Ekologie
EKOLOGIE
- Syntetická věda – využívá poznatky v jiných věd
- Věda o vztazích v přírodě, která se zabývá i vztahy mezi organismy a prostředím.
- Ekologii vztahů můžeme zkoumat na několika různých úrovních:
- organismus a jeho okolí
- jedinec v rámci populace
- vztahy dvou populací
- vyšší počet populací tvořící společenstvo (biocenóza)
- úroveň ekosystému (přidávají se podmínky prostředí – půdy, světlo…)
- celá biosféra (vše živé provázáno s neživými podmínkami)
- Slovníček pojmů
- Jedinec: základní ekologická jednotka, která vstupuje do konkrétních vztahů.
- Populace: skupina jedinců jednoho druhu, kteří žijí v určitou dobu na stejném místě
- Druh: dva jedinci, kteří jsou schopni zplodit plodného potomka (evoluční definice), jedinci spříznění stejným druhem spolu soutěží víc než dva jedinci jiného druhu.
- Společenstvo (biocenóza): větší počet různých populací žijící na stejném místě. Můžeme je rozdělit na rostlinná společenstva (fytocenóza) a živočišná (zoocenóza).
- Ekosystém: Souhrn živých a neživých složek, které se vyskytují v určité době na určitém místě a mezi nimiž dochází ke koloběhu látek a toku energie bez výrazné závislosti na okolí
- Hypotéza Gaia:Země je chápána jako superorganismus, který si udrží homeostázu nezávisle na aktuálních podmínkách
- Ekologická nika = prostředí se vším všudy, co organismus využívá pro svůj život (prostředí + podmínky)
– v jednom areálu nebohou žít 2 podobné druhy
– nosná kapacita prostředí – v rámci jednoho druhu může žít v jednom prostředí jen určitý počet jedinců, aby ho nevyčerpali
- Fitness organismu = schopnost předávat své geny, bránit své teritorium apod.
– ovlivňují ho okolní podmínky
- Organismus a prostředí
- Ekologická přizpůsobivost (tolerance) -> minimum, optimum, maximum…
-> fyziologická tolerance nemusí být shodná s ekologickou (to, co by organismu skutečně vyhovovalo, není to samé, co ekosystém může nabídnout)
-> v nepříznivých podmínkách možná aklimatizace nebo vyhnutí se (útěk) -> hraniční hodnoty nemohou snášet dlouhodobě
- Organismy jsou vystaveny působení faktorů a zdrojů
- Faktory – složka prostředí obklopujícího organismy a nejsou spotřebovávány (teplota, pH…)
- Abiotické faktory – fyzikální (sluneční záření, teplo, světlo, UV záření, tlak, vítr, vlny…)
– chemické (soli, kyselost,…)
- Teplota
- odvislá od zeměpisné šířky a nadmořské výšky
- má vliv na rozšiřování druhů
- má vliv na vývoj (délka dne…)
- kombinace s jinými faktory (konkurence, nemoci, zdroje)
- Klima – mikroklima (malé místo, kde je lokálně odlišná teplota, což vyžadují endemiti)
– mezoklima (velikostí odpovídá přibližně krajinnému prvku)
– makroklima (ovlivněno nadmořskou výškou…)
- Podle schopnosti termoregulace organismy rozdělujeme na
- Poikiotermní: mají nestálou tělesnou teplotu a mění ji v závislosti na okolí
- Homoitermní: mají stálou tělesnou teplotu (savci)
- Endotermní: udržují si stálou, ale vlastní silou (čmelák, včela) -> odpojí část Krebsova cyklu
- Ektotermní: mohou mít obojí (poikio i homoi), ale v závislosti na okolních podmínkách
- ve vodách s vyšší teplotou se hůře rozpouští plyny
- Nízké teploty
- Hrozí poškození chladem nebo mrazem
- Proti chladu organismy bojují zmenšením propustnosti membrán a propustnosti pro ionty, čímž se změní homeostáza (buňka je hypertonická)
- Mráz – způsobuje denaturaci bílkovin, vysušení organismu
- Pozvolné přizpůsobení – zahuštění cytoplazmy -> aby nezmrzla
– zafixují se bílkoviny v jedné konformaci (díky chaperonům = heat-shock proteinům)
- Vyhnutí se – hibernace -> dochází k útlumu metabolismu
– migrace (tažní ptáci)
– geofyty (zahrabání pod zem a počkání na lepší podmínky)
- Vysoké teploty
- může dojít k denaturaci bílkovin.
