Organizm i jego środowisko.

Możemy przyjąć, iż środowiskiem każdego organizmu są wszystkie rzeczy i zjawiska występujące na Ziemi (być może i we wszechświecie). Każdy organizm występuje tylko w takim środowisku, które spełnia jego wymagania życiowe. Warto podkreślić, że są one bardzo zróżnicowane - inne wymagania środowiskowe ma pantofelek, zupełnie inne poproć, a jeszcze inne np. słoń. Poszczególne elementy, warunki i czynniki środowiska działają różnorako i zazwyczaj zespołowo oddziałują na organizm. Między organizmem a środowiskiem istnieje ścisła "więź". Nie ma możliwości, żeby oraganizm żył bez środowiska.

Możliwość występowania organizmu w określonej przestrzeni jest uwarunkowana czynnikami środowiska abiotycznego ( np. temperatura, woda, ciśnienie, światło itd.) i boiotycznego( np. konkurencja, drapieżniki, pasożyty). Wykształcenie w czasie ewolucji przystosowania do określonych warunków środowiskowych są uwarunkowane genetycznie. Aby organizm mógł występować i rozwijać się w określonych warunkach środowiska, musi mieć dostęp do wszystkich substancji koniecznych do wzrostu i rozmnażania się.

W latach 40. XIX wieku J. Liebig (niemiecki chemik) wykrył, iż rozwój rośliny zależy od tej substancji, która występuje w najmniejszej (niewystarczającej) ilości. Oznacza to, że wystarczy niedostatek jednego składnika np. azotu w podłożu, dwutleneku węgla w powietrzu, by zahamować rozwój mimo wystarczającej lub nadmiernej ilości wszystkich innych składników. Składnik ten ogranicza wzrost i rozwój organizmu, jest więc czynnikiem ograniczającym (limitującym). Takim czynnikiem może okazać się np. składnik pokarmu, niekorzystny czynnik środowiska aboitycznego lub inny organizm. Na podstawie tych postrzeżeń powstało prawo minimum.
Do fizykochemicznych (abiotycznych) czynników środowiska zalicza się:

Gęstość ośrodka: jest to jakby wartość, która ewidetnie wyróżnia dwa główne typy środowisk, a mainowiecie - wodne i lądowe. Łatwo załuważyć, iż gęstość wody jest kilkaset razy większa niż powietrza. Woda stawia znacznie większy opór, dlatego aktywnie poruszające się zwierzęta przyjmują opływowe kształty. Organizmy wodne mogą mieć ogromne rozmiary np. płetwał błękitny ( samice płetwała dorastają do 31 m długości i mogą ważyć, aż 200 ton).
W środowisku lądowym powietrze nie stawia takiego oporu, toteż zwierzęta mogą wykształcać takie twory jak rogi ( zabezpieczające przed napastnikiem). Weźmy za przykład antylopę, która jest w stanie swobodnie uciekać przed drapieżnikiem. Życie na lądzie poprzez mały wypór powietrza zmusza organizmy do tworzenia wzmocnionych struktur szkieletowych ( w przypadku roślin tkanek wzmacniających). Oczywiste jest również, iż unoszenie się w powietrzu jest trudniejsze. Aktywny lot opanowało tylko kilka grup - owady, ptaki i nietoperze.


