Funkcjonowanie ekosystemu
Ekosystem to układ ekologiczny złożony z dwóch podstawowych komponentów: organizmów żywych i materii nieożywionej. Występowanie wielu gatunków w ekosystemie gwarantuje prawidłowe krążenie materii oraz regulację liczebności populacji, a w konsekwencji gwarantuje ich przetrwanie oraz zachowanie naturalności ekosystemu. Populacje organizmów powiązane są ze sobą różnymi zależnościami.
Czym jest ekosystem?
Jakie zależności pokarmowe zachodzą w ekosystemie?
Zdefiniujesz, czym jest ekologia.
Opiszesz rodzaje oddziaływań między gatunkami.
Wskażesz przykłady organizmów pełniących określone funkcje w ekosystemie.
Opiszesz cechy populacji: rozrodczość, śmiertelność, liczebność, zagęszczenie, struktura przestrzenna, struktura płciowa i struktura wiekowa.
Dokonasz obserwacji liczebności, rozmieszczenia i zagęszczenia wybranego gatunku rośliny zielnej w terenie.
1. Ekologia – nauka o środowisku przyrodniczym
Wszystkie elementy ekosystemu oddziałują na siebie. Należą do nich organizmy, które są nazywane ożywionymi elementami przyrody (biocenoza), i elementy nieożywione (biotop), takie jak składniki mineralne zawarte w glebie, światło, woda, wilgotność, temperatura powietrza, obecność tlenu i dwutlenku węgla, zasolenie wody i gleby. Organizmy mają określone wymagania wobec środowiska. Dany gatunek zasiedla tylko taki teren, na którym może zaspokajać swoje potrzeby. Organizmy są powiązane wieloma zależnościami zarówno z innymi osobnikami, jak i ze składnikami przyrody nieożywionej.
Więcej informacji znajdziesz w e‑materiale pt. Poznawanie świata organizmówPoznawanie świata organizmów.
Porównaj warunki życia w środowisku lądowym i wodnym, uwzględniając 3 wybrane czynniki oraz zapisz swoje obserwacje.
2. Relacje między gatunkami
Organizmy zamieszkujące to samo środowisko wzajemnie na siebie oddziałują. Oddziaływania te mogą być dla nich korzystne (nieantagonistyczne) lub niekorzystne (antagonistyczne). Korzystną relację między dwoma osobnikami należącymi do różnych gatunków, w wyniku której zwiększają się szanse na przeżycie obu z nich, nazywa się mutualizmem. Mutualizm może być bezwzględnie konieczny do przeżycia organizmów (wtedy jest to symbioza) lub mieć charakter okresowy (protokooperacja). Relacja, która przynosi korzyści jednemu organizmowi, a dla drugiego jest obojętna, to komensalizm. Niekorzystne relacje między gatunkami występują, jeśli osobniki jednego z gatunków osłabiają, wywołują chorobę bądź uśmiercają osobniki drugiego gatunku. Przykładami niekorzystnych relacji są drapieżnictwo, pasożytnictwo, roślinożerność i konkurencja.
Typ oddziaływania | Oddziaływanie | Populacja A | Populacja B |
Korzystny | symbioza | symbiont I | symbiont II |
protokooperacja | protokooperant I | protokooperant II | |
komensalizm | komensal | współpartner | |
Niekorzystny | roślinożerność | roślina | roślinożerca |
drapieżnictwo | ofiara | drapieżnik | |
pasożytnictwo | żywiciel | pasożyt | |
konkurencja | konkurent I | konkurent II |
Więcej informacji znajdziesz w e‑materiale pt. Zależności pokarmowe w ekosystemieZależności pokarmowe w ekosystemie.
Na dowolnym przykładzie pary zwierząt – drapieżnika i jego ofiary – opisz ich przystosowania do polowania (drapieżnik) i uniknięcia schwytania (ofiara).
Wskaż zasoby środowiska, o które konkurują drzewa w lesie i określ skutki tej konkurencji.
Przystosowania zwierząt do pobierania pokarmu zależą od rodzaju ich pożywienia. Niedźwiedź brunatny jest zwierzęciem wszystkożernym. Żywi się głównie jagodami i grzybami, nie gardzi padliną. Zdarza się, że poluje na drobne zwierzęta, a nawet ryby. Opisz przystosowania niedźwiedzia do jego sposobów odżywiania się.
Łuskiewnik różowy jest pozbawioną chlorofilu rośliną żyjącą na korzeniach drzew liściastych i szpilkowych. Czerpie z nich pokarm oraz wodę za pomocą ssawek. Większą część roku znajduje się pod ziemią. Na wiosnę wypuszcza nadziemny pęd kwiatowy koloru różowego, pokryty mięsistymi łuskami.
