Podstawy ekologii

Ekologia-zajmuje się badaniem wzajemnych zależności pomiędzy żywymi organizmami a ich środowiskiem. Zależności te decydują o strukturze i funkcjonowaniu życia na Ziemi. Organizmy żywe i ich środowisko abiotyczne stanowią dwa człony układu nierozerwalnie ze sobą sprężone i wzajemnie się warunkujące. Termin „ekologia” wprowadził niemiecki biolog E. Haeckel (1869). Ekologie można podzielić na:
a) Autekologia- zajmuje się poszczególnymi populacjami i gatunkami.
b) Synekologia- zajmuje się badaniem grup organizmów tworzących pewne całości.
c) Sozologia- zajmuje się podstawami ochrony przyrody i jej zasobami.

Gatunek- grupa organizmów podobnych do siebie, o wspólnym pochodzeniu, mogąca się krzyżować i wydawać na świat płodne potomstwo.

Populacja- zespół osobników danego gatunku zasiedlających dany obszar, krzyżujących się ze sobą, np. wszystkie żubry Puszczy Białowieskiej.

Ekosystem – to układ ekologiczny, który obejmuje wszystkie żywe organizmy żyjące na danym obszarze, współdziałające ze środowiskiem nieożywionym, w taki sposób, że przepływ energii i krążenie materii prowadzą do powstania wyraźnego zróżnicowania biotycznego na wszystkich poziomach troficznych.

Biotop – miejsce życia danego organizmu, nie ożywiona część ekosystemu (elementy abiotyczne: światło, woda, gleba).

Biom – zespół krajobrazów powiązanych ze sobą i tworzących łatwą do wyróżnienia całość, np. tajga. Termin ten wprowadził socjolog roślin F.E. Clements (1916r). Inaczej to ekotony.

Biosfera- środowisko życia planety Ziemi w obrębie litosfery, atmosfery i hydrosfery.

WŁAŚCIWOŚCI POPULACJI
1) Liczebność – liczba osobników danej populacji, zaś przypadająca na określoną jednostkę powierzchni to zagęszczenie.
2) Rozrodczość- stosunek liczby nowo urodzonych osobników do liczebności populacji. Zależy ona od :
a) rozrodczość maksymalna- zdolność do wytwarzania potomstwa
b) opór środowiska- tworzony przez czynniki fizyczne i biologiczne ograniczające tempo rozrodu
Wyróżnia się 2 strategie rozrodczości:
a) strategia typu „r" – ilościowa, dużo potomstwa
b) strategia typu „k"- jakościowa, mało potomstwa
3) Śmiertelność- stosunek liczby zmarłych osobników do liczebności populacji.
Śmiertelność maksymalna + Opór środowiska = śmiertelność rzeczywista
4) Struktura wiekowa-wyróżnia się:
a) rozwijająca się – dominują osobniki młode
b) ustabilizowana – w wieku rozrodczym
c) wygasająca – dominują osobniki stare
5) Rozprzestrzeniane – przemieszczanie się osobników do wewnątrz lub na zewnątrz populacji
6) Struktura przestrzenna- rozmieszczenie:
a) skupiskowe np. antylopy
b) losowe np. muchy
c) równomierne np. pingwiny
7) Migracje – wędrowanie osobników poza areał populacji (emigracja) oraz przybywanie osobników z innych populacji (imigracja).

KRZYWE PRZEŻYWANIA
Do opisu śmiertelności rzeczywistej używamy tzw. krzywe przeżywania:
a) Krzywa „wypukła”- Charakterystyczna dla nielicznych grup zwierząt o znacznych rozmiarach, które dużo energii poświęcają na opiekę nad potomstwem. Śmiertelność jest niewielka we wczesnym okresie życia i dopiero u osobników starych rośnie gwałtownie, np. małpy, człowiek, słonie.
b) Krzywa „wklęsła”- charakterystyczna dla organizmów wydających na świat liczne potomstwo, często pozbawione opieki rodzicielskiej, np. małze, tasiemce, żaby.
c) Krzywa „esowata”- duża śmiertelność u osobników młodych, stopniowo maleje u dorosłych i ponownie wzrasta w czasie starzenia się. Występuje u wielu zwierząt, np. pszczół, mrówek, ptaków śpiewających.
d) Krzywa „schodkowata” – cechuje organizmy, których przeżywalność silnie zmienia się w stadiach życiowych. Na przykład: motyle -śmiertelność duża w fazie jaj złożonych oraz w czasie linienia.
e) Krzywa „jednostajnie nachylona”- bez względu na wiek, tempo wymierania osobników jest stałe. Prawdopodobnie nie ma takiego gatunku, gdzie krzywa ta funkcjonuje, jest to założenie teoretyczne.

