1
Esipuhe Morjesta! Käsissäsi tai tietokoneen ruudulla on lukion biologian kurssi 2 tärkeimmät asiat kiteyttävä kertauskirja. Olen jakanut muistiinpanot viiteen osaan kurssin aihealueiden mukaan helpottaakseni materiaalin läpi kahlaamista. Voit käyttää kirjaa koko kurssin ajan kätevänä tiivistelmänä tai kertaukseen koetta edeltävänä yönä, kun olet juonut liikaa kahvia ja oppikirjan sivut näyttävät heprealta. Toki suosittelen aloittamaan kertaamisen jo hyvissä ajoin, mutta no, life happens. Tämä kertauskirja tiivistää kurssin tärkeimmät asiat, mutta ei siis korvaa oppikirjaa vaan täydentää sitä. Hyvän arvosanan saamiseksi kannattaa lukea oppikirjaa ja testata tietämystään näillä muistiinpanoilla vastaamalla vasemmalla palstalla näkyviin kysymyksiin samalla, kun peität oikealla palstalla olevat ratkaisut. Näiden muistiinpanojen tekoon olen hyödyntänyt Bios 2 ja Koralli 2 oppikirjoja. Oppikirjojen sisällöissä oli eroja, joten yhdistin molempien hyvät puolet monipuolisemman tuloksen saamiseksi. Näin ollen kaikkia muistiinpanoissa kerrottuja asioita et välttämättä kokeessa tarvitse, mutta jatkoa ajatellen ja varsinkin, jos suunnittelet kirjoittavasi biologian yokokeissa, kannattaa kaikki tieto hyödyntää. Elikkä ei muuta kuin opiskelun iloa! Valaiskoot bioluminesenssit kiiltomadot tietäsi biologian kivikkoisella polulla. Jani Ijas, Biologiikan tekijä 2
Sisällys 1. Ekologian perusteet... 4 1.1 Ekologinen tutkimus 1.2 Ympäristötekijät 2. Populaatiot, eliöyhteisöt ja ekosysteemit 5 2.1 Populaation ominaisuuksia 2.2 Eliöiden väliset suhteet 2.3 Ekosysteemit ja biomit 2.4 Aineiden kierto ja energian virtaus 3. Kaupunkiekologia... 7 3.1 Kaupunkiekologia 4. Ympäristöongelmat.... 8 4.1 Ilmastonmuutos 4.2 Rehevöityminen 4.3 Happamoituminen 4.4 Ympäristölle myrkylliset aineet 4.5 Säteily 4.6 Biodiversiteettikato 5. Ekosysteemipalvelut ja kestävä kehitys. 10 5.1 Ekosysteemipalvelut ja ympäristönsuojelu 5.2 Kestävä kehitys 3
1. Ekologian perusteet 1.1 Ekologinen tutkimus Mitä ekologiassa tutkitaan? Mitkä ovat ekologisen tutkimuksen tasot? Mikä on ekolokero? 1.2 Ympäristötekijät Ekologia tarkastelee eliöiden ja elinympäristöjen välisiä vuorovaikutus- ja riippuvuussuhteita Ekologisen tutkimuksen tasot ovat yksilö, populaatio, eliöyhteisö, ekosysteemi, biomi ja biosfääri Ekolokero on eliön rooli elinympäristössä Mitä ovat bioottiset ja abioottiset ympäristötekijät? Miten eläimet ja kasvit ovat sopeutuneet talveen? Ympäristötekijät voidaan jakaa bioottisiin (elollisiin, esim. pedot, ravinto, kilpailijat) ja abioottisiin (elottomiin, esim. lämpötila, veden saatavuus, suolaisuus) tekijöihin Tärkeimmät niistä ovat valo, lämpö ja vesi Eläimet ovat sopeutuneet talveen mm. vaipumalla talviuneen, -horrokseen tai kylmänhorrokseen Kasvit ovat sopeutuneet talveen mm. ruskalla, ja vain osa kasvista talvehtii, esim. siemen tai juurakko Eliöille on jokaiselle abioottiselle tekijälle sietoalue ja optimialue Tiivistelmä: Ekologiassa tutkitaan eliöiden ja eliölajien vuorovaikutusta toistensa sekä niitä ympäröivän elottoman ympäristön kanssa. Vuorovaikutus ilmenee eliölajien levinneisyytenä, runsaussuhteina ja niiden muutoksina sekä evoluutiona. Ympäristötekijät antavat eliöille raamit, joihin ne sopeutuvat parhaansa mukaan. 4
