Ekologia

Tolerancja ekologiczna organizmów

Obecność i pomyślne bytowanie organizmów jest uwarunkowane od całego kompleksu czynników, od ich ilości i natężenia. Każdy czynnik, który zbliża się do granic tolerancji gatunku lub je przekroczy, nosi nazwę czynnika ograniczającego. Każdy gatunek wykazuje inne wymagania w stosunku do danego czynnika ekologicznego, a zdolność organizmu do przystosowania się do zmian danego czynnika nosi nazwę tolerancji ekologicznej.
Przedział wartości danego czynnika, w którego obrębie organizm bytuje i utrzymuje swoje funkcje życiowe, określamy mianem zakresu tolerancji.
? Czynniki ekologiczne - uwarunkowania i procesy, które w środowisku wpływają na tempo i efektywność procesów biologicznych oraz na możliwość przeżycia i rozrodu organizmów. Można je podzielić na dwie grupy: fizyko-chemiczne, czyli temperatura, światło, poziom radiacji, woda, tlen, dwutlenek węgla, sole mineralne oraz biologiczne tj. współoddziaływanie osobników jednego lub różnych gatunków.
? grupy ekologiczne ?organizmy o podobnym zakresie tolerancji w stosunku do określonych czynników środowiska

? gatunki wskaźnikowe ? gatunki o wąskim zakresie tolerancji w stosunku do określonych czynników środowiska; obecność tych gatunków świadczy o występowaniu danego czynnika w środowisku, np. kwaśne gleby ? skrzyp.; pozwalają one najlepiej określić stan środowiska i są pomocne przy jego testowaniu.

? zakres tolerancji ? przedział wartości danego czynnika (siły jego oddziaływania), w obrębie którego organizm, bytuje i utrzymuje swoje funkcje życiowe
Wskaźnik tolerancji wyznaczają 2 punkty krytyczne, określające wartość progową przeżycia organizmu: minimum i maksimum Wartości , w których organizm ma najlepsze warunki bytowania i najlepiej wzrasta określa się mianem optimum życiowego.

CZYNNIKI ŚRODOWISKA OGRANICZAJĄCE WYSTĘPOWANIE ORGANIZMÓW ? na Ziemi wyróżnia się2 gł. środowiska życia organizmów. Różnią się one między sobą właściwościami fizycznymi, temperaturą, zawartością tlenu i dwutlenku węgla, odmiennymi warunkami świetlnymi, zasobnością soli mineralnych, odczynem pH, stopniem oddziaływania czynników mechanicznych ? wiatru, prądów morskich, ciśnienia. Czynniki środowiska wpływają na aktywność organizmów, na ich liczebność i rozmieszczenie oraz na tempo i efektywność procesów życiowych, takich jak oddychanie, odżywianie, rozmnażanie itp. Zespół czynników środowiska dzieli się na czynniki abiotyczne i biotyczne.

Klasyfikacja ekologiczna organizmów
TEMPERATURA

? Eurytermy
? Organizmy tolerujące szeroki zakres temperatur
? Stenotermy
? Organizmy tolerujące tylko wąski zakres temperatur
? Politermy
? Organizmy wymagające wysokich temperatur
? Oligotermy
? Organizmy wymagające wąskich temperatur
WODA