OSOBNIKI I GATUNKI W UKŁADACH EKOLOGICZNYCH
Czynniki abiotyczne- są to nieożywione elementy środowiska, jak litosfera, gleba, wody, atmosfera. Ważnym czynnikiem jest światło i związana z nim energia promieniowania słonecznego, promieniowanie Ziemi, a także poziom radiacji.

Czynniki biotyczne- ożywiona część środowiska, tj. świat roślinny i zwierzęcy. Może to być: drapieżnictwo czy też konkurencja.

Tolerancja ekologiczna- zdolność organizmu do przystosowania się do zmian danego czynnika. Zakres tolerancji może być:
a) eurytotermiczny- szeroki, np. człowiek
b) stenotermiczny – wąski
- oligotermiczny – zimnolubne, np. ryba arktyczna
- politermiczny – ciepłolubne, np. żółw słoniowy

Prawo minimum Liebiga- każdy czynnik, którego jest najmniej działa ograniczająco na dany organizm, np. wzrost rośliny może być ograniczony przez niedobór światła

Prawo tolerancji Shelforda- nadmiar jak i niedobór niektórych czynników może działać ograniczająco.

Nisza ekologiczna- jest przestrzeń, w obrębie której środowisko umożliwia osobnikowi utrzymanie się przy życiu.

Stanowisko- miejsce występowania danego organizmu.

Siedlisko- zespól abiotycznych warunków w jakich życie dany organizm.

Zasięg- rozmieszczenie organizmów na Ziemi, bez wpływu człowieka. Zasięg można przedstawić opisowo lub na mapach przez zaznaczenie linia najdalej na zewnątrz leżących stanowisk lub punktami albo barwnymi plamami.

Areał- obszar do którego poszczególne osobniki lub rodziny ograniczaja swoją aktywność. Jeżeli obszar ten jest aktywnie broniony określa się go terminem terytorium lub rewir.


STOSUNKI W BIOCENOZIE
Biocenoza- zespół populacji organizmów żywych, wspólnie zamieszkujących dane środowisko i powiązanych wspólnymi zależnościami. Jest żywą częścią ekosystemu. Rozróżnia się biocenozę:
a) naturalną- zbiorowisko roślin, zwierząt i mikroorganizmów zasiedlających dany teren, nie przekształcone przez człowieka, np. biocenoza rezerwatu
b) sztuczna- zbiorowisko roślin i zwierząt oraz mikroorganizmów przekształcone przez człowieka np. biocenoza pola, sadu.

1. NEUTRALNE
Neutralizm- polega na tym, że populacja jednego gatunku nie oddziałuje na drugą, np. wiewiórka-kret

2. ANTAGINISTYCZNE
Konkurencja- rywalizacja między populacjami. Pojawia się zawsze wtedy, gdy osobniki lub populacje ubiegają się o ten sam ekwiwalent środowiska, tzn. ich wymagania życiowe są na tyle podobne, że konkurują ze sobą, np. o światło. W wyniku konkurencji dochodzi do wypierania słabszego gatunku (szczur śniady) przez silniejszy (szczur wędrowny).

Drapieżnictwo – przedstawiciele jednego gatunku odżywiają się osobnikami drugiego gatunku. Zawsze obowiązuje zasada, że koszty energetyczne zdobycia pożywienia muszą być mniejsze niż zysk (np. jastrząb wybierze zająca niż mysz). W biocenozach drapieżcy odgrywają istotną rolę w regulacji liczebności populacji ofiar, wyłapując osobniki mniej sprawne, zwiększają nacisk selekcyjny, np. lew – antylopy.

Pasożytnictwo – pasożyt żyje kosztem i działa na niekorzyść gospodarza, a jednocześnie nie może utrzymać się bez niego przy życiu. Pasożyt nie zabija swojego żywiciela. Jeśli wyeliminujemy z układu populację pasożyta może dojść do wzrostu populacji żywiciela, która zginie. Pasożyty mogą być zewnętrzne ( pchły, wszy) lub wewnętrzne (tasiemce, bakterie). np. mucha domowa – osa.