TEMPERATURA: niezmiernie ważny czynnik działający ograniczająco na organizmy występujące na Ziemi. Większość organizmów na świecie występuje i przejawia aktywność życiową w strefach geograficznych, gdzie średnie temperatury mieszczą się w granicach od 0 do 30 stopni C. Dolna granica 0 stopni C, gdzie przyjmujemy zjawisko zamarzania wody słodkiej. Górna granica, w ktrórej zachodzi proces denaturacji białka to 40-50 stopni C. Zwierzęta różnie reagują na zmianę temperatury. Zmiennocieplne mają ciepłotę ciała zbliżoną do temperatury zewnętrznej. Największą liczbę tych zwierząt możemy spodkać w klimatach okołorównikowych, gdzie mają szanse być aktywne przez cały rok. Natomiast zwierzęta stałocieplne znajdują się w zgoła innej sytuacji. Są to organizmy o ogromnie intensywnym tempie metabolizmu i towarzyszącym temu wysokim zużyciu energii i produkcji ciepła. Dlatego zasiedlają tereny chłodniejsze, a nawet podbiegunowe. Aby skutecznie zabezpieczyć się przed intensywną utratą energii, niektóre zwierzęta znalazły pewne (perfekcyjne) metody, m.in. są zdolne do hibernacji (stan odrętwienia, potocznie sen zimowy), estywacji ( sen letni-w okresie letnim, występujący również w klimacie pozwrotnikowym i gorącym).
Istnieją także i takie organizmy, które przystosowały się do skrajnych temperatur. Na przykład Pingwin cesarski słynie ze swych rozmiarów i zdolności do znoszenia skrajnego zimna. Jajo takiego pingwnia zostało odnalezione w środku antarktycznej zimy, w nieprzerwanych ciemnościach i tempraturze poniżej -70 stopni C !
Ropuchy to dobrzy kopacze, spedzają więc zimę poniżej linii zamrzania, bezpieczne w swoich jamach. Żaby nie potrafią kopać, toteż hibernują (wpadają w sen zimowy) w poszyciu leśnym w opadłych liściach, gdzie temperatura, opada aż do -8 stopni C. Pewna żaba (Rana sylvatica) zamarza na kamień (nie do pomyślenia jest, że aż 65% wody jej ciała zmienia się w lód!). Specjalne białko gwarantują, iż kryształki lodu nie rosną na tyle, aby powodować szkody. Narządy wewnętrzne nie zamarzają, ponieważ wątroba wytwarza wielkie ilości glukozy, dzięki czemu tkanki przenika bardzo stężony roztwór cukru, działający osłaniająco.
Innym zaskakującym przykładem są Niesporczaki (mikroskopijne zwierzątka, żyjące w wilgotnym piasku, w mulena na dnie jezior), w cienkiej błonce wody, pokrywające liście mchów arktycznej tundry. Cysta (zewnętrzna część kłębka miskrokopinijna) niesporczyka to niezrównany mistrz sztuki przetrwania. Może dla nas wydawać się nieprawdopodobne, ale wytrzymuje temp.od -272 do 151 stopni C!
U roślin temperatura wpływa w znaczny sposób na wzrost i owocowanie. W wysokich temperaturach zachodzi intensywne parowanie, co może prowadzić do deficytów wody. W temperaturach zbyt niskich woda zamarza i także staje się niedostępna dla roślin. Z tego powodu drzewa okrytozalążkowe rosnące na obszarach, gdzie występują mroźne zimy, rzucaja liście i przechodzą w stan spoczynku ( oczywiście na okres zimy).


Światło: promieniowanie słoneczne jest podstawawym zródłem energii na ziemi. Emitowane przez słońce promieniowanie ma szeroki zakres, z którego tylko mały wycinek jest wykorzystywany przez organizmy. Jest to zakres światła widzialnego, aktywnego w procesie fotosyntezy. Jak wiemy światło dla rośliny jest niezbędne do życia, gdyż pełni bardzo ważną rolę w procesie fotosyntezy oraz jest konieczne jako wyznacznik długości dnia. Rośliny uzależniają swoją porę kwinienia właśnie od długości czasu naświetlenia (fotoperiodyzmu periodyzm – gr. perodos ‘obieg, okres’). Na dużych głębokościach (gdzie jest ograniczona ilość absorbowanego światła) specjalne barwniki mogą przystosować się do pochłaniania niebieskozielonej części promieniowania świetlnego. Są to np. krasnorosty (Rhodophyta), gromada obejmująca ok. 4000 gatunków glonów (przeważnie morskich), które mają czerwony barwnik roślinny (fikoerytrynę).
Nie zdajemy sobie z tego sprawy, ale także zwierzęta reagują na długość dnia. Niektóre są aktywne w dzień (np. większość paków, ssaki i wiele innych).


