Vztah organismu a prostředí

Vztah organismu a prostředí

A)  Ekologie jako věda

B) Život a podmínky jeho existence

C)  Rozmístění organismů v přírodě

D)  Populace

A) Ekologie jako věda

– Ekologie je nauka o vztahu mezi organismy a prostředím a mezi organismy navzájem. 1866 – ustálil Ernest Haeckel; jako samostatný obor až ve 20. století.
Dělení ekologie:

1.  autekologie – studuje vlivy působící na jedince nebo druhy

2.  synekologie – studuje skupiny organismů a jejich vztahy
3.  ekologie bakterií; rostlin; hub; člověka.........
4.  ekologie vod; lesů; půd...........

– Ekologie zahrnuje i mnoho jiných věd, využívá jejich poznatků (biologie, geografie, chemie, klimatologie, právo, estetika.......)

B) Život  a podmínky jeho existence

– Život je způsob existence vysoce organizované hmoty, vyznačuje se základními znaky: chemické složení (nukl. kys), metabolismus, dráždivost, množivost, dědičnost, vývoj (evoluce).

– Pro existenci života je třeba zachování určitých podmínek, které jsou specifické pro různé druhy:

– podmínky biotické (živé) – vliv jiných organizmů

– podmínky abiotické (neživé) – světlo, voda, půda........

– Liebigův zákon minima: základní podmínky musí platit současně, limitující je ten faktor, který je v minimu.
Ekologická nika (valence)

– Ekologická valence je souhrn podmínek, v nichž je organismus schopen existovat. Je to vlastně šířka ekologické niky.

– Optimum – nejideálnější podmínky, nejlépe zaručují přežití a rozmnožování.

– Extrémy – limitující podmínky, v nichž organismus ještě přežívá.

– “Organismy většinou žijí v optimu, ale o jejich přežití rozhodují extrémy”

– široká ekologická valence – euryekní druhy: velká adaptabilita (v rámci jednoho druhu se vytvářejí různé ekotypy – např. smrk ztepilý – šumavský a krkonošský ekotyp

– úzká ekologická valence – stenoekní druhy – mohou sloužit jako ekologické indikátory – bioindikátory (rak říční, kopřiva dvoudomá)
Geografické rozšíření organismů

– Areál – oblast rozšíření, vzhledem k odlišným podmínkám prostředí se druh vyskytuje pouze v určitém území – areálu

– kosmopolitní druhy – nemají zvláštní nároky na podmínky; velice široký areál; vyskytují se na většině kontinentů. Potkan, moucha, člověk

– endemiti – výrazně omezená oblast, velké nároky na prostředí, areál může být omezený pouze na určitou louku nebo strom. Mnoho jich vzniká na ostrovech – jsou v izolaci, je pro ně těžké překonávat bariéry areálů (moře, hory) – např. na Madagaskaru má většina ptáků sníženou schopnost letu.

– relikty – zvláštní případ, zbytek druhu na určitém území, kde byl původně ve větším rozšíření. Glaciální relikty – v Krkonoších, rostliny běžné v tundře (ostružiník moruška). Přečkaly dobu ledovou.

– synyntropní druhy – zvláštní případ, doprovázejí člověka a jeho sídla – vrabec domácí, peťour maloúborný

– Typy areálů:

– původní – druh je zde autochtonní

– druhotný – druh sem byl zavlečen, je zde cizí – allochtonní - mák, ondatra

– Zakreslování areálů – bodově (přesnější) nebo pomocí hraničních linií.
Abiotické podmínky

1) Sluneční záření, světlo

– Slunce je hlavním zdrojem energie pro život na Zemi. Na povrch dopadá záření o vlnové délce 290 – 5000 nm.

– Nejvíce ale organismy ovlivňuje:

– ultrafialové záření – 100 – 380 nm

– Z 90% zachyceno ozonosférou. Působení – tvorba vitamínu D v kůži člověka. Škodlivé – může vést k rakovině kůže. Na horách – oslepnutí ovcí. Brzdí růst rostlin, mutagenní účinky. Vliv na tvorbu přízemního ozónu – žloutnutí a opadávání listí.

– infračervené záření – nad 750 nm.

– Zdroj tepla pro organismy – zvýšení teploty, zvýšení aktivity

– viditelné světlo – 380 – 750 nm

– Všechny organismy jsou ovlivňovány fotoperiodismem = přispůsobení se pravidelným změnám délky osvětlení (den a noc, roční období).

