מערכת אקולוגית

מערכת אקולוגית או אקוסיסטמה (ecosystem) היא סביבה ביולוגית המורכבת מכל היצורים החיים שחיים באזור גאוגרפי מסויים, כמו גם מכל המרכיבים הפיזיים שאינם חיים (א-ביוטים abiotic) של הסביבה, שאיתם יש ליצורים החיים קשרי גומלין, כגון אוויר, קרקע, מים ואור שמש. סוג הקשרים בין היצורים החיים הוא כזה שמערב תהליכי החלפה של אנרגיה ותהליכי מערכתיים כמו מחזורי חומרים.

חורש במדגסקר, מדגים את מגוון מיני הצמחים ואת הגורמים הא-ביוטים כמו קרקע או אטמוספרה שמרכיבים חלק מהמערכת האקולוגית. בנוסף להם מערכת אקולוגית אופיינית מכילה גם בעלי חיים ומיקרו-אורגניזמים שמקיימים מארגי מזון שמנצלים את אנרגיית השמש ומשתלבים יחד במחזורים אקולוגיים של חומרים כמו פחמן, חנקן וכו'

מערכת האקולוגית היא מושג ליבה בביולוגיה ובאקולוגיה, ומהווה רמת ארגון ביולוגי שבה היצורים מבצעים אינטראקציה בינם לבין עצמם ועם יצורים אחרים. רמה הזו היא מעל חבורה אקולוגית (יצורים ממינים שונים בעלי קשרי גומלין זה עם זה) ומתחת או ברמה שווה לביום ולביוספרה. ביומות הן מערכות אקולוגיות בתחום שטח רחב כמו יערות גשם, מדבריות וכו'. המונח "המערכת האקולוגית" משמש לעתים קרובות כשם נרדף לביוספרה - המערכת האקולוגית של כלל כדור הארץ.

דוגמאות שונות לגורמים א-ביוטים abiotic במערכת אקולוגית הם אור, אוויר, קרקע, מים, אור שמש, אוזון, אטמוספרה, ירח ועוד. הגורמים הביוטים - biotic factors הם לדוגמה צמחים, אצות, בעלי חיים, פטריות ומיקרו-אורגניזמים. קיומה של מערכת האקולוגית מותנה בשמירה מתמדת על יחסי הגומלין בתוכה. כאשר יחסי גומלין אלה מתערערים באופן קיצוני, המערכת האקולוגית עלולה לקרוס. כיום האדם משפיעה בצורה נרחבת על חלק נכבד מהמערכות האקולוגיות, וגורם לערעור ולקריסה של חלק מהן.

היסטוריה של המונח

המונח אקו-סיסטמה - מערכת אקולוגית - נטבע בשנת 1930 על ידי Roy Clapham כדי לציין את השילוב של המרכיבים הביולוגים והפיזיקליים של סביבה מסוימת. האקולוג הבריטי ארתור טנסלי Arthur Tansley התייחס מאוחר יותר לאותו מונח כשהוא מתאר אותו כ"מערכת הכוללת, ... כולל לא רק הקומפלקס של היצורים החיים, אלא גם את הקומפלקס הכולל של הגורמים הפיזיקליים שמרכיבים את מה שאנו מכנים הסביבה". טנסלי התייחס למערכות אקולוגיות לא סתם כאל יחידות טבעיות, אלא כאל "בידודים נפשיים" טנסלי הגדיר לאחר מכם את ההיבט המרחבי של מערכת אקולוגית באמצעות המונח "אקוטופ".

אבנס Evans הגדיר את מערכת אקולוגית ב-1956 כ: "מערכת שמתקיימים בה תהליכי זרימה, העברה והצטברות של אנרגיה וחומר בתיווך ומעורבות של יצורים חיים ופעילותם".

המונח "מערכת אקולוגית" מושתת על רעיון מרכזי לפיו יצורים חיים מקיימים קשרי גומלין עם כל אלמנט אחר בסביבתם המקומית - גורמים ביוטים כמו בעלי חיים אחרים וגורמים א-ביוטים כמו המים או קרקע. אוגני אודום, אחד ממייסדי מדע האקולוגיה טען כי "כל יחידה שמכילה את כל היצורים החיים באזור מסויים (כלומר קהילה אקולוגית) מקיימת קשרי גומלין עם הסביבה הטבעית, כך שהזרמים של אנרגיה מובילים למבנה טרופי מוגדר בבירור, מגוון גנטי, ומחזורי חומרים (כלומר העברה של חומרים בין מרכיבים חיים ולא חיים). בתוך המערכת של האקו-סיסטמה."