- Adaptace se liší druhově -> eukaryota: snáší teplotu max. 65°C (některé houby v kompostu)
-> prokaryota: přežijí i 100°C a víc a to včetně rychlých teplotních změn -> bakterie z hlubokomořských příkopů využitelné v PCR (metoda amplifikace DNA)
- Obrana: opařování vody, vyplazení jazyka, ochlazování ušima, transpirace, syntéza Heat-shock proteinů
- Allenovo pravidlo: směrem k pólům se zmenšuje množství a velikost externit (vyčnívající části
těla)
- Bergmanovo pravidlo: směrem k pólům se zvětšuje velikost živočichů a zakulacují
- pH
- ovlivňuje membrány, fci enzymů
- přímý vliv – ve vodě
- nepřímý vliv – hlavně u rostlin
– v půdě ovlivňuje rozpustnost látek, čímž se jich pak míň dostává do rostliny
– látky mohou měnit svá oxidační čísla a tím získat toxické účinky (Al)
- snesitelnější je vyšší pH
- Salinita
- množství solí v půdě
- schopnost vysušit své okolí -> efekt podobný efektu teploty
- původně mořské organismy jsou izotonické
- sekundární hypotonicita u živočichů, kteří přišli do moře ze sladkých vod -> je z nich vytahována voda, čemuž se částečně brání vylučováním solí žábrami
- sladkovodní jsou oproti svému okolí hypertonické -> vodu přijímají ve velkém množství, čemuž se brání zvýšeným vylučováním hypotonické moči
- rostliny se brání vstupu solí díky Caspariho proužkům, pokud to nezabere, vylučují pokožkou krystaly soli (špenát)
- Biotické faktory
- přímý vliv = těsná vzájemná vazba několika organismů – parazitismus
- nepřímý vliv = vzájemné ovlivnění bez přímého kontaktu – stínění si navzájem
- Úroveň jedinců
- Jedinci
- unitární (víme, kolik má čeho – končetin apod.)
- modulární (nevíme, kolikrát se budou opakovat jednotlivé moduly – u rostlin květ, list, květ)
- ramety – jedinec vznikl nepohlavně vegetativně; geneticky stejné s mateřskou rostlinou
– odnoš nějaké další rostliny
– jsou využívané k šíření formou
-> falanga = sevřený šik -> rostliny tvořící trsy (jeden základ, ale rozšiřuje se do prostoru, ale pořád je to u sebe -> trsy trávy
-> guerila = oddělení jedinci -> šlahouny se natáhnou hodně daleko a pak se to odpojí -> jahodník
- genety – jedinec vzniklý pohlavním rozmnožováním
- Interakce jedinců v rámci populace – vymezování teritoria, komunikace, signalizace, rozmnožování
- denzita (hustota) jedinců – při malé hrozí postupné vymírání, při velké se zvyšuje konkurence, takže taky vymíraj
- nosná kapacita prostředí – čím vyšší, tím si jedinci méně konkurují
- vnitrodruhová kooperace (společná obrana teritoria, hlídání stáda, když ostatní spí – surikaty)
- zákon konstantní sklizně – modulární organismy soupeří a prostor, živiny
– když jich tam je hodně, jsou malí (konkurují si), když je jich tam málo, jsou velcí -> vyjde to na stejno
- rozmístění (např. v rámci hnízdiště)
- homogenní – pravidelné (tučňáci)
- heterogenní – ryby v oceánu (tvoří menší skupinky)
- kohorta = soubor jedinců stejného věku
– homogenní (stejně jedinců ve 2 generacích) -> rostliny
– heterogenní -> ryby (nadprodukce vajíček -> je tam míň starších)
-> souvisí s r- a K-strategií
- Úroveň populací
- na daném stanovišti je více různých druhů
- více populací tvoří společenstvo (biocenózu)
- sukcese = postupný vývoj složení toho společenstva -> změní se podmínky nějakého prostředí a sleduje se, jak se tam začínají osidlovat jednotlivé populace a jak spolu interagují
– první tam jsou nenáročné organismy (bakterie, sinice apod.) = pionýrské
