huvudsak isolerat från resten av solsystemet och universum. Även om jorden hela tiden tillförs ett litet tillskott av material från rymden genom meteoriter, är detta marginellt. På det stora hela får organismerna på jorden, inklusive människan, leva av och med det material som redan finns 10
4 Tillvarons gränser Vad består egentligen en organisms livsmiljö av? Det är ingen enkel fråga. För att göra livsmiljön begriplig och hanterbar delar vi in den i miljöfaktorer som är möjliga att mäta och diskutera. Detta är en nödvändig förenkling, men i verkligheten är miljön en helhet där olika faktorer griper in i var andra. Det här kapitlet syftar till att beskriva och förklara olika typer av miljöfaktorer. Man brukar göra en uppdelning av de miljöfaktorer som påverkar en växt eller ett djur i två huvudtyper: biotiska och abiotiska (Smith 2011). Med biotiska faktorer menas påverkan från andra levande organismer, till exem pel att en art lever av, konkurrerar med eller samverkar med en annan art. Abiotiska faktorer är av icke-biologisk natur. Hit hör sådant som ljus, näringstillgång och förekomst av andra ämnen, temperatur, pH-värde, syretillgång och fuktighet. I det följande beskrivs först de viktigaste biotiska faktorerna, därefter abiotiska och till slut hur dessa två typer av miljöfaktorer samverkar med varandra.
Predatorer och parasiter Biotiska faktorer innebär alltid växelverkan mellan två eller flera organis mer. Det mest grundläggande bland sådana samspel, vars betydelse framgått av resonemangen om näringskedjan i kapitel 2, är att en organism livnär sig på en annan. Detta kallas med ett finare ord predation. Djur som äter växter är herbivorer, djur som äter andra djur kallas karnivorer. Räven som äter av ängens sorkar är en karnivor, medan sorkarna är herbivorer. Parasitism innebär också att en organism lever av en annan organism. Gränsen mot predation är ibland inte riktigt skarp. En parasit är i allmän het mindre än sin värd, som den vanligtvis inte dödar, åtminstone inte omedelbart. Men i vissa fall försvagas värdorganismen så att den till slut dör en för tidig död. Många parasiter har dock inte en så stark påverkan. De tar näring av sin värd som lever vidare. Priset är minskad tillväxt eller 69
ekologi: en introduktion sämre reproduktion, men den behöver inte dö en för tidig död. Många hundra år gamla jätteekar har ofta en mångfald av parasiter som lever av deras blad. En del av dessa bildar så kallade gallbildningar eller galler. Gall bildningar uppstår genom att parasiten stimulerar växten att bilda sär skilda strukturer som parasiterna kan leva i (Coulianos 1991; figur 4.1). Oftast är det insekter eller kvalster, som är en typ av små spindeldjur, som ger upphov till gallbildningar, men det kan även vara parasitsvampar, ex empelvis rostsvampar. Vissa rostsvampar påverkar sina värdväxter så att de blir betydligt mer högväxta än vanligt, vilket gör att svamparnas sporer sprids mera effektivt. Blodsugare som fästingar och myggor är parasiter. Hit hör också bladlöss och andra små insekter som livnär sig av växtsafter. En del av dem, vita flygare och tripsar, kan angripa många av de växter vi har på fönsterbrädet. Åtskilliga svampar lever som parasiter. Vissa av de tickor och andra svampar som växer på trädstammar är just parasiter, till exempel rotticka och honungsskivling (Hartman m.fl. 2010). Andra svampar lever endast på
Figur 4.1 Vissa typer av parasiter lever i växter och påverkar växtens ämnesomsätt ning så att tillväxtmönstret ändras. Detta ger upphov till förtjockade blad eller stammar, blomknoppar som sväller upp men aldrig slår ut osv. Sådana strukturer kallas gallbildningar eller galler (Coulianos 1991). Oftast är det insekter, kvalster (en typ av små spindeldjur) eller vissa typer av svampar som orsakar gallbildningar. Till vänster ses lingonsvulst, ett svampangrepp som hos lingonplantor ger upphov till förtjockade blad, som dessutom får röda och vita färgtoner. Till höger ett rönnblad som angripits av rönnfilt. De vita tovorna på bladen orsakas av små kvalster. Genom att påverka växtens ämnesomsättning får kvalstren växten att bilda filten som de lever i. I mitten ses ytterligare en gallbildning som orsakas av kvalster. I detta fall är det en typ av gall som kallas rödnystan. Den uppstår genom att bladen hos blodnäva utvecklas till strukturer som kvalster kan leva i. De gall bildande organismerna är ofta mycket värdspecifika. Det innebär att de endast lever på en eller ett fåtal närbesläktade värdväxter.
