Biologie - Ekologie

Autor: Daniela Bednářová

=  nauka o vztazích mezi organismy a prostředím a mezi organismy navzájem

- pojem zavedl Ernest Haeckel r. 1866, jako samostatný obor se rozvíjí od počátku 20. stol.

 

- rozdělení podle :

 

   a) oblasti zájmu (skupin organismů) - ekologie bakterií, R, hub, Ž, člověka (antropoekologie)

 

   b) úrovně ekologických vztahů

            - autoekologie - studuje jednotlivé druhy a vztahy mezi nimi

            - demoekologie - studuje populace (demografie - studuje populace člověka)

            - synekologie - studuje společenstva a ekosystémy

 

   c) prostředí - ekologie vod, půdy, lesa, lidských sídlišť, .....

 

Základní pojmy  

¤ biotop = místo ( prostor ), které poskytuje organismům podmínky pro život (rybník, les, louka)

               - charakterizován určitými abiotickými faktory (poloha, klima, půda, voda, ...)

¤ lokalita = stanoviště, naleziště, topograficky vymezené místo výskytu

¤ areál = prostor zeměpisného rozšíření druhu ( např. vačnatci v Austrálii )

¤ populace = soubor jedinců urč. druhu v urč. čase na urč. místě

¤ biocenóza = společenstvo = soubor jedinců různých druhů na určitém biotopu

                     - fytocenóza = rostlinné společenstvo,   zoocenóza = živočišné společenstvo

¤ ekosystém = soubor organismů a prostředí (biotop + biocenóza), (les, zahrada, louže)

¤ biom = soubor podobných ekosystémů (tropické deštné pralesy, tajga, tundra)

¤ biosféra = všechen zem. povrch oživený organismy, soubor všech biomů

¤ nika = celkový vzájemný vztah mezi organismem ( popř. populací ) a jeho prostředím

 

Život a podmínky jeho existence

 

- život = způsob existence vysoce organizované hmoty, který se vyznačuje zákl. znaky :

          - chem. složení (NK a bílkoviny), metabol., dráždivost, množivost, dědičnost, vývoj (evoluce)

- všechny živé systémy (kromě virů) mají buň. organizaci a schopnost autoregulace

- existence života vyžaduje zachování určitých podmínek :

 

     a) abiotické

     b) biotické - dány vztahy mezi organismy

 

- zákl. podmínky musí platit současně, limitující je faktor, který je v minimu (Liebingův z. minima)

- živé systémy jsou schopny adaptace na měnící se podmínky prostředí

 

 - EKOLOGICKÁ VALENCE = rozmezí podmínek, v nichž je org. schopen existovat 

    (pro život org. je nutné, aby všechny živ. podmínky byly v jeho ekologické valenci)

     - druhy --- stenoekní - druhy s úzkou E. V. (nesnášejí výraznější kolísání podmínek)

                                      - mohou sloužit jako bioindikátory (lišejník, rak)

                       euryekní - druhy se širokou E. V. (dobře snášejí kolísání faktorů)

                                     - mají velkou adaptabilitu (smrk, kopřiva)

 

            - vymezena hranicemi: minimum, maximum, optimum

           

AREÁLY

= soubory stanovišť na Zemi, splňují životní podmínky jednotlivých druhů

- podle druhu je malý, střední, velký

- souvislý  x  nesouvislý - více samost. částí - odděleny hiáty (org. se zde nevyskytuje)

- kosmopolit = druh se širokým areálem

                      - člověk, moucha domácí, smetanka lékařská, potkan, bakterie

- endemit = druh, který je na urč. území původní a jinde se nevyskytuje

                 - krocan (Amerika), lýkovec slovenský, hatérie novozélandská, kivi

- relikt = zbytek druhu, který na urč. území byl původně více rozšířen a přečkal určité změny

             - např. glaciální relikt (ostružiník moruška, jeřáb sudetský v Krkonoších)

 

- typy areálů   1) původní - druh je zde původní (autochtonní)

                         2) druhotný - druh je zde cizí, byl sem zavlečen (allochtonní)

                                            - mandelinka, brambor, akát, ondatra pižmová, borovice vejmutovka

 

- synantropní druhy - doprovázejí člověka a jeho sídla

                               - moucha, vrabec domácí, pěťour maloúborný, myš domácí

               

Abiotické podmínky

= soubor fyzikálních a chemických fakrotů

- klimatické (světlo, teplo, srážky, ..), edafické (vlhkost, pH, ..), topografické (geogr. poloha,..)

