מערכת אקולוגית מלאכותית: מאפיינים, סוגים, גורמים, דוגמאות - סביבה - 2025

מערכת אקולוגית מלאכותית היא כזו שמרכיביה הביוטיים נקבעו על ידי בני אדם למטרות ספציפיות, כמו ייצור חקלאי. הם זקוקים לתחזוקה בתנאים סביבתיים מבוקרים.

המונח מערכת אקולוגית, או מערכת אקולוגית, מתייחס ליחידה טבעית, חצי טבעית או מלאכותית הכוללת את כל היצורים החיים, או הגורמים הביוטיים, באזור נתון, המקשרים עם המרכיבים הפיזיים והכימיים בסביבתו, או גורמים אביוטיים.

מקור: pixabay.com

מערכות אקולוגיות מאופיינות בכך שיש מגוון מוגדר של גורמים ביוטיים, או מגוון ביולוגי, ועל ידי דפוסי האנרגיה והזרימה התזונתית שלהם בתוך הגורמים הביוטיים והאביוטיים שלהם. ניתן לסווג אותם כטבעיים, חצי טבעיים ומלאכותיים.

שלא כמו מערכות מלאכותיות, מערכות אקולוגיות טבעיות הן אלה שלא שונו על ידי בני האדם באופן מורגש. מערכות אקולוגיות למחצה טבעיות הן אלה השומרים על חלק ניכר מהמגוון הביולוגי המקורי שלהם, למרות ששונו באופן משמעותי על ידי בני אדם.

מאפיינים

מערכות אקולוגיות מלאכותיות כוללות מגוון רחב של מאפיינים, המשתנים בהתאם למטרה שלשמה הם תוכננו. באופן כללי, הם חולקים את הדברים הבאים:

- הם כוללים מגוון ביולוגי נמוך מזה של מערכות אקולוגיות טבעיות וחצי טבעיות. המרכיב הביוטי שלו נשלט מאוד על ידי מינים חייזרים, או אקזוטיים, שהוצגו על ידי בני אדם. הם מציגים רשתות מזון מפושטות. המגוון הגנטי הוא נמוך מאוד, אפילו במינים שהוצגו.

- מבחינת הצרכים האנושיים הם פרודוקטיביים יותר, או קלים יותר לשימוש, מאשר מערכות אקולוגיות טבעיות. מסיבה זו הם אפשרו צמיחה אדירה של האוכלוסייה האנושית העולמית.

- הם חשופים להשפלה ולסבול מהתקף מכות, עם אובדן שימושיות לבני אדם, בגלל היעדר המגוון הביולוגי והמנגנונים לוויסות עצמי המאפיינים מערכות אקולוגיות טבעיות. מיחזור חומרי הזנה מוגבל מאוד.

- הם תלויים בהתערבות אנושית לצורך התמדתם. כאשר ננטשים הם נוטים, בתהליך שנקרא ירושה אקולוגית, לחזור בהדרגה למצבם של מערכות אקולוגיות טבעיות.

בהתאם למידת ההתערבות האנושית והמינים המתיישבים הזמינים, תהליך אחרון זה מאפשר לשחזר חלק מהמורכבות והגיוון הביולוגי המקורי.

גורמים ביוטיים

במערכות אקולוגיות מלאכותיות, צמחים ובעלי חיים מורכבים בעיקר מאותם מינים שבני האדם רוצים להיות נוכחים. המינים המקוריים באזור מוסרים על מנת ליצור מקום למין הרצוי, או כדי להבטיח כי האחרונים יועילו באופן מונופוליסטי מגורמים אביוטיים זמינים.

במערכות אקולוגיות מלאכותיות, מינים ילידיים או שהוצגו הטורפים את המין הרצוי, או שמתחרים בהם על גורמים אביוטיים, נחשבים למזיקים, במטרה לחסלם או, לפחות, את השליטה השיטתית שלהם.

