Základy ekologie

1. Projekt Zkvalitnění vzdělávání pedagogických pracovníků v oblasti udržitelného rozvoje na školách Jihočeského kraje RČ: CZ.1.07/1.3.06/04.0018

2. Základy ekologie Biotické faktory Ing. Jana Šašková saskova27@seznam.cz

3. Biotické faktory • Působení živé složky (živočichové, rostlinstvo, bakterie) na sebe navzájem a zároveň na prostředí • Vzájemné vztahy (interakce) organismů a prostředí, i organismů v rámci druhu nebo mezi jednotlivými druhy, patří sem vztahy potravní, teplo produkované organismy atd… • Dělení biotických faktorů • vnitrodruhové (intraspecifické, homotypické) • mezidruhové (interspecifické, heterotypické) • Biosféra – zahrnuje oživenou část všech tří zemských sfér, tj. lito-,hydro- a atmosféry • cca 20 km mocné pásmo, v jehož rozsahu se ještě vyskytuje život (cca 10 km pod hladinou oceánů, cca 10 km dosah do troposféry). • Všechny tři zemské sféry – jejich biotická i abiotická složka se vzájemně ovlivňují (princip zpětné vazby), přičemž konečným výsledkem je stav biosféry, její kvalita, rozmanitost a schopnost udržet život na planetě

4. Vliv ekologických faktorů na org. • Jedinci, populace i společenstva závisí na faktorech prostředí abiotických i biotických • Ekol. f. rozhodují : • o reprodukci (faktory limitující) • o stupni jejich vitality (faktory produkční) • mohou vyvolávat metamorfózu, podporují procesy agregace, izolace apod. • Každý živý organismus vyžaduje určitou specifickou úroveň působení faktorů prostředí. • Tyto nároky jsou různé nejen u různých druhů, ale i v rámci jednoho druhu za rozdílných podmínek.

5. ODEZVA ORGANISMU • Větší a náhlé změny podmínek prostředí (náhlá změna teploty, vlhkosti, výskyt toxických látek) = z á t ě ž (stres). • Menší změny → organismus je schopen se s nimi vyrovnat • může vyvinout i určitou větší odolnost • Příliš velký a náhlý stres = úhyn

6. Reakce • Adaptace • Deformace • Úhyn

7. Reakce • Rychlé fyziologické změny v krátkém rozmezí (sec., minutu), většinou jednorázový podnět. • Dlouhodobé působení podnětu může dojít až k adaptacím.

8. Adaptace • Pomalejší průběh • Dlouhodobé, trvalé nebo přerušované podněty • Adaptace fyziologické • Morfologické • Etologické • Výhodné → zachování homeostatické rovnováhy v rámci změněných podmínek

9. Deformace • Protiklad reakcí a adaptací • Způsobeny příliš silným nebo neadekvátním podnětem (org. cizím, př. antrop. vlivy – imise). • Končí patologickým stavem, event. úhynem

10. Hranice zátěže je individuální • Závisí na řadě faktorů i vývoji před kritickým nástupem zátěže. • Vlastnosti prostředí, které danému organismu nejlépe vyhovují, se označují jako optimální. • Organismus ale může existovat i za méně vyhovujících podmínek • Schopnost přizpůsobovat se určitému rozmezí ekologická přizpůsobivost (valence) • Schopnost snášet (tolerovat) určité vlivy prostředí = tolerance

11. Působení faktorů prostředí • Výsledkem jejich interakce (spolupůsobení) • Biotop = soubor faktorů, které podmiňují existenci určitých biocenóz, vytváří životní prostředí • Soubor veškerých abiotických /neživých/ a biotických /živých/ činitelů, které ve vzájemném působení vytvářejí životní prostředí určitého jedince,druhu, populace nebo společenstva • Biotop je takové prostředí, které splňuje nároky jedince,druhu, celé biocenózy. Biotopem blatouchu bahenního jsou mokřiny,biotopem veverky korunní patro lesa,biotopem srnce přízemní patro lesa. • Biotop se dělí: • Ekotop - soubor abiotických faktorů určitého stanoviště • Klimatop • Hydrotop • Živá složka - soubor všech ž. organismů v rámci ekotopu • oživená část ekotopu. • Biotop = ekotop + živá složka

12. Biocenóza - společenstvo, soubor populací jednotl. druhů, obývajících biotop

13. Dělení ekologických faktorů • Faktory limitující (reprodukce) • Faktory produkční (vitalita) • Faktory přeměňující (metamorfóza) • Faktory agregující a izolující

