26. Vztah organismu a prostředí

• základní ekologické pojmy
• abiotické faktory prostředí
• biotické podmínky života
• nitrodruhové a mezidruhové vztahy v ekosystému
• potravní řetězec, trofické vztahy, voj biologický, aplikace - konkrétní případ

Ekologie se zabývá vzájemnými vztahy mezi organismy nebo skupinami organismů.

Ekologie krajiny - vztahy mezi živými organismy a jejich prostředím na velkých částech povrchu zemského, zahrnuje celou řadu různých společenstev organismů.

Ekologie člověka - studuje současný stav a vývoj vzájemných vztahů člověka a prostředí (těsné vztahy k sociologii, hygieně).

Každý jedince má svůj životní prostor, který mu poskytuje podmínky existence. Tento prostor se nazývá BIOTOP. Topografické vymezené biotopy určitého druhu označujeme jako stanoviště. Soubor jednotlivých organismů určitého druhu žijících v určitém místě a v určitém čase tvoří populaci (daného druhu). Ani různé druhy organismů nežijí odděleně, ale ve složitých vzájemných vztazích, v rámci různě složitých společenstev (biocenóz).

Fytocenóza - vztahy mezi rostlinami

Zoocenóza - vztahy mezi živočichy. Každá biocenóza žije v určitém biotopu a tvoří nedílný celek s neživým prostředím a spolu s ním tvoří ekologickou soustavu čili ekosystém. Souhrn všech ekosystémů na Zemi tvoří biosféru.

Každá soustava tvoří celek, který je v různých vztazích k okolnímu prostředí. Takový celek považujeme za otevřený systém.

Vztah organismů a prostředí

Každému organismu se nejlépe daří při souhrnu určitých faktorů prostředí - optimální podmínky existence daného druhu. Ovšem organismus může žít i za podmínek, které již nejsou optimální, ale vyhovují potřebám a to díky adaptaci. Podmínky minimální a maximální - určují hranice, ty se u různých organismů liší. Rozmezí podmínek prostředí, jimž se organismus může přizpůsobit, udává ekologickou valenci organismu.

Faktory organismu škodlivé vyvolávají stres organismu a organismus je vůči některým tolerantní - tolerantní organismus. Pro organismus musí všechny podmínky být v rozmezí ekologické valence. Nevyhovující podmínky je pak limitujícím činitelem pro rozvoj života.

1. abiotické - vlivy neživé části prostředí na organismus
2. biotické - vlivy ostatních živých organismů na život jedince, mezi nimi zaujímá specifické místo člověk, který ovlivňuje již celý povrch Země.

• materiál a energii pro metabolismus
• odstranění nepotřebných produktů
• zprostředkování rozmnožování s rozšiřováním potomstva
• zabránění nepříznivých vlivů na organismus

Podle podmínek prostředí rozlišujeme v biosféře: oblast mořskou, sladkovodní a suchozemskou (velmi rozdílné podmínky). Ovšem odlišné podmínky se vyskytují i na velmi malém území a bývají i v bezprostřední blízkosti - nazývají se mikroklimatické podmínky. Organismy, podle kterých můžeme posuzovat naopak vlastní prostředí nazýváme bioindikátory.

Oblasti, v nichž se druh vyskytuje, představují areál výskytu daného druhu. Ten není určován pouze současnými podmínkami, ale je i výsledkem vývoje organismu. Na místech se zachovanými původními podmínkami prostředí se vyskytují některé původní organismy - relikty. Největší areál výskytu mají tzv. kosmopolitní organismy, které se rozšířily prakticky po celém světě spolu s člověkem (moucha domácí - adaptace).

Každý organismus ovlivňuje zpětně své okolí a tím i podmínky pro svou vlastní existenci. Nejvýrazněji působí na své prostředí člověk, ale i on je vyvolanými změnami zpětně ovlivněn.

Abiotické složky prostředí

• základní zdroj energie pro život na Zemi. Organismy se v průběhu fylogeneze zcela přizpůsobily světelným podmínkám. Je pro ně rozhodující délka světelných vln, intenzita a doba slunění. Na zemi proniká ultrafialové, viditelné a infračervené záření.

