生態と環境

同じ種の生物の集まりを個体群といい、その密度や増え方を調べます。個体数は初め急に増えますが、食物や空間に限りがあるため、やがて頭打ちになりS字型の成長曲線を描きます。

個体数を推定する方法の一つが標識再捕法で、捕まえた一部に印をつけて放し、後で再び捕まえたときの印付きの割合から全体の個体数を見積もります。また、異なる種の間には、食う・食われるの捕食-被食関係、資源をめぐる競争、互いに利益を得る相利共生など、さまざまな関係があり、これらが個体群の変動に影響します。

「物質は循環し、エネルギーは一方通行」という原則は生物基礎（→ 科目「生物基礎」の単元「生物の多様性と生態系」）で確認したとおりですが、ここではその循環を段階ごとに追います。炭素は、光合成で大気中の二酸化炭素が有機物に取り込まれ、食物連鎖を通じて生物間を移動したのち、呼吸や遺骸の分解によって二酸化炭素として大気へ戻ります。

窒素の経路はより複雑で、まず大気中の窒素が根粒菌などの窒素固定細菌によってアンモニウムイオンに変えられ（窒素固定）、次に硝化菌の働きでこれが亜硝酸イオンを経て硝酸イオンになり（硝化）、植物がこれを吸収してアミノ酸やタンパク質を合成します。

土壌中の硝酸イオンの一部は脱窒素細菌によって窒素に戻され（脱窒）、大気へ帰っていきます。一方、エネルギーは太陽光として系に入り、栄養段階を一つ上がるごとに大部分が呼吸や排出で熱として失われます。

次の段階へ受け渡される割合は数%から十数%にとどまることが多く、そのため上位の生物ほど利用できるエネルギーも、支えられる個体数も少なくなります。この量的な関係を段階ごとに積み上げて図にしたものが生態ピラミッドで、上に行くほど細くなるのはこのエネルギー効率の低さを反映しています。

生態系は、多様な生物がつながり合うことで安定を保っています。この生物多様性が失われると、環境の変化に対して弱くなります。

多様性を脅かす要因には、生息地の破壊、乱獲、そして本来その地域にいなかった生物が持ち込まれる外来種の問題があります。外来種は在来種を捕食したり資源を奪ったりして、生態系のバランスを大きく崩すことがあります。

さらに地球温暖化や環境汚染も生態系に影響を与えており、これらを踏まえて自然環境をどう守るかを考えることが、この単元の締めくくりのテーマです。