Biologie

E-learning jako vzdělávací nástroj školy 3. tisíciletí

  • Full Screen
  • Wide Screen
  • Narrow Screen
  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Organismy ve vztahu k prostředí

Email Tisk PDF
Úvod do studia ekologie

Ekologie zkoumá vztahy mezi organismy a prostředím a mezi organismy navzájem.

Zakladatelem je Ernst Haeckel (1866), německý biolog, představitel darwinismu. Jako samostatný vědní obor se ekologie rozvíjí až ve 20. století, kdy jsou již vztahy v přírodě výrazně narušeny a zasluhují větší pozornost.

Dělení ekologických oborů

a) Podle skupin organismů – ekologie bakterií, ekologie rostlin, ekologie živočichů atd.

b) Podle úrovně ekologických vztahů:

  • Autekologie – studuje ekologii jednotlivých druhů (chování, biorytmy, rozšíření, adaptace atd.).
  • Demekologie – studuje ekologii populací (populaci člověka studuje demografie).
  • Synekologie – studuje společenstvo a ekosystémy.

c) Podle prostředí organismůekologie vod, ekologie lesa, ekologie půdy, krajinná ekologie.

Typy prostředí z hlediska ekologického

  • terestrické – suchozemské
  • aquatické – vodní (sladké vody - salinita 0,5 %; slané vody - salinita 3,5 %)
  • známé jsou rovněž některé formy obojživelných organismů, např. Rdesno obojživelné

Základní ekologické pojmy

  1. areál – prostor zeměpisného rozšíření druhu na Zemi; 
  2. populace – soubor jedinců téhož druhu žijící na určitém místě v určitém čase; 
  3. biocenóza = společenstvo – soubor jedinců různých druhů na určitém biotopu (fytocenóza = rostlinné společenstvo; zoocenóza = živočišné společenstvo;
  4. habitat, tj. životní prostředí – soubor všech fyzikálních a chemických podmínek prostředí; 
  5. monotop – prostředí osídlené jedincem určitého druhu; 
  6. demotop – prostředí osídlené populací daného druhu; 
  7. biotop – prostředí osídlené biocenózou; místo, které organismům (společenstvu) poskytuje podmínky pro život;
  8. ekosystém – soubor organismů a jejich prostředí (biotop + cenóza), příklady:
  9. ekotop – soubor neživotných faktorů v prostředí (skály, ledovce ad.); 
  10. biom – soubor podobných ekosystémů (tropické deštné lesy, stepi, savany, tundra atd.) 
  11. biosféra – soubor všech ekosystémů na Zemi 
  12. ekologická nika – představuje místo a funkční zařazení organismu v ekosystému; určitá nika může být trvale obsazena jen jedním druhem organismu.

Organismy ve vztahu k prostředí

Přírodní prostředí organismu - soubor všech podmínek, které umožňují organismu žít na určitém místě, vyvíjet se a rozmnožovat se.
Životní prostředí - část světa, se kterou je člověk v interakci, tj. kterou používá, ovlivňuje a též se jí přizpůsobuje.

Prostředí organismu je vždy tvořeno složkou abiotickou (neživá příroda) – atmosféra, hydrosféra, pedosféra a biotickou (živá příroda) – rostliny, živočichové, bakterie.

Vždy existuje určité rozmezí podmínek, v rámci kterých je organismus schopen žít, je to tzv. ekologická valence.

V rámci ekologické valence existují:
  • minimum – nejnižší hodnota podmínek, za nichž může organismus ještě přežít (tzv. letální hranice);
  • maximum – nejvyšší hodnota podmínek, za nichž organismus ještě žije (tzv. letální hranice);
  • optimum – hodnota podmínek nejvhodnější pro život.
Oba krajní body ekologické valence - minimum a maximum bývají označovány pojmem "pesimum".

Ekologické faktory působící v rozsahu mezních hodnot se označují pojmem limitující faktory. K nim patří:

  • primárně periodické faktory – jedná se o faktory vyvolávané planetárními pohyby - světlo, teplo, slapové jevy - příliv a odliv (organismy se na ně již adaptovaly);
  • sekundárně periodické faktory – jsou více či méně vázány na primární periodické faktory (typickým příkladem může být potrava, kterou mění křeček v průběhu roku - na jaře byliny, pak v létě a na podzim semena).
  • neperiodické faktory - náhlé faktory, působení těchto fatorů nejsou organismy přizpůsobeny (povodně, hurikány apod.).
Ekologická valence vymezuje toleranci každého druhu, organismy mají různou šířku ekologické valence:
  • druhy s úzkou ekologickou valencí, tzv. stenovalentní (stenoekní); jedná se o ty druhy organismů, které nesnášejíváraznější kolísání podmínek prostředí. Tyto druhy mají malou toleranci (tropické rostliny, řasy na ledovcích, rak říční, mořští koráli (nežijí ve vodě s teplotou pod 20 °C) ad.;
  • druhy s širokou ekologickou valencí, tzv. euryvalentní druhy (euryekní); jedná se o druhy organismů, které dobře snášejí kolísání faktorů. Tyto druhy mají velkou toleranci (přizpůsobení tlaku u kondora, adapatce lososů na sladké i slané vody)
Tím, jak se jednotlivé druhy organismů adaptují na různé podmínky, vytvářejí se u něj odlišné ekotypy (např. smrk ztepilý může tvořit šumavský a krkonošský ekotyp.
Pro jeden druh organismu mohou mít jednotlivé faktory prostředí různou šířku ekologické valence, např. rostlina je vůči teplotě eurytermní, vůči koncentraci solí však stenohalinní. 