 

 

1. Slun. záření

            - zdroj energie, světla, tepla na Zemi, o rozsahu vlnové délky      290-5000 nm

 

    a) ultrafialové záření (100-390 nm)

            - 90% zachyceno ozonosférou

            - pozitivní - způsobuje tvorbu vit. D v kůži člověka

            - negativní - brzdí růst (rostliny na horách jsou menší)

                              - mutagenní účinky => rakovina, šedý zákal

 

     b) viditelné světlo (260-760 nm)

            - různý rozsah spektra vnímaného daným druhem org. (čl. 400-750 nm, včela 300-600 nm)

            - rozhoduje barva, intenzita světla, doba a směr osvětlení, vlnová délka, stupeň polarizace

            - fotoperioda (= změny v délce světelné části dne) - příčina biorytmů = periodicita biol. jevů

            - fotoperiodismus = přizpůsobení se pravidelným změnám délky osvětlení

            - nároky na světlo - světlomilné (fotofilní), stínomilné (skiofilní), temnomilné (fotofobní)

 

            - vliv na R  - zdroj energie k fotosyntéze (světlobytné × stínobytné)

                               - rozvoj fytohormonů - => kvetení (r. krátkodenní, dlouhodenní, neutrální)

 

            - vliv na Ž    - umožňuje orientaci zrakem ( ve tmě redukce zraku )

                                 - barevnost živočichů ( ve tmě ztráta pigmentu )

                                 - ovlivňuje aktivitu ( noční × denní živočichové )

                                 - ovlivňuje biorytmus - nástup rozmnož., migrace, výměna srsti a peří

 

    c) infračervené záření (800-5000 nm)  - nejvýznamnější zdroj tepla pro organismy

 

2. Teplo

            - u většiny organismů je optimum 15-30°C

            - zdroje : infračervené záření, příjem z okolí, vznik při exoterm. procesech metabolismu

            --- eurytermní - snesou větší výkyvy teplot ( zmije, pampeliška )

                  stenotermní - malé výkyvy teplot ( tučňák )

            - chladnomilné, kryofilní, teplomilné

            - ovlivňuje rychlost biochemických reakcí (aktivita enzymů)

 

            - vliv na rostliny

                  - zvýš. teplota - odpar vody, odrážení světla pomocí lesklých listů

                  - sníž. teplota - snížení obsahu vody, ztrácí veget. orgány, obranou - trichomy

 

            - vliv na živočichy

                   --- ektotermní (exotermní = poikilotermní = studenokrevní) - teplota se mění s okolím

                         endotermní (homoiotermní = teplokrevní)  - savci 36-37°C, ptáci 39-40°C

                                   - při poklesu těles. teploty - stav strnulosti - nebezpečné (u čl. 28°C - smrt)

                   - ovliv. zbarvení (v teple tmavší), velikost těla (v teple menší), těl. výběžků (teplo větší)

                   - chlad => zimní spánek = hibernace (ježek, netopýr)

                   - teplo => letní spánek = estivace (drobní hlodavci)

                   - mezi teplokr. a studenokr. řada přechodných forem (ježura, ptakopysk)

 

3. Vzduch

            - v atmosféře žijí organismy většinou v nejnižší vrstvě (= troposféra) - do 7000 m

            - stenobarní - ptáci, savci   x    eurybarní - hmyz

             a) fyzikální vlastnosti

                        1. tlak - klesá se stoupající nadm. výškou => potíže s dýcháním, sterilita samců, ...

