Ekologia

Termin ekologia wprowadził Haeckley. Ekologia jest nauką, która bada zależności pomiędzy istotami żywymi oraz ich środowiskiem zarówno fizycznym jak i biologicznym. Środowisko jako system funkcjonalny wpływa na organizmy, które w nim żyją poprzez odpowiednie czynniki. Jako czynniki o podstawowym znaczeniu dla istnienia organizmów wyróżnia się czynniki biotyczne i abiotyczne. Czynniki biotyczne obejmują oddziaływania, których źródłem są inne organizmy znajdujące się w otoczeniu. Czynniki abiotyczne to kompleks oddziaływań wynikających ze składu chemicznego oraz stanów fizycznych środowiska, np. temperatura, światło, wilgotność podłoża, zasolenie, pH podłoża oraz siła wzrostu i inne. Ekologię dzieli się na kilka działów, np. autekologia bada związki organizmów ze środowiskiem a więc jest powiązana z fizjologią; synekologia jest to ekologia ekosystemów, zespołów, populacji. Podstawowe terminy ekologiczne: -biosfera- jest to ta część litosfery, atmosfery i hydrosfery, gdzie istnieje życie; -osobnik- przedstawiciel gatunku; -gatunek- zbiór osobników podobnych do siebie, mogących się ze sobą krzyżować i wydawać pełnowartościowe biologiczne potomstwo, gatunek jest podstawową jednostką systematyczną; -populacja- zbiór osobników tego samego gatunku zamieszkujących dane środowisko, np. karpie w danym stawie; -biocenoza- zespół różnych populacji powiązanych ze sobą zależnościami pokarmowymi, zamieszkujących określone środowisko, np. dany las. Na biocenozę składają się producenci, konsumenci I, II, III, IV rzędu, reducenci i destruenci. Producenci to rośliny zielone mogące w procesie fotosyntezy wytwarzać potrzebne im pokarmy. Konsumenci I rzędu to roślinożercy. Konsumenci II rzędu to mięsożercy. Konsumenci III rzędu to drapieżnicy, a IV rzędu to wielcy drapieżnicy. Reducenci to bakterie i grzyby, które mineralizują obumarłe szczątki organiczne, które mogą być z łatwością przyswajane przez roślinę. Destruenci to np. zwierzęta glebożerne i mułożerne, które żywią się obumarłymi szczątkami skracając w ten sposób bieg materii w przyrodzie; -ekosystem- środowisko nieożywione i bytująca w nim biocenoza zadanego określonego terenu, np. dany las; -biotop- to środowisko w którym występuje określony zespół organizmów, tworzą go główne czynniki abiotyczne, które odróżniają jeden biotop od drugiego, biotop to środowisko nieożywione; -siedlisko- to część środowiska ekologicznego stanowiąca zespół czynników odnoszących się głównie do gleby; -edafon- zespół organizmów glebożernych; -nisza ekologiczna to całokształt potrzeb życiowych danego organizmu, jego najbliższe środowisko, jego dom; -czynniki antropogeniczne- to te które spowodowane są działalnością człowieka; -gatunki syrantropijne to gatunki towarzyszące człowiekowi, np. myszy, szczury, karaluchy; -ekoton- strefa przejściowa między jedną a druga biocenozą; -endemity to gatunki, których występowanie kojarzy się z określonym terenem, np. kozice w tatrach; -relikty to gatunki ginące, umierające, np. skrzelopływka bagienna. Charakterystyka populacji Charakteryzując populacje bierze się pod uwagę jej: 1.zagęszczenie czyli liczebność, 2.rozrodczość, 3.