Během ontogenetického vývinu organismu se mohou jeho požadavky na jednotlivé fakotry prostředí měnit. Žádný z těchto faktorů však nesmí překročit hranice ekologické valence, jedná se o tzv. Liebigův zákon minima. Pokud dojde k tomuto překročení, může nastat smrt organismu.

Abiotické podmínky života

K základním abiotickým složkám (neživé složky) životního prostředí patří:
  • klimatické podmínky (světlo, teplo, srážky ad.)
  • edafické podmínky, tj. půdní (vlhkost, pH, salinita ad.)
  • topografické podmínky (geografická poloha, nadmořská výška, reliéf krajiny ad.)
Sluneční záření

Sluneční záření pronikající k povrchu Země má rozmezí elektromagnetických vln od 290 do 5000 nm. Je převážně trojího typu:

  •  UV-záření - jedná se asi o 7 až 9 % z celkového dopadajícího záření; ultrafialové záření je krátkovlnné v rozmezí vlnových délek 100 až 380 nm. Průchodem atmosférou je pohlcováno. Nejvíce zaniká v ozonosféře, především co se týče nejkratších vlnových délek. Na Zemi proniká UV záření o vlnové délce 290 až 380 nm. Ve větších dávkách je tato složka záření škodlivá pro organismy. Pozitivní vliv UV záření pro organismy spočívá ve tvorbě vitamínu D, negativních účinků větších dávek tohoto záření je mnohem více - brzdí růst, ničí mikroorganismy, způsobuje vznik mutací a nádorů ad.
  • Viditelné světlo – jedná se asi o 48 % dopadající radiace; viditelné záření je krátkovlnné v rozmezí vlnových délek 260 až 760 nm. Je základním energetickým zdrojem pro fotosyntézu (tzv. fotosynteticky aktivní záření – FAR). Rovněž se ale účastní nežádoucích fotochemických reakcí v atmosféře (tvorba smogu a přízemního ozonu). Různé druhy organismů vnímají různý rozsah spektra (včela 300 až 600 nm, člověk 400 až 760 nm). Světlo ovlivňuje organismy svou vlnovou délkou, intenzitou, délkou působení, stupněm polarizace a směrem osvětlení. Změny v délce světlené části dne se označují pojmem fotoperioda, která je příčinou tzv. biorytmů, periodicity biologických jevů. Adaptace organismů fotoperiodě je fotoperiodismus (stěhování ptáků, životní cyklus rostlin, denní a noční aktivita živočichů). Podle nároků na světlo se organismy dělí na:
  1. stenofotní a euryfotní;
  2. světlomilné = fotofilní;
  3. stínomilné = skiofilní;
  4. temnomilné = fotofóbní.  
  • Infračervené záření tvoří asi 45 % dopadajícího záření; infračervené záření je dlouhovlnné v rozmezí vlnových délek 750 – 5 000 nm. Je nositelem tepelné energie – je pohlcováno těly organismů i neživými předměty a zahřívá je. Mimo jiné je však významně pohlcováno molekulou CO2 , a proto vzrůstající množství oxidu uhličitého v atmosféře vede ke zvyšování průměrné teploty atmosféry. 
Teplota

Mezi zdroje tepla patří sluneční záření (infračervené záření), okolní prostředí a exotermní reakce metabolismu. Optimální teplota pro většinu organismů je 15 – 30°C. Některé bakterie (Clostridium, Bacillus) mohou žít v teplotních extrémních podmínkách, snášejí teploty od - 190 °C až do 100 °C, želvušky přežijí v anabióze dokonce při teplotě od -271 °C až do 100 °C. Protoplasmatická činnost (zejm. enzymatická činnost) probíhá v rozmezí teplot 0 – 40°C. Při nižších teplotách roztoky v buňce gelovatí, voda mrzne a její krystalky rozrušují protoplasmu; zvýšení teploty naopak způsobuje srážení bílkovin a rozpouštění tuků. Teplota je dále mimo světla i rozhodujícím činitelem při fotosyntéze, tj. při primární produkci organických látek, protože rostliny potřebují pro svůj růst určité tepelné podmínky.Organismy snášející větší teplotní rozdíly prostředí se označují pojmem eurytermní (snášejí teplotní rozmezí od -5 °C do 55 °C), jako stenotermní se označují ty organismy, které přežívají jen při malých teplotních výkyvech. Patří k nim zpravidla mnohé vodní organismy, některé řasy, houby a prazitické bakterie.
V polárních krajích, chladných vodách a ve vysokohorských oblastech žijí druhy chladnomilné (psychrofilní), např. arktičtí ptáci či savci, rovněž dřeviny ve východní části Sibiře snášejí teploty až -70 °C. Některé druhy organismů žijí trvale na ledu a sněhu, jedná se o tzv. kryofilní druhy, k nim patří např. chvostoskoci a některé řasy. V teplejších oblastech se pak na život adaptují organismy teplomilné (termofilní).

teplota 
Obrázek č. 1 Dělení organismů podle jejich tolerance k teplotě.

Adaptace rostlin na teplo

U rostlin teplota ovlivňuje fyziologické procesy (opad listí, zrání plodů, klíčení semen apod.). Rostliny se mohou na zvýšenou teplotu prostředí adaptovat pomocí transpirace (rostlina odnímá teplo) nebo odrazem záření lesklými listy. Na nízkou teplotu se rostliny obvykle adaptují snížením obsahu vody (zejména v semenech přeměna škrobu na tuk), opadem listů nebo celých prýtů, a také trichomy.