– Vliv na rostliny:

– zdroj k fotosyntéze ( rostliny světlobytné a stínobytné)

– vliv na přechod do fáze kvetení – fotoperiodismus (rostliny krátkodenní – stačí méně jak 10 hod. světla – vánoční kaktus, chryzantény; rostliny dlouhodenní – víc jak 10 hod. světla – obiloviny, salát; rostliny neutrální - mohou kvést od jara do podzimu – pampeliška

– Vliv na živočichy:

– umožňuje orientaci zrakem

– barevnost živočichů (noční zvířata – ztráta pigmentu a redukce zraku

– ovlivnění aktivity, biorytmů

– pohyby ovlivněné světlem – pozitivní fototaxe – krásnoočko

– fotoperiodický vliv – rozmnožování, migrace, změna peří... 

2) teplo

– Zdroje tepla: infračervené záření ze Slunce; teplo přejaté od okolí; uvolnění tepla při metabolismu.

– Teplo urychluje či zpomaluje biochemické reakce.

– Teplotní optimum – u většiny organismů 15 – 30o, extrémní odolnost např. bakterie, želvušky. Široké rozpětí teplot i různé řasy – na sněhu “Šlépěje Kristovy”, nebo bakterie u horkých pramenů.

– eurytermní organismy – snesou větší výkyvy teplot (zmije, smetánky)

– stenotermní organismy – snesou jen malé kolísání teplot (teplomilní, chladnomilní živočichové a rostliny)

– Vliv na rostliny:

– regulují teplo pomocí transpirace (odnímání tepla) – př. sklápění listů u šťavele, opad listů před zimou, lesklé listy (odraz záření).

– Intenzita fotosyntézy – když je krásně, je menší (zavřou se průduchy)

– Kolísání teplot je nutné např. pro klíčení rostlin, nebo pro kvetení (jarovizace).

– Vliv na živočichy:

– ektotermní (exotermní; studenokrevní; poikilotermní) ž.

– Malý metabolismus, malá produkce tepla a velké ztráty - teplota těla závisí na okolí. Teplota ovlivňuje rozmnožování, zbarvení (nižší teploty – tmavější formy), aktivitu (zvýšení pohybu, konzumace potravy)

– Snížení teploty – pokles aktivity, vyhledávání úkrytů, strnulost

– endotermní (teplokrevní; homoitermní) ž.

– Velká produkce tepla, dobrá tepelná regulace a termoizolace – teplota většinou nezávisí na okolí. Savci – 36 – 37 stupňů, ptáci 39 – 40. Tuto teplotu jsou schopni udržovat i při značném snížení teploty asi po dobu 1 hodiny – člověk bez oděvu -1o.

– Teplota ovlivňuje: zbarvení (nízké teploty – světlejší formy); změny v chování (migrace.....)

– Extrémní podmínky – živočichové upadají do spánku.

– Zimní spánek = hibernace (ježek, netopýr),

– letní spánek = estivace (bodlín, frček)

– Závislost na teplu a světlu:

– Glogerovo pravidlo: V teplejších a vlhčích oblastech jsou živočichové téhož druhu tmavší

– Bergmannovo pravidlo: V teplejších oblastech mají jedinci téhož druhu menší tělo

– Allenovo pravidlo: V teplejších oblastech mají živočichové z téhož druhu větší tělní výběžky

3. vzduch

– Organismy žijí v nejnižší vrstvě atmosféry – troposféře.

– fyzikální vlastnosti

– tlak: klesá se stoupající nadm. výškou; některé organismy jsou ale schopny žít v oblastech s neobvykle vysokým tlakem – bakterie.

– hustota: malá hustota ---- menší rozměry živočichů, více aktivní, větší pohyblivost

– vítr: umožňuje opylení rostlin, přenos semen a plodů, orientaci živočichů. Může ale taky ničit porosty, vysoušet půdu......

– chemické složení

– kyslík: 21% vzduchu; produkují ho zelené rostliny – hlavně tropické deštné lesy a mořské řasy. Ve vodě se se snižující teplotou snižuje. V půdě závisí na pórovitosti a vlhkosti (vylézání žížal po dešti)

– oxid uhličitý: produkce – dýchání organismů, činnost sopek, spalné procesy. Nutný pro fotosyntézu. Zvýšené množství – skleníkový efekt ------- oteplování planety – vymření některých druhů, roztání ledovců, nové choroby, nová zvířata na nových území.

