Part 13: Ecology1.     Ecosystem: a term used to describe the biodiversity among the many species living in an environment as well as the relationships among those species and the non-living parts of their environment. All ecosystems vary in their organism composition and numbers. There are two type of ecosystems:

Aquatic Ecosystems: an underwater ecosystem. Can be subdivided into fresh water, estuarine and marine. These are divided based upon their chemical composition, such as salt content, also known as salinity. 

o Marine Biomes: Marine biomes are oceans on the Earth that are interconnected, which contain a salt water environment. The marine biome covers more than 70% of the Earth’s surface. Temperatures remain fairly constant in the marine biome, with a variation with latitude. Ocean temperatures vary from 0 degrees in the Polar regions to 32 degrees near the Equator. The evaporation of the marine biome provides most of the Earth’s rainfall, and the ocean’s temperature has a major effect on the world climate and wind patterns. Marine algae supply a substantial portion of the world’s oxygen.  Marine biomes are divided into two zones.  These marine communities are classified based upon depth:

Intertidal Zone (Littoral): Regulated by the tides caused by force of the moon. It is home to many small species of fish and plant life. This area is covered by water during high tide and uncovered at low tide.  Many types of seaweeds live here, along with clams, crabs, mussels, and star fish.

113

Neritic Zone: Includes the shallow waters above the Continental Shelf, which extends out about 300 km. This zone contains the nutrients carried into oceans and rivers.  This zone is shallow; therefore, light reaches all the way to the ocean floor.  Organisms such as algae, fish, mussels, crabs, barnacles, oysters, worms, and sea cucumbers live here.

Open Ocean (Pelagic Zone): Filled with many large animals like sharks and whales. Because the water is deep in the ocean, light cannot reach the bottom so photosynthesis cannot occur.

o Freshwater Biomes: The freshwater biome is comprised of rivers, lakes, ponds, swamps, bogs, etc. The volume of water in this biome is much smaller than that of the marine biome. The temperature variations are larger. Organisms living in fresh water must be able to adapt to a greater seasonal variation than those living in the ocean.  Freshwater Biomes Composed of Three Zones: Littoral Zone:  lots of light, warm/cold, oxygen; close to shore; and 

organisms include water lilies and sedges Limnetic Zone:  area of open lake; sufficient light and oxygen; heat 

will decrease with depth; and organisms include plankton and fish. Profundal Zone:  deep area of lake; no light, very little oxygen; cold 

water; and organisms include bacteria and bottom-dwelling invertebrates.

o Estuaries (coastal marshes): More productive biome than either the ocean or fresh water. Water is mostly shallow allowing light to penetrate to the bottom. Plant life is abundant and varied. Animal life 

114

is abundant (Some fish use the estuary as a nursery. When the young are large enough, they leave the estuary).

Terrestrial Ecosystems: an ecosystem on land. These are divided based upon the predominant vegetation (dominant plant species) such as grasses or trees, etc. These major terrestrial ecosystems are often referred to as biomes. The major land biomes are encountered with changes in latitude as one moves from the equator towards the poles.  This concept is referred to as latitudinal succession. The key to the concept is to realize that the different lines of latitude receive different amounts of solar radiation, which affects temperature and precipitation. As one moves over lines of latitude, changes in climate occur that impact the types of organisms to be found in any given biome. Terrestrial are subdivided into grassland, boreal forests (taiga), temperate deciduous forest, deserts, tropical rain forests and tundra. 

o Grassland: hot summers, cold winters, unpredictable rainfall; American Midwest, Eurasia, Africa, South America; grasses; prairie dogs, bison, foxes, ferrets, grouse, snakes, lizards.

o Boreal (Taiga) Forests: northern forests; evergreens, stunted in growth, possess needles instead of leaves; cold, long winters; caribou, wolves, moose, bears, rabbits, lynx.

o Temperate Deciduous Forests: northeast and middle United States, Western Europe; deciduous trees (loose their leaves in winter); warm summers, cold winters, moderate precipitation; deer, wolves, bears, small mammals, birds.

o Deserts: western United States, Central Africa, Middle East, Central-Western South America; sparse plant life, cacti, drought-resistant plants; low rainfall, extreme temperature shifts; jackrabbits, owls, kangaroo rats, lizards, snakes, tortoises.

o Tropical Rain Forest: South America; high biomass; high rainfall, hot temperatures, impoverished soils; sloths, snakes, monkeys, birds, leopards, insects.

o Tundra: Northern, sub-polar regions; sparse plant life, grasses, wildflowers, some trees; permafrost (layer of permanently frozen soil), short growing season; arctic fox, wolves, caribou, reindeer, snowy owls.

o Polar: Northern and southern most parts of the Earth; inhabitable by any plant or animal life for long term stay; extreme cold; has Night 

115

seasons (when the sun doesn’t come up for months), and Day seasons (when the sun doesn’t go down for months).