Ultrafialové záření - je většinou zachováno vrstvou ozónu ve stratosféře. Ve větších dávkách je životu nebezpečné. V malých dávkách nezbytné pro mnoho organismů.

Viditelné světlo - pro zelené rostliny přímý zdroj energie, nezbytná podmínka pro život všech organismů. Ovlivňuje také mnoho jiných jevů - pohyby rostlin, denní aktivitu živočichů.

Infračervené záření - pohlcováno těly organismů, způsobuje jejich zahřívání.

Světelný režim má v přírodě periodický charakter a souvisí s otáčením Země a jejím pohybem kolem Slunce.

Sluneční záření - základní zdroj tepla uvolňovaného v organismech při biochemických reakcích. Všechny děje v organismech probíhají pouze v určitém teplotním rozmezí (15 - 30° C). Nejodolnější vůči změnám teplot prostředí jsou bakterie a sinice (-190 - +100° C), suchá semena rostlin a rostliny s malým obsahem vody. Odolnost závisí hlavně na obsahu vody v buňkách. Rostliny v oblasti střídání ročních dob jsou přizpůsobeny střídání teploty (regulace vody v buňkách, chemické změny,...). Aktivita živočichů s proměnlivou teplotou těla je přímo závislá na teplotě jejich okolí. Živočichové se stálou teplotou těla dovedou vzdorovat značným teplotním výkyvům během roku i dne.

• tvoří plynný obal Země. Tvoří ji troposféra, stratosféra, ionosféra a exosféra. Organismy žijí ve troposféře. Ostatní vzduch působí na organismy jednak fyzikálními vlastnostmi, jednak chemickým složením.

• proměnlivá a to si vynutilo velkou přizpůsobivost organismů
• Tlak - ovlivňuje dýchání. Malá hustota vzduchu způsobuje jeho malou nosnost a proto v něm žádný organismus nežije. Prouděním je způsoben vítr, který má pozitivní význam (opylování, migrace,..) i negativní důsledky (větrná eroze půdy, ničení porostů).

2. Složení ovzduší:

Oxid uhličitý (0,03%) ve vzduchu, rozpuštěn ve vodách, ve formě uhličitanů v litosféře a pedosféře. Význam pro fotosyntézu. Do vzduchu se dostává vulkanickou činností, při oxidačních pochodech (tlení, hoření) v moři i na souši dochází k jeho rozkladu. CO₂ je v neustálém oběhu. Člověk obsah CO₂ ovlivňuje, a tím zasahuje do ustáleného přírodního cyklu (skleníkový efekt).

Kyslík - nezbytný pro život, obsažen ve vodním i vzdušném prostředí. Produkován rostlinami při fotosyntéze. Některé rostliny dokáží přejít k anaerobnímu způsobu dýchání, většina organismů však při nedostatku O₂ hyne. Kyslík je rovněž v neustálém oběhu. Je důležitá rovnováha CO₂ a O₂.

Dusík - (78% objemu) v ovzduší, do živé přírody ho přichází mnohem méně. V atmosféře jsou dále obsaženy: vodní páry, nečistoty a škodliviny. Množství vodní páry se mění v ovzduší, ale činí asi 0,001% z celkového množství vody na Zemi.

Hydrosféra

Tvořena vodami moří a oceánů, vodu povrchovou a podzemní. Pouze 3% představují zásoby sladké vody a z toho více než 2% vázána v ledu a sněhu. Voda v přírodě je v neustálém oběhu. Oběh vody (hydrologický cyklus) mezi ovzduším a zemským povrchem je rychlý. Energii pro hydrologický cyklus poskytuje sluneční záření. Člověk svou činností urychluje odtok vody z pevnin a tím omezuje zásoby vody v půdě a narušuje celkový oběh. Mezi organismy a prostředím dochází k neustálé výměně vody.

Celková vodní bilance je určována příjmem a výdejem vody. Voda je nezbytná pro život. Je důležitým rozpouštědlem, účastní se chemických reakcí, zajišťuje transport látek v organismu, vyztužuje těla některých organismů, způsobuje pružnost, vliv na tepelnou regulaci. Voda má rozhodující vliv na vzhled celých biocenóz.