70
4. Tillvarons gränser
Figur 4.2 Björkticka är främst en saprofyt – ned brytare – som lever av död björkved. En del andra tickor är parasiter som växer på levande träd.
död ved. De är saprofyter, det vill säga att de lever av dött växtmaterial (Ryman 1992). Ett exempel är björkticka (figur 4.2). De flesta svampar kan inte döda helt friska träd, men angriper sådana som på ett eller annat sätt är försvagade eller delar av träden som är skadade. Gränsen mellan parasit och saprofyt är alltså inte helt skarp. Andra typer av svampar, liksom ett stort antal insekter, ofta ganska små och oansenliga, kan orsaka stora problem inom jord- och skogsbruk (Hart man m.fl. 2010). Därför är det viktigt att förstå grunderna för när och varför angreppen sker och hur allvarliga de blir. Sådan kunskap kan använ das för att minska problemen med parasiter utan att använda kemiska preparat eller för att åtminstone minska användningen av dessa. Även bland blomväxterna finns parasiter, men de är ganska få och av mindre betydelse. De saknar ofta klorofyll eftersom de inte behöver någon fotosyntes. Därför har de ibland andra starka färger. Ett exempel är den köttröda vätterosen som lever av lövträds, främst hasselns, rötter. En speciell grupp utgör de så kallade parasitoiderna. Till dessa hör främst parasitsteklar och parasitflugor, men även vissa typer av svampar. Parasi toiderna är oftast mindre än sin värd, men dödar den. De lägger sina ägg i eller i närheten av insektslarver. Inuti dessa larver utvecklas stekelns egna larver. Kvar blir bara skalet av den angripna larven. Parasitsteklar har fram gångsrikt använts i biologisk kontroll av skadegörare. I vissa former av biologisk bekämpning, exempelvis i växthus, utnyttjas parasitstekellarver och 71
ekologi: en introduktion andra parasiter/parasitoider. Vid angrepp av skadegörare släpper man ut dessa nyttodjur som angriper skadegörarna. Skadegörarnas frekvens kan på detta sätt hållas nere utan kemisk bekämpning (Kullin 2008). Predatorer och parasiter har även i ekosystemen stor betydelse för att hålla bytesdjurens bestånd nere. Till det ska vi återkomma i kapitel 8.
Konkurrens Om två individer i ett visst område utnyttjar samma resurs, konkurrerar de med varandra (Smith 2011). Vid konkurrens missgynnas i allmänhet båda de inblandade parterna. Vid predation och parasitism gynnas den ena på den andras bekostnad. Konkurrens förekommer både mellan individer inom en art och mellan individer av olika arter. Man talar om inomartskonkurrens respektive mellanartskonkurrens. Diffus konkurrens kan innebära att en art exploaterar en födoresurs som även en annan utnyttjar. Därmed blir mindre av den givna resursen kvar åt var och en. Konkurrenterna behöver i princip aldrig mötas. Den ena kan till exempel vara dagaktiv och den andra nattaktiv. Aktiv konkurrens, å andra sidan, kan yttra sig i att en fågelhane hävdar ett revir mot artfränder för att säkra födoresurser inom ett tillräckligt stort område för att en framgångsrik häckning ska kunna genomföras. Genom sin sång tillkännager fågelhanen sin närvaro i reviret. Andra hanar av samma art som försöker överträda de för oss osynliga revirgränserna, körs obönhörligt bort om krafterna räcker till. När häckningstiden är över tystnar fågelsången. Behovet av att hävda revir för reproduktion har upphört. Att då sjunga innebär bara en risk att bli upptäckt och kanske uppäten av någon predator. Men det finns fåglar, exempelvis de som lägger upp vinterförråd, som försvarar revir även på vintern.