2.     Ecology: a specific branch of biology, which studies how organisms interact with each other.

3.     Biodiversity: the number of species in an ecosystem; and the variety within those species; also known as biological diversity. It is very important to ecosystems because every organism in an environment is connected to all other organisms in one way or another.

4.     Food Chain: a step-by-step sequence linking organisms that feed on each other starting with a food source and continuing through the other organisms that feed on it; always start with plants.

5.     Food Web: a diagram that tries to show the energy transfer relationship between many organisms in an ecosystem; plants would be at the bottom.

6.     Producers: one of two major groups of living organisms (the other being consumers); it is an organism that uses photosynthesis or another form of chemical synthesis (the executing of chemical reactions to get a product, such as energy) to 

116

make their own food; also known as autotrophy. (AKA: First Trophic Level)

7.     Consumers: one of two major groups of living organisms (the other being producers); it is an organism that must eat producers or other consumers as food to get energy; also known as heterotrophs. Some different types of consumers are:

Herbivores: animals that east producers (Moose, Rabbit) Carnivores: animals that feed on other animals (Lion, Hawk) Omnivores: animals that eat both plants and animals (Humans, Bears) Saprobes: also known as decomposers or saprotrophs; They break down and 

live off dead organic matter to get nutrients for their own use but in doing so also release valuable nutrients back into the soil or water that can be used by producers. (Fungi, Mushroom)

Primary Consumers: organisms that feed on producers. (AKA: Second Trophic Level)

Secondary Consumers: animals that rely on feeding on primary consumers. (AKA: Third Trophic Level)

Tertiary Consumers: animals that eat secondary consumers. (AKA: Fourth Trophic Level)

8.     Detritus: wastes from plants and animals, including their dead remains.

9.     Extinct: no longer found anywhere

10.     Endangered: close to extinct everywhere

11.     Extirpated: no longer in one area.

12.     Threatened: likely to become endangered.

13.     Vulnerable: at risk due to low numbers in certain areas.

14.     Abiotic Factor: non-living factors in the environment, which influences living (biotic) organisms. (Light, oxygen, water, temperature, space, nutrients)

15.  Biotic Factor: a factor in an ecosystem created by the presence and roles of other living things. (Producers, consumers, disease, competition for food, 

117

symbiosis, predator-prey relationships, CO2)

16.  Population: all the members of the same species living in the same ecosystem or habitat.

17.  Community: the collection of all the populations of species in an ecosystem or habitat.

18.  Ecotone: the “grey” area between ecosystems where organisms from both ecosystems interact with each other. They contain species from both bordering ecosystem and often contain greater biodiversity than each individual ecosystem (ex. Where forest meets field).

19.     Ecological Succession: the predictable procession of plant communities building an ecosystem over time.

Primary Succession: a type of ecological succession; this occurs in a lifeless area where soil has not yet formed (ex. New volcanic islands). This process can take hundreds to thousands of years. (Lichens/Mosses → Soil → Grasses/Shrubs → Final Supply of Trees/Plants).

Secondary succession: a type of ecological succession; this occurs when an existing community has been cleared by some disturbance that leaves the soil intact (ex. Fire, Human disturbance). In this case, the area slowly begins to return to it’s original state. Seeds are brought by the wind or animals, producing grasses and shrubs that are eventually replaced by trees and other dominant vegetation.

Pioneer Organisms: A pioneer organism is an organism that populates a region after a natural disaster or any other event that may have caused most life in that area to disappear. Common pioneer organisms include lichens and algae.

118

20. Sere:  an intermediate stage found in ecological succession in an ecosystem advancing towards its climax community. In many cases more than one seral stage evolves until climax conditions are attained.

21.     Climax Community: a biological community of plants and animals which,  through the process of ecological succession — the development of vegetation in an area over time — has reached a steady state or equilibrium.

