Opis
Książka przedstawia główne zagadnienia współczesnej ekologii, rozumianej jako program badawczy biologii, ze szczególnym uwzględnieniem biosfery – ekosystemu Ziemi, którego częścią jest populacja gatunku Homo sapiens. Nowatorstwo tego opracowania polega na przedstawieniu zjawiska życia jako procesu globalnego, realizowanego przez całą biosferę, na którą składają się lokalne ekosystemy, populacje pojedynczych organizmów, połączonych wieloma interakcjami. Proces ten trwa od miliardów lat, podlegając prawom termodynamiki i doboru naturalnego. Są to problemy najbardziej aktualne, wciąż mało rozwijane w innych podręcznikach. Nacisk położono na specyficzną metodologię przyrodniczych nauk eksperymentalnych i naukowy krytycyzm, które gwarantują bezkonkurencyjną wiarygodność ustaleń współczesnej ekologii i biologii ewolucyjnej. Jest to szczególnie ważne w obecnym okresie zagrożeń cywilizacji, wynikających z antropogenicznych zmian w funkcjonowaniu biosfery. Praktyka ochrony środowiska naturalnego człowieka, a także ochrony przyrody jako wartości autotelicznej, muszą się opierać na wynikach badań naukowych, jednak warunkiem realizacji tych celów jest zaufanie do nauk przyrodniczych. Kolejne, trzecie wydanie, jest gruntownie unowocześnione, uwzględnia najnowsze zdobycze naukowej ekologii i ewolucjonizmu, dotyczące zagadnień o fundamentalnym znaczeniu dla nauk biologicznych oraz dla praktycznej ochrony przyrody i środowiska człowieka. Przedstawiony jest bilans węgla w biosferze i jego związki ze zmianami klimatu, nowe dane na temat bioróżnorodności, jej zmian i znaczenia dla funkcjonowania ekosystemów, a także najnowsze hipotezy o pochodzeniu życia. Przedstawiono nowoczesne narzędzia badań ekologicznych, w tym metody molekularne, stechiometrię ekologiczną, dane satelitarne i statystyczną metaanalizę danych. Publikacja przeznaczona jest przede wszystkim dla studentów biologii i ochrony środowiska wszystkich uczelni w Polsce, na których jest wykładana ekologia, a także dla doktorantów i pracowników naukowych. Spis treściRozdział 1 1 Wstęp 1 1.1. Czego czytelnik powinien się spodziewać po tej książce? 1 1.2. O metodzie naukowej 3 1.3. Ekologia współczesna 12 Literatura uzupełniająca 18 Rozdział 2 23 Życie biosfery 23 2.1. Żywy organizm 23 2.2. Żywa biosfera 24 2.3. Ekologia jako program badawczy biologii 25 2.4. Planeta Ziemia 26 2.4.1. Ziemia we wszechświecie 26 2.4.2. Planety Układu Słonecznego 29 2.4.3. Środowisko kosmiczne 31 2.4.4. Ruch Ziemi wokół Słońca, pory roku 33 2.4.5. Ruch obrotowy Ziemi wokół osi 34 2.4.6. Magnetosfera Ziemi 34 2.4.7. Hipoteza Milankoviča 35 2.5. Ziemia pod nogami 38 2.5.1. Co jest w środku 38 2.5.2. „A jednak się rusza” 39 2.6. Cyrkulacja atmosferyczna i cykl hydrologiczny 44 Literatura uzupełniająca 48 Rozdział 3 49 Biogeneza i historia biosfery 49 3.1. Powstanie życia na Ziemi 49 3.1.1. Co to jest: życie 49 3.1.2. Hipotezy o powstaniu życia na Ziemi 51 3.1.3. „Od dołu”: badania geologiczne i paleontologiczne 53 3.1.4. „Od góry”: badania porównawcze współczesnych organizmów 58 3.1.5. Hipotezy i eksperymenty „tu i teraz” 61 3.1.6. Od minerałów do praorganizmu 62 3.1.7. Świat RNA 68 3.1.8. Powstanie współczesnych form życiowych 70 3.2. Prehistoria życia i paleoekologia 71 3.3. Wielkie wymierania 74 3.3.1. Dokumenty paleontologiczne 75 3.3.2. Przyczyny katastrof 81 3.3.3. Zderzenia z meteorytami 81 3.3.4. Okresowość wymierań? 84 3.3.5. Wulkanizm i inne konkurencyjne hipotezy 85 Literatura uzupełniająca 87 Rozdział 4 89 Metabolizm biosfery 89 4.1. Cykl redoks 89 4.2. Heterotrofia 95 4.3. Autotrofia 96 4.4. Pobieranie azotu i siarki 100 4.5. Oddychanie 101 4.6. Ewolucja systemów metabolicznych 105 4.6.1. Ekosystemy cieplic głębinowych 105 4.6.2. Głęboka biosfera 108 4.6.3. Ewolucja fotosyntezy 109 Literatura uzupełniająca 112 Rozdział 5 113 Produkcja pierwotna biosfery 113 5.1. Energetyka produkcji biomasy 113 5.2. Metody pomiaru produkcji pierwotnej 117 5.2.1. Metody żniwne 119 5.2.2. Pomiary fizjologiczne 121 5.2.3. Metoda kowariancji wirów 122 5.2.4. Metody pośrednie 123 5.3. Od czego zależy tempo produkcji pierwotnej? 129 5.4. Produkcja pierwotna w oceanach 131 5.5. Produkcja pierwotna na lądach 134 5.6. Bilans energetyczny biosfery 139 Literatura uzupełniająca 143 Rozdział 6 145 Dekompozycja, czyli rozkład biomasy 145 6.1. Istota procesu 145 6.2. Dekompozycja dokonywana przez rośliny 147 6.3. Dekompozycja dokonywana przez konsumentów 147 6.4. Destruenci, detrytusożercy, saprofagi, „reducenci” 148 6.5. Procesy dekompozycji w wodach 149 6.6. Procesy dekompozycji na lądach 151 6.7. Od czego zależy tempo dekompozycji i jak się je mierzy? 152 6.8. Niedomknięte bilanse: deponowanie materii organicznej 164 Literatura uzupełniająca 165 Rozdział 7 167 Cykle biogeochemiczne 167 7.1. Krążenie pierwiastków w biosferze 167 7.2. Cykl węgla 169 7.3. Bilans węgla a klimat globalny 183 7.3.1. Klimat się zmienia 183 7.3.2. Przyczyny zmian klimatu 185 7.3.3. Gazy cieplarniane 188 7.3.4. Spodziewane skutki wzr