במערכות אקולוגיות מלאכותיות אנשים סובלים את נוכחותם של אותם מינים ילידים או שהוצגו שאינם משפיעים לרעה על המין הרצוי. במקרה של מינים ילידים מסוימים או שהוצגו לטובת המין הרצוי, למשל על ידי התנהגותם כבקרי ביולוגי הדברה, נוכחותם מקודמת לעתים.

בני האדם הם הגורם הביוטי הקובע ביותר של מערכות אקולוגיות מלאכותיות, האחראים ליצירתם ותחזוקתם, ולמסלול בו הם עוקבים. לדוגמא, מערכת אקולוגית מלאכותית, כמו שדה של יבולים, יכולה להמיר על ידי בני אדם לסוג אחר של מערכת אקולוגית מלאכותית, כמו פארק עירוני.

גורמים אביוטיים

הגורמים האביוטיים, כמו אקלים וקרקעות, של מערכות אקולוגיות מלאכותיות נרחבות הם בדרך כלל זהים לאלה של המערכות האקולוגיות הטבעיות שקדמו להם באזור שהם תופסים.

גורמים אביוטיים ממוצא אנושי כוללים דשנים, חומרי הדברה, מזהמים כימיים, חום הנוצר על ידי חשמל וצריכת דלק מאובנים, רעש, אשפה מפלסטיק, זיהום אור ופסולת רדיואקטיבית. דוגמאות לאחרונות הן בקטסטרופות צ'רנוביל ופוקושימה.

סוג נדיר של מערכת אקולוגית מלאכותית מורכב ממערכות אקולוגיות סגורות, כגון כמוסות חלל, שהן מערכות אקולוגיות בהן אסור להחליף חומרים עם החוץ. מערכות אקולוגיות אלה הן בדרך כלל קטנות בגודלן, והן מיועדות למטרות ניסוי.

במערכות אקולוגיות סגורות, גורמים abiotic נקבעים על ידי הנסיין. אם המטרה היא לשמור על חיי אדם או בעלי חיים, פסולת, כגון פחמן דו חמצני, או צואה ושתן, הם גורמים אביוטים אשר חייבים, בהשתתפות אורגניזם אוטוטרופי, להמיר חמצן, מים ומזון.

סוגים ודוגמאות אמיתיות

ניתן לסווג מערכות אקולוגיות מלאכותיות בדרכים רבות. הסיווג הנפוץ ביותר מחלק אותם לארץ ומים. עם זאת, ניתן גם לחלק אותם לעירוניות, פרבריות וחוץ-עירוניות, או פתוחות וסגורות.

כמובן שאפשר גם לשלב סיווגים אלה כדי להשיג אפיונים מדויקים. כך, למשל, תהיה מערכת אקולוגית מלאכותית עירונית פתוחה, או מערכת אקולוגית מלאכותית חוץ-עירונית של מים סגורים.

מערכות אקולוגיות יבשתיות מלאכותיות

הם נפוצים מאוד מכיוון שבני האדם הם אורגניזמים יבשתיים. האזור הגדול ביותר תפוס על ידי מה שמכונה מערכות אגרו-אקוסיות, וביניהן חוות חקלאיות וחיות-בקר.

חשיבותן של מערכות אגרו-אקולוגיות היא כה גדולה, עד שבתוך האקולוגיה קיימת תת-תחום הנקרא אגרואקולוגיה, הבוחן את הקשרים של צמחים מעובדים ובעלי-בית עם הסביבה הדוממת.

גם פארקים וגנים ציבוריים ופרטיים חשובים. עם הצורך שלהם בטיפול מתמיד, כמו פינוי עשבים כביכול, פארקים וגנים מדגימים את חוסר יכולתם של ויסות עצמי ושמירה עצמית האופיינית למערכות אקולוגיות מלאכותיות.