Adaptace živočichů na teplo

Podle způsobu zajišťování tělní teploty se živočichové dělí do dvou skupin:
  • Studenokrevní (poikilotermní) živočichové, kteří se vyznačují proměnlivou teplotou těla. Příjem tepla se děje téměř výhradně z okolí. Patří k nim bezobratlí živočichové a nižší obratlovci (ryby, obojživelníci, plazi). Tito živočichové produkují málo tepla a rychle ho ztrácejí. Teplota u nich ovlivňuje počet generací v roce, rychlost vývoje, pohlavní dospívání, určení pohlaví, způsob rozmnožování ad. Nižší teploty podporují spíše vznika tmavých forem a vedou k poklesu aktivity, v krajním případě až do stavu strnulosti, tzv. anabiózy. Snížením intenzity metabolismu, tvorbou klidových stádií či obalů se tito žuivočichové adaptují na chlad. Vysoké teploty přečkávají ve stavu letního spánku - estivace (strnulosti) 
  • Teplokrevní (homoiotermní) živočichové, kteří mají stálou teplotu těla. Mají schopnost termoregulace, vytvořila se u nich teplotní izolace (tuk, peří a srst). Teplo získávají vlastním vývojem pomocí metabolických dějů, produkce tepla je velká. Patří k nim ptáci a savci. Teplota u těchto živočichů ovlivňuje zbarvení - nižší teploty vyvolávají vznik světlejších forem, dále chování, příjem potravy (v chladnějším období spotřeba stoupá) , příjem vody (v teplejším období stoupá) a migraci. Na chlad se tito živočichové adaptují zimním spánkem - hibernací (ježek, křeček, plch ad.). Někteří teplokrevní živočichové prodělávají tzv. nepravý zimní spánek, během něhož se tělesná teplota nesnižuje (jezevec, medvěd). Na vysokou teplotu se tito živočichové adaptují formou letního spánku, estivují. Poklesne-li teplokrevným živočichům tělesná teplota, upadají rovněž do stavu strnulosti (u člověka pod 28 °C se jedná většinou o smrtelný stav). U mláďat ptáků a savců je termoregulace snížena, chovají se jako studenokrevní živočichové. Teprve během vývinu se stávají teplokrevnými.
Albedo
Sluneční záření , které dopadne na zemský povrch se částečně odráží zpět do vesmírného prostoru. Poměr odraženého záření ku dopadajícímu záření je označován termínem albedo. Albedo je značně proměnlivé např. v závislosti na vlastnostech povrchu, na lokalitě, aktuálním postavení Země a Slunce atd. Jeho průměrná hodnota je 0,39.

Atmosféra

Organismy žijí v troposféře do 6 000 (rostliny a živočichové) až 7 000 m. n. m (dravci zde létají, ale nežijí trvale). Člověk se může adaptovat do výšky 5 200 m. n. m. 

Troposféra se skládá ze 78,08 % dusíku, 21 % kyslíku, 0, 034 % oxidu uhličitého, 0, 93 % argonu a dalších vzácných plynů; dále tato vrstva obsahuje proměnlivé procento vodních par, přibližně 0,5 – 5 %. Hranice troposféry jsou pohyblivé, ovlivněné především charakterem souvisejícího zemského povrchu a z toho plynoucích teplotních podmínek. Troposféra je charakterizována snižováním teploty s nadmořskou výškou (průměrně o 0, 65 °C na 100 metrů na zemí). Vydatná cirkulace hmoty troposférické vrstvy přispívá k její homogenitě. Proměnlivý je pouze obsah vodních par a antropogenní znečištění, které však může značně ovlivnit tuto část abiotického prostředí.
Troposféra má pro živé organismy bezprostřední význam. Obsahuje asi 80 % veškeré hmoty atmosféry - přes 99 % celkové hmotnosti atmosféry se nalézá zhruba do vzdálenosti 30 km od povrchu Země. Její mocnost je přibližně 10 – 16 km (v ČR průměrně 11km) závislosti na kvalitě povrchu. Hustota vzduchu je ve srovnání s ostatními abiotickými faktory velmi malá, činí 1, 25 kg.m-3. Z toho vyplývá malá nosnost vzduchu. Přesto se udává, že 75 % všech suchozemských organismů je schopno letu - ve vzduchu se trvale vznášejí především drobné organismy, tzv. aeroplankton (bakterie, sinice, řasy a další mikroorganismy, různé spory, výtrusy, drobný hmyz, ale i pylová zrna). Tato skutečnost způsobuje velmi vážný a aktuální problém nejrůznějších alergických stavů.

Přímý význam má ze vzduchu na organismy především koncentrace kyslíku a oxidu uhličitého.Vzduch ale působí na organismy také svými fyzikálními vlastnostmi, např. tlakem a hustotou. Podstatný význam má pro organismy také proudění vzduchu, vítr.

Proudění vzduchu a jeho vliv na organismy

  • U rostlin má proudění vzduchu pozitivní význam na jejich opylení a dále pasivní transport semen a plodů. Negativní význam se projevuje vývraty nebo vysoušením.
  • U živočichů působí proudění vzduchu pozitivně na pasivní přenos (drobné formy hmyzu a pavoukovců), orientaci (zachycení pachů), případně unášení (plachtění) ptáků při jejich letu. Negativní význam se projevuje zavlečením mnoha menších druhů do nepříznivých podmínek, dále pak ochlazováním a vysoušením organismů.

Kyslík

Předpokládá se, že kyslík se dostal do zemské atmosféry teprve jako produkt fotosyntézy zelených rostlin. Ztráty kyslíku ve vzduchu způsobené dýcháním většiny živých organismů jsou globálně nahrazovány uvolňováním kyslíku při fotosyntéze. Kyslík je nezbytný pro aerobní organismy. Pro anaerobně obligátní organismy je však toxický. (Nedostatek kyslíku může např. ovlivnit i zbarvení těla některých motýlů).