14. Limitující faktory • Mezní činitelé stanoviště, ekologické limity • Každý živý organismus k uchování svých životních funkcí vyžaduje dodržení určité specifické úrovně působení faktorů stanoviště (ekologická amplituda, pohybující se v rozmezí minimum - optimum - maximum, variační rozpětí faktorů). • Určitý faktor (voda, teplota, potrava) se může stát limitujícím, jestliže jeho intenzita nebo kvalita příliš poklesne nebo naopak velmi vzroste. • Zákon minima: funkce, růst nebo vývoj organismu jsou omezeny tím faktorem, který je na stanovišti v minimu, tj. působí v souboru všech faktorů nejmenší intenzitou (Justus Liebig, 1840) - Liebigův zákon • Např. vyhovují-li všechny faktory až na nedostatek vláhy, pak právě tento faktor je limitujícím

15. Zákon tolerance • Každý organismus (každá biotická jednotka) má danou míru snášenlivosti, odolnosti vůči maximálním nebo minimálním limitům = tolerance vůči jednotlivým faktorům • Míra snášenlivosti, odolnosti nebo tolerance = ekologická amplituda druhu • Variační rozpětí - od minima po maximum, které je ještě organismus schopen tolerovat • Existence organismu je určena rozsahem jeho tolerance neboli ekologickou amplitudou druhu, což je na jedné straně minimální, na druhé maximální hodnotou (intenzitou, koncentrací) nějakého faktoru (americký přírodovědec V. E. Shelford, 1913).

16. K vyjádření relativního stupně tolerance (nebo odolnosti vůči min. nebo max. limitním hodnotám) se užívá předpon a přípon

17. Předpony • Steno - • (úzký, úzká amplituda), úzká specializace organismu, malá přizpůsobivost • Eury – • (široký, široká amplituda), menší specializace org., značná přizpůsobivost, velké zeměpisné rozšíření, široká valence životních podmínek • Spojením předpon s označením příslušného faktoru lze organismus určitým způsobem charakterizovat, např.: • stenotermní - eurytermní = ve vztahu k teplotě • stenohydrický - euryhydrický=ve vztahu k vodě • stenohalinní - euryhalinní = ve vztahu k salinitě • stenofágní - euryfágní = ve vztahu k potravě • stenoekní - euryekní = ve vazbě k stanovišti

18. Malá amplituda se může vyskytovat jak u nízkých, tak středních nebo vysokých hodnot příslušného faktoru. Lze použít předpon: • oligo - málo, úzký • mezo - střední • eury - mnoho, široký • poly - velmi mnoho, velmi široký

19. Přípony • Pro charakteristiku určitého vztahu organismu k danému faktoru prostředí nebo jeho aMplitudu vůči němu • fyt, nebo řidčeji - bie - vyhledává je, je na faktor vázán • př. xerofyt, mezofyt, • biont - organismus vázaný na určité prostředí, prostor, vymezený hlavním, limitujícím faktorem • (hydrobiont) • fil - organismy, které mohou žít v různých bitopech, ale v určitém mají optimum • (př. hydrofil - voda, xerofil - sucho, nitrofil - dusík) • fobní (nebo ..... fugní) označuje organismus vyhýbající se urč. prostředí, který nemá toleranci ani vůči malým kvantům toxického faktoru • kalcifobní

20. Zákon substitucefaktorů • H. Lundegärd, v r. 1925 • Růst organismu není závislý pouze na faktoru v minimu, ale také na spolupůsobení ostatních faktorů, které mohou negativní vliv minima do určité míry upravovat a nahrazovat (substituovat) • Např. měkkýši potřebují na stavbu ulit vápník - nedostatek však mohou zčásti nahradit stronciem

21. PRODUKČNÍ FAKTORY • Faktory, pohybující se v rozsahu optima, nebo se mu blížící • Voda, teplo, živiny • Faktory poblíž optima =maximální tvorba biomasy, maximální produkce • Optima jen zřídka → nutný zásah pro kulturní rostliny • Např. závlahy, hnojení, úprava prostorových podmínek, zásahy proti škůdcům apod.