22.     Trophic Level: a way of categorizing organisms based upon the way they gain their energy. Some examples are:

      o   Producers are always considered the First Trophic Level.      o   The Second Trophic Level contains organisms that feed on producers. (AKA: Primary Consumers)      o   Animals that rely on feeding on primary consumers for their source of energy are in the Third Trophic Level. (AKA: Secondary Consumers)      o   Animals that east secondary consumers are considered to be in the Fourth Trophic Level. (AKA: Tertiary Consumers)      o   Omnivores can be placed on any trophic level, depending on the organism.      o   Trophic Levels continue up to the Fifth Trophic Level, which includes animals that have no predators and are at the top of the food chain; also known as top carnivores (Human, Shark).

Top Carnivore: the final carnivore in any food chain. They are not eaten by other animals (ex. Shark).

23.     Interspecific competition: this happens when individuals of different species are competing for the same resources (ex. Lynx and Red Fox both compete to eat the Snow Show Hare.)

119

24.     Intraspecific Competition: this happens when individuals of the same species are competing for the same resources (ex. Two bears competing for the same fish).

25.     Pyramid of Energy: a graph in the form of a pyramid used to represent energy flow in an ecosystem; It helps ecologists visualize the relationships in an ecosystem and to easily compare ecosystems.

26.     Ecological Niche: an organism’s place in the food web, it’s habitat, breeding area, and the time of day it’s most active; a niche includes everything an organism does to survive and reproduce.

Keystone Species: A species on which other species in an ecosystem largely depend, such that if it were removed the ecosystem would change drastically. This could be a top predator, a plant that shelters or feeds other organisms, or an organism that plays a critical ecological role.

27.     Exotic Species: a new species in an ecosystem that is not native to the area (ex. The garter snakes in Newfoundland are exotic species to the province).

28.     Symbiosis: the living together of two living species; allows them to interact so that at least one of the organisms benefits with food, shelter, protection, and aids in reproduction. This helps maintain stability in an ecosystem.

Mutualism: a relationship between two species of organisms in which both benefit from the association. (ex. Anemones and clownfish. The anemones provides shelter for the clownfish while the clownfish drops bits of food that the anemone can use for food.) 

Parasitism: a relationship between organisms of different species where one organism, the parasite, benefits at the expense of the host. (ex. Tapeworms and Dogs, Fleas and Cats, Viruses and Humans, etc.)

Commensalism: a relationship between two organisms where one organism benefits but the other is unaffected. (ex. Pilot fish and Sharks. The Pilot fish 

120

eat the leftovers of the sharks’ killings, and stay close to the shark for protection, and the shark just leaves them alone like they weren’t even there.)

29.     Sustainability: finding a way to meet our present needs without compromising the ability of future generations to meet their needs; the wise use of our renewable resources today so that both the resources and the environment will be there for use by the future generations of the world.

30.     Paradigm: a belief held by society, based on general beliefs, such as morals, values and evidence (ex. Years ago, everybody believed that the world was flat, and that that was why sailors that set out to find it never returned. Because they had supposedly fallen of the Earth’s edge. Another is that people believed that the Sun revolved around the Earth).

Paradigm Shift: rare and significant changed in the way humans view the world. They are major changes, which are very controversial when first proposed, but which eventually become accepted as major advances in scientific knowledge and understanding (ex. The fact that the Earth is round, the Earth revolves around the sun).

31.     Albedo: a measurement of the percentage of light that an object reflects. The higher the albedo, the greater the reflection, and visa versa. A higher albedo also equals less energy that will be absorbed and available for maintaining the global temperature.

33.     Biosphere: the ecosystem comprising the entire earth and the living organisms that inhabit it. 

34.     Mass extinction: when a large number of species in an area go extinct due to a catastrophic even (massive volcanic eruptions, meteors, etc.). The greatest in history was 245 million years ago (MYA), killing 80% of the Earth’s species.

35.     Pest: any organism that we believe is harmful or undesirable, has a negative impact on the human environment, or is in competition with human use of a resource, either natural, or cultivated. (ex. Dandelions, Rodents, Insects, micro-organisms that cause disease, etc.)

36.     Pesticide: chemicals designed to kill pests.                       o Insecticide: kills insects (ex. DDT; Raid)

121

                       o Herbicide: kills weeds (ex. Roundup; Weed Man)                       o Fungicide: kills mould; fungi (ex. Captan; Fungus Fighter)                       o Bactericide (Antibiotics): kills bacteria (ex. Penicillin; Purell)37.     Bioamplification (Bioaccumulation OR Biomagnification): as organisms feed on each other, fat-soluble pesticides are passed on from the prey to the predator. As the predators eats more and more infected prey, the chemicals begin to accumulate and concentrate. Once we reach the top of the food chain, this accumulation can actually be deadly, because organisms eat far more than their own body mass in food, therefore the farther up the food chain we go, the more concentrated these fat-soluble chemicals are.

