Ekologi

Ide Besar 2 — Energetika: Sistem biologis menggunakan energi dan blok bangunan molekuler untuk tumbuh, bereproduksi, dan mempertahankan homeostasis dinamis.

Tujuan Pembelajaran 8.1.A: Jelaskan bagaimana respons perilaku dan fisiologis organisme berkaitan dengan perubahan lingkungan internal atau eksternal.

• 8.1.A.1 Organisme merespons perubahan lingkungannya melalui mekanisme perilaku dan fisiologis.
  • Pernyataan pengecualian: Pengetahuan tentang mekanisme perilaku atau fisiologis tertentu berada di luar cakupan Ujian AP.
  • Contoh ilustratif untuk 8.1.A.1:
    • Fotoperiodisme dan fototropisme pada tumbuhan
    • Taksis dan kinesis pada hewan
    • Aktivitas nocturnal dan diurnal
• 8.1.A.2 Organisme bertukar informasi satu sama lain sebagai respons terhadap perubahan internal dan rangsangan eksternal, yang dapat mengubah perilaku.
  • Contoh ilustratif untuk 8.1.A.2:
    • Respons fight-or-flight
    • Peringatan predator
    • Respons tumbuhan terhadap herbivori

Ide Besar 3 — Penyimpanan dan Transmisi Informasi: Sistem hidup menyimpan, mengambil, mentransmisikan, dan merespons informasi yang penting bagi proses kehidupan.

Tujuan Pembelajaran 8.1.B: Jelaskan bagaimana respons perilaku organisme memengaruhi kebugaran keseluruhan mereka dan mungkin berkontribusi pada keberhasilan suatu populasi.

• 8.1.B.1 Organisme berkomunikasi melalui berbagai mekanisme (sinyal visual, auditori, taktil, listrik, dan/atau kimia).
  • i. Organisme memiliki beragam perilaku sinyal yang menghasilkan perubahan perilaku pada organisme lain dan dapat mengakibatkan keberhasilan reproduksi yang berbeda.
  • ii. Hewan menggunakan sinyal untuk menunjukkan dominansi, mencari makanan, menetapkan wilayah, dan memastikan keberhasilan reproduksi.
  • Pernyataan pengecualian: Pengetahuan tentang mekanisme komunikasi tertentu berada di luar cakupan Ujian AP.
  • Contoh ilustratif untuk 8.1.B.1:
    • Penandaan wilayah pada mamalia
    • Pewarnaan pada tumbuhan berbunga dan hewan
    • Nyanyian burung
    • Perilaku kawanan pada hewan
    • Peringatan pemangsa
• 8.1.B.2 Respons terhadap informasi dan komunikasi informasi sangat penting bagi seleksi alam dan evolusi.
  • i. Kebugaran mendukung perilaku bawaan dan yang dipelajari yang meningkatkan kelangsungan hidup dan keberhasilan reproduksi.
  • ii. Perilaku kooperatif cenderung meningkatkan kebugaran individu dan kelangsungan hidup populasi.
  • Pernyataan pengecualian: Detail dari berbagai sistem komunikasi dan perilaku komunitas berada di luar cakupan Ujian AP.
  • Contoh ilustratif untuk 8.1.B.2.i:
    • Interaksi antara orang tua dan anak
    • Perilaku kawin dan perkawinan
    • Pencarian makanan oleh lebah dan hewan lainnya
  • Contoh ilustratif untuk 8.1.B.2.ii:
    • Perilaku kawanan pada hewan
    • Perilaku kawanan, kawanan burung, dan pengelompokan ikan pada hewan
    • Peringatan predator
    • Perilaku koloni dan penggerombolan pada serangga
    • Seleksi kerabat

Ide Besar 2 — Energetika: Sistem biologis menggunakan energi dan blok bangunan molekuler untuk tumbuh, bereproduksi, dan mempertahankan homeostasis dinamis.

Tujuan Pembelajaran 8.2.A: Jelaskan strategi yang digunakan organisme untuk memperoleh dan menggunakan energi.