22. PŘEMĚŇUJÍCÍ FAKTORY • Na každém biotopu jsou seskupeni jedinci, kteří jsou pro něj nejlépe adaptováni - anatomicky, morfologicky, chováním apod. • Kategorie přeměn • Akomodace • Adaptace

23. Akomodace • Soubor schopností, které dovolují přizpůsobení místním podmínkám • Vznikají tak modifikace – nedědičné vlastnosti. • Př. pěstujeme-li populaci určitého druhu z nížiny ve vyšší nadmořské výšce, pak rostliny z vyšší polohy získají větší poměr podzemní části oproti nadzemní, menší listy, silnější plstnatost, živější zbarvení květů apod. Po přenesení do původních podmínek tyto změny vymizí, nejsou tedy dědičné, rostliny se pouze max. přizpůsobily prostředí).

24. Adaptace • Proces přizpůsobování organismu během jeho vývoje. • Diferenciace určitých ras, geneticky přizpůsobených podmínkám místa (ekotopu, biotopu) • Mutací vznikají dědičné vlastnosti – ekotypy • Organismus se po řadu let postupně přizpůsobuje (adaptuje) prostředí, výsledkem je vytvoření ekotypu (ekologická rasa). • E k o t y p : tvarová (morfologická nebo funkční fyziologická) varianta druhu, podmíněná prostředím (klima, půda, vláha aj.), která je dědičná • Adaptace umožní organismu nejlepší využití všech faktorů • Vody, světla, tepla, živin • Je ochranou před nepříznivými výkyvy faktorů (extrémy teplotní, vláhové aj.).).

25. Druhy adaptací • Strukturální (morfologické) • Změna tvaru (struktury), barvy apod. • Př. změny listů v dužnaté zásobárny vody, změna v úponky, tvar dřeviny vzpřímený až plazivý. Změna barvy - přizpůsobení se podkladu - plazi, změna barvy srsti nebo peří v letním a zimním období apod. • Fyziologické • Týkají se fyziologických procesů a jejich mechanismů • Př. přizpůsobení se různému pH vody, různému obsahu kyslíku, změny metabolismu omezení životních funkcí v nepříznivých podmínkách (hibernace a estivace) • Etologické: • chování, psychické, sociální • Např. mechanismus orientace v prostoru, způsob vyhledávání a získávání potravy, ochrana před predátory, komunikace, způsob (modely) chování ve skupině - smečka, tlupa, stádo,

26. AGREGUJÍCÍ A IZOLUJÍCÍ FAKTORY • Faktory prostředí působí na organismy (akce) • Zároveň,zpětnou vazbou, působí organismy na prostředí (reakce) • Např. půda se mění působením organismů v ní a na ní žijících, zlepšování kvality i struktury půdy vlivem půdních organismů, zlepšování půdních vlastností opadem asimilačních orgánů, provzdušnění kořeny apod. prostředí. • Akce, reakce propojeny,vytváří konkurenci vnitro- a mezidruhovou

27. A g r e g a c e (sdružování) • Vyvolána působením limitujících faktorů prostředí a mezidruhovou konkurencí • I z o l a c e (odloučenost, osamocenost, oddělení jedince nebo populace od ostatních jedinců nebo populací). • Izolace jedince sociál. skupiny od ostatních většinou vede k jeho úhynu • Geografická izolace části nebo celé populace může vést ke vzniku zeměpisných ras, ekotypů, nových druhů, nebo konvergenci či divergenci druhů

28. Konvergence • Sbíhavost, sbíhání, sbližování • Vývojová tendence vytvářet u organismů různého původu (různých druhů) podobné tvary a orgány • Např. rybovitý až torpédovitý tvar těla žraloka, ichthyosaura, delfína • Vodní savci, kytovci a ploutvonožci, a z ptáků tučňáci, získali během vývoje nezávisle na sobě schopnost vytvářet silné vrstvy podkožního tuku, které je chrání před chladem. • Největší konvergence došlo Australští vačnatci • Australští vačnatci připomínají svým vzhledem myši, krtky, kočky, vlky, veverky a další druhy placentálů • Stejná konvergentní přizpůsobení vznikla u druhů živících se stejnou potravou • Např. mravenečník, mravencojed, luskoun, ježura, hrabáčů aj. - mají válcovitý jazyk, protáhlý rypáček a malé nebo žádné zuby • Konvergence - tvar hlavy a způsob chování při dýchání vzduchu u hladiny u žáby, krokodýla a hrocha

29. Konvergentní vývoj dýchání a postavení hlavy při hladině u žáby, krokodýla a hrocha (SEMORÁDOVÁE.:Základy ekologie) Konvergence stavby těla a lebky psa dinga /a/ a vakovlka /b/ (SEMORÁDOVÁE.:Základy ekologie)