Till ömsesidig nytta Alla typer av biologiska samspel behöver inte innebära att någon missgyn nas. Samverkan till ömsesidig fördel kallas mutualism (Smith 2011). Lavar är ett bra exempel på mycket intim mutualism (Moberg 1990). En lav består av en alg och en svamp som lever så invävda i varandra att de tas för en enda organism, om man inte ser på dem i mikroskop (figur 4.3). Algcellerna i lavbålens inre står med sin fotosyntes för energiförsörjningen, medan svam pen bildar ett hölje som bland annat skyddar mot uttorkning. Detta sam arbete gör det möjligt för alg–svamp-konstellationen att leva i extrema 72
5. Miljö, anpassning och evolution
Växternas kemiska försvar Växter innehåller jämfört med djur en mångfald av kemiska substanser, som inte förefaller ha någon betydelse för den ordinarie ämnesomsättningen. Produktionen av dessa så kallade sekundära växtsubstanser (Harborne & Bax ter 2001) medför att en ganska stor del av de energirika ämnen som pro ducerats i fotosyntesen undandras växtens primära livsmål – tillväxt inrik tad på framgångsrik fortplantning. En närmare analys visar dock att de sekundära växtsubstanserna har mycket stor betydelse för växterna. Deras funktion är i många fall att försvara växten mot växtätare och parasitan grepp och kan närmast ses som en motsvarighet till djurens förmåga att fly undan en fiende. Växter kan inte röra på sig men har i stället ett kemiskt försvar. Det handlar om ämnen som är giftiga, illaluktande, osmakliga eller stör predatorernas ämnesomsättning. Bladen på de flesta träd innehåller ämnen som gör det svårare för exem pelvis insektslarver att tillgodogöra sig proteininnehållet i bladen. Detta försvar utgörs av kolföreningar som inte är extremt giftiga, men finns i ganska stora kvantiteter i växten. Till exempel innehåller ekens blad garv ämnen med denna funktion, medan björkens innehåller fenoler. I beteshagar ser man ofta rikligt med smörblommor. Kreaturen låter dem vara ifred, eftersom de innehåller giftiga ämnen. I många örter finns starkt giftiga substanser som innehåller kväve, så kallade alkaloider. Hit hör även det hjärtstimulerande, men i högre doser farliga, ämnet i fingerborgs blomman. Människan använder det i läkande syfte i form av så kallade digitalispreparat – det vetenskapliga namnet på fingerborgsblomma är Digi talis. I dessa fall rör det sig om ämnen som är avsedda att döda eller åtmin stone avskräcka predatorer, men som människan lärt sig använda som mediciner eller stimulantia (Harborne & Baxter 2001), exempelvis koffein i kaffe och nikotin i tobak. Många växter avger flyktiga substanser som håller växtätare borta – de doftar oaptitligt. Sedan gammalt är det känt att vissa växters doft verkar avstötande på kålfjärilar som annars lägger sina ägg på kålväxter. Därför kan man skydda sin kåltäppa mot angrepp av kålfjärilslarver genom att odla ringblommor eller gyllenlack intill den. Då minskar angreppen. Detta är en typ av biologiskt växtskydd. Systemen för att hålla angripare på avstånd är inte hundraprocentiga. En viss djurart kan genom evolutionen ha utvecklat mekanismer i sin äm nesomsättning som gör att den bemästrar en viss växts kemiska försvar. Ett exempel på detta är bastardsvärmare, en typ av fjärilar som kan äta växter 89
ekologi: en introduktion som innehåller cyanider, som är skadliga eller dödliga för de flesta andra djur. Dessa insekters blod kommer i sin tur att innehålla cyanider, och därför är även de giftiga för till exempel fåglar. Under evolutionens gång har det uppstått en form av balans mellan växternas skydd och insekter och andra djur som lever av växter. Att klara alla växters gifter är svårt. Därför har många insekter blivit specialiserade på att klara av de sekundära växtsubstanser som finns i en viss eller några närbesläktade växter. Olika insekter har olika så kallade värdväxter. Så lever till exempel nässelfjärilens larver på nässlor, den röda liljebaggen på vissa liljor och luktgräsfjärilen på olika gräs (figur 5.3). Många forskare anser att den stora rikedom av arter som finns bland insekter beror på deras specia lisering av att klara olika blomväxters kemiska försvar (Ehrlich & Raven 1964). Insekter och blomväxter har alltså under årmiljoner utvecklats till sammans. Det är ett bra exempel på samevolution. Tidigare i historien, innan den moderna vetenskapen började utvecklas, motiverades intresset för botanik främst av växternas helande kraft, det vill säga i stort sett hur man kunde utnyttja olika sekundära växtsubstanser för att bota olika sjukdomar eller för andra ändamål. Sett över hela växtriket finns en enorm variationsrikedom av sekundära växtsubstanser, som upp stått genom evolutionen. Fortfarande finns det, framför allt i de artrika
Figur 5.3 Luktgräsfjärilen lägger sina ägg på olika typer av gräs som alltså är dess värdväxter.
90
5. Miljö, anpassning och evolution
Figur 5.4 Vårtbitaren är med sin gröna skyddsfärg väl kamouflerad i växtligheten.