śmiertelność, 4.strukturę wiekową, 5.rozmieszczenie osobników w populacji. Ad1. Zagęszczenie to liczebność populacji wyrażona liczbą osobników na jednostkę powierzchni czy objętości. Zagęszczenie jest rzeczą zmienną, w naszych warunkach uzależniona jest sezonową zmiennością środowiska (z porami rok). U szkodników zdarzają się masowe pojawy cykliczne. w języku ekologicznym nazywamy to gradacją. Nieregularne wahania liczebności populacji to fluktuacja. Liczebność można mierzyć dwoma metodami: 1.metoda bezwzględna-ustala się liczbę osobników na jednostce powierzchni czy objętości przez liczenie zwierząt bądź znakowanie przez obrączkowanie; 2.metoda względna-to zbiór danych których nie można odnieść do wielkości powierzchni, ale można do czasu. Ad2. Rozrodczość, tj. wrodzona zdolność populacji do rozrodu. Może się ona różnie kształtować: rodzić, wylęgać, kiełkować, dzielić. Rozrodczość może być ekologiczna i potencjalna. Rozrodczość potencjalna- maksymalna możliwość rozmnażania się dla całej populacji i dla każdego osobnika. W przyrodzie takie sytuacje zdarzają się rzadko, gdyż są ograniczone przez czynniki abiotyczne lub biotyczne (brak pożywienia, konkurencja). Rozrodczość ekologiczna- to ta która występuje w przyrodzie z uwzględnieniem wszystkich niedogodności. Rozrodczość zależy od wieku osobników. Ad3. Śmiertelność oznacza wymieranie osobników w populacji i jest przeciwstawnym terminem rozrodczości. Wiele czynników wpływa na śmiertelność: -środowisko (brak pokarmu); -śmierć ze starości, chorób; -kanibalizm. Ad4. Strukturę wiekową populacji można określić oceniając stosunek liczbowy osobników w wieku przedprodukcyjnym, reprodukcyjnym i poreprodukcyjnym. Uwzględniając to wyróżniamy trzy typy populacji: populacja w fazie rozwoju, populacja ustabilizowana, populacja ginąca. Ad5. rozkład przestrzenny osobników w populacji. Wyróżniamy 3 rodzaje takiego rozkładu: rozkład uporządkowany, rozkład skupiskowy, rozkład losowy. Stosunki w obrębie populacji i między populacjami w biocenozach Mogą być antagonistyczne czyli ujemne i nieantagonistycne czyli dodatnie. Do stosunków antagonistycznych należą neutralizm, konkurencja, amesalizm, allelopatia, drapieżnictwo i pasożytnictwo. 1.neutralizm występuje wtedy gdy populacje są pod względem ekologicznym sobie obojętne i zajmują odrębne terytoria czy też nisze ekologiczne. 2.konkurencja występuje wtedy gdy populacje mają wspólne środowisko albo część tego środowiska, wtedy osobniki tych populacji konkurują o terytorium, pożywienie, światło. Inaczej przedstawia się konkurencja zwierząt inaczej roślin. Zwierzęta konkurują o pożywienie, wodę samicę, niekiedy konkurencja przybiera postać krwawej walki. Rośliny konkurują o światło, terytorium, wodę. 3.amesalizm to typ konkurencji (reakcji) w którym hamowany jest rozwój jednego gatunku, drugi nie ma z tego korzyści ani też nic nie traci. Amesalizm może przebiegać podobnie jak antybioza czyli allelopatia. Antybioza-zahamowanie rozwoju istot żywych. Allelopatia dotyczy roślin i może być dodatnia i ujemna.. Allelopatia dodatnia występuje m.in. u takich gatunków jak łubin+ziemniaki, pszenica+kąkol. Allelopatia ujemna to szkodzenie wydzielinami innym gat. roślin i korzystanie z tego przez częściowe zajęcie niszy ekologicznej, np. świerk+dąb, jesion+dąb. 4.drapieżnictwo występuje wtedy gdy drapieżnik zbija swoją ofiarę a później ją zjada. Drapieżnikami są niektóre ptaki, ssaki, owady, pajęczaki, ryby i niektóre jamochłony, owadożerne rośliny. 4.Pasożytnictwo tym się różni od drapieżnictwa, że drapieżnik najpierw zbija ofiarę a później ją zjada, zaś pasożyt żyje kosztem innego żywego organizmu, powoduje jego szkodę ale go nie zbija. Pasożytami są wirusy, niektóre bakterie, niektóre grzyby, większość robaków, niektóre pierwotniaki i owady. Stosunki nieantagonistyczne 1.mutualizm, czyli symbioza, jest to współżycie dwóch organizmów oparte na wzajemnych korzyściach, przy czym rozdzielone od siebie te organizmy nie mogą bez siebie żyć, np. porosty. 