31. Divergence • Rozlišování, speciace • Rozbíhání znaků z jedné původní populace společného předka a vznik blízce příbuzných druhů. • Např. druhy rodu Senecio(starček) rostou v aridních oblastech Afriky jako sukulenty, v evropských podmínkách se vyskytují druhy suchozemské, bažinné i vysokohorské. • 14 druhů „Darwinových pěnkav“ z čeledi Geospizidae obývajících Galapážské ostrovy

32. Darwinovy pěnkavy http://abc.blesk.cz/clanek/casopis-abc/1475/revoluce-v-evoluci.html

33. Alopatrie a sympatrie • Alopatrie • Vznik nových druhů bez územního překrývání (alopatrická speciace) • Spočívá v tom, že dvě části populace výchozího druhu se od sebe prostorově odloučí a během geografické izolace se u nich nashromáždí tolik odlišných znaků, že se již nemohou mezi sebou křížit • Dostanou-li se přece jen později do styku, pak koexistují jako samostatné druhy v různých nikách. • Pěnkav čeledi Geospizidae na Galapágách • Sympatrie • Vznik druhů, jejichž oblasti se překrývají, anebo jde o takové druhy, jejichž populace sice osidlují společnou oblast, ale jsou již ekologicky nebo etologicky od sebe izolované.

34. PRINCIP ZPĚTNÉ VAZBY • Zpětná vazba má stabilizující vliv ve všech ekologických systémech, je součástí a podstatou homeostáze • Pozitivní zpětná vazba • První složka stimuluje druhou, která opět zpětně stimuluje složku prvou • Př. listnatý les na chudším stanovišti postupně opadem a provzdušňováním půdy kořeny zlepšuje půdní podmínky i vláhové a klimatické poměry, čímž příznivě ovlivní stanoviště. Příznivější stanoviště opět zpětně stimuluje růst porostu. • Negativní zpětná vazba: • První složka stimuluje druhou, která ale zpětně působí inhibičně (brzdícím vlivem) na prvou. • V určitých případech funguje tato vazba jako regulační nebo také kontrolní mechanismus. • Př. přemnožení hrabošů (kořist) stimuluje početnost lišek (predátor), vyšší počet predátorů snižuje počet hrabošů - dojde tedy k rovnováze. • Neplatí vždy: Např. při založení monokultury smrku na bohatém stanovišti je prvá generace dřeviny stimulována, avšak zpětně svým opadem zhoršuje postupně podmínky stanoviště, které v dalších generacích negativně ovlivní dřevinu. V tomto případě nedochází k rovnováze, ale k postupné degradaci kvality obou složek.

35. HIERARCHICKÉ USPOŘÁDÁNÍ ŽIVÉ HMOTY • Bioelementy – voda, soli • Biomolekuly - sacharidy, nukleové kyseliny • Makromolekuly – DNA, proteiny • Supramolekuly – ribozomy, hemoglobin • Organely • Buňka • Buněčné populace • Tkáně • Orgány • Organismus • Populace • Ekosystém • Biosféra

36. Vlastnosti živých organismů • Jsou vysoce organizované • jednotná složitá struktura (atomy - molekuly - makromolekuly) • jsou hierarchicky uspořádané • Mají schopnost samoregulace • Metabolismus • Schopnost reprodukce • Podobné chemické složení všech buněk • Dráždivost • Vývoj • Růst

37. Buňka • Nejmenší funkční biotická jednotka • Typy buněk • Prokaryota • Eukaryota

38. Prokaryotní b. • Prokaryota, z řeckého pro (před) a karyo (jádro) • Pravděpodobně nejstarší buněčné organizmy • Zpravidla jednobuněčné • Kolonie – sinice • 0 jaderná membrána • Bakterie, sinice

39. Složení • Cytoplazma • Viskózní, koncentrovaný roztok • Vyplňuje prostor buňky • Jaderná hmota „nukleotid“ • Neohraničené jádro • Jediná do kruhu stočena dvoušroubovice DNA (1 chomozom) • Cytoplazmatická membrána • Izolace vnitřního prostředí buňky od vnějšího • Polopropustná • Buněčná stěna • Tuhý obal • Tvar buňky • Ochrana před vnějším prostředím

40. Prokaryotní b. http://vydavatelstvi.vscht.cz/knihy/uid_es-006/hesla/img__d10e16096.html

41. Eukaryotní buňka http://www.kepler.estranky.cz/clanky/biologie/stavba-bunky.html • Prvoci, živočichové, rostliny a houby • Jednobuněčné org. • Mnohobuněčné org. • Obal kolem jádra • Více chromozomů