2. Populaatiot, eliöyhteisöt ja ekosysteemit 2.1 Populaation ominaisuuksia Mitkä tekijät vaikuttavat populaation kokoon? Mitä tarkoittaa ympäristön kantokyky? 2.2 Eliöiden väliset suhteet Populaation kokoon ja tiheyteen vaikuttavat syntyvyys ja kuolevuus, sekä tulo- ja lähtömuutto Populaation kasvuun vaikuttavat sen ikä- ja sukupuolijakauma Ympäristön vastus aiheuttaa populaation koon asettumisen ympäristön kantokyvyn sallimalle tasolle Kannanvaihtelut eli muutokset populaation koossa ovat tyypillisiä monille eläimille Miten erilaiset vuorovaikutussuhteet vaikuttavat lajeihin? vuorovaikutussuhde Laji A Laji B neutraali ei vaikutusta ei vaikutusta kilpailu - (haitallinen) - (haitallinen) laidunnus + (hyödyllinen) - (haitallinen) peto-saalis-suhde + (hyödyllinen) - (haitallinen) loissuhde + (hyödyllinen) - (haitallinen) mutualismi + (hyödyllinen) + (hyödyllinen) pöytävierassuhde ei vaikutusta + (hyödyllinen) Mistä kilpailu johtuu? 2.3 Ekosysteemit ja biomit Lajien välinen kilpailu johtuu liian samanlaisesta ekolokerosta ja voi johtaa sopeutumiseen (esim. eri käpylintulajit erikoistuvat eri puulajien siemeniin) Mihin kolmeen kategoriaan Suomen järvet voidaan jakaa? Mihin kolmeen kategoriaan Suomen järvet voidaan jakaa karuihin, suo- ja reheviin järviin: Karut järvet ovat kirkasvetisiä ja vähäravinteisia Suojärvet ovat mutaisia ja vähäravinteisia Rehevät järvet ovat sameita ja runsasravinteisia Suomen metsät voidaan jakaa kuivaan ja tuoreeseen kangasmetsään sekä lehtoon: 5
Suomen metsät voidaan jakaa? Mihin viiteen suotyyppiin Suomen suot voidaan kasvillisuuden perusteella jakaa? Esittele tärkeimpiä biomeja. 2.4 Aineiden kierto ja energian virtaus Kuivassa kangasmetsässä on mäntyjä, jäkälää ja puolukoita Tuoreessa kangasmetsässä on kuusia, sammalta ja mustikoita Lehdoissa maaperä on ravinteikasta multaa ja siellä kasvaa lehtipuita ja on paljon eläinlajeja Suomen suot voidaan jakaa kasvillisuuden perusteella viiteen suotyyppiin: Korpi on reheväkasvuinen, mm. kuusia ja mustikoita Räme on niukkaravinteinen, mm. mäntyjä ja varpuja Neva on niukkaravinteinen, puuton avosuo Letto on runsasravinteinen, puuton avosuo Luhta on suo, jonka kosteus tulee sinne tulvivasta vedestä Suot voidaan jakaa myös pinnanmuotojen perusteella keidas-, aapa- ja palsasoihin Tärkeimpiä biomeja eli suurekosysteemejä on kahdeksan: Tundralla on lyhyt kasvukausi ja ikirouta Pohjoisella havumetsävyöhykkeellä maannos on niukkaravinteista ja puusto on havupuita Lehtimetsävyöhykkeellä maannos on ravinteikasta ja puusto on lehtipuita Välimeren kasvillisuuden alueella kasvit ovat nahkealehtisiä ja ainavihantia Aroilla on paksu multakerros, kasvua rajoittaa veden puute ja vallitseva kasvillisuus on ruohoa Trooppisissa sademetsissä maannos on niukkaravinteista, eliöstö on hyvin runsas Savanneilla on kuiva- ja sadekausia Aavikoilla eliöt ovat sopeutuneet kestämään kuivuutta Mitä tarkoittaa bruttoperustuotanto? Aineen kierrossa tuottajat muuttavat epäorgaaniset aineet orgaanisiksi, jotka hajottajat palauttavat takaisin epäorgaanisiksi Auringon energia virtaa koko ravintoketjun läpi Bruttoperustuotantoon sisältyy kasvin fotosynteesin aikaansaama kemiallinen energia sekä hengityksessä 6