ערים הן גם מערכות אקולוגיות מלאכותיות, בהתפשטות נפץ, לרוב על חשבון מערכות אגרו-אקוזיות.

דוגמאות נוספות למערכות אקולוגיות יבשתיות מלאכותיות הן מטעי יער לייצור עץ ועיסה לנייר, חזיר ועופות, חממות לייצור ירקות, קטניות ופרחים, גני חיות, מגרשי גולף, וחממות לגידול זוחלים דו-חיים ופרוקי רגליים.

מערכות אקולוגיות מלאכותיות מימיות

כולנו שמענו על אקווריומים, רפידות אורז, תעלות השקיה, תעלות נהר, הידרופוניקה, מאגרים, בריכות לחקלאות דגים ושרימפס, בריכות עירוניות וחקלאיות, כלובים צפים לדגים ימיים ובריכות חמצון להסכם. של ביוב. אלה דוגמאות למערכות אקולוגיות מימיות מלאכותיות.

לשינוי על ידי האדם מההידרוספרה, או חלק מכוכב הלכת הכבוש על ידי אוקיינוסים, אגמים, נהרות וגופי מים אחרים, ליצירת מערכות אקולוגיות מלאכותיות במכוון או בטעות יש חשיבות אקולוגית וכלכלית רבה.

התלות שלנו בגופי מים וצמחים ובעלי חיים מימיים, כמו גם לתפקידיהם האקולוגיים, היא קריטית להישרדותנו. ההידרוספרה היא בית המגוון הביולוגי העשיר ביותר, מספקת מזון, מחמצן את האווירה ומשמש לבילוי ותיירות.

זיהום הים והנהרות עם פלסטיק ואינסוף פסולת מכל הסוגים יוצר מערכות אקולוגיות מלאכותיות אותנטיות עם המגוון הביולוגי המופחת מאוד, כמו אי האשפה הגדול באוקיאנוס השקט, שכבר גדול פי שלושה מגודלו של צרפת. ההערכה היא כי עד שנת 2050 יהיו באוקיינוסים של כדור הארץ יותר פלסטיק מאשר דגים.

מערכות אקולוגיות מלאכותיות סגורות

כדור הארץ כולו יכול להיחשב כמערכת אקולוגית סגורה המכונה האקוספרה. בגלל השינויים האנושיים החזקים והמתעצמים, שבין היתר מייצרים שינויי אקלים חריגים ויובילו לאובדן של מיליוני מינים, האקוספירה עשויה להפוך למערכת אקולוגית מלאכותית סגורה.

בני אדם יצרו מערכות אקולוגיות סגורות למטרות ניסוי. בנוסף לקפסולות ומעבדות חלל, אלה כוללים את אלה שפותחו בפרויקטים (ביוספרה 2, MELiSSA, ו- BIOS-1, BIOS-2, BIOS-3) במטרה להתנסות בתמיכת חיים בתנאים של בידוד סביבתי. .

בקנה מידה קטן מאוד, ניתן להשתמש בטרטריות ואקווריומים ליצירת מערכות אקולוגיות מלאכותיות סגורות המאכלסות צמחים ובעלי חיים. מיכל או בקבוק סגור המכילים אוכל או משקאות שזוהמו במיקרואורגניזמים מייצגים גם דוגמאות למערכות אקולוגיות מלאכותיות סגורות.

רלוונטיות לעתיד החיים הארציים

כאשר הם תופסים אזורים גדולים, במיוחד באזורים טרופיים העשירים במוצרי ביולוגיה, המערכות האקולוגיות המלאכותיות גורמות לאובדן רב של המגוון הביולוגי. בעיה זו ממחישה על ידי הפריחה במטעי הדקל האפריקניים באינדונזיה, וטיפוח שעועית סויה ובקרקעות באמזונס.

גידול האוכלוסייה האנושית מצריך התרחבות קבועה של מערכות אקולוגיות מלאכותיות על חשבון עולם הטבע.

