Organismy a prostředí, biotické a abiotické faktory

Organismy a prostředí, biotické a abiotické faktory

Organismy a prostředí
· organismus je živý systém, takže jeví základní znaky života
-  podobné chemické složení: přítomnost organických látek (bílkoviny, nukleové kyseliny, polysacharidy, lipidy…)
-  buněčná organizace: vnitřní prostor buněk je složitě rozčleněn biomembránami
-  metabolismus: přeměna látek a energií
-  dráždivost: schopnost přijímat podněty z vnějšího prostředí a reagovat na ně
-  rozmnožování
-  dědičnost: schopnost předávat vlohy
-  vývoj (evoluce): postupné přizpůsobování se změnám prostředí a tak i vývoj nových druhů
· dále mají organismy také schopnost autoregulace – na základě zpětné vazby
· existence organismu vyžaduje zachování řady základních podmínek, které jsou pro jednotlivé druhy charakteristické
-  abiotické: působení neživých činitelů (světlo, teplo, voda, vzduch, minerální složky půdy)
-  biotické: (ostatní organismy, příbuzné či nepříbuzné + anorganické produkty těchto organismů, včetně zbytků mrtvých těl)
-  musí být splněny současně
-  faktor prostředí, které je v minimu, omezuje život organismu – Liebigův zákon minima (pro pouštní živočichy je voda limitujícím faktorem, ačkoli ostatní podmínky mohou být optimální)
· podmínky nejsou stálé, ale mění se
· organismus má schopnost se přizpůsobit – adaptovat
· možnosti jsou ale omezené
· ekologická valence je rozmezí podmínek prostředí, v nichž je organismus schopen existovat
-  je nutné, aby podmínky byly uvnitř těchto hranic
-  stenoekní druhy: úzká ekologická valence; mohou sloužit jako bioindikátory (perlorodka říční)
-  euryekní druhy: široká valence; velká adaptabilita; mohou se vyskytovat v prostředích se značně odlišnými podmínkami – dochází k rozrůznění v rámci téhož druhu na různé ekotypy (smrk ztepilý z Krkonoš a Šumavy)
· podmínky prostředí na Zemi jsou velmi rozmanité – nenajdeme organismus schopný adaptovat se na rozpětí všech existujících podmínek
· každý druh se vyskytuje ve svém areálu - území, které splňuje jeho ekologické požadavky
-  prvotní (primární): druh je zde autochtonní (původní)
-  druhotný (sekundární): druh sem byl zavlečen a je pro prostředí alochtonní (cizí) -trnovník akát – původně v Severní Americe, druhotně v Evropě
· výskyt některých organismů je vázán na člověka a jeho sídla – synantropní druh (vrabec domácí, moucha domácí)
· velikost areálu může být různá
-  kosmopolity: druhy s rozsáhlým areálem (pampeliška lékařská); často synantropní
-  endemity: druhy s malým areálem (hatérie novozélandská); často obývají izolované oblasti (ostrovy, vysoké hory…)
-  relikt: zbytek druhu na určitém území po jeho původně větším rozšíření (ostružník moruška je glaciální relikt – zůstal v Krkonoších po ústupu pevninského ledovce)
· organismus je velice složitý systém
-  systému nižšího řádu: atomy, molekuly, buněčné organely, buňky, orgány, jedinec
-  systém vyššího řádu: nižší řád, populace, společenstvo, ekosystém, biosféra, planety Země, sluneční soustava…
· ekologická nika je soubor všech faktorů prostředí, které na organismus (druh, populaci) působí; vztahy jež využívá ke svému životu
-  způsob, jakým je daný organismus zapojen do fungování ekosystému
-  prostorová nika: prostor zaujímaný organismem; místo vhodné k obsazení
-  potravní nika: vše co může sloužit obživě určitému organismu
-  určitá nika je obsaditelná pouze jedním druhem (v případě vyhubení druhu ji můžeme obsadit druhem s podobnými ekologickými nároky – bobr a ondatra)