Mitä tarkoittaa sukkessio? vapautuva energia Ekologisella pyramidilla kuvataan mm. ravintoketjun energiaa, biomassaa tai tuotantoa eri trofiatasoilla Sukkessio on ekosysteemin lajikoostumuksen palautumista häiriön aiheuttamasta tuhosta Tiivistelmä: Populaatioekologia on ekologian haara, joka tutkii lajien populaatioiden levinneisyyteen ja runsauteen vaikuttavia tekijöitä. Eliöillä on monenlaisia ja monimutkaisia vuorovaikutussuhteita keskenään, joten jonkin lajin katoamisella tai harvinaistumisella voi olla arvaamattomia seurauksia koko ekosysteemiin. Luonnossa aineet kiertävät, joten niitä ei tarvitse tuottaa yhtään enempää. Ihmisen toiminnan päästöt ovat kuitenkin lisänneet kierrossa olevan aineen määrää, joka on aiheuttanut ympäristöongelmia, kuten rehevöitymistä. 3. Kaupunkiekologia 3.1 Kaupunkiekologia Mitä on kaupunkiekologia? Mitkä ovat kaupunkiympäristön abioottisia tunnuspiirteitä? Kaupunkiekologia tutkii kaupunkiluonnon erityispiirteitä Kaupunkiympäristön abioottisia tunnuspiirteitä on enemmän lämpöä, keinovalo, vähemmän lunta, paljon rehevöittäviä ja happamoittavia päästöjä sekä paljon laikuttaista vaihtelua Kasvillisuus on määrällisesti niukkaa, mutta lajillisesti runsasta Monet eläimet ovat ekologisesti laaja-alaisia (esim. ravinto monipuolista ja elinympäristön puolesta joustava) ihmisen pöytävieraita Tiivistelmä: Kaupunkiekologia on ekologian osa-alue, joka tutkii kaupunkien luonnon eli kaupunkiekosysteemin erityispiirteitä. Kaupunkiluonnon ekologiset ilmiöt ja prosessit ovat samoja kuin maaseudulla, mutta abioottisissa tekijöissä on paljon eroja. 7
4. Ympäristöongelmat 4.1 Ilmastonmuutos Mitkä ovat tärkeimmät kasvihuonekaasut? Mitkä ihmisen toiminnat lisää kasvihuonekaasuja ilmakehässä? Mitä ilmaston lämpeneminen aiheuttaa? Miten ilmastonmuutosta voidaan hillitä? 4.2 Rehevöityminen Hiili kiertää ekosysteemissä tuottajien, kuluttajien ja hajottajien avulla, mutta sitä varastoituu myös pitkäaikaisiin varastoihin, kuten fossiilisiin polttoaineisiin Tärkeimmät kasvihuonekaasut ovat vesihöyry, hiilidioksidi sekä metaani Ihmisten toiminta lisää kasvihuonekaasuja ilmakehässä: Tärkeimpinä metsien hakkuut, karjatalous ja fossiilisten polttoaineiden käyttö Ilmaston lämpeneminen aiheuttaa mm. biomien siirtymistä ja aavikoitumista sekä muutoksia lajistossa, ekosysteemeissä ja eläinten käyttäytymisessä Tärkeimmät keinot hidastaa ilmastonmuutosta on hiilinielujen lisääminen ja kasvihuonekaasupäästöjen rajoittaminen Mitkä bakteerit ovat mukana typen kierrossa? Mitä rehevöityminen tarkoittaa? Miten rehevöitymistä voidaan hillitä? 4.2 Happamoituminen Typen kierrossa typensitoja-, nitrifikaatio- ja denitrifikaatiobakteereilla on keskeinen rooli Fosforin kierrossa fosfaatti-ionit muuttuvat orgaanisiksi fosforiyhdisteiksi ja takaisin fosfaatti-ioneiksi Rehevöityminen tarkoittaa tuottajien biomassan kasvua lisääntyneiden ravinteiden, erityisesti typen ja fosforin seurauksena Rehevöityminen voi aiheuttaa happikatoa Rehevöitymistä voidaan hillitä jäteveden puhdistuksella, lannoitteiden vähentämisellä, suojavyöhykkeillä sekä hoitokalastuksella Mikä aiheuttaa happamoitumista meriekosysteemeissä ja miten se vaikuttaa? Meriekosysteemeissä happamoitumista aiheuttaa hiilidioksidi, joka veteen liuetessaan muodostaa hiilihappoa Happamoituminen hidastaa eliöiden kasvua, vaikeuttaa niiden lisääntymistä ja haurastuttaa kalkkikuoristen eläinten kuorta Fossiilisten polttoaineiden palamistuotteita ovat mm. 8