• základními zdroji minerálních látek pro živočichy a rostliny. Litosféru tvoří horniny a nerosty. Pedosféru představuje složitý systém na rozhraní mezi přírodou živou a neživou. Vznik zvětráváním litosféry, obsahuje vodu i vzduch, půdní organismy a xxxxx jejich činnosti (rozkladné děje organické hmoty - humus. Rostliny jsou závislé na obsahu rozpustných minerálních látek v půdě,

Populace - skupina organismů stejného druhu zaujímající určitý prostor v určitém čase.

Významné vlastnosti populace jsou:

1. hustota - udává počet jedinců nebo biomasu na určitou jednotku plochy nebo objemu. Pro každý druh existující určité meze hustoty populace. Populace druhů, jejichž existence je ohrožena nebo jsou vzácné v daném prostředí jsou vyhlašovány jako druhy zákonem chráněné.
2. rychlost růstu - závisí na poměru množivosti - porodnosti (natality) a úmrtnosti (mortality) organismů.
3. věkové složení - důležité, kolik jedinců je v tzv. reprodukčním věku. Maximální reprodukční schopnost populace neomezenou podmínkami prostředí označujeme jako biotický potenciál.

Vztah mezi růstem a hustotou populace je příkl. regulace zpětnou vazbou. K regulaci hustoty slouží různé mechanismy v rámci populace. Teritorialita je projevem vnitrodruhové konkurence. Chování jedinců ve skupině závisí na vytvoření určité hierarchie uplatňování i při rozmnožování.

Rozptyl - způsob rozmístění jedinců populace (náhodně, rovnoměrně,..)

Vzájemné vztahy mezi populacemi

Dvě různé populace na sebe vzájemně působí. Každý vztah může být v podstatě neutrální, negativní nebo pozitivní.

a) Jestliže se populace neovlivňují, jsou vztahy mezi nimi neutrální.

b) Negativní vztahy mohou být oboustranné nebo jednostranné.

Jestliže se oba vzájemně omezují - jedná se o konkurenci. Konkurence vede k tomu, že se mezi populacemi ustálí rovnováha nebo že jedna populace nabude převahy a druhá populace z prostředí vymizí.

Každý druh má svou specifickou niku. Ekologickou nikou rozumíme charakterní funkci druhu v prostředí. Nika tedy není dána pouze prostorem, ale i postavením druhu vůči ostatním organismům a abiotickým složkám prostředí. Jestliže jedna populace žije na úkor druhé, jde o vztah parasitismu nebo predace.

Parazitizmus - hustota populace parazita je obvykle větší než populace druhu napadeného (hostitele).

Predace - populace druhu predátora je obvykle menší než populace kořisti. Paraziti i predátoři zmenšují celkovou velikost populace jiného druhu, nikdy jej však nelikvidují. V parazitizmu i predaci se vždy během vývoje ustálila rovnováha vyjadřující i vzájemné působení druhů (dravci regulují stav hlodavců,...).

Nebezpečí je zavlečení predátora nebo parazita do nového prostředí (králík divoký v Austrálii). Mezi parazity s predátory jsou některé rozdíly ve velikosti a v biotickém potenciálu, ale funkce v přírodě bývá odborná. A rozhraní mezi predátory a parazity stojí parazitický hmyz. Konzumuje kořist jako predátor a má vysoký biotický potenciál a specializovanost na určité prostředí jako paraziti - lumčíci.

S ohledem na nebezpečí chemizace prostředí bude nutné v daleko větší míře využívat biologický boj (regulace), a to především hmyzích parazitů v zemědělství a lesnictví. Rozvoj tohoto biologického boje lze podporovat vytvářením vhodných životních podmínek pro parazitující hmyz i jeho umělým chovem.