על פי אודום ניתן להתבונן במערכת אקולוגית בשני היבטים: מבנה ותפקוד.

מבנה המתייחס אל:

• הרכב החברה הביולוגית
• כמות המשאבים האביוטים ופיזורם
• טווח התנאים הפיזיקליים

תפקוד המתייחס אל:

• שיעור זרימת האנרגיה
• קצב מחזור החומרים
• הוויסות ההדדי שבין האורגניזמים והסביבה

המונח "אקו-סיסטמה אנושית" מצריך את פירוק הרעיון של הפרדה בין בני האדם לטבע, והוא מניח כי כל המינים מעורבים זה בזה מבחינה אקולוגית, ועם הסביבה הא-ביוטיות שלהם.

דוגמאות של מערכות אקולוגיות

הדוגמאות למערכות אקולוגיות כוללות:

• שונית אלמוגים
• יער
• יער גשם
• מדבר
• פריירה
• מערכות אקולגיות ימיות
• סבאנה,
• טייגה
• טורנדה
• איזור הליטורל (האיזור שבו נפגשים הים והיבשה),
• מערכת אקולוגית-חקלאית, מערכת אקולוגית אנושית, מערכת אקולוגית עירונית.

ביום

ביומות הן מונח דומה למערכת אקולוגית, והן מוגדרות כשטח רחב בעל מאפיינים גאוגרפיים ואקלימיים מוגדרים, שבו קיימת מערכות אקולוגיות. בביום שוררים תנאים אקלים דומים ויש בו חברות של צמחים, חיות ומיקרו-אורגניזמים שחיים בקרקע או במים, שלעיטים קרובות מכונים מערכות אקולוגיות. ביומים שונים מוגדרים על פי מספר גורמים כמו סוגי הצמחים (כמו עצים, שיחים או עשבים), סוג העלים (כמו עלים רחבים ועלים מחטניים) והאקלים. בניגוד לאקו-זון (איזור אקולוגי) ביום לא מוגדר על ידי דמיון בגנטיקה, בטקסונומיה או בהיסטוריה. ביומיות מזוהים לרוב עם דפוסים מסוימים של סוקציה אקולוגית ועם חברת שיא צמחית מסוימת.

סוגים שונים של ביומות יבשתיות כוללות לדוגמה: יער גשם טרופי, יער גשם סאב-טרופי, סוואנת עשב, טונדרה, מדבר קרח, מדבר, טייגה (יערות מחטניים בצפון אמריקה ובצפון אסיה ואירופה) ועוד. ביומות ימיים כוללות בריכות, שוניות אלמוגים, יער מנגרובי, יער עשבי-ים, ועוד.

חלוקה בסיסית של הביומות היא:

• ביומות יבשתיות
• ביומות מים מתוקים
• ביומות ימיות

תרמודינמיקה של מערכת אקולוגית

ערך מורחב - החוק השני של התרמודינמיקה

תנאי הכרחי לקיומה של מערכת אקולוגית הוא זרימה של אקסרגיה שנובעת מחוץ לגבולות המערכת כדי לספק אנרגיה ליצרנים הראשוניים. ברוב המערכות האקולוגיות מקור האקסרגיה החיצוני הוא אנרגיית שמש. יש מספר קטן של מערכות אקולוגיות במעמקי הים הבנויות סביב ארובות של מים חמים המתחממים כתוצאה מאנרגיה גיאותרמית. האנרגיה יוצאת מהמערכת האקולוגית בצורה של חום, בהתאם לחוק השני של התרמודינמיקה.

היות ורוב היצורים אינם יכולים להשתמש באור השמש, הם תלויים בייצור הראשוני שמבוצע על ידי צמחים ואצות. אלו הופכים את אנרגיית האור לאנרגיה כימית שזמינה לכל שאר היצורים החיים. מסיבה זו אור שמש הוא גורם מגביל עבור מערכות אקולוגיות, דבר זה בא לידי ביטוי בעיקר במערכות ימיות שבהן יש חיים בעיקר סמוך לפני הים, המקבלים אור שמש. דוגמה קיצונית יותר היא חורף גרעיני - חסימה חלקית של אור השמש, כתוצאה מפיצוצים גרעיניים , הרי געש או פגיעת שביטים, וכתוצאה מכך קמילה של הצמחים והרס המערכת האקולוגית.