? Hydrobionty
? Organizmy żyjące w glebie
? Heliobionty
? Organizmy żyjące na pograniczu wody i lądu
? Higrofile
? Organizmy wymagające dużej wilgotności środowiska
? Atmofile (mezofile) ? wymagają znacznej wilgotności względnej środowiska
? Kserofile
? Organizmy wykazujące dużą odporność na suszę
ŚWIATŁO
? Heliofile (heliofity)
? Organizmy światłolubne
? Heliofoby (sciafity)
? Organizmy nietolerujące światła
Rozród zależny jest od wieku osobników oraz osiągnięcia przez nich dojrzałości płciowej. Rozrodczość potencjalna określa całkowitą możliwość rozrodu całej populacji i poszczególnego osobnika. Maksymalna rozrodczość nie jest z reguły osiągana, ze względu na niektóre czynniki ograniczające, np. konkurencja czy brak pokarmu. Rozrodczość ekologiczna określa rozrodczość jaka występuje w przyrodzie, czyli z uwzględnieniem czynników ograniczających. Rozród można modyfikować za pomocą czynników ograniczających.
AKTYWNOŚĆ ORGANIZMÓW-w pobliżu punktów krytycznych obserwuje się znaczne obniżenie sprawności i aktywności organizmu. W miarę oddalania się od punktów krytycznych sprawność wzrasta. Każdy organizm ma określona tolerancję względem czynników warunkujących środowiska.
PROCESY BIOLOGICZNE
Tempo i efektywność procesów biologicznych zależą od natężenia czynników warunkujących, w pewnych zakresach zmienności czynnika warunkującego procesy biologiczne ustają i życie staje się niemożliwe

OGRANICZAJĄCE CZYNNIKI EKOLOGICZNE ? jest to grupa czynników biotycznych i abiotycznych. Z reguły działają one kompleksowo, zwiększając tym samym adaptację organizmu do warunków środowiska. Współdziałanie tych czynników decyduje o przebiegu rozwoju oraz życiu organizmów zwierzęcych i roślinnych. Zmiana jednego z nich ma wpływ na oddziaływanie pozostałych.

CZYNNIKI ABIOTYCZNE ? to oddziaływanie nieożywionych elementów środowiska na organizmy. Do abiotycznych, czyli fizykochemicznych czynników środowiska zalicza się: temperaturę, ilość wody, ilość światła, powietrze będące źródłem tlenu, dwutlenku węgla, azotu i innych gazów, prądy, ciśnienie, wiatr, ilość składników pokarmowych (makro- i mikroelementów), pH (odczyn), zasolenie, zawartość substancji toksycznych, oraz czynniki edaficzne ? gleba, jej struktura, skład chemiczny
? Temperatura ? działa ograniczająco na organizmy; przejawy życia są możliwe w bardzo szerokim zakresie temperatur. Istotną rolę odgrywa tu pokrycie ciała oraz ilość tłuszczu, spełniające funkcje termoizolacyjne.; u zwierząt typową formą przystosowania do przetrwania niesprzyjających warunków termicznych jest sen zimowy (hibernacja) lub sen letni (estywacja); w wodzie amplituda wahań temperatury jest mniejsza niż na lądzie, ponieważ woda ma duże ciepło właściwe, a zatem i dużą pojemność cieplną, stąd też organizmy wodne mają odpowiednio węższe zakresy tolerancji niż organizmy lądowe.