· biotop je abiotická složka, kterou využívá určitá biocenóza – soubor populací na daném místě
· lokalita (naleziště) je místo, na kterém se organismus (druh, populace) nalézá
-  na rozdíl od niky či biotypu ji lze přesně vymezit na mapě
 
Populace
· jedná se o soubor jedinců téhož druhu, kteří se v rámci populace rozmnožují a žijí na určitém území
· využívá nějakého biotopu spolu s populacemi jiných druhů organismů; všechny tyto populace dohromady se nazývají biocenóza
· hustota populace na určité ploše (nebo v určitém objemu) je dána počtem jedinců nebo se může vyjádřit množstvím jejich biomasy, tzv. celková hmotnost jednoho nebo všech organismů v prostoru
-  zjišťujeme sčítáním, vzorkováním, opakovaným odchytem značkovaných jedinců…
-  velkou hustotu mají populace menších živočichů (roztoč), nízkou hustotu mají velké organismy
-  pro rovnováhu je nutné hustotu populací udržovat v mezích – většinou to narušuje člověk
-  není stálá – mění se v cyklech podle charakteru rozmnožování a vnějších podmínek (nemoc…)
•  oscilace: kolísání v průběhu roku; zejména v mírných klimatických pásech; maximum po rozmnožování a minimum po zimě
•  fluktace: kolísání v průběhu několika let; projeví se výrazné odchylky počasí; u některých dochází k pravidelnému přemnožení po několika letech (zajíc měnivý)
· zvyšování nebo snižování velikosti populace závisí na:
-  množivosti: natalitě (vychází z vlastností druhů a je ovlivňována podmínkami prostředí)
-  úmrtnosti: mortalitě (vychází z vlastností druhů + ovlivněna prostředím)
•  vysoká úmrtnost se nachází u druhů s vysokou množivostí (hmyz, ryby, či různí parazité)
-  stěhování: migraci (změny dané vystěhováním nebo přistěhováním určitých jedinců)
· způsob růstu populace se dá vyjádřit dvěma křivkami
-  exponenciální: tvaru J, v prostředí chybějí omezující faktory; nekonečné (králík v Austrálii)
-  sigmoidní: tvaru S, nejčastější typ růstu; omezující faktory působí; růst se postupně brzdí, až je docíleno rovnováhy (nosné kapacity)
· rozmístění populace
-  rovnoměrné: jen málokdy; při silné vnitrodruhové konkurenci (stromy)
-  shloučené: většinou (savčí stáda, rostliny z oddenků)
-  náhodné: málo obvyklé (brouci potemníci v mouce)
· struktura populace se hodnotí podle pohlaví nebo věku nebo sociální hierarchie
Biocenóza (společenstvo)
· soubor všech populací a všech organismů žijících na určitém biotopu – živá část ekosystému
-  fytocenóza: společenstvo všech rostlin
-  zoocenóza: společenstvo všech živočichů
· ráz společenstvu udávají dominantní populace – četnost výskytu a potravními vztahy
· rozvrstvení v prostoru
-  rozvrstvení svislé (vertikální) vede k vytvoření pater založených na rostlinách
•  kořenové patro (kořeny, oddenky, bakterie, podhoubí, členovci, kroužkovci, hlísti…)
•  mechové patro (mechy lišejníky, drobní živočichové…)
•  bylinné patro (traviny, hmyz, měkkýši, hlodavci…)
•  keřové patro (drobní ptáci, hmyz…)
•  stromové patro (hmyz, ptáci, veverky, kuny…)
-  řada živočichů se pohybuje ve více patrech
-  rozvrstvení vodorovné (horizontální) – zastoupení organismů se liší mezi okrajem a středem
-  ekotony jsou přechodová pásma mezi biocenózami; setkání dvou různých biotopů zajišťuje podmínky pro existenci mnoha druhů, dokonce je osidlují i specifické organismy (břehy)
· rozvrstvení v čase
-  v průběhu roku dochází ke změnám vázaným na změny teploty, vlhkosti, dostupnosti světla (listy opadají, rostliny kvetou, živočiši se rozmnožují…)