                        2. hustota - klesá se stoupající nadm. výškou

                        3. proudění -umožňuje opylení rostlin, přenos semen a plodů, migraci, orientaci

                                          - může ničit porosty, vysušovat

 

             b) chemické složení

                        O₂ - ve vzduchu 21%

                              - produkují ho hlavně trop. pralesy (x kácení) a moř. řasy (x znečišť. moří)

                              - živočichové --- aerobní - pro ně nezbytný

                                                        anaerobní --- obligátní - trvale bez kyslíku (pro ně je toxický)

                                                                              fakultativní - příležitostně

                              - ve vodě O₂ ubývá se zvyšující se teplotou, v půdě ubývá se zvyšující se vlhkostí

 

                        CO₂ - normálně 0,03%, neustále stoupá

                                 - produkce : dýchání organismů, sopeč. činnost, spalování fosilních paliv

                                 - nutný pro fotosyntézu

                                 - oteplování planety => tání ledovců => zvyšování hladiny oceánů

 

                        N₂ - ve vzduchu 78% , organismy přijímají jako NO₂^-  NO₃^-

                              - přímo využitelný jen některými bakteriemi (hlízkové)

                        - nečistoty - SO₂ - dlouhodobě 150   g/m³, krátkodobě (30min.) 500  g/m³

                                         - NO, NO₂ - 100  g/m³

                                         - prachové částice - 100  g/m³

 

4. Voda

            - vodní plochy pokrývají 2/3 zemského povrchu (3% z toho sladká)

            - přítomna ve třech skupenstvích

                 1. tlak - přímo úměrný hloubce (v 10km - 10⁸ Pa)

                 2. hustota - 775 krát větší než vzuchu, největší při 41°C

                                  - vodní Ž - větší rozměry i hmot., hydrodynamický tvar, menší pohyblivost

                 3. propustnost světla

                        - množství světla závisí na hloubce a množství přítomných látek

                        - vliv na rostliny - v hloubce jiné pigmenty - chaluhy, ruduchy

                        - vliv na živočichy - volný prostor vody (= pelagiál) - žijí zde plankton a nekton

                                                     - v hlubinách (= bentál) žije bentos

 

                  4. salanita - sladká voda 0,05-0,04    , slaná 35

 

            - suchozemské organismy

                 - živočichové - příjem pitím a rozkladem živin z metabolismu(štěpení tuků)

                 - rostliny - příjem ze země kořenovým systémem (znemožněn ve zmrzlé půdě)

                                --- hygrofyté - v blízkosti vod, slabá kutikula, bez ochlupení (puškvorec)

                                    hydrofyté - přímo ve vodě

                                    xerofyté - velice suché prostředí - silná kutikula, ochlupení, trny

                                                                                       - sukulenty - zdužn. listy (zásoby vody)

 

5. Půda

            - vzniká zvětráváním litosféry a činností organismů

            - obsahuje pevnou, kapalnou i plynnou složku

            - je zdrojem většiny anorganických živin

            - edafon = soubor všech organismů žijících v půdě

                 1. pórovitost - ovlivněna velikostí částic (písčité x jílovité půdy)

                                      - závisí na ní obsah vody a vzduchu

                 2. sorbční schopnost = schopnost vázat vodu a ionty - zvyšována humusem

                 3. teplota - v hloubce se nemění, v povrch. vrstvách značně kolísá

                 4. obsah iontů

                        - ovlivňuje : a) kyselost půdy (pH) - kyselé půdy - vřes, borůvka

                                                                             - zásadité (obsah Ca) - třemdava, koniklec

                                                                              - půdy chudé na N - rosnatka okrouhlolistá

                                            b) slanost  - ve větším množ. omezuje příjem vody, živin (přímoř. obl.)