• 8.2.A.1 Organisme menggunakan energi untuk mengorganisasi, tumbuh, bereproduksi, dan mempertahankan homeostasis.
  • i. Organisme menggunakan berbagai strategi untuk mengatur suhu tubuh dan metabolisme. Endoterm menggunakan energi termal yang dihasilkan oleh metabolisme untuk mempertahankan suhu tubuh homeostatik. Ektoterm tidak memiliki mekanisme internal yang efisien untuk mempertahankan suhu tubuh, meskipun mereka dapat mengatur suhunya secara perilaku dengan berpindah ke tempat terkena sinar matahari atau teduh, atau dengan berkumpul bersama individu lain.
  • ii. Peningkatan energi bersih menghasilkan penyimpanan energi, pertumbuhan organisme, dan peningkatan output reproduksi.
  • iii. Penurunan energi bersih mengakibatkan hilangnya massa, penurunan output reproduksi, dan pada akhirnya kematian organisme.
• 8.2.A.2 Organisme berbeda menggunakan berbagai strategi reproduksi sebagai respons terhadap ketersediaan energi. Beberapa organisme bergantian antara reproduksi aseksual dan seksual sebagai respons terhadap ketersediaan energi.
  • Contoh ilustratif untuk 8.2.A:
    • Reproduksi musiman pada hewan dan tumbuhan
    • Strategi sejarah kehidupan (tumbuhan biennial, diapaue reproduktif)

Tujuan Pembelajaran 8.2.B: Jelaskan bagaimana energi mengalir dan materi berputar melalui tingkat trofik.

• 8.2.B.1 Tingkat organisasi ekologis meliputi populasi, komunitas, ekosistem, dan bioma.
• 8.2.B.2 Energi mengalir melalui ekosistem, sementara materi dan nutrisi berputar antara lingkungan dan organisme melalui siklus biogeokimia. Siklus ini penting bagi kehidupan, dan setiap siklus menunjukkan konservasi materi. Siklus-siklus ini saling bergantung.
• 8.2.B.3 Siklus biogeokimia mencakup reservoir abiotik dan biotik, serta proses yang memutar materi antar reservoir.
• 8.2.B.4 Siklus hidrologis (air) melibatkan pergerakan dan penyimpanan air dalam hidrosfer. Reservoir termasuk lautan, air permukaan, atmosfer, dan organisme hidup. Proses-prosesnya meliputi penguapan, kondensasi, presipitasi, dan transpirasi.
• 8.2.B.5 Siklus karbon melibatkan daur ulang atom karbon melalui biosfer Bumi ke dalam organisme sebagai karbohidrat dan kembali ke atmosfer sebagai karbon dioxide $\left(\mathrm{CO_2}\right)$. Pada tingkat organisasi tertinggi, siklus karbon dapat disederhanakan menjadi empat bagian: fotosintesis, respirasi seluler, dekomposisi, dan pembakaran.
• 8.2.B.6 Siklus nitrogen melibatkan beberapa tahap, termasuk fiksasi nitrogen, asimilasi, amonifikasi, nitrifikasi, dan denitrifikasi. Tahap-tahap ini dilakukan oleh mikroorganisme di tanah. Reservoir nitrogen terbesar adalah atmosfer. Dalam fiksasi nitrogen, gas nitrogen $\left(\mathrm{N_2}\right)$ difiksasi menjadi amonia $\left(\mathrm{NH_3}\right)$, yang terionisasi menjadi ammonium $\left(\mathrm{NH_4^+}\right)$ dengan mendapatkan ion hidrogen dari larutan tanah.
• 8.2.B.7 Siklus fosfat melibatkan pelapukan batuan yang melepaskan fosfat $\left(\mathrm{PO_4^{3-}}\right)$ ke dalam tanah dan air tanah. Produsen menyerap fosfat, yang diintegrasikan ke dalam molekul biologis; konsumen memakan produsen, mentransfer fosfat ke hewan. Fosfat kembali ke tanah melalui dekomposisi biomassa, atau ekskresi. Fosfat juga dapat diintegrasikan kembali ke lingkungan melalui dekomposisi bahan organik yang membusuk.

Tujuan Pembelajaran 8.2.C: Jelaskan bagaimana perubahan ketersediaan energi mempengaruhi populasi, komunitas, dan ekosistem.

• 8.2.C.1 Perubahan ketersediaan energi dapat mengakibatkan perubahan ukuran populasi.
• 8.2.C.2 Perubahan ketersediaan energi dapat mengakibatkan gangguan pada ekosistem.
  • i. Perubahan sumber daya energi seperti cahaya matahari dapat mempengaruhi jumlah dan ukuran tingkat trofik. Tingkat trofik meliputi produsen; konsumen primer, sekunder, tersier, dan kuaterner; serta dekomposer.
  • ii. Perubahan biomassa atau jumlah produsen di suatu wilayah geografis tertentu dapat mempengaruhi jumlah dan ukuran tingkat trofik lainnya.

Tujuan Pembelajaran 8.2.D: Jelaskan bagaimana aktivitas autotrof dan heterotrof memungkinkan aliran energi di dalam ekosistem.