Figur 5.5 Strimlusens klara kontrast mellan rött och svart är en signal om att den är illasmakande och giftig. Strimlusens värdväxter är hundkäx och dess släktingar.
91
ekologi: en introduktion tropiska regnskogarna, stora möjligheter att hitta nya växtsubstanser som kan vara användbara för mänskligheten. Skövlingen av regnskogarna leder dock till att många arter utrotas, vilket innebär att dessa outnyttjade resur ser för evigt går till spillo. Det pågår också en kamp om vem som ska ha rätten till dessa substanser – de stora kemiföretag som har resurser att ut forska och exploatera dem eller de fattiga länder där de flesta av dessa växter ofta finns? I Kalahariöknen i södra Afrika finns en växt som heter Hoodia, flugtall rik på svenska. Lokalbefolkningen har länge vetat att denna växt innehåller ett ämne som minskar hungerkänslorna, vilket kan vara användbart om man är ute på jakt under långa perioder. I modern tid har man kommit på att detta ämne även kan användas för att minska aptiten hos människor som vill gå ned i vikt. Därför har man utvecklat Hoodia-preparat för detta ändamål. Då uppstod frågan om sanfolket, som haft kunskapen om Hoo dians effekt, inte borde få ersättning för detta, så att förtjänsten inte bara skulle tillfalla de kemiföretag som kommersialiserade Hoodia som en pro dukt. Efter en konflikt blev det beslutat att sanfolket ska få en viss ersätt ning. I detta sammanhang bör det också nämnas att inte alla anser att Hoodia är ett bra bantningspreparat.
Kamouflage och kontrast Många djur är mycket svåra att upptäcka i naturen. Deras färgteckning gör att de smälter in i omgivningen (figur 5.4) – man säger att de är skydds- eller kamouflagefärgade (Smith 2011). Detta är förstås ytterligare exempel på sam spelet mellan arter, i detta fall mellan predatorer och deras bytesdjur eller vissa fall växter. Larver av mätarfjärilar är skyddsfärgade. Om de känner sig hotade blir de dessutom alldeles stela i kroppen och pekar rakt ut i luften, som en kvist från en gren. Även beteendet kan alltså ingå som en del av kamouflaget. Det finns motsvarigheter till kamouflage även inom växtriket. Omogna frukter har ofta samma gröna färg som växten i övrigt. Först när de är mogna får de en stark och avvikande färg. De ska inte ätas för tidigt, innan fröna är mogna. Här spelar även smaken stor roll. Den blir sötare, och därmed attraktivare för djur som kan sprida fröna, under fruktens utveck ling. Mot den diskreta färgteckningen hos skyddsfärgade djur, kontrasterar de mer uppseendeväckande teckningarna hos bin, getingar och nyckelpigor, liksom hos de nyss nämnda bastardsvärmarna. Strimlusen är ett annat ex 92
9. Natur och kultur
Vad händer med arterna när klimatet ändras? Klimatet kan ändras av olika skäl. Under jordklotets historia har genom gripande klimatförändringar skett vid åtskilliga tillfällen av skäl som man bara delvis förstår. Astronomiska faktorer kan ha stor betydelse. Även om tidigare klimatförändringar i vissa fall verkar ha gått mycket snabbt på en geologisk tidsskala talar det mesta för att vi just nu står inför en genom gripande klimatförändring (kapitel 3) som går betydligt fortare. I avsnittet om mångfald och funktion i ekosystemen nämns att ett skäl till att biologisk mångfald kan vara viktig är att det finns arter närvarande som kan ta över om de som tidigare satt sin prägel på ett ekosystem miss gynnas starkt av en miljöförändring, exempelvis ett ändrat klimat. I princip finns det tre olika sätt för en art att reagera på en sådan större förändring och för att förstå dem får vi ta till en rad av de processer som tagits upp på olika ställen i denna bok: Arter kan flytta på sig till nya områden som överensstämmer med deras toleransområden (kapitel 4) om miljöförhållandena inte längre ligger inom deras toleransområden där de tidigare fanns. På detta sätt får arterna nya utbredningsområden dit de migrerar (kapitel 6). Detta vet man att det har skett i stor skala vid miljöförändringar i den geologiska historien. Att flytta på detta sätt är inte möjligt för alla arter. Sådana som lever på bergtoppar riskerar exempelvis att utrotas eftersom de inte som arterna som lever längre ned i bergen kan flytta sig uppåt om klimatet blir varmare för att hitta lämpliga miljöer, särskilt om det dessutom är långt till närmaste bergs topp som är ännu högre. I många bergsområden flyttar sig vegetations bältena