Oxid uhličitý

Vlivem spalování fosilních paliv člověkem jeho množství v tisícinách procent stále stoupá. Atmosférický CO2 je jediný přímý zdroj uhlíku pro tvorbu organických sloučenin (asimilátů) při fotosyntéze rostlin. Vedle spalovacíh procesů se CO2 dostává do vzduchu zejména při dýchání organismů, rozkladem organických látek a také sopečnou činností.

Vzdušná vlhkost

Ovlivňuje především vodní bilanci suchozemských organismů. Podle nároků na vzdušnou vlhkost se organismy dělí na stenohygrické (snášejí menší výkyvy vzdušné vlhkosti) a euryhygrické (snášejí větší výkyvy vzdušné vlhkosti). K vlhkomilným (hygrofilním) druhům patří např. obojživelníci, většina organismů je mezofilní (adaptovali se na střední vlhkost) a druhy žijící v aridních oblastech (pouště) jsou suchomilné (xerofilní).
Vlhkost vzduchu dále ovlivňuje tvorbu melaninů, aktivitu, rojení hmyzu, příjem potravy, rozmnožování, rozvoj hub, bakterií a v ne poslední řadě také fyzikální pohyby rostlin.
Nadměrná vlhkost znesnadňuje termoregulaci teplokrevných živočichů a transpiraci u rostlin.

Atmosférický tlak

Atmosférický tlak je způsoben hmotností sloupce vzduchu. Na 45° sev. zeměpisné šířky činí normální tlak vzduchu 101,325 kPa. Místní změny tlaku jsou obvykle malé, kolísají v rozmezí přibližně 8 kPa a organismy se jim snadno přizpůsobí.
Ekologicky významnější je pokles tlaku vzduchu se stoupající nadmořskou výškou. Ve výšce 5 800 m má tlak vzduchu už jen polovinu normální hodnoty, to znamená, že ve stejném objemu nadechnutého vzduchu klesá obsah kyslíku na polovinu. Pro většinu teplokrevných živočichů je udávána jako snesitelná ještě výška 6000 m. (Nejvýše položená permanentní lidská sídla leží v Tibetu v nadmořské výšce okolo 5000 m). 
Stenobarní živočichové mají malou toleranci k větším změnám tlaku (savci), eurybarní živočichové snášejí někdy naopak velké výkyvy tlaku (kondoři, některý hmyz ad.).

Hydrosféra

Hydrologie je věda zabývající se studiem vody. Sladkou vodu zkoumá limnologie, slanou pak oceánografie. Voda je nezbytným základem pro existenci života na Zemi. V mnohých oblastech je výrazným limitujícím faktorem pro život.
Voda je nejrozsáhlejší médium zemské biosféry (zemského ekosystému). Představuje prostředí, v němž vznikl život. Podstatná součást organismů a pro vodní organismy i životní prostředí. Voda se rovněž účastní metabolických pochodů jako nezbytné rozpouštědlo, zároveň tvoří významné transportní prostředí pro živiny a současně škodliviny a odpadní látky.

Fyzikální i chemické vlastnosti hydrosféry jsou značně odlišné od vlastností atmosféry, hustota vody je přibližně 775x vyšší než hustota vzduchu (závisí na teplotě a salinitě).

Maximální hustota vody (1 g.cm-3 ) při 4 °C, tedy nad bodem tuhnutí 0 °C - tzv. anomálie vody, dovoluje ledu plavat na hladině a velká vodní tělesa nepromrzají ode dna, nýbrž od povrchu, vodní organismy mohou tedy přežít zimu. Velká hustota vody měla při evoluci vodních živočichů vliv na jejich velikost (velryba, plejtvák až 110 tun), suchozemští živočichové jsou omezeni pevností kostry (slon 6 tun).

Rozložení vod na Zemi
70,8 % zemského povrchu pokrývá mořská voda. Sladká voda zaujímá jen asi 2 % zemského povrchu a může mít charakter vody tekoucí (lotická) - prameny, potoky, řeky a stojaté (lenitická) - jezera, rybníky, slepá říční ramena, tůně, močály ad.).
Údolní nádrže tvoří přechod mezi vodou proudící a stojatou. Brakické vody jsou přechodem mezi sladkou a slanou vodou.
Vody se člení na:
  • pelagiál - volná voda, kterou obývá plankton (soubor drobných organismů, který má schopnost ve vodě plavat a vznášet se - fytoplankton a zooplankton) a nekton (soubor větších organismů s aktivním pohybem (ryby aj.);
  • bentál - dno vod, které obývá bentos (nitěnky, chobotnice ad.).
 Hladina oceánu pohlcuje CO2 a tím slouží k vyrovnání jeho obsahu v ovzduší. Velká vodní tělesa pohlcují infračervené sluneční záření, čímž vyrovnávají teplotní poměry na Zemi. Změny klimatu spojené s nedostatkem vody byly příčinou zániku života v rozsáhlých oblastech (př. pouště, Aralské jezero – usměrnění toku řek Syrdarja a Amudarja).