• 8.2.D.1 Autotrof menangkap energi dari sumber fisik atau kimia di lingkungan.
  • i. Organisme fotosintetik menangkap energi yang ada di dalam sinar matahari yang berkontribusi pada produktivitas primer.
  • ii. Organisme kemosintetik menangkap energi dari molekul anorganik kecil yang ada di lingkungan mereka, yang dapat terjadi tanpa oksigen.
• 8.2.D.2 Heterotrof, yang mencakup karnivor, herbivor, omnivor, dekomposer, dan pemangsa bangkai, memetabolisme karbohidrat, lipid, dan protein sebagai sumber energi. Heterotrof menangkap energi yang ada dalam senyawa karbon dengan mengonsumsi bahan organik yang berasal dari autotrof dan mengintegrasikan materi ke dalam jaringan mereka.

Ide Besar 3 — Penyimpanan dan Transmisi Informasi: Sistem hidup menyimpan, mengambil, mentransmisikan, dan merespons informasi yang penting bagi proses kehidupan.

Tujuan Pembelajaran 8.3.A: Jelaskan faktor-faktor yang memengaruhi dinamika pertumbuhan populasi.

• 8.3.A.1 Populasi terdiri dari individu-individu organisme dari spesies yang sama yang berinteraksi satu sama lain dan dengan lingkungan secara kompleks.
• 8.3.A.2 Banyak adaptasi pada organisme berkaitan dengan perolehan dan penggunaan energi serta materi di lingkungan tertentu.
  • i. Dinamika pertumbuhan populasi bergantung pada tingkat kelahiran, tingkat kematian, dan ukuran populasi.
    • Persamaan: Pertumbuhan Populasi — $\dfrac{dN}{dt} = B - D$ di mana $dt$ = perubahan waktu; $B$ = tingkat kelahiran; $D$ = tingkat kematian; $N$ = ukuran populasi; $dN$ = perubahan ukuran populasi
  • ii. Reproduksi tanpa batasan menghasilkan pertumbuhan eksponensial suatu populasi.
    • Persamaan: Pertumbuhan Eksponensial — $\dfrac{dN}{dt} = r_{max} N$ di mana $dt$ = perubahan waktu; $N$ = ukuran populasi; $dN$ = perubahan ukuran populasi; $r_{max}$ = tingkat pertumbuhan per kapita maksimum populasi

Ide Besar 4 — Interaksi Sistem: Sistem biologis berinteraksi, dan sistem serta interaksinya menunjukkan sifat kompleks.

Tujuan Pembelajaran 8.4.A: Jelaskan bagaimana kepadatan populasi memengaruhi dan ditentukan oleh ketersediaan sumber daya di lingkungan.

• 8.4.A.1 Kapasitas dukung adalah kelimpahan berkelanjutan dari suatu spesies yang dapat didukung oleh total sumber daya yang tersedia dalam ekosistem.
• 8.4.A.2 Sebatas pertumbuhan yang disebabkan oleh faktor-faktor yang bergantung pada kepadatan dan tidak bergantung pada kepadatan diterapkan, model pertumbuhan logistik biasanya terjadi.
  • Persamaan: Pertumbuhan Logistik — $\dfrac{dN}{dt} = r_{max} N \left( \dfrac{K - N}{K} \right)$ di mana $dt$ = perubahan waktu; $N$ = ukuran populasi; $dN$ = perubahan ukuran populasi; $r_{max}$ = tingkat pertumbuhan per kapita maksimum populasi; $K$ = kapasitas dukung

Ide Besar 2 — Energetika: Sistem biologis menggunakan energi dan blok bangunan molekuler untuk tumbuh, bereproduksi, dan mempertahankan homeostasis dinamis.

Tujuan Pembelajaran 8.5.A: Jelaskan struktur komunitas berdasarkan komposisi spesies dan keanekaragamannya.

• 8.5.A.1 Struktur komunitas diukur dan dijelaskan berdasarkan komposisi spesies dan keanekaragaman spesies.
  • Persamaan: Indeks Keanekaragaman Simpson — $\text{Diversity Index} = 1 - \sum \left( \dfrac{n}{N} \right)^2$ di mana $n$ = total jumlah organisme dari spesies tertentu; $N$ = total jumlah organisme dari semua spesies

Tujuan Pembelajaran 8.5.B: Jelaskan bagaimana interaksi dalam dan antar populasi memengaruhi struktur komunitas.