2.mikoryza-współżycie grzybów z korzeniami drzew. 3.komensalizm- współżycie dwóch populacji z których jedna wykorzystuje drugą nie dając w zamian nic ale i nie szkodząc, np. podrawka i rekin. 4.protokooperacja jest to zależność która polega na tym, że dwie populacje odnoszą wzajemne korzyści ze współżycia ale rozdzielone mogą bez siebie żyć, np. stada wielkich roślinożerców afrykańskich. Charakterystyka ekosystemów Najogólniej ekosystemy dzielimy na lądowe i wodne. Lądowymi są: lasy, torfowiska, łąki, pola uprawne, nieużytki. Ekosystemy wodne to: oceany, morza, jeziora, rzeki, stawy, kałuże. Las mieszany jest przykładem wielowarstwowego ekosystemu, na który składają się: ściółka leśna, runo leśne, podrost czyli podszyt, drzewa pienne albo wysokie drzewa. W każdej z tych warstw obok roślin występują zwierzęta. Żywe organizmy stanowią biocenozę lasu. Zwierzęta żyjące tam tworzą łańcuchy pokarmowe. Wyróżnia się dwa typy łańcuchów. Jeśli pierwszym ogniwem w łańcuchu jest roślina zielona to jest to łańcuch spasania, jeśli pierwszym ogniwem jest martwa materia organiczna jest to łańcuch detyrkusowy. W zależności od tego w jakim kierunku w łańcuchu pokarmowym narysujemy strzałkę inaczej będziemy go odczytywali: A zboże<-mysz<-lis<-kleszcz<-drobnoustroje –łańcuch wskazuje na kogo dany organizm poluje B zboże->mysz->lis->kleszcz->drobnoustroje –łańcuch wskazuje kierunek przepływu energii. Łańcuch A i B są łańcuchami spasania. martwa materia org.->dżdżownica->kura->lis->drobnoustroje –łańcuch detyrkusowy. Zespoły wzajemnie zjadających się organizmów tworzą zazwyczaj sieci troficzne albo pokarmowe. Jezioro jako przykład ekosystemu wodnego Jezioro ma również budowę warstwową i wyróżniamy w nim: litoral (strefa przybrzeżna), pelogial (toń wodna), bentos (strefa przydenna) W oceanach jest jeszcze abysal (strefa toni wodnej poniżej 1000m głębokości) W każdej z tych stref żyją charakterystyczne dla nich rośliny i zwierzęta. Sukcesja ekologiczna – to uporządkowany proces zmian, jakim podlega biocenoza, co w konsekwencji prowadzi do kolejnego następstwa jednej biocenozy po drugiej na danym obszarze. Zmiany sukcesyjne mają charakter uporządkowany i są nieodwracalne. Wyróżnia się dwa typy sukcesji: pierwotną i wtórną. Sukcesja pierwotna- rozwija się na pow. gdzie nie było przedtem żadnej biocenozy (skały, wydmy, zastygła lawa wulkaniczna). Przebieg sukcesji pierwotnej na mierzei Łebskiej: I stadium-wydmy porastają gat. pierwotne (sitowie); II stadium z udziałem mchów gdzie dominuje płonnik; III stadium z krzewinkami gdzie dominuje wrzos, wrzosiec, pojawiają się pierwsze drzewa lekkonasienne (brzoza brodawkowata, sosna); IV stadium tworzy je młody lasek sosnowy o krzewinkowym runie; V stadium to bażyrowy bór nadmorski w wilgotnej postaci. Sukcesja wtórna następuje po zniszczonej w danym miejscu biocenozie, np. na ugorze. Jest powszechna. Czas zachodzenia obu sukcesji jest różny, Sukcesja wtórna zachodzi szybciej. Przebieg sukcesji wtórnej na zrębie leśnym po żyznym lesie liściastym: I stadium z krótkotrwałymi roślinami jedno- i dwuletnimi. Trwa od 1 do 3 lat, dominuje starzec zwyczajny; II stadium z krótkotrwałymi bylinami. Występuje w czwartym i piątym roku, np. turzyca pigułkowata i przetocznik; III stadium – średniotrwałe krzewy, gat. powszechnym jest malina, stadium to trwa do 6 roku; IV stadium-młody las liściasty; V stadium-dynamiczne zrównoważona biocenoza