för närvarande mot högre höjd. Det gäller även den svenska fjäll kedjan (kapitel 7). En del arter har dessutom rent allmänt en svag spridningsförmåga och kan bara röra sig mycket långsamt mellan olika områden. Även för dem kan spridning till nya, för dem gynnsamma områ den vara svårt eller omöjligt när exempelvis klimatet förändras. Arterna har en viss flexibilitet i sitt livsmönster. En del har breda tole ransområden (kapitel 4) och en ganska stor fenotypisk plasticitet (kapitel 5). De kan finnas kvar i en förändrad miljö, men får kanske en ny roll i det ekosystem som uppstår när klimatet förändras. Här utsätts de för nya biotiska interaktioner (kapitel 4) – i form av rovdjur, bytesdjur eller konkur renter – i ett ekosystem med nytillkomna arter som är väl anpassade till det förändrade klimatet. Om förändringarna inte går alltför snabbt kan evolutionära processer, som skapar nya anpassningar (kapitel 5), vara mycket viktiga. När miljön ändras, först klimatet och sedan vilka övriga arter som finns närvarande,
163
ekologi: en introduktion
skapas nya selektionstryck som gynnar andra ärftliga egenskaper än tidi gare i det naturliga urvalet. Dessa processer pågår förstås hela tiden i na turen, men kan bli extra viktiga om miljön förändras. Om ingen av dessa tre mekanismer fungerar för en art i ett område dör den ut om klimatet eller miljön i övrigt förändras kraftigt, åtminstone i just detta område.
och hyena. Detta är ett exempel på hur artrikedomen kan vara beroende av produktiviteten. Produktiviteten i ett område bör ses som en aspekt av den abiotiska miljön. I vårt land förhindrar de låga vintertemperaturerna produktion om vintern. Någon nettoproduktion sker inte förrän vid en temperatur på några plusgrader. Under vår och höst kan temperatur och ljus kan vara begränsande. Under senvår och sommar kan vattentillgången begränsa, även om denna begränsning oftast är måttlig i vår del av världen. I stora delar av tropikerna är däremot den biologiska produktionen stor året om.
Mångfald och funktion i ekosystemen För funktionen i ett ekosystem är biologisk mångfald viktig i vissa avseen den (Holdgate 1996). Det krävs ett visst minimum av arter för att krets loppen ska fungera. Eftersom förutsättningarna, exempelvis i form av abiotiska faktorer, fluktuerar både naturligt och som en följd av människans aktiviteter, utgör också en artmångfald ett förråd av varierande egenskaper (toleransområden). Det innebär att ett ekosystem innehåller arter som kan ta över om andra missgynnas, exempelvis i samband med en klimatföränd ring (Holdgate 1996). Till stor del är det ändå vanliga eller ganska vanliga arter som har störst betydelse för ekosystemens funktion. Motiven för att bevara de mest sällsynta arterna är till stor del etiska – de flesta människor vill helt enkelt inte leva i en värld där utrotningstakten av arter är starkt förhöjd jämfört med den naturliga. Dessutom kan det vara så att ovanliga arter innehåller ämnen (till exempel sekundära växtsubstanser) eller har egenskaper som skulle kunna komma till nytta för människan, som medi ciner eller kemikalier. Inom jord- och skogsbruk skapar människan ibland mycket artfattiga ekosystem, så kallade monokulturer (direkt översatt: odling som bara består 164
Ekologi En introduktion Håkan Pleijel
Naturen är en väv av beroenden. Växter och djur påverkas av varandra och av den omgivning de lever i. Ekologi handlar om dessa samband mellan organismer och deras miljö. Kunskaper i ekologi ger oss förståelse för vilka konsekvenser olika miljöförändringar får och hur vi bör umgås med naturen för att den biologiska mångfalden ska bevaras. Ekologin ger också en inblick i naturens fascinerande struktur, som människan är en del av. Därmed bidrar den med viktiga perspektiv på den verklighet vi lever i. I den här boken presenteras ekologins grundläggande begrepp, förhållanden och processer: Hur försörjer sig exempelvis djur och växter med näring och energi? Varför ser naturen olika ut på olika delar av jordklotet? Och hur påverkar människan ekosystemen genom skogsbruk, jordbruk och utsläpp av olika ämnen? Boken vänder sig till studenter på högskolenivå utan tidigare naturvetenskaplig utbildning, men även till andra som intresserar sig för natur och miljöfrågor och vill veta mer.
Håkan Pleijel är professor i miljövetenskap vid Göteborgs universitet.
ISBN 978-91-40-68125-6
9 789140 681256