· vztahy ve společenstvu jsou složité a dlouhodobě se proměňují
-  sukcese: dlouhodobě probíhající změny směřující k dosažení stability
•  primární: začíná v cela neosídlených biotopech
•  sekundární: rychlejší; v již osídlených, ale narušených biotopech
-  klimax: relativně ustálené konečné společenstvo
-  vztahy vnitrodruhové a mezidruhové
· pouze stabilní společenstvo je schopné odolávat změnám podmínek biotopu
· zachování stability závisí především na druhové pestrosti (diverzitě) a na zachování podmínek biotopu (změny se musí odehrávat pozvolna)
· lidské zásahy jsou v současnosti nejčastější hrozbou pro stabilitu společenstva
· biom je soubor různých biocenóz (též ekosystémů) podobné struktury a funkce, vyvinutých v určitých podmínkách prostředí
-  tropické deštné lesy: 25°C (palmy, liány, papoušci, opice, kolibříci…)
-  tropické poloopadavé a opadavé lesy: den 20°C/noc 30°C (listnaté stromy, opice, tapír…)
-  savany: v chladném období až 0°C (trávy, stromy jen zřídka, antilopy, zebry, gazely, lvi…)
-  tropické pouště a polopouště: rozdíly mezi dnem a nocí až 40°C, bez srážek (sukulenty, hadi)
-  tvrdolisté lesy: kolem Středozemního moře; 15-20°C (pinie, blahovičníky, cedry, kozy, koaly)
-  lesy s vlhkým, středně teplým klimatem: Čína, Japonsko…; 8-22°C (magnólie, panda…)
-  opadavé listnaté lesy: Evropa; -5-19°C (buky, keřová patra, lišky, jeleni…)
-  stepi (prérie, pampy): Severní Amerika; -10-25°C; sušší (trávy, bez dřevin, sysel, bizon, koně)
-  pouště a polopouště mírného klimatu: výkyvy teplot; sucho (tamaryšky, ještěři, velbloud…)
-  tajga (boreální jehličnaté lesy): jehličnaté lesy severní polokoule (jedle, vrby, medvěd, los…)
-  tundra: sever; zima trvá až 11 měsíců; sucho (sob, liška polární, mechy, lišejníky, vrby…)
· díky změnám teploty, srážek atd. vytvářejí společenstva vegetační zóny:
-  vegetační pásma: horizontální směr (od rovníku k pólům)
-  vegetační stupně: vertikální směr (od nížin po velehory)
· se stoupající nadmořskou výškou se vegetace mění stejně jako s přibližováním se k pólu
 
Ekosystém
· ekosystém je úzké spětí biocenózy a biotopu – neživá složka i všechny organismy (studánka, louka…)
· dochází zde ke stálému koloběhu látek energií mezi neživou složkou a skupinami organismů
-  primární producenti: autotrofní organismy; využívají světelné energie (zelené rostliny…)
-  konzumenti: heterotrofní organismy; živí se organickou hmotou
•  konzumenti 1. řádu (býložravci)
•  konzumenti 2. řádu (masožravci, všežravci)
•  konzumenti 3. a vyšších řádu (další masožravci, další všežravci)
-  sekundární producenti: všichni konzumenti; výměšky těla slouží jako potrava pro jiné
-  dekompozitoři: živí se mrtvou a odpadní organickou hmotou, kterou rozkládají až na anorganickou (houby a mikroorganismy)
· organismy jsou propojeny energeticko-potravními vztahy a vytváří potravní řetězce
-  pastevně kořistnický: začíná býložravci a pokračuje masožravci
-  dekompoziční: postupný rozklad mrtvé org. hmoty; tvorba humusu a pak jeho mineralizace
-  dochází v něm k postupnému hromadění škodlivých látek
-  potravní pyramida je spojení všech potravních řetězců v ekosystému
· rozlišujeme ekosystémy přírodní (člověkem nedotčené; velmi málo), přirozené (lidmi téměř neovlivňované) a umělé (člověkem přetvářené) – liší se stabilitou
-  přírodní a přirozené: velká druhová bohatost; schopnost autoregulace (reagují na měnící se podmínky) a obnovy (při velkém zásahu může dojít k zhroucení)
