WYKŁAD I

Nazwa ekologia powstała w związku z badaniami J. Mullera, który w roku 1845 zastosował do połowu organizmów siatkę, która została nazwana siatką planktonową. W swoich badaniach zwrócił uwagę na skład jakościowy i ilościowy w badanej grupie organizmów wodnych, odnosił to do warunków ekologicznych. Sam termin wprowadził w roku 1869 E. Haeckel, był on zoologiem systematycznym, opisywał i rozróżniał gatunki, nie był klasycznym ekologiem. Ekologia jest to nauka, której przedmiotem zainteresowań jest całokształt oddziaływań między zwierzętami a środowiskiem (ożywionym i nieożywionym). Ekologia na początku była związana była ze zwierzętami, nazwa wywodzi się z greckiego. Źródłosłowem jest onkos - dom, środowisko, logo - nauka. Pierwsza definicja była szeroka. W roku 1927 Ch. Elton zdefiniował ekologię jako naukę o historii naturalnej. W roku 1963 E. Odun w podręczniku ekologii ogólnej zdefiniował ekologię jako naukę o strukturze i funkcjonowaniu przyrody. Według tej definicji podkreślona jest podstawowa zasada związku struktury i funkcji. Kolejny ekolog Andreworth przedstawił ekologię jako naukę o rozmieszczeniu i liczebności organizmów (brak nawiązania do wzajemnych związków i oddziaływań między organizmami).

W 1996 roku Krebs wprowadził powszechnie stosowaną definicję, ekologia jest nauką o zależnościach decydujących o rozmieszczeniu i liczebności organizmów.

Ekologia odpowiada na pytanie - w jakiej liczebności i dlaczego dane organizmy występują. Ekologia wiąże się z 4 innymi dyscyplinami:

Fizjologia

Korzeniami ekologii jest wiedza przyrodnicza. Starożytni Grecy interpretowali zjawiska przyrodnicze, uznając istnienie ładu w przyrodzie, współcześnie przejął tę zasadę Egerton, stworzył zasadę równowagi przyrodniczej. U podstaw tego jest założenie, że liczebność każdego gatunku jest taka sama i niezmienna jest teza Greków, że przyroda była tak skonstruowana, aby każdy gatunek mógł żyć w równowadze z innymi gatunkami. Nie zauważali procesu zmian gatunku, ich liczebności. To, że niektóre zgrupowania gatunków mogły dawać masowe pojawienia się np. szarańcza tłumaczyli działaniem sił nadprzyrodzonych. Według nich nie mógł zaginąć żaden gatunek, bo jego brak zakłóciłby istniejącą harmonie. Ten sposób myślenia nie zmienił się w Europie do XIX wieku. Dopiero później pojawiły się prace przyczyniające się do zmian. Pracą taką były „Badania” Lewencooka, które dotyczyły rozrodczości wołków zbożowych oraz wesz ludzkich, muchówek (ściernice). Jako pierwszy obliczył teoretyczne tempo wzrostu populacji. Lewencook na podstawie znajomości jaj składanych przez ściernice obliczył, że para tych muchówek w ciągu 4 miesięcy może wyprodukować 746496 osobników potomnych. Buffon 1758 r. w „Historii naturalnej” stwierdził, że zarówno w populacjach ludzkich, zwierzęcych i roślinnych zachodzą takie same zjawiska ekologiczne. Stwierdził, że te populacje podlegają tym samym prawą uważał, iż spadek liczebności organizmów zależy od czynników biologicznych (chorób, wyczerpania się zasobów pokarmowych). Według tego badacza ograniczone działania drapieżników spowodowałoby masowy rozwój królików, co w krótkim czasie zamieniłoby kraje w pustynie. Malthis w 1798 roku opublikował pracę z zakresu demografii, sformułował prawo: tempo przyrostu liczebności organizmów jest zgodne z pojęciem geometrycznym, zaś ilość pokarmu odbywa się zgodnie z postępem arytmetycznym. Wniosek, rozród ograniczony jest przez zasoby pokarmowe. Tego prawa użył Darwin jako jedną z teorii rozwoju naturalnego. Zwolennicy wojen uzasadniali swoje działanie prawem Malthusa. W 1843 r. pojawiły się wyniki badań Farr, który zajmował się analizą śmiertelności organizmów (także śmiertelności ludzi). Zauważył on, że w lokalnych populacjach ludzkich istnieje zależność pomiędzy zagęszczeniem populacji a wskaźnikiem śmiertelności. Śmiertelność wzrasta wraz z zagęszczeniem populacji. Wiele gatunków wymiera, zaś zasoby środowiska są ograniczone i pojawiające się oddziaływania konkurencyjne są ważnym zjawiskiem w przyrodzie. Ekologia czerpie ze zdobyczy innych nauk przyrodniczych (medycyny, nauk rolniczych, rybołóstwa). Mechanizmy liczebności były badane przez wiele lat, przy ochronie zasobów żywności stosowano walkę ze szkodnikami. Do lat 60-tych XX wieku ekologia nie była uznawana za ważną dziedzinę nauki. Pojęcie ekologia zostało skojarzone z problemami środowiska człowieka. Ekologia w sensie naukowym wcale nie ogranicza się do badania wpływu człowieka na środowisko, bada ono wzajemne zależności wszystkich organizmów. Na ekologię można patrzeć z 3 różnych punktów:

• Ekologia opisowa - najbardziej zbliżona do tego, co nazywamy historią naturalną, polega na opisywaniu całych formacji roślinnych las tropikalny, sawanna, step, itd., polega na opisywaniu poszczególnych gatunków roślin i zwierząt.