                                                              - halofyty - adaptovány na vyšší obsah (solnička přímořská)

                              

Biotické faktory

Populace

     - charakterizována hustotou (= denzitou)

            - vyjadřuje se ---- počtem jedinců

                                        množstvím biomasy na jednotku plochy, objemu

                                   strukturou - poměr pohlaví, věková struktura, sociální struktura (hierarchie)

 

Růst populace

- závisí na :

a) natalitě (= množivost, porodnost)

            ---- fyziologická = biotický potenciál populace - max. množení

                   ekologická = skutečná - je umožněna systémem

b) mortalitě (= úmrtnost) - vysoká u druhů s vysokou natalitou (až 99% - hmyz)

c) migraci (= stěhování) + emigrace + imigrace

 

- růst - exponenciální (= typ tvaru J) - chybí omezující faktory => max. množení (králík v Austr.)

              sigmoidní (= typ tvaru S) - přítomnost brzdných faktorů

 

- rozmístění (= rozptyl) populace --- rovnoměrné (stromy v lese)

                                                            náhodné (potemníci v mouce)

                                                            shloučené - nejčastější (stáda)

 

Vztahy mezi populacemi

 

- populace na sebe působí :

 

   a) pozitivně :

      1. protokooperace = může být kdykoliv přerušeno, vzájemně prospěšné sdružování (ptáci v lese)

      2. komenzálismus - jednomu prospívá, druhému neškodí (liány, epifyty - stromy, lvi - hyeny)

      3. symbióza - nutná pro oba (mykorhiza, lišejníky, rak poustevník- sasanka)

 

   b) negativně :

     1. konkurence - vzájemné soutěžení o potravu (káně - poštolka, akát x ostatní )

     2. predace - vztah predátora a kořisti - predátor je větší, závislý na kořisti

     3. parazitismus - vztah parazita a hostitele (je větší a méně početný)

                                              

   c) neutrálně - neovlivňují se (stromy v určité vzdálenosti)

 

Biocenóza

     = společenství = soubor jedinců různých druhů na urč. biotopu

     - největší společenstva ČR :

 

            

               

Ekosystém

     = určitý úsek biosféry, soubor biocenózy a biotopu (les, louka, akvárium)

     - dochází v něm k toku látek a energie

 

    - potravní řetězec = řada organismů přímo na sobě závislých výživou

            1. pastevně kořistnický - nejvýznamnější

                        - býložravec (konzument I. řádu) => masožravec (II.řádu) => dravec (III.řádu)

                        - s řetězcem ubývá počtu, přibývá velikosti organismů

 

            2. dekompoziční - postupný rozklad org. hmoty na humus a min. látky

                                       - saprofytní hmyz => houby => bakterie

                                       - s řetězcem přibývá počet, ubývá velikost organismů

 

            3. parazitický - opak k 1., velikost těla konzumentů se zmenšuje, počet roste

 

Potravní pyramida

     - vzniká propojením potr. řetězců

     - koloběh látek a tok energie je jednosměrný

     - na každém stupni dochází ke ztrátám

 

Typy ekosystémů

     a) přírodní - schopny autoregulace a adaptace, stabilní

                       - druhotně pestré, složité potr. vztahy

     b) umělé - vznik zásahem člověka, nestabilní, snadno narušitelné

                    - nejsou schopny autoregulace, málo adaptabilní

                    - musí jím být dodávána energie (pesticidy, hnojiva)

                    - druhově chudé, často monokultury

 

Produktivita ekosystému

     = množství org. hmoty vyprodukované na určité ploše za čas. jednotku

     - měří se množstvím sklizené biomasy, izotopovou metodou

     - ekosystémy s :

            a) vysokou produktivitou - tropické pralesy, lužní lesy

            b) střední produktivitou - savany, louky, pastviny, pole, rybníky

            c) nízkou produktivitou - pouště a polopouště, tundra, moř. hlubiny

 

Vývoj ekosystému = sukcese

     - 3 stadia :

            1) zmlazení ekosystému = nástup nových druhů po zhroucení původního ekosystému

                                                  - jednoduché vzájemné vztahy, velká produkce, málo druhů

            2) vyzrávání ekosystému - druhotně bohatší, složité vzájemné vztahy, stoupá počet druhů

            3) vrcholné = klimax (= ustálené společenstvo) - složité vztahy, schopnost autoregulace