-  umělé: nejčastější (lesy, pole, louky…); malý počet druhů (občas monokultura); nestabilita;  potřebují dodatkovou energii; podmínky pro přemnožení škůdců
· produktivita ekosystému je množství vyprodukované organické hmoty za určitý čas na určité ploše
-  rozdíl biomasy na začátku a na konci sledování
-  nízká (pouště…), střední (savany, pole…) a vysoká (tropické deštné lesy, mokřady…)
 
Biosféra
· jedná se o soubor živých částí všech ekosystémů na Zemi
· s neživou částí by se jednalo o biogeosféru nebo globální ekosystém Země
· sahá až do výše 12km nad mořem (kvůli bakteriím a sporám hub) a do hloubky 12km pod mořem nebo a 5m pod půdou
· dochází zde k převodu sluneční energie na tepelnou dvěma cestami - přímým ohříváním organismů nebo nepřímo „cestou života“ (využití rostlinami)
· mezi živou a neživou složkou dochází k neustálé výměně látek, ke koloběhu prvků či sloučenin
-  látky pronikají z prostředí do rostlin a živočichů, po jejich uhynutí se postupně navracejí zpět
-  biologická část je rychlejší, nebiologická funguje jako zásobník látek
-  do všech cyklů vstupuje člověk produkcí antropogenních látek (hnojiva, CO2, těžké kovy…)
-  tyto látky jsou buď včleněny do cyklů (přímo nebo po biodegradaci) nebo se hromadí
-  významný je hlavně oběh biogenních prvků C, O, N, S, P a vody
 
Abiotické faktory
· každý organismus svými životními projevy působí i naopak na tyto faktory, stejně jako na ostatní organismy (rostliny narušující horniny)
· sluneční záření a světlo
-  hlavní zdroj energie pro život na Zemi je Slunce
-  na naší planetu dopadá světlo o vlnové délce 290 – 5 000nm
-  organismy ovlivňuje kromě viditelného světla i záření ultrafialové a infračervené
-  viditelné světlo je od 380 do 750nm (z hlediska člověka, jinými živočichy může být vnímáno odlišně)
•  rozhoduje kvalita, intenzita a délka osvětlení
•  řada druhů je ovlivněna pravidelnými změnami v průběhu roku – fotoperiodismus
•  rostliny zachycují světlo svými barvivy, zejména chlorofylem – světlo je základním zdrojem energie pro fotosyntézu
-  světlobytné rostliny rostou v prostředí zcela nezastíněném (pouštích, stepích) (polní plevel)
-  stínobytné rostliny žijí na zastíněných místech (nižší patra lesů) (mechy, řasy)
•  fotoperiody významně ovlivňují nástup kvetení
-  dlouhodenní rostliny: pro kvetení vyžadují po několik dnů více než 12 hodin světla (řepa, oves, pšenice, jetel)
-  krátkodenní: kvetení při kratší než 12 hodinové době osvitu (chryzantéma)
-  neutrální: délka osvitu nemá vliv na kvetení (sedmikráska)
•  živočichové vnímají světlo zrakovými orgány – orientace, dorozumívání, význam barevnosti (živočichům žijícím ve tmě pigment mizí – macarát jeskynní)
•  světlo ovlivňuje také aktivitu živočichů (denní nebo noční druhy)
•  fotoperioda působí na životní projevy živočichů, které se pravidelně opakují – biorytmy
-  nástup rozmnožování (ptáci - prodlužující se den, jeleni - zkracující se den), stěhování (odlet tažných ptáků), výměna srsti a peří
-  ultrafialové záření je ze značné části (krátká vlnová délka) zachyceno v atmosféře
•  na organismy má většinou negativní účinky – brzdí růst rostlin, působí změny v DNA…
•  v určitém množství nezbytné pro tvorbu vitamínu D
-  infračervené záření je zdrojem tepla
· teplo
-  zdrojem jsou: infračervené záření ze Slunce, teplo přijaté od okolí a teplo uvolněné při metabolických procesech
-  teplotní odolnost
•  teplotní optimum: teplota prostředí, v níž se organismu nejlíp daří (většinou mezi 15 a 30°C, ale existují extrémní výjimky)