Mikä aiheuttaa märkä- ja kuivalaskeumaa? Mitä happamoituminen aiheuttaa metsissä? Mitä happamoituminen aiheuttaa sisävesissä? 4.4 Ympäristön myrkylliset aineet rikkidioksidi ja typen oksidit, jotka aiheuttavat happamoitumista märkä- ja kuivalaskeumana Metsissä happamoituminen aiheuttaa puiden harsuuntumista, ravinteiden huuhtoutumista ja fotosynteesin vaikeutumista Sisävesissä se vähentää eliöiden määrää ja muuttaa ravintoketjuja Happamoitumista voidaan estää rikinpoistolaitteilla ja katalysaattoreilla Miten myrkylliset aineet kulkeutuvat ympäristöön? Minkälaisia erilaisia myrkyllisiä aineita on olemassa? 4.5 Säteily Myrkyllisiä aineita ympäristöön päästää mm. energiantuotanto, teollisuus, jätehuolto sekä tuhohyönteisten torjunta Ne rikastuvat ravintoketjuissa ja aiheuttavat solujen toimintahäiriöitä Jaetaan muoviin, öljyyn sekä ympäristömyrkkyihin Ympäristömyrkkyjä ovat raskasmetallit (elohopea, kadmium ja lyijy) ja orgaaniset ympäristömyrkyt (PCByhdisteet, DDT ja dioksiinit) Mitä on ionisoiva säteily? 4.6 Biodiversiteettikato Säteily voidaan jakaa hiukkas- ja sähkömagneettiseen säteilyyn Hiukkassäteily ja lyhytaaltoinen sähkömagneettinen säteily ovat ionisoivaa säteilyä, joka aiheuttaa DNAmolekyylissä mutaatioita Otsonikerros imee vaarallisen UVC-säteilyn, mutta myös UVB-säteily vaurioittaa solujen toimintaa Mihin kolmeen kategoriaan biodiversiteetti voidaan luokitella?. Mitkä tekijät aiheuttavat biodiversiteettikatoa? Biodiversiteetti voidaan jakaa ekosysteemien-, laji- ja lajin sisäiseen monimuotoisuuteen Uhanalaisimpia ekosysteemejä ovat trooppiset metsät, kosteikot kuten mangrovemetsät ja koralliriutat Biodiversiteettikatoa aiheuttavat elinympäristöjen katoaminen ja muuttuminen, vieraslajien leviäminen, saastuminen ja ilmastonmuutos Tiivistelmä: Luonnonvarojen käyttö ja ympäristöongelmat kaventavat eliöiden, mukaan lukien ihmisten elinmahdollisuuksia. Ihmisten toiminnan seurauksena ekosysteemit muuttuvat nopeammin kuin koskaa ennen, eikä eliöt ehdi sopeutua muutoksiin. Meidän pitää hillitä ympäristöongelmien seurauksia omilla teoillamme. 9
5. Ekosysteemipalvelut ja kestävä kehitys 5.1 Ekosysteemipalvelut ja ympäristönsuojelu Mitä ovat ekosysteemipalvelut ja mihin neljään osaan ne voidaan jakaa? Miten ekosysteemipalveluita turvataan? 5.2 Kestävä kehitys Ekosysteemipalvelut ovat luonnon tarjoamia aineellisia ja aineettomia hyötyjä Voidaan jakaa tuotanto-, ylläpitävät-, säätely- ja kulttuuripalveluihin Ekosysteemipalveluita turvataan ja biodiversiteettikatoa estetään kaikilla monimuotoisuuden tasoilla: Suojelualueet, kansallis- ja luonnonpuistot ekosysteemien monimuotoisuutta Rauhoitus, siemen- ja geenipankit ja taloudelliset rangaistukset lajimonimuotoisuutta Riittävän suuret populaatiokoot lajin sisäistä monimuotoisuutta Mihin neljään ulottuvuuteen kestävä kehitys voidaan jakaa? Miten kestävää kehitystä voidaan edistää? Kestävä kehitys voidaan jakaa ekologiseen, taloudelliseen, sosiaaliseen ja kulttuurilliseen ulottuvuuteen Tärkeimmät keinot edistää sitä ovat ekologisen jalanjäljen pienentäminen, ekotehokkuuden lisääminen, kohtuu- ja kiertotalouteen siirtyminen ja ekososiaalisen sivistyksen lisääminen Tiivistelmä: Vaikka luonto itsessäänkin on suojeltavan arvoinen, tarjoaa sen suojelu myös aineellisia ja aineettomia hyötyjä ihmisille. Kestävän tulevaisuuden tavoittaminen edellyttää ekologisia, sosiaalisia ja taloudellisia muutoksia nyky-yhteiskuntaan. 10