Podsumowanie wątku 19
Streszczenie wątku 19
Ekologia i poziomy organizacji biologicznej
Ekologia jest nauką badającą zależności między organizmami oraz między organizmami a środowiskiem ich życia.
Zależności ekologiczne można analizować na różnych poziomach organizacji przyrody, m.in. organizmu, populacji, biocenozy, ekosystemu i biosfery.
Siedlisko jest miejscem występowania organizmu lub gatunku, określonym przez panujące w nim warunki środowiska. Zalicza się do nich czynniki abiotyczne, będące nieożywionymi składnikami środowiska oraz czynniki biotyczne, które wynikają z obecności i działalności innych organizmów.
Całokształt wymagań organizmu wobec środowiska, sposób wykorzystywania zasobów oraz rolę pełnioną przez niego w ekosystemie nazywa się niszą ekologiczną. Obejmuje, m.in.:
wymagania dotyczące temperatury, światła, wody i innych czynników;
rodzaj pobieranego pokarmu;
porę i miejsce aktywności;
sposób rozmnażania;
relacje z innymi organizmami;
zajmowany poziom troficzny.
Nisza podstawowa, nazywana również potencjalną, obejmuje warunki i zasoby, które gatunek mógłby wykorzystywać przy braku ograniczających oddziaływań ze strony innych organizmów. Nisza realizowana jest zwykle węższa, ponieważ jej zakres ograniczają między innymi konkurenci, drapieżniki i pasożyty. Nisza organizmu może także zmieniać się w kolejnych stadiach jego rozwoju.
Wpływ czynników środowiska zależy nie tylko od ich rodzaju, lecz także od ich natężenia i wzajemnego oddziaływania. Niedobór jednego ważnego czynnika może ograniczać funkcjonowanie organizmu nawet wtedy, gdy pozostałe czynniki występują w odpowiednich ilościach. Zależność tę opisuje prawo minimum Liebiga. Z kolei zgodnie z prawem tolerancji Shelforda zarówno zbyt małe, jak i zbyt duże natężenie czynnika może ograniczać występowanie organizmu.
Tolerancja ekologiczna
Tolerancja ekologiczna jest zdolnością organizmu do życia i prawidłowego funkcjonowania w określonym zakresie natężenia danego czynnika środowiska.
Dla każdego czynnika można wyróżnić: minimum tolerancji, czyli najniższe natężenie czynnika umożliwiające przeżycie; maksimum tolerancji, czyli najwyższe natężenie czynnika umożliwiające przeżycie; optimum ekologiczne, czyli zakres wartości najbardziej sprzyjających funkcjonowaniu organizmu; strefy stresu fizjologicznego, w których organizm może przeżyć, lecz jego wzrost, aktywność lub rozmnażanie są ograniczone. Wartości czynnika poniżej minimum lub powyżej maksimum tolerancji są dla organizmu letalne.
Ze względu na szerokość zakresu tolerancji wyróżnia się:
eurybionty, organizmy mające szeroki zakres tolerancji na określony czynnik;
stenobionty, organizmy tolerujące jedynie niewielkie zmiany jego natężenia.
Stenobionty mogą być wykorzystywane jako bioindykatory, czyli organizmy wskaźnikowe umożliwiające ocenę cech lub jakości środowiska.
Populacja i jej cechy
Populacja jest grupą osobników tego samego gatunku żyjących w tym samym czasie na określonym obszarze. Między jej osobnikami zachodzi swobodne krzyżowanie się i przepływ genów.
Liczebność populacji oznacza całkowitą liczbę osobników tworzących populację.
Zagęszczenie populacji jest liczbą osobników przypadającą na jednostkę powierzchni lub objętości środowiska.
Struktura wiekowa określa udział osobników należących do różnych grup wiekowych. Najczęściej wyróżnia się osobniki:
przed okresem rozrodczym;
w wieku rozrodczym;
po okresie rozrodczym.
Struktura płciowa określa stosunek liczby samic do liczby samców u gatunków rozdzielnopłciowych.
Struktura przestrzenna dotyczy rozmieszczenia osobników tworzących populację na danym terenie. Wyróżnia się rozmieszczenie skupiskowe, równomierne i losowe.
Metapopulacja jest zespołem lokalnych populacji tego samego gatunku, zajmujących oddzielone od siebie płaty dogodnych siedlisk i połączonych migracjami osobników.
Zależności między organizmami
Oddziaływania między organizmami mogą zachodzić między osobnikami tego samego gatunku lub różnych gatunków. Dzieli się je na nieantagonistyczne, gdy żaden z partnerów nie ponosi szkody, oraz antagonistyczne, gdy co najmniej jeden z organizmów ponosi stratę.
Struktura i funkcjonowanie ekosystemu
Ekosystem jest układem utworzonym przez:
biocenozę, czyli wszystkie populacje organizmów występujące na określonym obszarze;
biotop, czyli nieożywione środowisko życia tych organizmów.
Biorąc pod uwagę podstawowe środowisko życia organizmów wyróżnia się ekosystemy lądowe i wodne (słono- i słodkowodne). Ze względu na ingerencję człowieka ekosystemy dzieli się na sztuczne, półnaturalne, naturalneoraz pierwotne.
Struktura troficzna ekosystemu
Ze względu na sposób zdobywania pokarmu organizmy tworzące ekosystem dzieli się na:
producentów, którzy wytwarzają związki organiczne ze związków nieorganicznych, wykorzystując energię świetlną albo chemiczną;
konsumentów, pobierających gotową materię organiczną wraz z pokarmem;
destruentów, czyli głównie bakterie i grzyby rozkładające martwą materię organiczną oraz produkty przemiany materii.