– postupně tam vytvoří lepší prostředí pro náročnější organismy, které jsou zároveň konkurenčně schopnější
- klimax = ustálený stav sukcese (dynamická rovnováha)
– společenstva mají tendenci ho vytvářet
– v ČR např. Boubínský prales -> bez zásahu člověka je stále stejný
- Vztahy mezi populacemi:
- Kompetice
- dvě populace na stejném stanovišti bojují o jeden faktor
- Predace
- jedna z populací snižuje fitness druhé
- velikost populace predátorů závisí na populaci kořisti
- Grazers = pasoucí se -> kořist přežije, je jí jen částečně ublíženo
– krev sající hmyz (komár)
- Trade-offs = klasický predátor se musí rozmyslet, zda se mu vyplatí investovat energii do
lovu
- predátor zvyšuje fitness populace kořisti -> žere slabé jedince (jen pokud není přemnožen)
- predátor zvyšuje distribuci -> kořisti se stěhují, aby unikly před predátorem
- refugia = možnosti, jak se schovat před predátorem (jinam nebo shlukování s ostatní kořistí)
- Dekompozice a detritovorie
- dekompozitor
- rozkládá mrtvé organismy na jednotlivé složky
- časní – tráví to, co se rozkládá snadno -> hlavně bakterie
- pozdní – rozkládají to, co ostatní rozložit neumí (celulóza) -> hlavě houby
- důležitý poměr C:N -> rostliny mají 40:1 -> mají hodně C v bun. stěně; živočichové 8:1
-> lépe se rozkládá hmota s menším množstvím uhlíku (živočišná)
- saprofyté – rozkládají exkrementy
– koprofágové = žerou exkrementy
- detritovor
- žerou mršinu a opad
- např. kožojedi, mrchožrouti, hrobaříci
- Symbióza: těsné fyzické soužití, v takové míře, že samostatný život bývá často vyloučen.
- Mutualismus – oboustranně výhodný (+ +)
– zvyšuje fitness obou zúčastněných -mravenci a mšice, klaun očkatý a sasanka
- Komenzálismus – jedna populace se přiživuje na odpadu z druhé (+ 0) – slávky a svijonožci
- Amenzálismus – jednomu škodí, druhý s tím nic nemá (- 0)
– alelopatie: akát a tráva
- Neutralismus – neví se, jak to je
- Parazitismus – vztah, který jedné populaci škodí a druhé neprospívá (+ -)
– obvykle víc parazitů na jednoho hostitele
– nechce se, aby hostitel zemřel hned -> parazité by se neměli jak živit
– lumci a lumčíci
- Úroveň druhu
- tvořen geneticky příbuznými jedinci -> všichni by měli být mezi sebou křížitelní
- mohou vzniknout reprodukční bariéry mezi nějakými druhy – v minulosti měli společnou niku
- v rámci druhu si jedinci konkurují víc, než druhy mezi sebou
- vliv na rozšíření druhu
- Životní strategie
- trade offs – rozhodování o tom, jak bude nejvýhodnější, aby ten druh vypadal (např. velikost)
– life history -> historie (evoluce) ovlivňovala ten vzhled
- příjem potravy
- potravní generalista – člověk
- potravní specialista – má větší problém potravu sehnat, za to jí snadněji tráví
- rozmnožování
- r-strategie – množství
- K-strategie – kvalita, ve stabilním prostředí
- karpie = kvetení
- mono = rostlina: rozkvete jen jednou, živočichové: rozmnoží se a chcípaj (losos)
- poly = rostliny kvetou víckrát
- monogamie/polygamie -> pokud je více samic na jednoho samce, dochází k pozdnímu dozrávání samců, protože nejdříve musí vyrůst a být silní, aby spolu mohli bojovat
- Zdroj – organismus ho spotřebovává -> aktivitou organismů se množství zdrojů snižuje (záření – teplo, světlo; žrádlo)
- Abiotické zdroje
- Záření
- zdroj tepla a světla
- Světlo
- dopadající světlo má rozmezí 290 – 5000nm, viditelné má rozmezí 380 – 750 nm
- UV, IR