? Światło ? promieniowanie słoneczne jest podstawowym źródłem energii na Ziemi, w tym również procesów życiowych organizmów występujących w biosferze. Wpływ światła na organizm jest zróżnicowany i zależy od jego natężenia, jakości i czasu naświetlenia. W wodzie natężenie promieniowania ulega zmianie, co jest związane z jego silnym pochłanianiem (absorpcją). Tylko część promieni słonecznych padających na powierzchnię wody przenika w głąb.; dla zwierząt światło jest ważnym czynnikiem fizycznym. Długość dnia, a więc czas naświetlenia oraz intensywność światła jest czynnikiem regulującym czynności życiowe organizmu: aktywność rozrodczą, wzrost, tempo przemiany materii, wędrówki, zachowanie się, orientację w otoczeniu.
? Woda ? niezbędny składnik każdego żywego organizmu, a zawartość jest zróżnicowana w poszczególnych jego częściach w zależności od wieku oraz etapu rozwojowego i wynosi przeciętnie 70 -80%. Woda jest czynnikiem ograniczającym głównie w środowiskach lądowych, w szczególności suchych, natomiast w środowisku wodnym tylko tam, gdzie jej ilość ulega dużym wahaniom. W siedliskach ubogich w wodę organizmy wykształciły różne rodzaje przystosowań, polegające głównie na magazynowaniu wody lub na ograniczaniu jej wydalania.
? Gazy ? największe znaczenie ma tlen, dwutlenek węgla i azot. W środowisku lądowym zawartość azotu wynosi 78%, tlenu 21%, dwutlenku węgla 0,03% i jest stosunkowo stała. W środowisku wodnym procentowa zawartość jest inna niż w powietrzu, a ich ilość zależy od temperatury, zasolenia, ciśnienia atmosferycznego, rozpuszczalności. Tlen ? w wodzie ma duże znaczenie dla życia organizmów. Pochodzi z procesów fotosyntezy, częściowo zaś dostaje się na drodze dyfuzji z powietrza. Dwutlenek węgla ? może występować w wodzie w zmiennych ilościach; jest go więcej w wodzie niż w powietrzu, co wynika z bardzo dobrej rozpuszczalności w wodzie. CO2 jest niezbędny w życiu roślin jako zasadnicze źródło węgla będącego podstawowym elementem budowy związków organicznych. W ostatnich czasach szczególnego znaczenia nabiera zawartość CO2 w atmosferze jako czynnika wywołującego tzw. ?efekt cieplarniany?
? Ciśnienie ? to siła działająca na określoną powierzchnię. Wyróżniamy: ciśnienie atmosferyczne- panujące w atmosferze ziemskiej, którego wartość zmienia się wraz ze zmianą temperatury i wysokości nad poziomem morza, oraz ciśnienie hydrostatyczne ? panujące w zbiornikach wodnych.. wysokie ciśnienie panujące w głębiach oceanów najczęściej wywiera wpływ ujemny, przejawiający się w zwolnieniu procesów życiowych.

CZYNNIKI BIOTYCZNE ? to żywe składniki środowiska (rośliny, zwierzęta, człowiek) wywierające bezpośredni lub pośredni wpływ na siebie wzajemnie i na otaczające abiotyczne składniki środowiska.; zależności międzygatunkowe i wewnątrzgatunkowe, jak również wpływ organizmów na środowisko abiotyczne; skład chemiczny gleby, wody morskiej, czy dna o dużym stopniu zależą od wpływu organizmów tam bytujących; na życie organizmów oddziałują także inne organizmy.; istotny jest także wpływ zwierząt na rośliny. Niektóre z nich przyczyniają się do poprawy struktury gleby (np. dżdżownice), inne pośredniczą w zapylaniu roślin czy w rozsiewaniu nasion (np. owady). Wiele gatunków zwierząt to pasożyty. Zwierzęta roślinożerne mogą wpływać zarówno na ilościowy, jak i gatunkowy skład szaty roślinnej.

PRAWA OPISUJĄCE TOLERANCJĘ ORGANIZMÓW

Tolerancję organizmów na dany czynnik opisują dwa prawa : prawo minimum J. Liebiega oraz prawo tolerancji V.E. Shelforda.

Prawo minimum Liebiga mówi, że możliwość rozwoju i wzrostu organizmu określa ten składnik, którego jest najmniej w stosunku do zapotrzebowania. Czynnikiem ograniczającym wzrost i rozwój rośliny może być niedobór wody, składnika pokarmowego, światła, niskie stężenie CO2, u zwierząt natomiast ? niedobór białka, witamin, wody.
Prawo tolerancji Shelforda jest rozszerzeniem prawa minimum. Mówi ono, że możliwość bytowania organizmu określają minima i maksima danego czynnika. Prawo Shelforda jest rozszerzone regułami pomocniczymi, które mówią, że:
Tolerancja w stosunku do jednego czynnika zmienia się w zależności od sumy czynników działających w tym samym czasie,
Organizmy mogą mieć szeroki zakres tolerancji w stosunku do jednego czynnika, a wąski do innego,
Organizmy o szerokim zakresie tolerancji w stosunku do wszystkich czynników są również najszerzej rozprzestrzenione,
Kiedy warunki środowiska nie są optymalne dla gatunku ze względu na jeden czynnik ekologiczny, to jego granice tolerancji wobec innych czynników mogą być zawężone.