Określ rodzaj relacji międzygatunkowej, jaka zachodzi między łuskiewnikiem a drzewami różnych gatunków.
Wymień przystosowania w budowie łuskiewnika do jego trybu życia.
3. Zależności w ekosystemie
Mieszkańcy ekosystemów powiązani są wzajemnymi zależnościami, z których najważniejsze są zależności pokarmowe, przedstawiane graficznie w postaci łańcuchów i sieci pokarmowych. W łańcuchach organizmy tworzą szereg: każdy z nich zajmuje odpowiedni poziom troficzny (pokarmowy). Pierwsze miejsce (ogniwo) łańcucha pokarmowego zajmują producenci materii organicznej – zwykle są to rośliny. Następne ogniwa zajmują cudzożywni konsumenci, najczęściej zwierzęta. I jedni i drudzy po śmierci stają się pokarmem destruentów (bakterii i grzybów). Rozkładają oni materię organiczną do prostych substancji nieorganicznych, będących składnikiem biotopu. Gdy substancje te zostaną pobrane przez rośliny, wracają do łańcucha pokarmowego. W ten sposób materia nieustannie krąży w ekosystemie między organizmami a ich środowiskiem.
W ekosystemie, w którym producentami są rośliny, energia słoneczna przekształcana jest przez nie w energię wiązań chemicznych związków organicznych. Jej część jest wykorzystywana przez organizmy do budowy ciała i prowadzenia procesów życiowych. Duża jej część jest rozpraszana w postaci ciepła.
Więcej informacji znajdziesz w e‑materiałach pt. Ekosystem – obieg materii i przepływ energiiEkosystem – obieg materii i przepływ energii oraz Ekosystem – współzależność środowiska i organizmówEkosystem – współzależność środowiska i organizmów.
Oceń, czy prawdziwe jest zdanie: Organizmy zajmują w ekosystemie stałe poziomy troficzne. Uzasadnij swoją opinię, podając odpowiednie przykłady. Zapisz swoją odpowiedź.
Przedstaw funkcję producentów w krążeniu materii i przepływie energii przez ekosystem.
Przeczytaj poniższy tekst i wykonaj zadania.
Bałtyk stanowi ekosystem ubogi gatunkowo. Dorsz pełnił w nim funkcję ostatniego drapieżnika. Jednak jego nadmierne połowy spowodowały znaczący wzrost liczebności populacji głównych ofiar dorsza: śledzi i szprotek. Są to gatunki ryb żywiące się głównie planktonem zwierzęcym, dla którego pożywienie stanowią jednokomórkowe, samożywne bakterie i protisty. W efekcie pojawiły się obszerne zakwity sinic, których szczątki opadają na dno i tworzą obszary beztlenowe.
Ustal, które z opisanych w tekście organizmów są producentami, a które konsumentami, ułóż z nich łańcuch pokarmowy.
Opisz skutki nadmiernego połowu dorsza w Bałtyku.
W tabeli przedstawiono liczebność populacji cudzożywnych gatunków (A‑D), które tworzą łańcuch pokarmowy w pewnym ekosystemie.
Gatunek | Liczba osobników |
A | 1000 |
B | 127 |
C | 30 |
D | 1 |
Określ liczbę poziomów troficznych w tym ekosystemie.
Wskaż gatunek roślinożerny i gatunek, który w tym ekosystemie zajmuje ostatni poziom troficzny w łańcuchu pokarmowym.
Ilustracja przedstawia fragment sieci pokarmowej na skraju lasu.
Podaj nazwy poziomów troficznych A‑D.
Znajdź na ilustracji jak najwięcej łańcuchów pokarmowych.
Wybierz dwa organizmy, które mogą ze sobą konkurować o pokarm.
Wybierz (z podanych niżej) wszystkie właściwe określenia dotyczące lisa:
roślinożerca, drapieżnik, producent, konsument I rzędu, konsument II rzędu, konsument III rzędu, saprobiont.
Wykresy przedstawiają zmiany liczebności osobników populacji A i B oraz C i D w dwóch różnych ekosystemach.
Określ rodzaj zależności, jaka zachodzi między populacjami A i B oraz C i D.
Wyjaśnij, w jaki sposób regulowana jest liczebność populacji w obu ekosystemach.
Na ilustracji przedstawiono najważniejsze elementy ekosystemu jeziora.
Wskaż gatunek, który zajmuje najwyższy poziom troficzny, oraz gatunek, który ma najwięcej konkurentów.
Wskaż populację, na której liczebność negatywnie wpłynie wzrost populacji szczupaka.