באופן דומה, כל גורם מגביל עבור ייצורי הייצור הראשוני (כמו מים עבור צמחי יבשה, או חומרי הזנה בים) מהווה מגבלה כללית עבור גודל המערכת. כמות הזאבים במערכת תלויה בכמות הצרכנים הראשונים (אוכלי עשב וצמחונים אחרים) שתלויה בכמות הצמחייה שיש. בהיבט זה, של רמות טרופיות, יש למערכת האקולוגית יש מבנה היררכי.

שינוי וקריסה של מערכות אקולוגיות

קיומה של מערכת האקולוגית מותנה בשמירה מתמדת על יחסי הגומלין בתוכה, יחסי הגומלין משתנים עם הזמן, עם השינויים האיטיים באוכלוסיות היצורים השונים, שינויים גנטיים, תנודות במזג האוויר והאקלים ועוד. למרות שינויים אלה, מערכות אקולוגיות רבות מאופיינות בלולאות משוב מחלישות שגורמות לכך שהן נמצאות בשיווי משקל יציב או בשורה של שיוויי משקל יציבים אשר המערכת מתנדנדת בניהן. דוגמה להיבטי מייצב כזה הוא שיווי משקל בין טורפים לנטרפים. כאשר כמות הטורפים עולה, הנטרפים מתמעטים ונוקטים בצעדי הגנה והתחמקות חזקים יותר. כתוצאה מכך יש רעב ותחרות גדלה בקרב הטורפים והמערכת חוזרת לאיזון. דוגמה אחרת היא מינים המתמחים בנישות קרובות. אם מין אחד נעלם או נפגע, יכול מין אחר להיכנס לנישה במקומו ולספק למערכת שירותים דומים. באופן כזה, יש מערכות אקולוגיות רבות שבהן יש קו-אבולוציה של מינים שונים המתקיימות במשך מיליוני שנים.

הכנסה של גורם חדש למערכת, בין אם ביוטי או א-ביטוי, יוצרת בדרך כלל שינוי או זעזוע במערכת. דבר זה יכול להגירם גם מהוצאת גורם מהמערכת או שינוי משמעותי של אחד הגורמים (לדוגמה כמות המים המתוקים שנכנסים בממוצע בשנה למערכת, הכחדת מין, מין פולש וכו'). בחלק מהמקים הדבר עלול לגרום לקריסה אקולוגית ולמוות של מינים רבים במערכת האקולוגית. תחת נקודת מבט זו, קיים מושג מופשט של "בריאות המערכת האקולוגית" שמנסה לאמוד את הרובסטיות ואת יכולת ההתאוששות של מערכת אקולוגית, או כמה היא רחוקה המערכת מ"שיווי משקל יציב" שלה.

כאשר יחסי הגומלין במערכת אקולוגית מתערערים באופן קיצוני, לדוגמה בעקבות הכחדה של מין בעל חיים במערכת, המערכת האקולוגית עלולה להתערער ואף לקרוס. דבר זה התרחש פעמים רבות בהיסטוריה כתוצאה מתהליכים או מאורעות טבעיים כגון התפרצות הרי געש, שינויי אקלים, מינים פולשים, ועוד.

כל מין שנעלם ממקום חיותו עלול לגרום להפרת האיזון במערכת האקולוגית, הואיל ומקום חיות לא נותר ריק אלא מין אחר תופס את מקומו של המין שנעלם. פעמים רבות מצב שכזה יוצר פגיעה רבת משמעות במערכת האקולוגית בשל היעדר שיווי משקל, עד אשר זה נוצר מחדש, לעתים, תוך היעלמות מינים נוספים ממנה.

במקרים קיצוניים, ייתכנו שינויים בכל כדור הארץ על ידי גורמים רבי עוצמה - אירועים קיצוניים כמו שינויי אקלים, פגיעת כוכבי שביט בכדור הארץ, התפרצות הרי געש או שינוי הרכב הגזים באטמוספרה או ריכוז היסודות באוקיינוס (על ידי הרי געש או כתוצאה מתהליכים טבעיים כמו התפשטות צמחים ואצות הפולטים חמצן). שינויים אלה גורמים לשינוי התנאים בפלנטה ולכן להכחדות המוניות של מינים ולקריסה של מערכות אקולוגיות שלמות על פני כל כדור הארץ בתוך תקופה קצרה יחסית (שנים ספורות עד אלפי שנים, יחסית למיליוני או מאות מליוני שנים שבהן יכולות מערכות אקולוגיות להתקיים).