Člověk sám zaujímá v přírodě funkci predátora. Ve vztahu člověka k živé přírodě musí jít o optimální nikoliv maximální využívání.

c) Pozitivní vztahy - jsou různého charakteru a stupně - od vzájemné prospěšnosti až po nezbytné soužití. Mutualismus neboli obligátní symbióza (mykorrhiza - houby + kořeny rostlin)

Společenstva

Jednotlivé populace nevytvoří společenstvo, ale jsou ve vzájemných složitých vztazích. Společenstvo jako celek má určitou strukturu závislou na abiotických podmínkách. Řídící populace určují ráz společenstva. Společenstva mají různou druhovou rozmanitost. Uměle vytvořená společnost (monokultury) jsou druhově chudá a nestabilní. V průběhu roku se složení společenstva mění. Mezi jednotlivými společenstvy bývá tzv. přechodné pásmo - druhově bohaté.

Ekosystém

Společenstvo tvoří s abiotickým prostředím dohromady ekosystém. Je to základní jednotka, v níž dochází k oběhu látek a toku energie a která jako celek je ve styku se svým okolím. V každém ekosystému jsou tyto složka - anorganické látky, organické látky, klimatický režim, producenti, konzumenti, dekompozitoři. Producenti, konzumenti a dekompozitoři tvoří biomasu. Jsou to 3. základní funkční říše v přírodě. Ekosystémy se charakterizují z hlediska převodu energie a oběhu látek, z hlediska změn v prostoru a v čase a z hlediska řízení. Jeden organismus je pro druhý zdrojem energie, takže organismy vytvářejí potravní řetězce vytvářejí potravní (trofické) řetězce.

Následují za sebou vždy větší a větší predátoři, v jiných trofických řetězcích zase vždy menší a menší paraziti. Na potravní řetězce navazuje postupný rozklad zbytků a odumřelých těl rostlin a živočichů. Neživé organické látky jsou postupně zužitkovány různými saprofágními organismy a ty opět potravou jiných organismů. Jednotlivé potravní řetězce spolu vzájemně souvisejí a některý organismus může být článkem různých potravních řetězců, které tak vytvářejí složité potravní sítě.

1. pastevně kořistnický
2. rozkladný čili ditritický

Vždy na sebe navazují a umožňují tak plynulý oběh látek a tok energie v ekosystému.

Převod energie v ekosystému odpovídá termodynamickým zákonů. Na každé trofické úrovni vstupuje do organismu určité množství energie, ale část není využita. Využitá energie se částečně proměňuje při buněčném dýchání, část využije k tvorbě nové hmoty, využitelné pro další trofickou úroveň. Spotřebované množství energie je vždy větší než produkce (rostliny - čistá produkce, živočichové - sekundární produkce). Postupné uvolňování energie je spojené s přeměnami látkovými.

Každý organismus si vytváří látky vlastní svému tělu. Postupným rozkladem odumřelých těl se v půdě vytváří humus. (příznivě ovlivňuje půdní strukturu.) Rozklad živočišných těl zajišťují bakterie, rostlinných - houby. Humus je postupně mineralizován až na jednoduché anorganické sloučeniny. V každém ekosystému tedy probíhá malý biochemický cyklus.

Jestliže se do prostředí dostanou škodlivé látky, hromadí se zejména ve vyšších článcích potravních řetězců. Zde může dosáhnout až smrtelné koncentrace.

Různé postavení jednotlivých populací v potravní struktuře můžeme znázornit tzv. potravní pyramidou. Její základnu tvoří producenti a nad nimi jsou jednotlivé úrovně konzumentů. Pyramidou vyjadřujeme tok energie i kvantitavní hromadění látek. Mezi jednotlivými úrovněmi platí tyto souvislosti: z 1. Trofické úrovně může být primárními konzumenty využito 10 - 20%, konzumenty 2. Řádu opět 10 - 20% atd.

Fotosyntéza - primární hrubá produkce ekosystému

=> biomasa spotřebovaná k životu rostlin (50%)

čistá primární produkce ekosystému

=> čistá produkce

=> sekundární produkce

=> biomasa spotřebovaná k životu konzumentů

V uměle vytvořených ekosystémech se člověk snaží o co největší čistou produkci tzv. výnos. Platí, že čím vyšší čistou produkci chce člověk získat, tím více dodatkové energie musí do ekosystému vložit.