Wyjaśnij, czy usunięcie błotniarki może spowodować całkowite wyginięcie populacji konsumentów wyższego rzędu w tym ekosystemie.
Wskaż przedstawionych na ilustracji producentów.
4. Cechy populacji
Do cech populacji należą rozrodczość, śmiertelność, liczebność, zagęszczenie, struktura przestrzenna, struktura płciowa i struktura wiekowa.
Rozrodczość to liczba potomstwa wydanego na świat w określonym czasie.
Śmiertelność to liczba osobników, które giną w określonym czasie.
Liczebność – liczba osobników, które tworzą populację; wpływają na nią m.in. rozrodczość i śmiertelność.
Zagęszczenie – liczba osobników przypadających na jednostkę powierzchni.
Struktura przestrzenna (rozmieszczenie) – sposób, w jaki osobniki należące do danej populacji są rozmieszczone na zajmowanym przez siebie obszarze. Wyróżnia się trzy podstawowe rodzaje rozmieszczenia:
skupiskowe – osobniki danej populacji skupiają się w pewnych rejonach zajmowanego obszaru;
losowe – osobniki danej populacji są przypadkowo rozlokowane w przestrzeni;
równomierne – osobniki danej populacji są równomiernie rozlokowane w przestrzeni.
Struktura płciowa – wzajemny stosunek osobników męskich i żeńskich w populacji.
Struktura wiekowa to zróżnicowanie osobników populacji pod względem wiekowym. Osobniki dzieli się na:
osobniki młode, w wieku przedrozrodczym, które są jeszcze niezdolne do rozmnażania;
osobniki dojrzałe, w wieku rozrodczym, które są zdolne do rozmnażania;
osobniki stare, w wieku porozrodczym, które utraciły zdolność do rozmnażania.
Strukturę wiekową populacji przedstawia się graficznie w postaci piramidy wieku. Kształt piramidy wieku określa stan populacji, na podstawie którego można prognozować jej dalsze losy: rozwój, stabilizację bądź wymieranie.
Na podstawie powyższego schematu określ stan populacji Polski. Zapisz i uzasadnij swoją odpowiedź.
Zadania
Ilustracja do ćwiczeń 8 i 9.
Projekt
Problem badawczy: Od czego zależy liczebność, rozmieszczenie i zagęszczenie wybranych gatunków roślin zielnych?
taśma miernicza;
palik i sznurek;
atlas lub klucz do oznaczania roślin;
duży arkusz szarego papieru;
pisaki;
wybrane gatunki roślin zielnych.
W parku, lesie lub na łące o znanej powierzchni wybierz 1 roślinę zielną dziko rosnącą i ustal jej nazwę gatunkową za pomocą klucza, atlasu do oznaczania roślin lub specjalnej aplikacji do rozpoznawania gatunków.
W wybranym losowo miejscu odmierz kwadrat o boku 1 m.
Policz, ile osobników wybranego przez ciebie gatunku występuje w obrębie tego kwadratu.
Cztery takie same kwadraty (1 mIndeks górny 22) wyznacz w innych losowo wybranych miejscach o podobnych warunkach siedliskowych w obrębie twojego obszaru i policz, ile osobników obserwowanego gatunku tam występuje.
Wydrukuj kartę, która jest do pobrania pod instrukcją. Zapisz dokumentację obserwacji: jej cel, nazwę gatunkową obserwowanej rośliny i wyniki w postaci tabeli.
Oblicz średnie zagęszczenie roślin (liczba osobników na powierzchni 1 mIndeks górny 22).
Oszacuj liczebność populacji badanego gatunku. W tym celu pomnóż wartość średniego zagęszczenia przez wielkość powierzchni twojego obszaru.
Opracuj wykres kolumnowy przedstawiający liczbę osobników na każdym poletku.
W karcie zanotuj, jaki jest typ rozmieszczenia wybranego gatunku na podstawie przeprowadzonej przez ciebie obserwacji.
Wyszukaj w dowolnych źródłach informacje na temat typu rozmieszczenia obserwowanego przez ciebie gatunku; w razie rozbieżności między ustalonymi przez ciebie danymi i danymi ze źródeł sformułuj hipotezę, która będzie próbą wyjaśnienia różnic.
W karcie zapisz swoje refleksje. Odpowiedz na pytania:
Dlaczego przed policzeniem roślin wyznacza się w terenie poletka (kwadraty) o powierzchni 1 mIndeks górny 22?
Dlaczego położenie poletek powinno być wyznaczone w sposób losowy?
Jak zapewnić losowy wybór miejsca kolejnych poletek?
Ile poletek należy wyznaczyć, by otrzymać wiarygodne wyniki?