Struktura przestrzenna ekosystemu
Struktura przestrzenna opisuje rozmieszczenie organizmów w obrębie ekosystemu.
W ekosystemach leśnych ma ona charakter warstwowy. Poszczególne warstwy różnią się ilością światła, temperaturą, wilgotnością i ruchem powietrza, dlatego są zajmowane przez organizmy o odmiennych wymaganiach.
W ekosystemach wodnych rozmieszczenie organizmów zależy między innymi od głębokości, dostępu do światła, temperatury, zasolenia, zawartości tlenu i odległości od brzegu.
Przemiany ekosystemów
Ekosystem jest układem dynamicznym. Liczebność populacji i warunki środowiska zmieniają się, ale sprawnie funkcjonujący ekosystem może zachowywać względną stabilność dzięki mechanizmom regulacyjnym.
Równowaga dynamiczna ekosystemu to utrzymywanie najważniejszych cech ekosystemu mimo zachodzących w nim wahań. Odporność ekosystemu zależy między innymi od:
różnorodności gatunkowej;
złożoności sieci pokarmowej;
liczby organizmów mogących pełnić podobne funkcje;
rodzaju, nasilenia i czasu trwania zaburzeń.
Sukcesja ekologiczna jest kierunkowym procesem stopniowych zmian składu gatunkowego i struktury ekosystemu. Może wynikać z procesów naturalnie zachodzących w przyrodzie lub działalności człowieka. Wyróżnia się sukcesję pierwotną i wtórną.
Sukcesja pierwotna rozpoczyna się na podłożu wcześniej niezasiedlonym i pozbawionym wykształconej gleby. Pierwsze organizmy, nazywane pionierskimi, uczestniczą w tworzeniu gleby i przygotowują warunki dla kolejnych gatunków. Proces ten przebiega zwykle powoli.
Sukcesja wtórna zachodzi na obszarze wcześniej zasiedlonym, na którym istniejąca biocenoza została zniszczona lub silnie zaburzona, ale zachowała się gleba oraz część nasion, organów przetrwalnych lub mikroorganizmów. Zwykle przebiega szybciej niż sukcesja pierwotna.
Krążenie materii i przepływ energii w ekosystemie
Łańcuch pokarmowy, czyli troficzny, przedstawia kolejność organizmów, z których każdy jest pokarmem dla następnego. Wyróżnia się:
łańcuch spasania, rozpoczynający się od producenta;
łańcuch detrytusowy, rozpoczynający się od martwej materii organicznej.
Miejsce organizmu w łańcuchu pokarmowym określa jego poziom troficzny. Producenci zajmują pierwszy poziom, konsumenci pierwszego rzędu drugi, a konsumenci kolejnych rzędów następne poziomy.
W większości ekosystemów organizmy zwykle korzystają z wielu źródeł pokarmu, dlatego poszczególne łańcuchy pokarmowe łączą się w sieci pokarmowe.
Przepływ energii i krążenie materii w ekosystemie
Dla większości ekosystemów podstawowym źródłem energii jest promieniowanie słoneczne. Producenci przekształcają część tej energii w energię chemiczną związków organicznych. Energia ta jest następnie przekazywana konsumentom i destruentom. Na każdym poziomie troficznym znaczna część energii jest:
zużywana na procesy życiowe;
rozpraszana w postaci ciepła;
zawarta w materii, która nie zostaje zjedzona lub przyswojona.
Z tego powodu ilość energii dostępnej na kolejnych poziomach troficznych maleje, a łańcuchy pokarmowe mają ograniczoną długość. Energia nie krąży w ekosystemie, lecz przepływa przez niego jednokierunkowo i musi być stale dostarczana z zewnątrz.
W przeciwieństwie do energii materia może wielokrotnie krążyć między biocenozą a biotopem. Producenci pobierają ze środowiska związki nieorganiczne i wytwarzają z nich związki organiczne.
Konsumenci pozyskują materię, zjadając producentów lub innych konsumentów.
Martwe szczątki i produkty przemiany materii trafiają do środowiska.
Destruenci rozkładają materię organiczną i uwalniają związki nieorganiczne.
Związki te mogą zostać ponownie pobrane przez producentów.
Produktywność biologiczna i piramidy troficzne
Produktywność biologiczna to ilość biomasy wytworzonej lub ilość energii zmagazynowanej w danym czasie w przeliczeniu na jednostkę powierzchni lub objętości.
Produkcja pierwotna brutto obejmuje całą materię organiczną wytworzoną przez producentów. Część tej materii jest zużywana podczas ich oddychania komórkowego. Pozostała część stanowi produkcję pierwotną netto, która jest dostępna dla konsumentów.
Produkcja wtórna oznacza przyswojoną i zmagazynowaną materię organiczną przez konsumentów i inne organizmy cudzożywne. Produktywność ekosystemu zależy między innymi od dostępu do światła, wody, temperatury i składników mineralnych.
Strukturę troficzną można przedstawiać za pomocą piramid ekologicznych:
piramida liczebności pokazuje liczebność osobników na poszczególnych poziomach troficznych;
piramida biomasy przedstawia masę organizmów na każdym poziomie troficznym;
piramida energii obrazuje ilość energii dostępnej na kolejnych poziomach troficznych.
Piramidy liczebności i biomasy mogą w niektórych ekosystemach przyjmować nietypowy lub odwrócony kształt. Piramida energii zawsze zwęża się ku górze, ponieważ podczas przechodzenia energii na kolejny poziom troficzny jej część jest rozpraszana.
Obieg węgla i azotu w przyrodzie