– oxidy dusíku: automobily – výfukové plyny; problém v Táboře

– oxidy síry: spalováním nekvalitního uhlí – pyrit. Lokální topeniště – rodinné domky.----plynofikace. Kyselé deště – ničení jehličnanů (obnovují jehlice asi jednou za 4 roky). Ničení chlorofylu, opadávání. Ničení kořenů – nefungují – nedosáhnou. Pomoc – vápnění lesů; sázet sazeničky se symbiotickými houbami; vysazovat odolnější odrůdy (smrk pichlavý).

– ozón: přeměnou z kyslíku, při elektrických výbojích, bouřkách. Ozónová vrstva – ochrana před UV paprsky. Přízemní ozón – opad rostlin. Podporuje ox. síry v působení na jehličnany.

– CO2: nedokonalé spalování; v malém množství – ospalost, únava; víc – smrt

– freony: halogenderiváty uhlovodíků; Cl, F. Spreje, ledničky.

– plynné uhlovodíky: spalování, výfukové plyny. Dráždí dých. cesty, karcinogenní

– prach: komíny vypouštějí emise (to, co jde nahoru). Transmise = pohybují se – např. z Mělnické elektrárny. Z tvaru prachových zrnek se pozná, odkud pochází. Ochrana – filtry. Ale co pak s odpadem?

– ............hygienické limity...............

– ox. siřičitý: nejvyšší krátkodobá koncentrace – 0,5 mg/m3

– ox. dusíku: 0,3 mg/m3

– ox. uhelnatý: 6 mg/m3

– prach: 0,5 mg/m3

– Imise = to, co spadne dolů. Snaha o snížení, nejv. znečisťovatelé Čína, Rusko, USA

4. Půda

– Vzniká zvětráváním litosféry a činností organismů. Obsahuje pevnou, plynnou a kapalnou složku. Je to zdroj anorganických živin.

– Fyzikální vlastnosti půdy:

– sorpční schopnost: schopnost částic vázat vodu a ionty, zvyšuje jí obsah humusu

– teplota půdy: v hloubce se nemění, v povrchových vrstvách kolísá, závisí na obsahu vody.

– kyselost půdy: ovlivňuje obsah iontů. Kyselé půdy – vřesoviště, rašeliniště; rašeliník, vřes, borůvka, azalka. Zásadité půdy – matečnou horninou je vápenec; hlaváček jarní, třemdava; krasové oblasti, Karlštejn

– slanost půdy: je-li velká, je omezen příjem živin a vody (zasolení půd). Velký výpar. Halofyty = rostliny, adaptované na vyšší konc. solí, slanomilné; solnička přímořská, slanorožec. U nás – oblast Mohelna.

– Různé rostliny jsou charakteristické pro různé obsahy látek v půdě – kopřiva – dusičnany.......

5.  Voda

– Fyzikální vlastnosti a vliv na organismy:

– tlak: Přímo úměrný hloubce; v hloubkách život možný jen s velkými adaptacemi

– hustota: mnohokrát větší než vzduch – má větší nosnost – umožňuje větší rozměry zvířat (plejtvák....), s menší pohyblivostí.

– propustnost světla - je různá, záleží na ploše a obsahu látek. Vliv na rostliny – řasy v hloubkách mají barviva pohlcující modrou, fialovou a zelenou část spektra.

– Voda a suchozemské organismy: významný limitující faktor.

– Živočichové - příjem pitím, z potravy, také uvolněním při štěpení živin

– Rostliny - příjem hlavně kořeny. Hygrofyty (vlhkomilné) – slabá kutikula, bez ochlupení (ostřice, blatouch). Xerofyty (suchomilné) – snížení transpirace kutikulou, chlupy, trny....(divizna, jehličnany), zásoba vody ve vodním pletivu, redukce listů, adaptace metabolismu – vrchol adaptace – sukulenty (kaktus, netřesk).

C) Rozmístění organismů v přírodě

– lze vymezit pomocí různých pojmů: ekologická nika, biotop, stanoviště, populace
Ekologická nika

– Souhrn podmínek nutných pro přežití a rozmnožování daného organismu a zároveň role, kterou organismus zastává ve společenstvu

– prostorová nika: životní prostor – př. lesní komplex pro rysa

– potravní nika: vše, co slouží k obživě určitému organismu – př. pařez pro václavku

– Určitá nika je trvale obsazena jen jedním druhem, v případě např. vyhubení jí může částečně nebo trvale obsadit jiný druh – bobr – ondatra
Biotop