בחלקה, ניתן היה להפחית התרחבות זו על ידי שיפור היעילות היצרנית של מערכות אקולוגיות מלאכותיות קיימות, ושינוי הרגלי צריכה (למשל, אכילת פחות מוצרי בשר) כדי להפחית את טביעת הרגל האנושית.

מערכות אקולוגיות מלאכותיות חסרות יכולת לוויסות עצמי. זה היה חל גם על האקוספירה אם זה יהפוך למערכת אקולוגית מלאכותית ענקית, עם השלכות קטסטרופליות, לא רק מבחינת הכחדתם של מיליוני מינים, אלא לצורך ההישרדות האנושית עצמה.

שימוש בר-קיימא, כלומר שימוש במשאבי טבע בשיעור הנמוך מיכולת ההתחדשות שלהם, מרמז על ביצוע כל שניתן כדי לשמר כמה שיותר מערכות אקולוגיות טבעיות ייחודיות, וכדי לגרום למערכות אקולוגיות מלאכותיות לשמור על כמה מהמאפיינים תנאים שפירים של מערכות אקולוגיות למחצה.

הפניות

1. Chapin, FS III, Matson, PA, Vitousek, PM עקרונות של אקולוגיית מערכות אקולוגיות יבשתיות. שפרינגר, ניו יורק.
2. Clifford, C., Heffernan, J. 2018. מערכות אקולוגיות מימיות מלאכותיות. מים, 10, dx.doi.org/10.3390/w10081096.
3. Fulget, N., Poughon, L., Richalet, J., Lasseur, C. 1999. מליסה: אסטרטגיית בקרה גלובלית של המערכת האקולוגית המלאכותית על ידי שימוש במודלים של עקרונות ראשונים של התאים. התקדמות במחקר החלל, 24, 397-405.
4. Jørgensen, SE, עורכת. 2009. אקולוגיית מערכות אקולוגיות. Elsevier, אמסטרדם.
5. קורנר, סי, ארנונה, ג'יי איל. 1992. תגובות לתגובה של פחמן דו חמצני במערכות אקולוגיות טרופיות מלאכותיות. מדע, 257, 1672-1675.
6. Molles, M. 2013. אקולוגיה: מושגים ויישומים. מקגרו היל, ניו יורק.
7. נלסון, מ ', פצ'ורקין, נ' ס, אלן, ג'יי.פי, סומובה, ל.א. בתוך: Wang, LK, ed. ספר לימוד להנדסה סביבתית, כרך 10: ביוטכנולוגיה סביבתית. הומאנה פרס, ניו יורק.
8. Quilleré, I., Roux, L., Marie, D., Roux, Y., Gosse, F., Morot-Gaudry, JF 1995. מערכת אקולוגית פרודוקטיבית מבוססת על אסוציאציה של דגים / חיידקים / צמחים. 2. ביצועים. חקלאות, מערכות אקולוגיות וסביבה, 53, 9-30.
9. Ripple, WJ, Wolf, C., Newsome, TM, Galetti, M., Alamgir, M., Crist, E., Mahmoud, MI, Laurance, WF ו- 15,364 מדענים מ -184 מדינות. אזהרת מדעני העולם לאנושות: הודעה שנייה. BioScience, 67, 1026-1028.
10. Rönkkö, M. 2007. מערכת אקולוגית מלאכותית: דינמיקה מתהווה ותכונות חיים. חיים מלאכותיים, 13, 159–187.
11. Savard, J.-PL, Clergeau, P., Mennechez, G. 2000. מושגי המגוון הביולוגי ומערכות אקולוגיות עירוניות. נוף ותכנון עירוני, 48, 131–142.
12. Swenson, W., Wilson, DS, Elias, R. 2000. בחירה במערכת אקולוגית מלאכותית. הליכי האקדמיה הלאומית למדעים בארה"ב, 97, 9110–9114.