Prawo minimum Liebiga - jedno z podstawowych praw ekologii klasycznej, mówiące, że czynnik, którego jest najmniej (jest w minimum) działa ograniczająco na organizm, bądź całą populację. Justus von Liebiga prowadził swoje badania w drugiej połowie XIX w. na roślinach, u których zauważył, że wystarczy niedobór jednego tylko ze składników pożywki, na której były hodowane, aby ograniczyć wzrost rośliny. Potem udowodniono, że prawo minimum odnosi się także do innych organizmów żywych i ma zastosowanie ogólno przyrodnicze. Rozwinięciem tego prawa jest zasada tolerancji ekologicznej Shelforda.

Zasada Shelforda - koncepcja mówiąca, że zarówno niedobór, jak i nadmiar różnych czynników wpływa na organizm ograniczająco. Prawo to określa możliwość rozwoju populacji. Możliwość bytowania organizmów określają dwie wartości, tzw. ekstrema działającego czynnika: minimum i maksimum. Zakres między minimum a maksimum nazywamy zakresem tolerancji. Wyróżniamy podział ze względu na tolerancyjność:
eurybionty - organizmy charakteryzujące się dużą tolerancją względem danego czynnika środowiska
stenobionty - charakteryzujące się mniejszą tolerancją:
-polistenobionty
-mezostenobionty
-oligostenobionty

CECHY POPULACJI

Populacja ? grupa osobników jednego gatunku, zamieszkujących wspólny obszar, w tym samym czasie, mogących się swobodnie i skutecznie krzyżować, tzn. wydawać płodne potomstwo, wzajemnie na siebie oddziaływają
? Liczebność ? liczba osobników składających się na populację. W ścisłym związku z liczebnością pozostaje zagęszczenie populacji, czyli liczba osobników przypadająca na określoną jednostkę powierzchni. Liczebność i zagęszczenie zależą od wielkości organizmów. Im organizmy większe tym populacja mniej liczna i mniej zagęszczona. Zagęszczenie populacji nie może być zbyt duże ze względu na ograniczoną pojemność i wydolność środowiska.
? Zagęszczenie-liczba osobników przypadających na określona jednostkę powierzchni lub określonej jednostce objętości.na zagęszczenie wpływ mają różne czynniki, tj.:imigracje, emigracje, rozrodczość, śmiertelność.
? Rozrodczość ? to stosunek liczby nowo urodzonych osobników do liczebności całej populacji

? Śmiertelność ? proces przeciwstawny rozrodczości, dotyczy umieralności osobników w populacji. Może być uwarunkowana przyczynami: środowiskowymi (brak pokarmu), osobniczymi (starzenie się brak opieki nad potomstwem, sposób rozrodu), populacyjnymi (przegęszczenie, konkurencja), biocenotycznymi (pasożyty, drapieżnictwo)
- krzywa przeżywania:
-krzywa I typu ? do pewnego wieku śmiertelność osobników jest niewielka, dopiero w późniejszym wieku gwałtownie rośnie (człowiek)
- liniowy przebieg krzywej II typu ? jednakowe prawdopodobieństwo śmierci niezależne od wieku osobników; konsekwencją tego jest równomierny spadek przeżywalności wraz z upływem czasu
-krzywa III typu ? jest znamienna dla populacji, którą cechuje wysoka śmiertelność w okresie młodocianym, a jednocześnie znaczna przeżywalność osobników w wieku zaawansowanym (żółwie, mięczaki, jaja ryb morskich).

? Rozprzestrzenianie ? polega na przemieszczaniu się osobników (dorosłych lub młodych) między populacjami; przyczynia się to do zmian liczebności populacji, a zależy głównie od istniejących barier w środowisku i ruchliwości (aktywności życiowej) osobników. Ma duże znaczenie w kształtowaniu typu oraz krzywej wzrostu populacji i zagęszczenia. Istnieją trzy formy rozprzestrzeniania:
- emigracja ? jednokierunkowy ruch osobników na zewnątrz, opuszczanie populacji
- imigracja ? jednokierunkowy ruch do wewnątrz, przybywanie nowych osobników spoza populacji
- migracja ? ruch dwukierunkowy, przemieszczanie się osobników między populacjami.
? Struktura płci i wieku ? udział różnych grup wiekowych w populacji z uwzględnieniem podziału na płeć. Udział ten graficznie przedstawia się za pomocą schematu, zwanego piramidą płci i wieku.

