فصل 15 (علوم تجربی نهم)
بومسازگان (اکوسیستم) سامانهای است از عوامل زنده (گیاهان، جانوران، قارچها، باکتری‌ها) و غیرزنده (آب، هوا، دما، نور، خاک) یک محیط، به‌همراه تأثیرهایی که بر یکدیگر میگذارند. بوم‌سازگان‌ها خشکی (جنگل گلستان)، آبی (دریاچهٔ زریوار)، آبی‌خشکی (تالاب شادگان) یا مصنوعی (باغچه، آکواریوم) هستند. هر بومسازگان، فارغ از نوع و اندازه، دو فرایند اصلی دارد: انتقال انرژی و چرخهٔ مواد.
زنجیره و شبکهٔ غذایی
زنجیرهٔ غذایی رشته‌ای از جانداران است که انرژی از یکی به دیگری منتقل میشود، و شبکهٔ غذایی مجموعه‌ای از زنجیره‌های بههمپیوسته در یک بومسازگان است.
| جایگاه | نام | تعریف | مثال |
|---|---|---|---|
| اول | تولیدکننده | از مواد معدنی، مادهٔ آلی می‌سازد | گیاه، جلبک |
| دوم | مصرفکنندهٔ اول | گیاه‌خوار | ملخ، گاو |
| سوم | مصرفکنندهٔ دوم | گوشتخوار اول | عنکبوت، روباه |
| چهارم | مصرفکنندهٔ سوم | گوشتخوار دوم | شاهین، عقاب |
توجه کنید تولیدکننده لزوماً گیاه نیست؛ در محیط‌های آبی جلبک‌ها این نقش را دارند.
هرم ماده و انرژی — قانون ۱۰ درصد
در هر مرحله از زنجیرهٔ غذایی فقط حدود ۱۰٪ ماده و انرژی به تراز بعدی میرسد و بقیه صرف تنفس، حرکت و گرما میشود. مثلاً از ادامهٔ فرمول را افقی ببین کیلوگرم تولیدکننده، حدود ادامهٔ فرمول را افقی ببین کیلوگرم به گیاه‌خوار، ادامهٔ فرمول را افقی ببین کیلوگرم به گوشتخوار اول و ادامهٔ فرمول را افقی ببین کیلوگرم به گوشتخوار دوم میرسد. دو نتیجهٔ مهم: شمار شکارچیان همیشه از شکارها کمتر است، و تجمع زیستی رخ میدهد — آلاینده‌هایی مانند سموم کشاورزی در هر تراز غلیظ‌تر میشوند و انسان که در بالای هرم است بیشترین مقدار را دریافت میکند.
نکتهٔ فراتر از کتاب: قانون ۱۰٪ همیشه برای هرم انرژی برقرار است، اما هرم تعداد می‌تواند وارونه باشد؛ یک درخت بزرگ (یک تولیدکننده) می‌تواند میزبان صدها حشرهٔ گیاه‌خوار باشد.
تجزیهکنندگان
تجزیه‌کننده جانداری است که بقایای مردهٔ سایر جانداران را به مولکول‌های سادهٔ معدنی تبدیل میکند؛ انواعی از قارچها و باکتری‌ها این نقش را دارند. محصولات تجزیه ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین و گازهای گوگرددار و نیتروژن‌دار است (بوی بد بقایای در حال فساد از همین گازهاست). بدون تجزیهکنندگان، مواد معدنی به خاک، آب و هوا برنمی‌گشت، تولیدکنندگان نمی‌توانستند دوباره از آنها استفاده کنند و چرخهٔ مواد متوقف می‌شد.
روابط جانداران
همزیستی رابطه‌ای نزدیک و دائمی میان دو گونهٔ متفاوت است و سه نوع دارد:
| نوع | جاندار اول | جاندار دوم | مثال |
|---|---|---|---|
| همسفرگی | سود می‌برد | نه سود، نه زیان | ماهی‌های کوچک کنار کوسه |
| همیاری | سود می‌برد | سود می‌برد | زنبور و گیاه گل‌دار، گلسنگ |
| انگلی | سود می‌برد (انگل) | زیان می‌بیند (میزبان) | کنه روی انسان |
در رابطهٔ زنبور و گیاه گل‌دار (همیاری)، زنبور شهد میگیرد و گیاه گرده‌افشانی میشود. زنبورعسل مهم‌ترین حشرهٔ گرده‌افشان است، چون در مقیاسی بسیار بزرگ‌تر از دیگر حشرات فعالیت میکند.
گلسنگ از همزیستی قارچ + جلبک پدید میآید: قارچ مواد معدنی، آب و پناهگاه فراهم میکند و در عوض کربوهیدرات حاصل از فتوسنتز جلبک را میگیرد. گلسنگ‌ها نخستین مرحلهٔ خاک‌سازی از سنگ‌اند، منبع مواد رنگی و دارویی و بخشی از غذای جانورانی مانند گوزن‌اند، و مهم‌تر از همه شاخص آلودگی هوا: گونه‌های حساس در هوای آلوده از بین می‌روند.