Obsah minerálních látek ve vodě (salinita)

Salinita je určována přítomností hlavních kationtů (sodný - Na+, draselný - K+, vápenatý - Ca2+, hořečnatý - Mg2+) a  aniontů (síranový SO42-, hydrogenuhličitanový HCO3-, chloridový Cl-). Obsah solí ovlivňuje litosferické podloží, množství atmosférických srážek, kontaminace prostředí, odtok a přítok vod a pohybuje se od desítek mg do desítek g v litru vody.
Sladká voda má salinitu asi 0,04 ‰ (měkká) až 0,50 ‰ (tvrdá), brakické vody 0,50 až 30 ‰, mořská voda průměrně 35 ‰. Extrémní salinitu má Mrtvé moře v Izraeli či Velké solné jezero v Utahu, obsahují až 200 ‰ solí. Podle snášenlivosti k obsahu solí jsou organismy děleny na euryhalinní, které dobře snášejí velké rozdíly v koncentraci solí, dovedou udržet stálý osmotický tlak tělních tekutin. Stenohalinní organismy snášejí pouze úzký rozsah koncentrací solí, osmotický tlak regulují obtížně. Většina mořských živočichů má obsah solí v těle izotonický s mořskou vodou (přibližně 35 ‰), někteří mořští obratlovci jsou však hypotoničtí, tj. koncentrace solí v jejich krvi a tkáních je nižší než u mořské vody, proto musí vylučovat přebytek soli z polykané mořské vody nejen ledvinami, ale i např. žábrami a zvláštními solnými žlázami (např. želvy). Nízký obsah solí v těle mořských ryb je zřejmě pozůstatkem sladkovodního původu ryb. Sladkovodní živočichové jsou hypertoničtí - v tělních tekutinách mají větší koncentrace solí než v okolní vodě (jen do 0,5 ‰), v těle zadržují soli a vylučují přebytek vody. Jejich moč je vodnatá, ryby táhnoucí ke tření z moře do řek (lososi) nebo naopak (úhoři), mají pro to účinné fyziologické adaptace k překonání osmotických bariér. 

Reakce vody - pH 

Dešťová voda bez kontaminace obsahuje pouze rozpuštěné atmosférické plyny, má mírně kyselou reakci, pH přibližně 5,7; vliv má rozpuštěný CO2. Mořská voda vykazuje poměrně stálou zásaditou reakci, pH = 8,1 až 8,3. pH sladké vody je značně proměnlivé podle obsahu různých látek; kyselé rašelinné vody mají pH kolem 3; vody s vysokým obsahem vápníku a s bohatou vegetací (odčerpávající CO2 z H2O) zpravidla pH =10.
Kyselé deště vznikají převážně spalováním fosilních paliv se zvýšeným obsahem síry, mohou tak výrazně zvyšovat kyselost vody i půdy.    

Obsah organických látek ve vodě

Množství organických látek je 10 až 100x vyšší než jejich celkové množství v živých vodních organismech. Mimořádně významné je zejména množství pevných organických látek ve vodě, tzv. organický detrit. Jedná se o veškeré pevné odpadní látky vodních živočichů (jejich produkty, části mrtvých těl atd.), obvykle jsou smíšeny s anorganickým detritem a buď unášeny vodou, nebo padají ke dnu - závislost na vizkozitě vody. Se zvyšující se teplotou vizkozita vody výrazně klesá, při 0°C je vizkozita vody 2x větší než při 25 °C, při 25 °C klesá organismus ve vodě 2x rychleji. Teplota vody ovlivňuje kvalitu sedimentů.

Vodní organismy uvolňují do vody za života různé zplodiny metabolismu (pevné i kapalné), po odumření při rozkladu mnoho dalších organických látek. Do vody se tak dostávají různé vitamíny, bílkoviny, aminokyseliny, sacharidy, mastné kyseliny atd., tyto látky mohou působit jak stimulačně, tak inhibičně až toxicky na ostatní biocenózu.

Povrchové napětí

Způsobeno zvýšenou soudržností molekul vody na hladině (mechanické vlastnosti povrchu kapaliny je možno přirovnat k hypotetické bláně napnuté přes povrch kapaliny). Povrchová blanka na vodních tělesech tvoří specifické prostředí, některým živočichům poskytuje možnost trvalého nebo dočasného pobytu - kloužou nebo po ní pobíhají nebo se na ní zespodu zavěšují (larvy komárů), některé druhy hmyzu ukládají na vodní blanku svoje vajíčka, která tam setrvávají až do vylíhnutí larev (komár Anopheles - malárie).

Hydrostatický tlak

Je způsoben váhou vody a roste na každých 10 m hloubky roste o 1 kp (1 kg.cm2) podle složení vody. V mořských hlubinách okolo 10 km (největší známé hloubky) existují tlakové hodnoty kolem 10 000 kp, přesto tam žijí živočichové i rostlinné organismy, protože voda a tím tělní tekutiny jsou téměř nestlačitelné. Nebezpečné jsou náhlé změny tlaku. S rostoucím tlakem se zvyšuje rozpustnost CO2. Hlubinní živočichové obtížně získávají vápník, což je důvod redukce koster. Organismy stenobatické - mají prostory vyplněné vzduchem; mořský plankton a živočichové, kteří se jím živí, patří mezi organismy eurybatické.

Světelný režim vod

Množství světla i jeho kvalita (spektrální složení), má výrazné celodenní i roční kolísání, které ovlivňuje primární produkci vodních rostlin i projevy živočichů. Pronikání světla do vody je dáno průhledností vody. V průzračných vodách zasahuje světlo až do hloubky 200 m, v některých humusových jezerech jen do hloubky několika decimetrů. Roli při pronikání hraje i úhel dopadu paprsků, postavení Slunce. Odraz sluneční radiace dosahuje na sladkovodní hladině okolo 10 %, na hladině oceánů 5 až10 %. Až 90 % slunečního záření se přeměňuje v molekulární teplo již při průchodu prvním metrem hloubky vody.