Dynamika liczebności populacji- zmiany liczebności osobników w czasie. Jest ona wynikiem procesów rozrodczości i śmiertelności , a w przypadku zwierząt także i migracji. Zmiany te zapisuje się w postaci krzywej, która może przybierać kształt:
? litery J ? uzyskiwana przy wzroście nieograniczonym (brak czynnika ograniczającego); wówczas liczba osobników stale wzrasta
? litery S ? uzyskiwana przy ograniczonym wzroście, związana z istnieniem czynników ograniczających biotycznych i abiotycznych

? funkcji oscylacyjnej
? funkcji fluktuacyjnej

TYPY INTERAKCJI MIĘDZYGATUNKOWYCH
INTERAKCJE MIĘDZY POPULACJAMI ? dwie populacje mogą, ale nie muszą, oddziaływać na siebie; klasyfikacja interakcji jest oparta na korzyściach lub stratach, jakie odnosi jeden lub oba gatunki
? NEUTRALIZM - żadna z dwóch populacji nie wpływa na drugą
? INTERAKCJE ANTAGONISTYCZNE ? współzależności niekorzystne, czyli: amensalizm, konkurencja, drapieżnictwo i pasożytnictwo
? Amensalizm ? typ oddziaływania, w którym populacja jednego gatunku hamuje rozwój drugiej populacji, nie ponosząc strat i nie czerpiąc z tego żadnych korzyści(grzyb pędzla produkuje penicylinę, hamujący rozwój bakterii)
? Konkurencja ? zachodzi między osobnikami o tych samych wymaganiach życiowych, zajmujących tę samą przestrzeń i korzystających z tych samych zasobów będących w niedomiarze; dotyczy osobników o wspólnej niszy ekologicznej; najostrzej zaznacza się na między osobnikami tego samego gatunku (konkurencja wewnątrzgatunkowa) lub gatunków blisko spokrewnionych albo między osobnikami różnych gatunków (konkurencja międzygatunkowa) o podobnych wymaganiach; osobniki te, zajmując wspólną niszę ekologiczną, współzawodniczą ze sobą o te same zasoby i o to samo siedlisko. Prowadzi to do osłabienia, a w końcu do wyeliminowania najsłabszego najmniej dostosowanego; w jej wyniku dochodzi do rozdzielenia blisko spokrewnionych ze sobą gatunków, a w konsekwencji do wypierania gatunku słabszego przez silniejszy; w ukształtowanych, zrównoważonych biocenozach wyklucza się możliwość współistnienia dwóch populacji o całkowicie pokrywających się niszach.
? Drapieżnictwo ? ma miejsce wtedy, gdy jedna z populacji przynosi szkodę drugiej, a sama w ten sposób czerpie korzyści; przede wszystkim dotyczy zwierząt i zachodzi w układzie drapieżca ? ofiara. Drapieżca wykrywa ofiarę, chwyta ją, zabija i zjada; istnienie drapieżców i ofiar jest jednym z mechanizmów regulujących liczebność zwierząt w biocenozie. Drapieżniki rozmnażają się, co prowadzi do wzrostu ich liczebności, a polując na ofiary powodują ich masowe wymieranie, co jest skutkiem obniżenia ich liczebności. Pociąga to za sobą z kolei spadek liczebności pozbawionego pokarmu drapieżcy. Zmniejszenie populacji drapieżcy pozwala na rozwój populacji ofiary. Te wzrosty i spadki mają charakter cykliczny
? Pasożytnictwo ? negatywny typ zależności miedzy żywicielem a pasożytem. Pasożyt żyje kosztem gospodarza i działa na jego szkodę, równocześnie jednak nie może bez niego utrzymać się przy życiu. Dzielimy na:
- pasożytnictwo zewnętrzne ? reprezentują pasożyty, które przytwierdzają się do ciała żywiciela na stałe bądź okresowo, aby czerpać z niego substancje odżywcze, np. krew. Np. pasożyty zewnętrzne zwierząt: pijawki, kleszcze, a pasożyty zewnętrzne roślin: jemioła, huba.
