Et økosystem er er alle de levende organismene som finnes på et sted og miljøet de lever i. Et økosystem kan være lite – som en pytt, større – som en skog, eller sies å omfatte hele biosfæren, det vil si den del av Jorden (jord, vann, luft) der levende organismer kan eksistere. Økosystem er et viktig begrep innen fagfeltet økologi.
Alle de levende organismene i et økosystem kalles til sammen et økologisk samfunn. De ikke-levende delende av økosystemet, slik som jordsmonnet og solforhold, kalles abiotiske (livløse) faktorer. I et økosystem er det biologiske samfunnet i samspill med miljøet der samfunnet finnes og de ulike delene av økosystemet er koblet sammen gjennom flyt av næringsstoffer og energi.
Habitat, biotop og økosystem
Det stedet der en art, populasjon eller et individ finnes, kalles dets habitat; det sted et samfunn av organismer finnes, kalles biotop. En biotop karakteriseres av alle de lokale miljøfaktorene. En biotop inngår dermed som en del av et økosystem sammen med det biologiske samfunnet som finnes i biotopen. Samfunnet og biotopen er tett sammenkoblet og kan ikke eksistere uten hverandre. Biotopen vil nødvendigvis påvirkes av alle organismene som lever der og organismene påvirkes igjen av miljøet rundt seg, det vil si biotopen.
Nisjer og funksjoner
Hvert individ eller hver art har ikke bare et bestemt sted det lever, det har også en bestemt funksjon eller rolle i et økosystem, en bestemt nisje. Den funksjonen en art eller individ har i et økosystem er knyttet til hvilke prosesser den bidrar til og hvordan den samspiller med andre individer, arter eller miljøet rundt seg. Noen arter kan bygge opp organisk materiale fra enkelte uorganiske forbindelser og energi. De kalles autotrofe organismer og de fleste planter er eksempler på slike ettersom de har fotosyntese. Autotrofe organismer har dermed en viktig funksjon i et økosystem, de gjør organisk materiale tilgjengelig for andre organismer som ikke har den samme evnen. De heterotrofe organismene (dyr, sopp, de fleste bakterier) er avhengige av organisk materiale for liv og vekst.
De grønne plantenes produksjon av organisk materiale (primærproduksjon) går dels til plantenes egen ånding (respirasjon), dels til deres vekst og formering (nettoprimærproduksjon). Vi kan skille mellom brutto primærproduksjon som inkluderer alt det organiske materialet som blir produsert ved fotosyntese, og netto primærproduksjon som er det som er igjen som nytt organisk materiale etter at plantene har brukt det de trenger til respirasjon. Netto primærproduksjonen er hva de planteetende (herbivore) dyrene kan leve av. Disse kalles primære konsumenter, mens kjøttetende dyr er sekundære konsumenter. Nedbryterne (vesentlig sopp og bakterier) lever av døde planter og dyr og frigjør derved igjen uorganiske forbindelser slik at kretsløpet blir sluttet. Konsumenter og nedbrytere kan dermed klassifiseres som heterotrofe organismer.
Næringskjeder og næringsnett
De forskjellige organismene i et økosystem danner på denne måten en næringskjede eller et næringsnett, og de kan grupperes i forskjellige trinn i næringskjeden, eller trofiske nivåer. Den som spiser er på et høyere næringstrinn enn den som blir spist.
Ved hver overføring av energi til et nytt trofisk nivå forsvinner noe energi fra systemet, og i alminnelighet kan man si at bare 10 % av energien i et nivå er tilgjengelig for organismene i det neste nivået. Av denne grunn består næringskjeder oftest ikke av flere enn 3–4 ledd. Da mest energi er tilgjengelig for de første leddene i kjeden, vil det for eksempel være mer energi tilgjengelig for primærkonsumenter enn for sekundærkonsumenter. Det betyr også at det er mer energi tilgjengelig for mennesker dersom de lever som vegetarianere, enn som kjøttetere.
Produktivitet
Ulike økosystemer kan sies å ha ulik produktivitet, det vil si produksjon av organisk materiale over tid. I de tidlige suksesjonstrinnene (se økologi) er produksjonen i samfunnet større enn respirasjonen, og det dannes et overskudd av organisk materiale. I sitt jordbruk forsøker derfor mennesket å holde sine plantekulturer på et tidlig suksesjonstrinn, samtidig som flest mulig sidekjeder i næringsnettet kuttes ut ved at det dyrkes store arealer med bare ett planteslag, monokulturer.
Som eksempel på produktiviteten kan nevnes årlig nettoproduksjon, angitt i gram per m2, i noen økosystemer: åpent hav gjennomsnittlig 100, kystfarvann gjennomsnittlig 200, oppvellingsområder gjennomsnittlig 600, korallrev 4900, temperert barskog 1500, maisåker (USA) 2500–4000, sukkerrør (Java) 9400.
Stoffenes kretsløp
De forskjellige grunnstoffene (fosfor, nitrogen og lignende) og kjemiske forbindelsene (for eksempel vann) har karakteristiske kretsløp i et økosystem. Det er viktig for økosystemets funksjon at stoffer ikke lagres slik at de blir utilgjengelige for de levende organismene der, slik det for eksempel skjer når fosfor lagres i dyphavssedimenter.
I andre tilfeller kan giftige stoffer (for eksempel DDT) akkumuleres i organismene etter hvert som vi kommer høyere opp i næringskjeden. Studiet av stoffenes kretsløp, deres akkumulering og virkning på økosystemet er viktig for forståelsen av forurensningenes virkning i naturen.
Endringer i det biologiske mangfoldet i økosystemer
Dersom en populasjon i et økosystem øker eller minker i antall vil det ha både direkte og indirekte effekter på andre arter i økosystemet. Dersom det blir færre av en art med planteplankton vil det bli mindre mat tilgjengelig for de artene av dyreplankton som spiser denne arten. I tillegg til slike direkte effekter vil det også være indirekte effekter. For eksempel kan dyreplanktonet blir tvunget til å begynne å spise en annen art og dermed bli en ny konkurrent for de artene som normalt spiser denne arten. Ettersom en art oftest er forbundet med flere andre arter kan det oppstå trofiske kaskader. Dette betyr at endringer i enkeltbestander fører til endringer i andre bestander som igjen vil påvirke nye bestander innen samme økosystem, og den opprinnelige endringen i den første populasjonen forplanter seg gjennom hele økosystemet.
Mange arter er også spesielt tilpasset interaksjoner (slik som predasjon, konkurranse eller mutualisme) med bestemte andre arter. For eksempel kan en humleart være spesialisert på å drikke nektar fra og pollinere en bestemt blomsterart. Slike spesialister er ofte mer sårbare for endringer i økosystemene enn generalister som har større mulighet til å utnytte nye ressurser dersom den ressursen de utnytter i dag reduseres. Noen økosystemer er derfor mer robuste for endringer enn andre, og på generell basis er det ofte slik at de økosystemene med mange arter er mer robuste enn de med færre arter og de økosystemene med interaksjoner mellom flere av artene er mer robuste mot endringer enn de med færre interaksjoner.
Kunnskap om næringsnett og artsinteraksjoner er derfor svært viktige for å kunne bevare det biologiske mangfoldet av arter og biologiske samfunn.