                                 - urč. druh může dominovat => po dlouhé době vede ke zhroucení ekosystému

 

Rozbor ekosystému řeky

   - charakteristika biotopu : poudění vody, vyšší obsah kyslíku, důležitá role pobřežních                    

                                           porostů, odlišnost podmínek na horním, středním a dolním toku

 

   - charakteristika biocenóz - úseky :

            - horní tok - rychlé proudění, vysoký obsah O₂, chladná voda, kamenité dno

                                - chybí plankton, nízká produktivita

                                - rybné pásmo pstruhové

 

            - střední tok - mírnější proudění vody, písčitého

                                  - plankton

                                  - rybné pásmo lipanové a parmové

 

            - dolní tok - pomalý tok, větší hloubka, bahnité dno, málo O₂, více živin, vyšší teplota,                                           vysoká produktivita

                                - hodně planktonu a benthosu

                                - rybné pásmo cejnové

 

            - brakická voda - v ústí řek (mísení sladká a studené), vliv přílivu a odlivu

                                       - Ž snášejí kolísání salinity, velmi vysoká produktivita

 

Biomy

= soubory různých ekosystémů podobné struktury a funkce

- vytvářejí

    a) vegetační pásma

            - v horizontálním směru (od rovníku k pólům)

            - tropické deštné lesy

                        - průměrná teplota 25 °C

                        - liány, epifyty, papoušci, opice, velké množství hmyzu

 

            - savany - teploty klesají až k 0 °C

                           - trávy, stáda antilop, gazel, zeber, lvi, hyeny

 

            - tropické pouště a polopouště - teplotní rozdíly mezi dnem a nocí 40 °C

                                                               - sukulenty, efemery, hadi, ještěři

 

            - tvrdolisté lesy - teploty 15-20°C

                                       - pinie, blahovičníky, kozy, ovce, koala

 

            - opadavé listnaté lesy - nejchladnější měsíc -5 - +2 °C, nejteplejší 14-19 °C

                                                  - doubravy, bučiny, veverky, lišky

            - stepi (prérie, pampy, louky) - zimní teploty -10 - -15 °C, letní 20-25 °C

                                                           - trávy, cibulnaté rostliny, koně, sysli, bizoni

 

            - tajga (jehličnaté lesy) - rozdíly teplot 30-50 °C

                                                   - limba, jedle, vrby, medvědi, soboli, losi

 

            - tundra  - zima 9-11 měsíců

                            - zakrslé dřeviny, trávy, mechy, lišej., sobi, liška polární, sova sněžná, medvěd

 

    b) vegetační stupně

            - ve vertikálním směru (nadmořská výška)

            - nížinný - do 200 m n. m.

            - pahorkatinový - do 250 m n. m.

            - podhorský - do 500 - 1000 m n. m. (záleží na oblasti)

            - horský - do 1000 - 1400 m n. m. (záleží na oblasti)

            - klečový - do 1200 - 1600 m n. m. (záleží na oblasti)

            - alpinský - nad 1800 m n. m.

           

Tok energie a látek v biosféře

- dochází k převodu sluneční energie na tepelnou 2 cestami :

            a) přímým ohřívaním živých i neživých složek biosféry (hlavně v oběhu vody)

            b) nepřímo - přeměnou přes chemickou energii prostřednictvím potravních řetězců

 

Biochemické cykly

            - zahrnují koloběh prvků či sloučenin v neživé i živé složce biosféry

            - nejvýznamější je oběh biogenních prvků (C, N, S, P) a vody

            - biologická část oběhu je rychlejší, nebiologická část funguje jako zásobník látek

            - do všech cyklů vstupuje člověk produkcí různých antropogenních látek (hnojiva,                       pesticidy, umělé hmoty, CO₂, SO₂, radioaktivní látky, těžké kovy, ...)

                        - tyto látky jsou ---- včleněny do uvedených cyklů

                                                         hromaděny (= kumulovány) v organismech, půdě, vodě, ...