- pasożyty wewnętrzne ? reprezentują pasożyty, które cykl rozwojowy bądź jakąś fazę odbywają wewnątrz ciała żywiciela. Przystosowanie się do życia wewnątrz ciała żywiciela prowadzi do zmian w budowie pasożyta, np. zanikają pewne narządy czy układy(ruchu, pokarmowy), a rozwijają się inne (układ rozrodczy, haczyki i przyssawki u tasiemca). Zmiany dotyczą także funkcji życiowych, np. utrata zdolności do syntezy niektórych związków występująca u bakterii wewnątrzkomórkowych
? INTERAKCJE NIEANTAGONISTYCZNE- protekcyjne wymienia się: komensalizm, protokooperacja, mutualizm.
? Komensalizm ? to typ współżycia miedzy dwoma gatunkami, w którym jeden czerpie korzyści nie przynosząc korzyści ani szkody drugiemu; np. hiena, szakal, korzystające z resztek upolonowanej przez lwa zdobyczy; komensal może żyć również wewnątrz organizmu gospodarza, nie wyrządzając mu szkody, np. pierwotniaki żyjące na skrzelach małży.
? Protokooperacja ? jest to współżycie dwu gatunków czerpiących korzyści ze swojej obecności, ale jednocześnie nie będących całkowicie od siebie uzależnionymi; każdy z nich jest zdolny do życia bez obecności drugiego, np. krab pustelnik i ukwiał. Ukwiał korzysta z resztek pokarmu kraba i wykorzystuje go jako środek lokomocji, sam zaś ze swymi parzydełkami stanowi jego ochronę
? Mutualizm ? nieodzowna, ścisła współzależność dwu różnych gatunków czerpiących obopólne korzyści, przy czym jeden gatunek nie jest zdolny do życia bez obecności drugiego, np. glony i grzyby tworzące porosty. Grzyb dostarcza tkanki podtrzymującej, a glon zapewnia produkty fotosyntezy
- mikoryza ? współżycie korzeni rośliny naczyniowej z grzybem
RODZAJE POPULACJI
? rozwijająca się ?przewaga osobników młodych
? ustabilizowana-udział poszczególnych grup wiekowych jest równomierny, a liczebnośc nie podlega większym zmianom
? wymierająca- przewaga osobników starych
Bariery ekologiczne - to struktury oddzielające i przecinające różne jednostki przestrzenne krajobrazu. Stanowi je szereg elementów fizycznych środowiska. Bariery możemy podzielić na naturalne, np. rzeka czy wąwóz lub stworzone przez człowieka - droga, zabudowa, płot, linia energetyczna. Bariery ekologiczne naturalne i antropogeniczne uniemożliwiają wymianę genową między różnymi populacjami ale pełnia tez funkcję ochronna gatunków wiadomym jest, iż drogi o intensywnym ruchu pojazdów istotnie zwiększają śmiertelność wielu grup zwierząt, podobnie jest w sąsiedztwie linii kolejowych. Według innego kryterium podziału wyróżniamy bariery liniowe (linie kolejowe, drogi, linie energetyczne) oraz powierzchniowe (miasta, wioski, pola uprawne, tereny ogrodzone). Łącznie na obszarze parku znajduje się ok. 460 km różnych liniowych barier ekologicznych, w tym ok. 22 km linii kolejowych, 239 km dróg intensywnie eksploatowanych oraz ok. 200 km linii energetycznych. Fragmentacja środowiska przez człowieka na różnorodne obszary, jest uważana za jedno z głównych zagrożeń dla istnienia wielu gatunków roślin i zwierząt. W takiej sytuacji nieodzownym staje się zachowanie istniejących jeszcze połączeń między izolowanymi fragmentami środowiska w miarę naturalnego. Takie "łączniki" nazywane są korytarzami ekologicznymi