•  eurytermní organismy: snesou větší výkyvy teplot; mohou se vyskytovat v různých zeměpisných šířkách (zmije obecná, pampeliška lékařská)
•  stenotermní organismy: snesou malé kolísání teplot; areál je menší
-  teplomilné (banánovníky, palmy, anakonda, žirafa)
-  chladnomilné (ostružník moruška, tučňák císařský, sob)
-  vliv na rostliny
•  rostliny regulují svoji teplotu pomocí transpirace – mohou žít ve značně vysokých teplotách, ale závislé na dostatku vody
•  mechanismy chránící před přehřátím i nedostatkem vody
-  silně ochlupený povrch listů, lesklost (odráží záření), omezení transpirační plochy (kaktusy), vylučování silic
•  odolnost se zvýší snížením obsahu vody (semena, suché plody, výtrusy)
•  některé rostliny mají vyvinuty zvláštní biochemické adaptace, které jim umožňují snášet vysoké teploty ve vodách (řasy horkých pramenů)
•  pro klíčení semen některých rostlin jsou nutné nízké teploty (i pod bodem mrazu)
-  vliv na živočichy
•  odolnost a bilance se liší u exotermních a endotermních živočichů
•  exotermní živočichové produkují málo tepla a nedokáží zabraňovat ztrátám
-  tělesná teplota je závislá na okolí
-  při snížení teploty dochází ke snížení aktivity, vyhledání úkrytu atd.
-  pokles teploty pod minimum vede ke strnutí nebo až ke smrti
-  teplota ovlivňuje životní projevy jako rozmnožování (zvýšení pohlavního před partenogenezí nebo naopak), zbarvení (tmavé formy u motýlů), či aktivita
•  endotermní živočichové mají velkou produkci tepla (intenzivním metabolismem) a ztráty jsou potlačeny dobrou izolací (podkožní tuk, srst)
-  mají stálou vnitřní teplotu (savci 36-37°C, ptáci 39-40°C) v určitém rozmezí vnější teploty (při extrémech jsou schopni svou teplotu udržovat asi hodinu)
-  teplota ovlivňuje životní projevy jako zbarvení (nízké teploty – světlejší barvy), změny v chování (koupání, vyhledávání úkrytů), či rozmnožování
-  někteří při nízkých teplotách hibernují – upadají do zimního spánku
-  nebo při vysokých teplotách estivují – upadají do letního spánku
-  v chladnějších oblastech mají příbuzní živočiši kratší uši
· vzduch
-  organismy žijí v nejnižší vrstvě atmosféry – v troposféře
-  tlak vzduchu je proměnlivý – klesá s nadmořskou výškou a s tím i tlak kyslíku
•  někteří živočiši se na tato omezení adaptovali (dravci létají i v 7000m nad mořem)
-  malá hustota vzduchu je příčinou jeho malé nosnosti, proto létající živočichové mají menší rozměry a hmotnost
-  možnost velké pohyblivosti – aktivní let i pasivní plachtění
-  nedá se v něm žít trvale (ptáci musí alespoň hnízdit na pevném povrchu)
-  proudění umožňuje přenos pylu, semen, plodů a zároveň migraci a orientaci (přenos zvuku…)
-  vítr může zároveň ničit porosty, ochlazovat a vysušovat organismy a změnit prostředí (eroze)
-  kyslík je nezbytný pro všechny organismy
•  tvoří 21% vzduchu
•  dodáván fotosyntézou zelených rostlin (hlavně mořské řasy a tropické lesy)
•  nebývá limitujícím faktorem
•  proniká i do půdy a vody – obsah kyslíku ve vodě klesá se zvyšující se teplotou
-  ve vzduchu je kolem 0.03% CO2
•  vzniká dýcháním, tlením, spalováním a činností sopek
•  je spotřebováván při fotosyntéze
•  zapříčiňuje skleníkový efekt – oteplování planety
•  pohlcován hladinou moře a vázán do uhličitanů
· voda je nezbytnou podmínkou života všech organismů – tvoří základ jejich vnitřního prostředí
-  vodní plochy pokrývají dvě třetiny zemského povrchu (pouze 3% sladké, z čehož 2/3 vázány ledovcích)
-  tlak se zvyšuje s přibývající hloubkou – adaptace organismů žijících ve velkých hloubkách