Woda: to niezbędny składnik każdego żywego organizmu! Występuje w organizmie ok. 70-80% tego życiodajnego związku. Woda to typowy czynnik ograniczający przede wszystkim w środowisku lądowym ( w szczególności suchym) w siedliskach ubogich w wodę organizmów wykształciły różne rodzaje przystosowań, polegających głównie na magazynowaniu wody lub na ograniczniu jej wydalania. Woda pochodząca z opadów i z wód powierzchniowych ma podstawowe znaczenie dla rozmieszczenia roślin. W związku z wymaganiami wilgotnościowymi wyróżnia się grupy ekologiczne roślin: hydrofity, higrofity, mezofity i kserofity.
Hydrofity- rośliny wodne (np. rogatek - bezkręgowiec morski zaliczany do gąbek)
Higrofity- rośliny wilgociolubne ( np. zawilec gajowy - uprawiany jako roślina ozdobna)
Kserofity- rośliny siedlisk suchych. Dzielimy je na:
- sklerofity ( suchorośla np. wydmuchrzyca piaskowa - trawa występująca na wydmach)
- sukulenty ( magazynujące wodę kaktusy, grubszowate).

Ciśnienie: czyli siła dziająca na okresloną powierzchnie. Rozróżniamy ciśnienie atmosferyczne (panuje w atmosferze ziemskiej) oraz ciśnienie hydrostatyczne ( panujące w zbiornikach wodnych).
Wysokie ciśnienie panujące w głębinach oceanów najczęściej wywiera wpływ ujemny, przejawiający się zwolnieniu porcesów życiowych. W skrajnych wypadkach np. słonie morskie mogą nawet nurkować do 1570 metrów (gdzie ciśnienie jest ponad 150 razy wyższe niż na powirzchnii). Nurkują one wielokrotnie bez ujemnych skutków !

Każdy czynnik środowiska może zmieniać się w pewnym przedziale - zależnie od środowiska.
Organizmy mają różne wymagania wobec czynników zewrzętrznych. Jedne mogą występować w szerokich granicach zmienności danego czynnika inne zaś znoszą tylko niewielkie odchylenia od opitumum. Zdolność adaptacji, organizmu do zmian czynników środowiskowych nazywamy toleranycią ekologiczną, natomiast rozprętość zmian danego czynnika, w obrębie których organizm jest zdolny do życia nazywamy zakresem tolerancji.

W wypadku temperatury można dla określonego gantunka przydzielić jej najniższą wartość, tak zwane miniumum, poniżej której giną z wychłodzenia oraz wartość najwyższą, tak zwane maksimum, powyżej której giną z przegrzania. Pomiędzy tymi skrajnymi wartościami istnieje temperatura najlepsza dla organizmu - wspomniane wcześniej - optimum tremiczne


Zakres tolerancji ekologicznej w stosunku do różnych czynników środowiska zmienia się u niektórych gatunków w czasie rozwoju ontogenetycznego . Jak to możliwe? Weźmy na przykład dorosłego kraba błękitnego, który dobrze czuje się w wodzie słodkiej , ale nie jest w stanie rozprzestrzeniać się w środowisku słodkowodnych, gdyż jego stadium larwalne wymaga wysokiego zasolenia. Musi zapewnić odpowiednie warunki środowiska, aby móc się rozmnażać.

Dla wyrażenia względnego stopnia tolerancji cechującego dany gatunek powszechnie używa się w ekologii termninów z przedroskami: steno- czyli wąski i eury- co oznacza szeroki.
Gatunki eurytopowe (eurybionty) charakteryzają się szerokim zakresem tolerancji i mogą żyć i rozwijać się w środowisku o zróżnicowanych warunkach, o dużych wahaniach czynników zewnętrznych , często zasiedlając znaczne obszary Ziemi. Przykładem może być np. wróbel domowy (Passer domesticus) i paproć orlica.

Gatuniki stenotopowe (stenobionty) cechują małą tolerancją w stosunku do czynników środowiska i występują w ściśle określonych warunkach o niewielkich wahaniach też najczęściej występują na niewielkim obsarze. Przykładem może być pstrąg potokowy żyjący wyłącznie w czystych rzekach, świstak żyjący jedynie w Tatrach i Alpach.