השפעות האדם על מערכות אקולוגיות

ערך מורחב - קיימות

דוגמה עכשווית לשינוי מהותי במערכות אקולוגיות, ולהרס של מערכות אקולוגיות רבות, נובעת מהתערבות מואצת של בני האדם בסביבתה.

יש מספר דרכים בהן האדם עלול לגרום לשינוי במערכות אקולוגיות:

• תחרות ישירה עם בעלי החיים על השטח, לשם מגורים, סלילת כבישים, כרייה או חקלאות (ראו חקלאות כרות והבער). יש שימושי קרקע שמפריעים יותר מאחרים בגלל היבטים של זיהום (לדוגמה כרייה) או קיטוע שחטי מחייה (לדוגמה סלילת כבישים).
• תחרות ישירה על משאבים החיוניים למערכת - בעיקר מים מתוקים - לדוגמה ייבוש המערכת כתוצאה משאיבת מי תהום, הטיית נהרות, בניית סכרים, המלחת מי תהום עקב שאיבת יתר וכו'.
• ציד ודיג בעיקר בצורות המסחריות. דיג יתר פוגע במערכות אקולוגיות ימיות. ציד של טורפים עלול לגרום לקריסת מערכות בגלל היותם גורמים מאזנים.
• זיהום בעיקר זיהום אוויר - לדוגמה גשם חומצי או זיהום מים. מערכות ימיות עלולות להיפגע מזיהום מים או זיהום ימי, וכן בגלל זיהום רעש.
• כריתת יערות ושרפת יערות לשם השגת עצים לדלק ולמוצרי עץ.
• פגיעות אחרות כמו סחף קרקע, הצפות ועוד.
• החדרת מינים פולשים למערכת.
• שינויי אקלים - ראו התחממות עולמית.
• תהליכי מדבור עקב ראיית יתר, כריתת יערות, ניצול מים בידי האדם ועוד.

לעתים קרובות הפגיעה במערכת אקולוגית על ידי האדם היא משולבת - ציד מצד אחד, זיהום מצד שני והפרעה פיזית מצד שלישי. דוגמה קיצונית להפרעות אלה ניתן לראות בימת אראל שהתייבשה והזהמה עקב פעילות האדם.

שירותי מערכות אקולוגית

ערך מורחב - שירותי המערכת האקולוגית

שירותי המערכת האקולוגית הם "שירותי-תמיכת-חיים חיוניים שבהם תלויה האוכלוסייה האנושית". שירותים אלה יכולים להיות ישירים או עקיפים. דוגמאות לשירותים ישירים הם: האבקה, עץ ומניעת סחף קרקע. שירותים עקיפים כוללים מיתון אקלים, מחזור חומרי מזון והקטנת הרעילות של חומרים טבעיים.

את שירותי המערכת האקולוגית ניתן לחלק ל-3 מחלקות על פי התפקוד שהן מספקות לבני האדם:

• רגולציה (של אקלים, הצפות, מאזן חומרי הזנה, ופילטור מים)
• תמיכה (מחזור חומרי הזנה, פוטוסינתזה, יצירת קרקע)
• תרבותי (מדע, רוחניות, טקסיות, נופש ואסתטיקה)

רוב השירותים והמוצרים שהמערכות האקולוגיות מספקות מקבלות בשוק ערך אפסי או ערך נמוך מידי. סיבה מרכזית לכך היא שהן מאופיינות כמוצר ציבורי שקשה לחלק אותו ליחידות קטנות ולמכור אותו, וקשה למנוע את הספקת השירותים מאנשים שלא מוכנים לשלם על מוצרים אלה, כמו כן אין עליהם זכויות קניין, כך שהן "חינם", עם זאת, חישובים על המחיר החלופי של שירותים אלה (מה היו צריכים אנשים לשלם אילו שירותים אלה לא היו מתקיימים) עומדים את מחירם במאות ואלפי מיליארדי דולרים בשנה. גישה אחרת היא שהיות ואין תחליף לשירותים אלה, אין כלל טעם לנסות להעריך את מחירם בשוק, ויש לשמור עליהן בכל מחיר.

לקריאה נוספת

• פרבלוצקי, א.פולק, ג. אקולוגיה התיאוריה והמציאות הישראלית, 2001 הוצאת כרטא, ירושלים
• דן כהן,מבוא לאקולוגיה, חיים בסביבתם, אוניברסיטה משודרת, 1993 , משרד הביטחון- ההוצאה לאור

קישורים חיצוניים

• מערכת אקולוגית בוויקיפדיה האנגלית
• מערכת אקולוגית באנציקלופדיית כדור הארץ.