شکار و شکارچی: شکارچی برای تهیهٔ غذا جانداری دیگر را می‌کشد. جمعیت این دو یکدیگر را تنظیم می‌کنند: زیاد شدن شکار به افزایش شکارچی می‌انجامد، افزایش شکارچی جمعیت شکار را کم میکند، و کم شدن شکار جمعیت شکارچی را پایین می‌آورد — همین چرخه تعادل جمعیت را می‌سازد. شکارها دو سازگاری دفاعی دارند: استتار (قرار گرفتن در زمینه‌ای شبیه خود، مانند ماهی کف‌زیِ شبیه سنگ) و تقلید (به خود گرفتن ظاهر موجودی خطرناک‌تر، مانند لارو حشره‌ای با لکه‌های چشم‌مانندِ شبیه مار).
رقابت وقتی رخ میدهد که دو یا چند جاندار بر سر منابع مشترک (غذا، آب، محل زندگی) در ستیز باشند؛ درون‌گونه‌ای (میان افراد یک گونه، مانند دو نر برای جفت‌یابی) یا برون‌گونه‌ای (میان گونه‌های متفاوت). گاهی جانداران رقابت را کم می‌کنند: جغد شب و شاهین روز شکار میکند، هرچند هر دو از جوندگان تغذیه می‌کنند. رقابت باکتری‌های مفید روده با باکتری‌های مضر بر سر جا و غذا، پایهٔ علمی پروبیوتیک (زیست‌یار) است.
تنوع زیستی
تنوع زیستی یعنی تنوع گونه‌های جانداران و محیط‌هایی که در آن زندگی می‌کنند؛ هرچه محیط متنوع‌تر باشد، زیستگاه‌ها و در نتیجه گونه‌ها بیشترند. ایران به دلیل تنوع محیطی بالا (کوه، دشت، جنگل، بیابان، دریا) از کشورهای پرتنوع جهان است: شمار گونه‌های گیاهی‌اش تقریباً برابر کل گونه‌های گیاهی اروپاست، با اینکه اروپا چند برابر ایران مساحت دارد.
عوامل کاهش تنوع زیستی یا طبیعیاند (یخبندان، سقوط شهاب‌سنگ) یا انسانی (شکار بی‌رویه، تخریب زیستگاه، آلودگی، ورود گونه‌های بیگانه)؛ امروزه فعالیت‌های انسانی مهم‌ترین عامل‌اند. انقراض یعنی هیچ فرد زنده‌ای از یک گونه در طبیعت نمانده باشد؛ ببر مازندرانی منقرض شده و سمندر لرستانی، خرس سیاه و ماهی‌کور غار در خطرند. گونه‌های بیگانه با رشد سریع و مصرف بیشتر منابع، مانع رشد گونه‌های بومی میشوند.
تنوع زیستی برای ما حیاتی است: منابع دارویی (مواد اولیهٔ چند صد دارو از جنگل‌های بارانی)، کنترل زیستی آفت‌ها (کفش‌دوزک بهجای سموم شیمیایی)، گرده‌افشانی، الهام مهندسی (تار عنکبوت با مقاومت چند برابر فولاد) و حفظ تعادل بومسازگان (مرجان‌های خلیج فارس).
تله‌های رایج
- شکارچی جاندار زنده را می‌کشد، اما تجزیه‌کننده روی بقایای از پیش مرده کار میکند.
- رقابت فقط بین گونه‌های متفاوت نیست؛ رقابت درون‌گونه‌ای گاهی شدیدتر است.
- آن ۹۰٪ انرژی نابود نمی‌شود؛ صرف فعالیت‌های حیاتی میشود و ماده‌اش به چرخه برمی‌گردد.
- همزیستی همیشه دوسویه سودمند نیست؛ در نوع انگلی میزبان زیان می‌بیند.
- گلسنگ یک گونهٔ مستقل نیست؛ حاصل همزیستی دو جاندار است.
نمونهٔ کامل
سؤال: غلظت یک آفت‌کش در آب یک دریاچه ۰٫۰۰۱ واحد است. جلبک‌ها (تولیدکننده) این آفت‌کش را در بدن خود ۱۰۰۰ برابر غلظت آب تغلیظ می‌کنند و در هر تراز بعدی (ماهی کوچک ← ماهی بزرگ ← پرندهٔ ماهی‌خوار) غلظت ۱۰ برابر تراز قبلی میشود. غلظت نهایی در بدن پرنده چند واحد است؟
پاسخ تشریحی: غلظت در جلبک: ادامهٔ فرمول را افقی ببین واحد. در ماهی کوچک: ادامهٔ فرمول را افقی ببین واحد. در ماهی بزرگ: ادامهٔ فرمول را افقی ببین واحد. در پرنده: ادامهٔ فرمول را افقی ببین واحد. یعنی سمی که در آب بسیار رقیق بود، در بالای هرم هزار برابر غلیظ شده است — همان تجمع زیستی که در گذشته باعث نازک‌شدن پوستهٔ تخم عقاب‌ها و شاهین‌ها بر اثر سم DDT شد.