Fototrofní organismy jsou ve vodě stratifikovány do určitých zón. Organismy euryfotické snáší široké světelné spektrum, stenofotické snáší pouze úzké světelné spektrum, afotické žijí dokonce pod světelnou hranicí. Nejintenzivnější fotosyntéza neprobíhá těsně při hladině sladkých i slaných vod, ale až v hloubce, kde intenzita světla klesá na  1/2 až 1/3 množství dopadajícího na hladinu (využití kratších vlnových délek viditelného světla). V kompenzačním bodě jsou fotosyntéza a dýchání fotosyntetických organismů v rovnováze, protože k další fotosyntéze není dostatek světla. Nad touto hladinou leží dostatečně prosvětlená - eufotická vrstva vody, významná pro primární produkci planktonních řas, převládá zde fotosyntéza nad dýcháním. V oceánech se jedná o hloubku do 200 m, při pobřeží a ve sladkých vodách několik centimetrů až metrů. 

Teplota vody

Zpravidla závislá na lokálním klimatu, vykazuje denní i roční kolísání, u velkých vodních těles podléhá změnám pouze vrstva vody do hloubek několika metrů až desítek metrů (max. 200 m), hlouběji je teplota poměrně stabilní, nejčastěji kolem 4°C. Hlubinná voda v oceánech 2-2,5 °C. Na hladině tropické mořské vody 20-30 °C, Antarktida 0,45-2 °C. Organismy podle tolerance k teplotnímu rozmezí dělíme na stenotermní (většinou mořští živočichové, např. koráli nesnesou pokles teploty pod 20 °C, hlubinné ryby a bezobratlí jsou naopak adaptovaní na úzké rozmezí velmi chladných vod) a eurytermní (převážně sladkovodní, štika a okoun rozšířeni od polárního kruhu až po jižní Evropu).
Hladina moří a oceánů je nejdůležitější hraniční plochou pro tepelný režim celé atmosféry. Průměrná teplota hladiny světového oceánu je přesně o 1°C vyšší než teplota vzduchu nad hladinou, teplo sálá z moře do atmosféry. Odpařování vody z oceánů je jedním ze základních geofyzikálních, hydrologických a ekologických faktorů.

Adaptace organismů na snížené množství vody

  • U rostlin - dochází k vývoji dlouhých kořenů, dále uzavírání průduchů, svinování listů, rostlina může tvořit ochranné voskové povlaky, vznikají trny (místo listů), vyvíjí se silná kutikula a dochází k celkové úpravě metabolismu. 
  • U živočichů - chitinové schránky, šupiny plazů, krytí srstí a peřím, redukce potních žláz, světlé zbarvení v aridních oblastech, uložení dýchacích orgánů do vnitřních tělních dutin, vylučování výměšků s minimem vody (suchý trus, koncentrovaná moč ve formě kyseliny močové), využití vody v potravě (štěpná voda z tuků), estivace (letní spánek v kritickém období v aridních oblastech), omezení aktivity na soumračnou nebo noční dobu, omezení styku s horkým povrchem půdy (tělo na vysokých nohách), omezení aktivity na povrchu půdy (hrabání podzemních chodeb, obojživelníci - zahrabáni do bahna).

Adaptace živočichů na zvýšené množství vody

Nastává větší výdej vody, u ptáků a savců vývoj nesmáčivého povrchu (ptáci - peří a savci - mastná srst) a snížení koncentrace tělních tekutin.

Půdní prostředí, pedosféra

Pedosféra zahrnuje všechny půdy zemského povrchu a spolu s litosférou je základním zdrojem anorganických látek pro rostliny i živočichy, rostlinám umožňuje upevnění na stanovišti, živočichům poskytuje úkryt. Půda vzniká zvětráváním hornin a činností organismů. Mezi základní složky obsažené v půdě patří zvětralá matečná hornina, humus a edafon. Tyto složky se obvykle vyskytují v různých poměrech.
Edafon je soubor všech organismů, které žijí v půdě. Patří mezi ně aktinomycety, půdní bakterie, řasy, houby (fytoedafon) a dále prvoci, tyto organismy žijí zpravidla v půdních pórech naplněných vodou nebo vzduchem. Součástí edafonu jsou rovněž větší živočichové, např. žížaly, chvostoskoci, hmyz a jeho larvy, hraboši, krtci ad. Činností těchto organismů jsou jednotlivé složky půdy převraceny a promíchávány a jejich trusem slepovány a obohacovány o další látky. Tím se tvoří půdní shluky (agregáty), které příznivě ovlivňují strukturu půdy pro vzdušný i vodní režim kořenů. Častá výměna půdního vzduchu je velmi důležitá pro provzdušnění půd a dýchání půdních organismů.
Humus - tvoří ho organické zbytky rostlinného a živočišného původu, které jsou v různém stupni rozkladu. Velmi často bývají promíseny s anorganickou složkou půdy. Humus v půdě zadržuje srážkovou vodu, zmenšuje kolísání teploty a vlhkosti v půdě, ovlivňuje pH reakci a je hlavním zdrojem potravy pro půdní živočichy.

Mezi nejvýznamnější vlastnosti půdy patří:

  • půdní vlhkost - voda je v půdě zatoupena v různém skupenství, její nadbytek negativně ovlivňuje obsah vzduchu v půdě;
  • půdní vzduch - jeho obsah závisí zejména na struktuře a pórovitosti půdy, ale také na obsahu vody (nejvíce jí je v lesní hrabance); v porovnání s atmosférou obsahuje pedosféra méně kyslíku a více CO2, přičemž obsah CO2 stoupá s hloubkou; při hnilobných procesech se tvoří H2S a NH3, tyto látky jsou jedovaté pro edafon;
  • teplota - největší teplotní výkyvy jsou v porchových vrstvách (50 cm), směrem do hloubky se teplota vyrovnává; největší kolísání je na pouštích (mnohdy více než o 50 °C);
  • světlo - proniká jen do hloubky několika cm;
  • chemické složení - ovlivňuje také hodnotu pH.