42. Složení http://www.kepler.estranky.cz/clanky/biologie/stavba-bunky.html • Jádro (nucleus, caryo): • Uložena genetická informace • Vícejaderné buňky (např. srdeční sval – splynutí dvou buněk) • funkce: • Řídí činnost buňky, koordinuje vznik bílkovin • Uchovává genetickou informaci a přenáší ji na dceřinné buňky • DNA (deoxyribonukleová kyselina) • Obsahuje jadérko (uprostřed), kde je shromážděná RNA (ribonukleová kyselina) • Chromozomy: základní vlákno je dvoušroubovice

43. http://www.kepler.estranky.cz/clanky/biologie/stavba-bunky.htmlhttp://www.kepler.estranky.cz/clanky/biologie/stavba-bunky.html • Cytoplazma • Roztok, který vyplňuje vnitřní prostor buňky • Obsahuje organické i anorganické látky • Drží tvar buňky

44. http://www.kepler.estranky.cz/clanky/biologie/stavba-bunky.htmlhttp://www.kepler.estranky.cz/clanky/biologie/stavba-bunky.html • Organely: • = obecný název pro tělíska v buňce, vyplňují tělo buňky (plavou v cytoplazmě) • Typy organel: • MITOCHONDRIE • PLASTIDY • VAKUOLY • ENDOPLAZMATICKÉ RETIKULUM • GOLGIHO APARÁT • RIBOZOMY • CYTOSKELET • BIOMEMBRÁNY

45. MITOCHONDRIE: http://www.kepler.estranky.cz/clanky/biologie/stavba-bunky.html • Vznik z jiné, jednodušší buňky • „Buněčná elektrárna“ • Vlastní DNA, ale nedokážou žít samostatně mimo buňku • Dochází zde k přeměně látek a energií • Kristy = záhyby v mitochondrii • Matrix = základní hmota • Obalena dvěma membránami (vnitřní je tvořena kristami) • ATP – sloučenina, do molekul se ukládá energie

46. PLASTIDY http://www.kepler.estranky.cz/clanky/biologie/stavba-bunky.html • Pouze v rostlinných buňkách • Vlastní DNA • Thylakoidy – shromažďují důležitá barviva • 3 typy plastidů: chloroplasty, chromoplasty, leukoplasty • chloroplasty: obsahují chlorofyl – umožňují fotosyntézu • chromoplasty: obsahují jiná barviva (např. ovlivňují barvu spadaného listí) • leukoplasty: bezbarvé, při intenzivním slunečním záření se mění na chloroplasty i chromoplasty

47. VAKUOLY http://www.kepler.estranky.cz/clanky/biologie/stavba-bunky.html • Obsahují především vodu • V momentě, kdy buňka obsahuje příliš vody, vakuola ji nasaje a vypustí ven • Ve vyvinuté buňce zabírá vakuola většinu prostoru – tlačí na buněčnou stěnu a zvětšuje buňku

48. ENDOPLAZMATICKÉ RETIKULUM http://www.kepler.estranky.cz/clanky/biologie/stavba-bunky.html • Napojeno na jádro • Hladké (schopné zpracovávat cukry a tuky) nebo drsné (obsahuje ribozomy, díky kterým vytváří bílkoviny) • Zkratka ER • Plazmodezmy – kanálky spojující dvě buňky pomocí ER

49. http://www.kepler.estranky.cz/clanky/biologie/stavba-bunky.htmlhttp://www.kepler.estranky.cz/clanky/biologie/stavba-bunky.html • GOLGIHO APARÁT: • Propojen s ER • Upravuje buňky z ER podle potřeby buňky • RIBOZOMY: • Plní funkci vakuol v živočišných buňkách • CYTOSKELET: • Buněčná kostra

50. http://www.kepler.estranky.cz/clanky/biologie/stavba-bunky.htmlhttp://www.kepler.estranky.cz/clanky/biologie/stavba-bunky.html • Biomembrány: • 1) CYTOPLAZMATICKÁ MEMBRÁNA • 2) BUNĚČNÁ STĚNA: • Základ tvoří fosfolipidy a bílkoviny • Polopropustná - propouští vodné roztoky • Drží tvar • Nachází se pouze v rostlinných buňkách • Model tekuté mozaiky = tekuté fosfolipidy mezi bílkovinami, připomíná mozaiku