• 8.5.B.1 Komunitas adalah kelompok populasi dari berbagai spesies yang berinteraksi dan berubah seiring waktu berdasarkan interaksi antar populasi tersebut.
• 8.5.B.2 Interaksi antar populasi menentukan bagaimana mereka mengakses energi dan materi di dalam komunitas.
• 8.5.B.3 Hubungan antar populasi yang berinteraksi dapat dikarakterisasi oleh efek positif dan negatif, dan dapat dimodelkan. Contohnya meliputi interaksi predator/prey, kerja sama, kaskade trofik, dan pembagian niche.
• 8.5.B.4 Kompetisi, predasi, dan simbiosis, termasuk parasitisme, mutualisme, dan komensalisme, dapat mendorong dinamika populasi.

Ide Besar 4 — Interaksi Sistem: Sistem biologis berinteraksi, dan sistem serta interaksinya menunjukkan sifat kompleks.

Tujuan Pembelajaran 8.6.A: Jelaskan hubungan antara keanekaragaman ekosistem dan ketahanannya terhadap perubahan lingkungan.

• 8.6.A.1 Ekosistem alami dan buatan dengan komponen yang lebih sedikit, serta memiliki sedikit variasi di antara bagian-bagiannya, sering kali kurang tangguh terhadap perubahan lingkungan.
• 8.6.A.2 Spesies kunci, produsen, dan faktor abiotik serta biotik esensial berkontribusi dalam mempertahankan keanekaragaman ekosistem.

Tujuan Pembelajaran 8.6.B: Jelaskan bagaimana penambahan atau penghapusan komponen apa pun dari ekosistem akan memengaruhi struktur jangka pendek dan jangka panjangnya secara keseluruhan.

• 8.6.B.1 Efek spesies kunci terhadap ekosistem tidak sebanding dengan kelimpahannya di dalam ekosistem. Ketika mereka dihilangkan dari ekosistem, ekosistem sering kali runtuh.

Ide Besar 1 — Evolusi: Proses evolusi mendorong keberagaman dan kesatuan kehidupan.

Tujuan Pembelajaran 8.7.A: Jelaskan interaksi antara lingkungan dan variasi acak atau yang sudah ada sebelumnya dalam populasi.

• 8.7.A.1 Adaptasi adalah variasi genetik yang dipilih oleh seleksi dan bermanifestasi sebagai sifat yang memberikan keuntungan bagi organisme di lingkungan tertentu.
• 8.7.A.2 Keuntungan heterozigot adalah ketika genotipe heterozigot memiliki kebugaran relatif yang lebih tinggi daripada genotipe homozigot dominan atau homozigot resesif.
• 8.7.A.3 Mutasi tidak diarahkan oleh tekanan lingkungan spesifik.

Ide Besar 4 — Interaksi Sistem: Sistem biologis berinteraksi, dan sistem serta interaksinya menunjukkan sifat kompleks.

Tujuan Pembelajaran 8.7.B: Jelaskan bagaimana spesies invasif memengaruhi dinamika ekosistem.

• 8.7.B.1 Pengenalan spesies invasif secara sengaja maupun tidak sengaja dapat memungkinkan spesies tersebut mengeksploitasi niche baru bebas dari predator atau kompetitor, atau mengalahkan spesies asli untuk mendapatkan sumber daya.
  • Contoh ilustratif untuk 8.7.B.1:
    • Kudzu
    • Kerang zebra

Tujuan Pembelajaran 8.7.C: Jelaskan aktivitas manusia yang menyebabkan perubahan struktur dan dinamika ekosistem.

• 8.7.C.1 Dampak manusia mempercepat perubahan pada tingkat lokal dan global. Aktivitas ini dapat memicu perubahan dalam ekosistem, seperti berikut, yang menyebabkan kepunahan terjadi:
  • i. Biomagnifikasi
  • ii. Eutrofikasi
  • Contoh ilustratif untuk 8.7.C.1:
    • Penyakit elm Belanda
    • Blight kentang

Tujuan Pembelajaran 8.7.D: Jelaskan bagaimana aktivitas geologis dan meteorologi menyebabkan perubahan struktur dan dinamika ekosistem.

• 8.7.D.1 Peristiwa geologis dan meteorologi memengaruhi perubahan habitat dan distribusi ekosistem. Studi biogeografi mengilustrasikan perubahan ini.
  • Contoh ilustratif untuk 8.7.D.1:
    • Perubahan iklim global
    • Penebangan hutan
    • Urbanisasi
    • Monokultur
    • El Niño
    • Pergeseran benua
    • Dampak meteorit terhadap dinosaurus