Dělení organismů podle jejich náročnosti k celkovému obsahu živin:

  • oligotrofní - rostou na půdách chudných na minerální látky (vřes);
  • mezotrofní - rostou na půdách se střední zásobou živin (trávy);
  • eutrofní - rostou na půdách bohatých živinami (lilie).

Dělení organismů podle pH půdy

  • acidofilní - jejich výskyt je charakteristický pro kyselé půdy (vřes, azalky ad.);
  • neutrofilní - většina organismů;
  • alkalifilní - jsou typické na zásaditých půdách, vápencové substráty (koniklec, sleziník, plži...).

Biotické podmínky života

Populace

Populace je soubor jedinců téhož druhu (různého stáří), který žije v určitém prostoru v určitém čase. V rámci populace se uplatňují vnitrodruhové vztahy - konkurence, hierarchie, sociální vztahy (matka - mládě).

Mezi obecné znaky populací patří:

Hustota (denzita) populace

 Vyjadřuje se počtem jedinců (abundancí) nebo biomasou na jednotce plochy nebo prostoru. Velkou hustotu mají většinou drobné organismy (baktérie, prvoci, hlodavci ad.), malou hustotu mají většinou velké organismy (šelmy).

Maximální hustota je dána nosnou kapacitou prostředí (potrava, prostor, světlo ad.). 
Minimální hustota je dána nejmenším počtem jedinců nutných na rozmnožování, lov (smečka), ochranu aj. Ocitne-li se populace na této hranici je považována za ohrožený druh - záznam v Červených knihách.

  Kolísání hustoty populace 

Závisí na dlouhodobém kolísání (během několika let) - přemnožení (gradace), vyhubení, způsobu rozmnožování a na vnějších podmínkách (potrava, nepřátelé, počasí, nemoci ad.). 
Oscilace - krátkodobé kolísání (během roku) - rozmnožování, migrace ad. 
Fluktuace - dlouhodobé kolísání (během několika let) – přemnožení (gradace), vyhubení.
 

 

ROZMÍSTĚNÍ (ROZPTYL, DISPERZE)

ROVNOMĚRNÉ   NÁHODNÉ                SHLOUČENÉ
 
 
 
  Les, přisedlí larvy broků v mouce,                                 stáda býložravců, 
 
Živočichové                                     stromy v parku                               trsy trav…nejčastější
 

Struktura populace (složení, skladba)

 Několik kritérií:

  • Poměr pohlaví - někdy mohou jedinci jednoho pohlaví trvale nebo dočasně chybět, pro růst populace je určující počet samic.
  • Věková struktura - ovlivňuje další vývoj populace (růst, vyhynutí).
  • Sociální struktura - je odrazem vnitropopulačních vztahů = hierarchie, studuje obor etologie.

Růst populace

Jedná se o zvětšování počtu jedinců, záleží na struktuře populace, rozhoduje vzájemný poměr mezi natalitou a mortalitou.

Základní pojmy

  • Natalita (syn. množivost, porodnost) - počet nových jedinců za určitou dobu.
  • Fyziologická množivost - maximální (teoretická) maximální produkce potomků za ideálních podmínek, tzv. biologický potenciál populace (je konstantní).
  • Skutečná množivost - ekologická (realizovaná) - dána skutečnými podmínkami prostředí (je proměnlivá).  
  • Mortalita - úmrtnost - počet uhynulých jedinců za určitou dobu.  
  • Minimální mortalita - teoretická, za ideálních podmínek (je konstantní).  
  • Ekologická mortalita - realizovaná, dána skutečnými podmínkami, je vždy vyšší než minimální úmrtnost (je proměnlivá). Vyplývá z ní ekologická délka života jedinců, tj. celková délka života, jakého se jedinci za daných podmínek mohou dožít.
  • Průměrná délka života představuje aritmetický průměr naměřených hodnot délek života jedinců.

Vysokou úmrtnost mívají obvykle mláďata, vývojová stádia (hmyz, organismy se složitým vývojovým cyklem) mají vysoká množivost.

Společenstvo = biocenóza

 Je soubor populací různých druhů organismů na určitém biotopu. Uplatňují se zde mezidruhové vztahy. Každé společenstvo má určitou stabilitu. Pro její zachování je nezbytná druhová pestrost, tzv. diversita, mezidruhové vztahy a zachování podmínek biotopu.
Ve stabilním společenstvu existuje autoregulace, sebeobnovování a vývoj, tzv. sukcese. (Příkladem stabilního společenstva je tropický prales, příkladem nestabilního společenstva je zahrada - člověk na její udržení vynakládá energii). 

Struktura společenstva

Biocenóza se dělí na dílčí společenstva:

  • fytocenózaspolečenstva rostlin; 
  • zoocenóza – společenstva živočichů;
  • společenstva mikroorganismů.

Na přechodu jedné biocenózy do druhé existují tzv. lemová společenstva, která tvoří s abiotickými faktory tzv. ekotony – zóny, v nichž se překrývají dva ekosystémy podporující druhy obou ekosystémů; např. nejvíce ptačích druhů i rostlin žije právě v ekotonu mezi loukou a lesem, vyskytují se tu druhy lesní, luční i specifické druhy lemové.
Ráz biocenózy určují dominantní populace. Zpravidla se jedná o rostliny, které množstvím převažují a závisí na nich charakter zoocenózy.
Příklady:
v lese jsou dominantní populací stromy, žije zde lesní zvěř; na louce jsou dominantní trávy, žijí zde určité druhy býložravců.

 Rozvrstvení (stratifikace) společenstva

  V prostoru:

  • vertikální (svislé): tvoří se rostlinná patra. Například v lese se rozlišují: kořenové patro R1, R2, R3; mechové patro E0 ; bylinné patro E1; keřové patro E2; stromové patro E3; (na louce chybí E2, E3).  
  • horizontální (vodorovné); např. rozdíl mezi okrajem a středem lesa, pobřežím a volným oceánem ...