Alleopatia – ma miejsce gdy populacja jednego gatunku wytwarza substancję szkodliwą dla konkurującej populacji drugiego gatunku. Odnosi się to głównie do substancji chemicznych wydzielanych do podłoża, które hamują wzrost innych organizmów, np. bylice rosnące na półpustyniach wydzielają tereny i alkaloidy.

Amensalizm – czynności życiowe jednej populacji szkodzą drugiej, przy czym jest to relacja jednostronna, np. bobry, których żeremia stwarzają zbyt dużą wilgotność niekorzystną dla wielu populacji.

3.PROTEKCJONISTYCZNE
Komensalizm – jeden z gatunków czerpie korzyści z istnienia drugiej populacji, dla której jest to obojętne. Komensalami są zwierzęta żywiące się resztkami zdobyczy innych zwierząt. Komensal może zamieszkiwać ciało lub mieszkanie innych gatunków, np. różanka składa ikrę w skrzelach małży lub chrząszcze żyjące w mrowiskach.

Protokooperacja – to współżycie dwu populacji czerpiących obustronne korzyści, ale potrafiące się bez siebie obejść. Każda populacja jest zdolna do samodzielnego życia, np. krab pustelnik z ukwiałem.

Mutualizm – to ścisła współzależność dwóch gatunków czerpiących obustronne korzyści, przy czym życie poza układem jest niemożliwe, np. termity i wiciowce rozkładające celulozę.

GRUPY ORGANIZMÓW
Producenci- autotrofy, zdolne są do fotosyntezy, tylko oni wytwarzają z prostych związków nieorganicznych substancje organiczne swoich ciał lub źródło pokarmu dla konsumentów np. w lesie to drzewa, w wodzie to sinice.

Konsumenci- żywią się materią organiczna wytworzona przez producentów. Wyróżniamy:
a) konsumenci I rzędu- roślinożerne, np. gąsienice
b) konsumenci II rzędu- drapieżcy jedzące roślinożernych, np.lis
c) konsumenci III rzędu- drapieżcy jedzący mięsożernych, także lis

Reducenci- niszczą substancje organiczne w ekosystemie.

PRODUKTYWNOŚĆ
Produktywność- to intensywność gromadzenia energii w biomasie określonego poziomu troficznego. Wyróżnia się:
a) produktywność pierwotna- intensywność przekształcania energii świetlnej w chemiczną.
- netto- przyrost biomasy autotrofów w jednostce czasu, który obserwujemy
- brutto- koszty utrzymania danego układu plus przyrost biomasy autotrofów
b) produktywność wtórna- proces przyswajania materii i magazynowania energii przez konsumentów.
- netto- przyrost biomasy heterotrofów
- brutto- koszty utrzymana plus przyrost biomasy heterotrofów

DROGI OBIEGU MATERII
Łańcuchy spasania: producenci – konsumenci I – konsumenci II i III – reducenci
Łańcuchy detrytusowe: detrytusofagi – konsumenci I – konsumenci II – konsumenci III - reducenci
SUKCESJA
Sukcesja- proces zmian prowadzących na danym terenie do przekształcania się ekosystemów prostych w bardziej złożone.
Przejściowe stadia sukcesyjne określa się mianem seralnych, a cały szereg jako sera. Ostateczna postać ekosystemu to klimaks.

Sukcesja pierwotna- zaczyna się na terenie uprzednio nie zajętym przez żadną biocenozę np. zarastanie zbocza klifowego

Sukcesja wtórna- biocenoza rozwija się na zajętym terenie wcześniej przez inna, np. wyręby.

Autroficzny charakter sukcesji- produkcja pierwotna brutto (P) jest większa od zużycia energii na utrzymanie całego układu. Trwa ona dopóki wartość przyrostu biomasy autotrofów przeważa nad kosztami oddychania (respiracji) całego układu. Po osiągnięciu stadium klimaksowego P/R= 1.

Heterotroficzny charakter sukcesji- zachodzi gdy niemożliwa jest aktywność autotrofów. P jest mniejsze od R i układy uzależnione SA od dostaw materii i energii z zewnątrz, np. w jaskiniach.

Rola sukcesji: jest ona podstawą
- tworzenia gleby na obszarach dotychczas jej pozbawionych
- przekształcania krajobrazu
- zmiany biocenoz
- zmiany składu gatunkowego biocenozy