122

38.     Water-soluble pesticides: pesticides have been developed that are not stored in fat but are soluble in water; animals can remove these pesticides from their bodies by breaking them down with their liver and excreting them

39.     Biogeochemical Cycles: the cycling of material between living things and the environment. There are the hydrologic, carbon, oxygen, nitrogen and phosphorus cycles. Humans have effected these cycles through the Greenhouse Effect, Ozone Depletion, Eutrophication, and Deforestation.

The Greenhouse Effect: the burning of fossil fuels and organic matter releases carbon into the air. This extra carbon in the atmosphere is warming the Earth, causing the polar regions to melt, flooding costal areas. Major weather changes have been observed, as well as changes in populations (ex. some animals who lived in the Arctic have swam to the Subarctic to find food and now live there instead).

Ozone Depletion: our ozone is being layered by many chemicals, allowing more radiation on Earth. Cancer will increase in all organisms, and this may also cause genetic mutations.

Deforestation: changes in weather, floods, erosion (mud slides) and migration of organisms can all take place as a result of deforestation. So reduce these effects, many areas cut out the forest in pieces, so that there are simply clearings rather than the destruction of an entire forest.

Acid rain: the burning of fossil fuels produces pollutants such as sulphur dioxide and nitrogen dioxide. This is released into the air and falls back to the ground as acid rain. This rain lowers the pH levels in ecosystems, both terrestrial and aquatic. In some places, the change is so severe that it kills animals and plants.

Desertification: when land is overgrazed by animals, it becomes dry and sparse and eventually becomes a dessert.

Pollution: toxic chemicals end up in our ecosystems (ex. acid rain). With bioamplification, these effects become more pronounced and more deadly.

123

The Carbon Cycle

124

The Oxygen Cycle

The Nitrogen Cycle

125

The Phosphorus Cycle

40.     Organic Matter: always contains atoms of carbon and hydrogen; often contains oxygen and nitrogen (ex. Proteins, Sugars, Fats, etc.)

41.     Inorganic Matter: does not contain a combination of carbon and hydrogen atoms. (ex. Carbon Dioxide, Water, etc.)

49.  Biomes:  A biome is a large geographical region that has a particular type of climax community.

50. Energy Transferral: the 10% rule; only 10% of energy is transferred from organism to organism, the other 90% is lost.

126

51. Extinction: As the human population increases, species extinction rates area also increasing. The majority of extinctions, or at least endangerments, are caused by humans in the modern era. Climate change effects everything, these days making everything warmer, and some places inhabitable and killing off it’s residents. As smaller organism populations decline, there is more competition for them as food, meaning the smaller and weaker animals in the competition will die off through starvation.

52.  Population Density: Population density is a measurement of population per unit area or unit volume.

Density Dependant Factors: factors whose affects on a population depend on the density of that population (ex. depletion of food resources, competition, predators, illness, etc.)

Density Independent Factors: factors that affect the population regardless of the density of the population (ex. sever storms, tsunami, oil spill, etc).

Carrying Capacity (K):  the maximum number of individuals of a species that a habitat can support.

Exponential Growth: growth of a population that occurs when a population is in an ideal environment with seemingly endless resources. The growth (J curve) will eventually reach its carrying capacity, and either falter and crash down (if it passed carrying capacity) or will level off. If it levels off, it is now logistic growth.

Logistic Growth: Change in the size of a population that is rapid at first, then decreases as the population approaches the carrying capacity of its environment. The population continues to falter of the carrying capacity, reaching a semi-equilibrium (S curve).

o R-Strategists: animals that reproduce as much as possible when given the opportunity – their only goal is to make the population of big as possible. They are usually small with short life-spans. They are more prone to huge crashes of the population.

o K-Strategists: animals that have long life-spans who only produce a few offspring in their 

127

lifetime (ex. elephants, most humans, etc.). These animal’s populations increase very steadily and slowly, making it much more stable for them. They are not vulnerable to population crashes.

Predator-Prey: the fluctuation of populations while one hunts the other. The curve in opposite to each other.

128