  V čase - jedná se o postupné změny:

a) během sezóny - tvoří se tzv. fenologický aspekt, tzv. vzhled (studuje obor fenologie). Příkladem může být listnatý les: jarní aspekt - stromy bez listů, rozvoj světlomilných bylin; letní aspekt - olistěné stromy, ústup světlomilných a rozvoj stínomilných bylin.
b) během delšího období - příkladem je mokrá louka, pak v důsledku meliorací úbytek vody a tím mizí vlhkomilné rostliny.

Vzájemné vztahy mezi populacemi

  • Vnitrodruhové - konkurence potravní, teritoriální; hierarchické a sociální vztahy (tlupa opic, smečka vlků aj.). 
  • Mezidruhové – jsou často výsledkem dlouhodobé společné evoluce organismů v jedné biocenóze.

Mezidruhové vztahy mezi populacemi mohou být:  

  • Neutrální -  populace se navzájem neovlivňují. Jejich niky jsou zcela rozdílné, např. krtek a čmelák.  
  •  Pozitivní - prospěšné soužití.
Mezi pozitivní vztahy patří:
  1. Protokooperace - vzájemně prospěšné nezávazné sdružování, které může být kdykoliv přerušeno. Umožňuje např. lepší ochranu před nebezpečím (skupiny zeber - čich a pštrosů - zrak; sojka - varuje i ostatní lesní živočichy aj.).
  2. Komenzálismus - soužití pro jeden druh nezbytné, druhý není poškozen (volavka rusohlavá vybírá hmyz vyplašený kopytníky z porostu; liány využívají jiné rostliny jako oporu; hyeny požírají zbytky lví kořisti ad.)
  3. Mutualismus, symbióza - jedná se o soužití nezbytné a trvalé, vzájemně prospěšné soužití (rostliny a jejich opylovači; mykorhiza - symbióza hub s kořeny vyšších rostlin; rak poustevník a sasanka plášťová ad.).

  • Negativní - jeden druh organismu poškozuje druhý.

Mezi negativní vztahy patří:

 
  1. Amenzalismus (u živočichů); allelopatie (u rostlin) = antibióza; jeden druh organismu, tzv. inhibitor poškozuje svými metabolity jiný druh organismu, tzv. amenzála. (Např. antibiotika plísní (Penicilium notatum) jsou baktericidní – používají se v lékařství; výměšky kořenů akátu nebo pelyňku brání růstu sousedních rostlin; některé populace sinic produkují toxiny, které vyvolávají hromadné uhynutí vodních bezobratlých živočichů).
  2. Konkurence (kompetice) - z důvodů omezení konkurence se v průběhu evoluce diferencují niky (adaptace na různou potravu aj.); jedná se obvykle o vzájemné soupeření o životní potřeby (prostor, potrava, světlo, úkryt, sexuální partner). Projevuje se mezi organismy s podobnými nikami. Silnější organismus postupně převládne. Při vnitrodruhové konkurenci často dochází k selekci, migraci a osídlení i méně vhodných stanovišť (rak bahenní díky své velikosti, žravosti a odolností vůči znečištění vytlačuje raka říčního aj.); aby mohly populace společně žít, musí mít dostatečně odlišné nároky na prostředí, tedy odlišné ekologické niky;
  3. Predace - vztah mezi dravcem  (predátorem) a jeho kořistí; predátor bývá zpravidla větší a početně slabší než kořist, kterou okamžitě zabíjí; jeho potravní spektrum je širší, ale jeden druh kořisti bývá hlavní. Populační hustota predátora a jeho kořisti jsou na sobě závislé. Vzájemně se udržují v rovnováze. Vyhubení predátora vede k přemnožení kořisti (vyhubení dravců - přemnožení hlodavců). V průběhu evoluce se u predátorů vyvinuly různé adaptace k snadnějšímu získávání kořisti (drápy, mrštnost, ostrý zobák, trháky aj.). U kořisti vznikly ochranné adaptace (zbarvení, ostny, velká plodnost, mimikry aj.). Příklad: vztah mezi vlkem a zajícem; káně a hlodavec.
  4. Parazitismus - vztah mezi hostitelem a parazitem; parazit je vždy menší než hostitel a početně silnější (má větší množivost). Poškozuje zdraví hostitele, případně způsobuje po určité době i jeho smrt. Parazité bývají často specializovaní na určitého hostitele. Jejich ontogenetický vývoj je složitý, střídají hostitele (pohlavní rozmnožování) a mezihostitele (vývoj stádií).

Opakovací otázky:

  1. Kdo je zakladatelem ekologie?
  2. Definujte pojem biocenóza.
  3. Popište pozitivní vztahy mezi populacemi.
  4. Jak se vyjadřuje hustota (denzita) populace?
  5. Které jsou nejvýznamnější vlastnosti půdy?
  6. Jak se mohou organismy adaptovat na snížené množství vody?
  7. Vysvětlete pojmy: studenokrevní a teplokrevní živočichové.
  8. Vysvětlete jednoduchou větou:
  • albedo
  • eurytermní organismy
  • parazitismus
  • amenzalismus
  • zoocenóza
  • predace
  • průměrná délka života
  • natalita
  • mortalita
  • anabióza
  • hibernace
  • fotosyntéza
  • Liebigův zákon minima
  • biom
  • biotop
  • ekologická nika
  • ekotop
  • biosféra
  • habitat
  • demekologie
  • autekologie.





 










 














 

 

Navigace: 4. ročník Organismy ve vztahu k prostředí