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)