-  důsledkem vysoké hustoty vody je její velká nosnost – největšími živočichy jsou plejtváci
•  ale také menši pohyblivost – nutnost hydrodynamického tvaru těla
•  hustotu ovlivňuje i salinita - obsah rozpuštěných solí
-  život ve slané vodě vyžaduje víc adaptací než ve sladké – jen málo organismů zvládá oboje (lososi nebo úhoři při tahu)
-  množství světla závisí na hloubce
•  u rostlin ve velkých hloubkách jsou přítomna kromě chlorofylu i další barviva pohlcující zejména modrou, fialovou a zelenou složku spektra (pronikají nejlépe)
•  ovlivňuje zrakovou orientaci – oči jsou často redukovány
•  častý vývoj světélkujících orgánů (také lákání kořisti)
-  pro suchozemské organismy je voda často limitujícím faktorem
•  živočichové ji přijímají pitím, z potravy a částečně také z metabolického štěpení – spotřeba je různá, záleží na vylučování dusíkatých látek (nejmenší u hmyzu)
•  rostliny přijímají vodu kořeny (ve zmrzlé půdě dojde k uschnutí)
-  vlhkomilné rostliny: slabá kutikula, bez ochlupení (blatouch)
-  suchomilné rostliny: šetří s vodou, proto omezení transpirace: siná kutikula (jehličnany), silné ochlupení (divizna)
-  sukulenty: shromažďují zásoby vody ve vodním pletivě, redukované listy, pozměněný metabolismus (kaktusy, netřesky)
· postupným zvětráváním povrchové vrstvy litosféry vlivem vzduchu, vody, mrazu, záření a činnosti organismů vzniká půda
-  pevná, kapalná i plynná složka
-  zdroj anorganických živin pro rostliny
-  životní prostředí půdních organismů – edafon
-  pórovitost je ovlivněna velikostí částic – závisí na tom obsah vody a vzduchu v půdě
-  sorpční schopnost je vaznost částic půdy ionty a vodou
•  zvyšuje obsah humusu – zbytků v různém stupni rozkladu
-  v povrchových vrstvách teplota kolísá X v hloubce se skoro nemění (voda je dobrý vodič)
-  pH půdy (závislost na iontech H3O+ nebo OH-) - kyselé (rašeliník) X zásadité (třemdava bílá)
-  slanost půdy: objem rozpuštěných solí; důležitý faktor pro růst rostlin; omezuje příjem vody a živin 
 
Biotické faktory
· jedná se o všechny vztahy mezi populacemi (ale i mezi jednotlivými jedinci v rámci populace)
· populace na sebe navzájem mohou působit negativně nebo pozitivně, pokud na sebe nepůsobí vůbec, jedná se o neutrální vztah
· protokooperace je volné, dočasné, vzájemně prospěšné sdružování populací (sdružování zraku pštrosů a čichu zeber)
· mutualismus (symbióza) je soužití nezbytné pro obě populace (přežvýkavci a prvoci v jejich bachoru)
-  mykorhiza: soužití hub s kořeny vyšších rostlin (pomáhají přijímat anorg. rostliny dávají org.)
· komenzalismus: pro jeden druh nezbytné a druhý není závislý ani poškozen (liány a stromy)
· konkurence (kompetice): vzájemné soutěžení (o potravu, prostor…) (káně a poštolka)
-  také vnitrodruhová kompetice (mláďata ve hnízdě)
· amenzalismus: jedna populace vytváří chemické látky, jimiž potlačuje růst druhé populace (trnovník akát vylučuje do půdy látky zabraňující klíčení jiných druhů)
· predace: vztah dravce (predátora) a kořisti; predátor bývá větší než kořist, početně slabší a požírá více druhů; predátor je na kořisti dlouhodobě závislý; mezi kořistí a predátorem se udržuje rovnovážný stav
· parazitismus: vztah parazita (cizopasníka) a hostitel; parazit je zpravidla menší a rychleji se rozmnožuje; oslabuje hostitele až ke smrti; specializace na určitého hostitele; složitý vývoj
-  ektoparazité: na povrchu hostitele (blechy)
-  endoparazité: uvnitř hostitelova těla (tasemnice)