- fotosynteticky aktivní ve dvou vlnových délkách
- primárně jediný zdroj energie pro rostliny (využívají asi 2% dopadajícího záření na fotosyntézu)
- uspořádání rostlin v porostu je takové, aby na každou dopadalo záření potřebné pro její fungování; je to tak i v rámci jedné rostliny (na každý list dopadá stejně)
- Strategie rostlin:
- Stínobytné druhy:mají jen jednu vrstvu listů na velké ploše – kapradiny
- Světlobytné druhy: mají několik vrstev listů – lípa
- Přizpůsobivé: natočením listů reagují na aktuální osvícení, a tím i jednotlivé otevírání průduchů
- Fotoperiodismus: chování spojené s délkou fotoperiody, ovlivňuje otevírání a zavírání květů
- Fotoperioda: záleží na délce dne, na počtu osvětlených hodin
- CO2
- primárně jediný zdroj C pro rostliny
- denní a roční kolísání CO2 (na severní polokouli je ho víc v zimě)
- jeho množství neustále roste
- Voda
- nutný zdroj pro všechny organismy, které se snaží vodu přijmout a udržet
- rostliny se nehýbou -> nemohou před ní utéct nebo ji jít najít
- málo vody – zavírají průduchy (krátkodobě), mají rozsáhlé kořeny a tlusté listy (aby voda neodcházela)
- polní kapacita = maximální objem, který je možný udržet v půdě než je povrch zaplaven -> -> nejlepší je porézní půda
– bod trvalého vadnutí = voda už není ani v jemných pórech -. voda je vyprahlá
– bod trvalé vlhkosti = rostliny mohou vodu z půdy získat
- hodně vody (zatopení) – hrozí nedostatek CO2 a O2 nebo vznik toxických látek
– povrchové kořeny (kopřiva)
– vznik aerenchymu = pletivo, kde je víc děr, než buněk
- Vylučování dusíkatých metabolitů
- čpavek – vylučují ho ryby -> zředí se ve vodě
- močovina – ve vodě rozpustná
– vylučují ji savci, kteří vodou šetří
- kys. močová – ve vodě nerozpustná, vylučuje se pomocí krystalků
– vylučují ji organismy šetřící vodou (plazi a ptáci)
- Živiny
- dostupnost živin závisí na dostupnosti vody, pH prostředí a přítomnosti toxinů
- u živočichů jsou vždy přijímány pozřením jiného organismu, dostanou jich víc najednou ve vyváženém poměru (kromě mšic – přijímají hodně C -> vyváží to vylučováním medovice)
- příjem dusíku u rostlin – ve formě dusičnanů, dusitanů, NH4+
– vzdušný dusík přijímají hlízkové bakterie (symbióza s rostlinami) a sinice
– u masožravých z AMK kořisti
- Dělení
- makroelementy (N, P, K) -> z půdy
- mikroelementy (S, Ca, Na, Cl, Mg) -> z půdy, ale selektivně (v menším množství)
- stopové prvky (Fe, Mn, Br, Zn)
- Prostor
- Ekosystém
- společenství + vliv prostředí
- přírodní – spějí ke klimatu (jezero)
- umělý – musí se zasahovat a dodávat energii (rybník)
- čím je v něm více druhů, tím jsou v něm pestřejší, stabilnější a spletitější vazby
- efekt odstranění klíčového druhu – z bučiny se odstraní buk
- i když je stabilní, musí se potýkat se změnami = disturbance (vnější zásah – např. požár) -> dochází k migraci nebo extinkci (vymření) druhu
- omezený počet trofických (výživových) úrovní
1. rostliny – tvoří primární biomasu
2. býložravci
3. masožravci
- Řízení ekosystému
- Top down – řízeno shora (např. silný predátor)
– určuje, jak bude vypadat ekosystém pod ním
– obvykle nastává po nějakém vnějším zásahu
- Button up – rozhodující je produkt biomasy (plankton v rybníce)
- Cyklus vody
- Srážky, které dopadnou do vegetace, jsou v půdě zadrženy. Vlhkost je postupně vypařována díky transpiraci rostlin, dostává se do mraků a opět prší. Živiny jsou drženy ve svrchních vrstvách půdy.