– Určité konkrétní prostředí. Abiotická složka, kterou využívá určitá biocenóza. Př. břeh rybníka, tekoucí voda, dno rybníka...
Biocenóza

– Souhrn organismů, žijících na daném biotopu – fytocenóza + zoocenóza
Lokalita

– (naleziště; stanoviště)

– biotop, který je přesně zeměpisně určen – př. pobřežní pásmo rybníka Budaře u obce Blatnice v Jižních Čechách

D) Populace

– je soubor jedinců určitého druhu, žijící na určitém místě v určitém čase. (populace plovatky bahenní v rybníku Budař v září 1998)
Hustota (denzita) populace

– se vyjadřuje buď počtem jedinců, nebo jejich biomasou na jednotku plochy či objemu. Biomasa = hmotnost jedince v daném okamžiku. Zjišťuje se sčítáním, odchytem, značkováním, sledováním stop.....

– Velká hustota – u drobných organismů (roztoči), malá u velkých organismů (šelmy). Nízká hustota populace – problémy s vyhledáváním partnerů

– Určení – Brown-Maketova stupnice
Růst populace

a) závisí na prostředí – nosnost prostředí (nepřátelé, dostatek potravy......)

b) přírůstek – natalita – mortalita. Natalita (množivost): velká v ideálních podmínkách prostředí, nazývá se taky biotický potenciál populace. Mortalita (úmrtnost): vysoká u druhů s vysokou množivostí, nemoci, nepřátelé....

c) další faktory

– migrace:

– pravá: čáp, vlaštovka – migrace za potravou

– nepravá: přelétavost, zvonek

– ptáci nemigrující – stálí (vrabec)

– emigrace:

– např. ondatra ze Sev. Ameriky k nám – 1905 na Dobříš 

– imigrace (invaze):

– saranče

– ryby:

– anadromní – losos – tře se ve sladké vodě

– katadromní – úhoř – tře se ve slané vodě
Typy růstu populace

a) podle křivky “J” – exponenciální křivka, neustálý nárůst
(králík v Austrálii – zavlečení nových druhů)

b) tvar “S” – nejčastější, působí zde omezující faktory prostředí, rychlost se brzdí nosnou kapacitoou prostředí
Kolísání hustoty populace

– Závisí na rozmnožování a vnějších podmínkách

– Oscilace: krátkodobé kolísání v průběhu roku. Maximum – čas rození mláďat.

– Fluktuace: kolísá během urč. hodnoty během několika let, často pravidelně (přemnožení bekyně mnišky každých 7 let)
Struktura populace

a) podle pohlaví

b) sociální . hierarchie jedinců

c) podle věku – věkové pyramidy:
·  v rovnováze – zvonovitý tvar
·  rostoucí – pyramidový tvar
·  vymírající – urnový tvar
Vztahy mezi populacemi

a) pozitivní – vzájemně prospěšné – mutualizmus, protokooperace, komenzálismus

b) negativní – neprospěšné – konkurence, predace, parazitismus

c) neutrální – neovlinují se

– mutualismus: uzavřený vztah, soužití je nezbytné pro oba druhy; je to symbióza v užším slova smyslu. Houba + strom – mykorrhiza

– protokooperace: volný vztah, vzájemně prospěšné sdružování, mohou ale existovat i samostatně. Společná hnízdiště několika druhů ptáků.

– komenzálismus: soužití je pro 1 druh netné, druhý není poškozen. Hyeny + lvi.

– konkurence (kompetice): vzájemné soutěžení o potravu, prostor, světlo... Vzájemně si škodí a potlačují se. Káně a poštolka. Zvláštním druhem konkurence je amenzálismus  (alelopatie) = jeden druh omezuje druhý chemickými výměšky. Akát; houby – bakterie.....

– predace: vztah dravce a kořisti. Predátor – větší, početně slabší, kořist – menší, početnější. Důležitá je rovnováha (vyhubení predátora – přemnožení kořisti)

– parazitismus: jeden organismus využívá druhý, vztah parazita a hostitele. Parazit menší, početnější, rychlá množivost, časté složité vývojové cykly. I několik hostitelů. Hostitele nelikviduje – je v jeho vlastním zájmu udržet si jeho urč. počet.
Životní strategie

– r-stratégové: název podle rychlosti růstu populace; krátká doba života, velká množivost i úmrtnost, nespecializované potomstvo. Jednoletky, hmyz, myši.

– k-stratégové: název podle nosné kapacity prostředí; množí se opakovaně, dlouhá doba života, spíš kvalita než kvantita, úzká specializace. Šelmy.