Do Wspomnianych powyżej organizmów charakteryzujących się różnymi zakresami tolerancji w stosunku do różnych czynników, eury -(szeroki), żaś steno - (wąski) możemy wprowadzić następujące termniy :
termiczyny (w odniesieniu do tempratury)
hydryczny (do wody)
halinowy ( do zasolenia)
fagiczny (do pokarmu)
topowy (do typów siedisk) itd.

Jeżeli zakres tolerancji jest wąski, ale po stronie niższych wartości działającego czynnika to do przedroska steno dodaje się jeszcze - oligo np. zwierzęta bez kręgowe żyjące wysoko w górach są oligostenotermami.
Gdy zaś stenobiont preferuje wysokie wartości czynnika, to dodajemy przedrostek -poli, jak np. organizm gorących żródeł tzw. polistenotermami.

Trudne jest określenie jaka dawka trucizny jest śmiertelna. Organizmy żywe nie są identyczne. Różnią się one pod wieloma względami. Tak też jest z ich odpornością na trucizny. Występuje też pewna liczba pierwiastków, które, w śladowych ilościach, są niezbędne dla prawidłowego funkcjonowania organizmów żywych, np. selen, cynk, bor, miedź czy fluor. Jeżeli stężenie tych pierwiastków wzrośnie, mogą stać się one truciznami. Kiedy ilość owych substancji w organizmie jest zbyt niska występuje choroba niedoboru, kiedy zbyt wysoka - staje się trucizną. Pomiędzy tymi dwoma wartościami leży przedział stężeń obojętnych, kiedy to organizm wykazuje pełnię zdrowia. W przypadku roślin wszystkie substancje potrzebne im do życia stają się truciznami, jeżeli ich stężenie wzrośnie do zbyt dużego poziomu (czasami przedział stężeń obojetnych zawiera sie w dosyć szerokich granicach, ale niekiedy różnice pomiędzy stężeniami zbyt niskimi a zbyt wysokimi są naprawdę mimimalne).

Spróbujmy teraz wyjaśnić termin niszy ekologicznej. Jest to jakby całokształt czynników, o które dany gatunek konkuruje z innymi gatunkami. Spróbujmy to wyjaśnić na przykładzie człowieka, a mianowicie ażeby go poznać i zrozumieć nie wystarczy dowiedzieć się, gdzie mieszka. Jak spędza czas? W jaki sposób żyje z innymi członkami społeczności? Jakie miejsce zajmuje w społeczeństwie? Siedlisko jest jakby jego "adresem", natomiast inne czynniki określa się jego niszą ekologiczną.
Podajmy teraz przykład kolonizacji niszy na przykładzie pokrzyw, które doskonale rozwijają się w pobliżu ludzkich osiedli, wysypisk śmieci, ponieważ w tych rejonach gleba bogata jest w fosforany ( na wskutek odpadków organicznych). Pokrzywy szybko rozprzestrzeniają się i wypierają inne rośliny. Gdy fosforany zostaną wyczerpane, takie środowisko przestaje odpowiadać tym organizmom i wtedy właśnie wkraczają inne rośliny.

Rosyjski biolog G.F Gause twierdził , że żadne dwa gatunki nie mogą dzielić tej samej niszy
(zasada Gausego). Oczywiście od tej zasady mogą wychodzić pewne wyjątki. Uczony umieścił dwa rodzaje pantofelków w warunkach laboratoryjnych. Paraumecium aurelia zwiekszył swą liczbność, a populacja Paramecium caudatum wkrótce wyginęła, ponieważ ten ostani wolnej przyswajał pokarm. Stąd płynie bardzo prosty (udowodniony) wniosek, że : większość gatunków okupuje różne nisze ekologiczne (gdyż nie muszą ze sobą konkurować).

Nie ma wątpliwości co do tego, że każdy określony organizm ( gatunek) znajduje się w takich warunkach środowiska, które zapewnia mu zdolność do pobierania pokarmu (życia) i rozmnażania się. Po prostu nie jesteśmy w stanie obejść się bez środowiska.

Ludmiła Głowacka kl.II F