lasu liściastego. Sukcesja kończy się z chwilą ustabilizowania ekosystemu, o ile jest to możliwe w danych warunkach klimatyczno-glebowych na danym obszarze. Podłoże i klimat nadają kierunek sukcesji, np. gleby wapienne należą do ciepłych gleb, zaś silnie zasolone są glebami zimnymi. Duże znaczenie dla sukcesji ma wiatr, który przenosi nasiona roślin, zarodniki i drobne zwierzęta a nawet ptaki. Wiatr nadaje kształt drzewom, np. nad morzem drzewa mają postać sztandarową. Sukcesja kończy się klimaksem, jest to stadium sukcesji, w którym aktywny proces rozwoju jest jest bardzo powolny ale odbywa się ciągle. Cykle biogeochemiczne. Krążenie azotu w przyrodzie W powietrzu atmosferycznym występuje ok. 78% azotu, który jest pierwiastkiem małoaktywnym i trudno wchodzi w reakcje z innymi pierwiastkami. Tlenki azotu powstają podczas wyładowań atmosferycznych. Rośliny wyższe pobierają azot tylko w postaci NO3- . Azot potrzebny jest im do: syntezy aminokwasów, białek, zasad azotowych, kwasów nukleinowych. Azot jest też składnikiem produktów metabolizmu białek u zwierząt, amoniaku, kw. moczowego i mocznika. W krążeniu azotu w przyrodzie na każdym etapie biorą udział jakieś bakterie. Bakterie gnilne rozkładają obumarłe szczątki roślin i zwierząt, powstaje amoniak NH3. Bakterie nitryfikacyjne (azotowe) utleniają amoniak etapami według równania NH3 –bakterie z rodzaju Nitrosomoras>NO2—bakterie z rodzaju Nitrobacter>NO3-. Bakterie denitryfikacyjne redukują NO3- do N2↑. W przyrodzie żyją bakterie które mogą pobierać azot z powietrza. Są nimi bakterie tkankowe z rodzaju Azotolacter i beztlenowa z rodzaju Clostridium. Bakterie z rodzaju Rhizobium żyją w symbiozie z korzeniami roślin motylkowych i mogą przetwarzać azot atmosferyczny na aminokwasy i białka. Formy ekologiczne roślin Istnieją zależności między budową organizmów a środowiskiem w którym żyją. Wyraźnie możemy to obserwować w środowiskach w warunkach skrajnych, np. gdy podłoże jest suche, kwaśne lub bardzo wilgotne. W związku z tym wyróżniamy grupy roślin:-Hydrofity to rośliny całkowicie zanurzone w wodzie, bądź z liśćmi pływającymi po powierzchni wody. Korzenie tych roślin często są zredukowane, liście pokrywa cienka skórka pozbawiona aparatów szparkowych. Do tej grupy zalicza się: pływacz, grążel żółty, grzybień biały, rogatek, moczarka kanadyjska, wywłucznik, strzałka wodna (wyróżnia się heterofilią-wielolistnością); -Hygrofity- rośliny rosnące w środowisku przesyconym parą wodną nawet do 100%, są to rośliny puszczy tropikalnej. W naszych lasach należą tu rośliny: zawilec gajowy, szczawik zajęcy, piżmaczek wiosenny, niecierpek pospolity; -Kserofity- rośliny przystosowane do środowisk suchych i dzielą się na sklerofity i sukulenty. Sklerofity to rośliny sztywne, skórzaste, dobrze przystosowane do regulowania transpiracji, mają dobrze rozwinięty korzeń i prowadzą niezbyt oszczędną gospodarkę wodną. Należą tu rozchodnik, rojnik. Sukulenty charakterystyczne są dla obszarów gdzie są niewielkie opady wody, należą ty różne formy kaktusów. Prowadzą oszczędną gospodarkę wodną; -Mezofity to rośliny przystosowane do warunków umiarkowanie wilgotnych i stanowią pośrednią grupę pomiędzy hydrofitami i kserofitami. Liście ich są spłaszczone, grzbietobrzuszne; -Tropofity to rośliny klimatu zmiennego, gdzie występują pory roku (np. u nas); -Epifity, np. porosty, niektóre glony, niektóre mszaki i jemioła; -Rośliny mięsożerne (owadożerne) żyją na glebach ubogich w azot, kwaśnych. Chwytając owady uzupełniają niedobór azotu.