• Ekologia funkcjonalna - poszukuje i bada związki wzajemne zależności i oddziaływania między składowymi jednostek opisanych przez ekologię opisową, poszukuje zasad ogólnych funkcjonowania systemów ekologicznych, przedmiotem badań są związki bezpośrednie (reakcje populacji i zespołów wielogatunkowych) na aktualnie istniejące warunki środowiska. Ekologowie funkcjonalni zadają pytanie: jak funkcjonuje dany układ ekologiczny.

• Ekologia ewolucyjna bada związki podstawowe, przyczyny historyczne, dla których dobór naturalny faworyzował określone obserwowane obecnie typy przystosowań, rozważa organizmy i reakcje między nimi jako twory historycznego procesu ewolucyjnego, pytają, dlaczego funkcjonuje ten układ ekologiczny, dlaczego dobór naturalny faworyzował to ekologiczne rozwiązanie, ekolodzy ewolucyjni starają się dać odpowiedź na te pytania, aby to było możliwe muszą współpracować z ekologami opisowymi i funkcjonalnymi.

WYKŁAD II

Biosfera

Ekosystem

Zespół ekologiczny

Populacja

Organizm

Układ narządów

Narząd

Tkanka

Komórka

Organelle wewnątrzkomórkowe

Specyfika badań ekologicznych:

Wszystkie badania (teoretyczne, laboratoryjne, terenowe) są ze sobą powiązane. Działy ekologiczne dzielimy ze względu na przedmiot badań:

• ekologia roślin - najbardziej rozwinięta, zajmuje się zależnościami między światem roślin;

• ekologia zwierząt - zajmuje się zależnościami ekologicznymi występującymi u zwierząt;

• Autekologia - zajmuje się relacjami między osobnikami danego gatunku i środowiskiem;

• Ekologia populacji - przedmiotem badań jest grupa gatunków występujących na danym obszarze w danym czasie;

• Ekologia zbiorowiska - relacje ekologiczne pomiędzy ugrupowaniami występującymi w danym środowisku, z niej wyodrębniła się fitosocjologia;

• Ekologia ekosystemów - przedmiotem badań jest ekosystem, prawa rządzące ekosystemem;

• Ekologia ochroniarska - ten dział obecnie ma największe znaczenie naukowe i polityczne, dzieli się go na ochronę środowiska i ochronę przyrody.

ZESPÓŁ WYNIKÓW:

Wyobrażenia o

prawdziwej strukturze świata

proponuje model (nasz obraz rzeczywisty)

hipotezy naukowe

Planowanie i przeprowadzanie eksperymentu

(sprawdzanie hipotez):

• definiowanie

• klasyfikowanie

• 
  pomiary

Dane eksperymentalne

Procedury testujące

(testy statystyczne)

zgodność z oczekiwaniami

Tworzymy pracę i teorie naukowe

WYJAŚNIENIE ZJAWISK

Zjawiska ekologiczne występują na 3 szczeblach organizacji przyrody żywej :

• poziom osobniczy

• poziom populacji

• poziom biocenotyczny.

Zjawiska ekologiczne cechuje powszechność i spontaniczność.

Powszechność: tzn. zjawiska występują tam, gdzie są organizmy żywe.

Spontaniczność: tzn., występują samoczynnie.

Zjawiska ekologiczne określa się przez badanie ilościowe. Nie wystarczy pytanie - jak?, trzeba powiedzieć - ile?. Do zjawisk ekologicznych zalicza się 3 podstawowe zjawiska:

1. stany przyrody żywej (stany ekologiczne),

2. procesy zachodzące w przyrodzie żywej (procesy ekologiczne),

3. zależności i mechanizmy ekologiczne, które kierują układem stosunków ekologicznych:

• przyroda ożywiona

• przyroda nieożywiona.

Gleba łączy ze sobą te przyrody.

Stany ekologiczne określają sytuacje ekologiczną, która powstała w wyniku działania sił biologicznych, fizjologicznych i chemicznych.

Stanem może być aktualne zasiedlenie przestrzeni przez organizmy żywe, jak to wygląda aktualnie . Stan ekologiczny można określić np. całkowitą biomasę roślin występujących na 1 ha, również przez podanie liczby osobników danej grupy występującej na danym terenie ekosystemów: wodny - objętość, gleba - objętość. Stany ekologiczne są ilościowe, które są wyrażone jako liczebność bądź zagęszczone (liczba osobników na jednostkę objętości) lub jako biomasę do jednostki powierzchni lub objętości.

Innym stanem ekologicznym jest struktura przestrzenna danego układu ekologicznego, np.: las - liczba osobników, stan ekologiczny charakteryzuje jego budowy przestrzennej - budowa pionowa lub pozioma.

Procesy ekologiczne to zmiany stanów ekologicznych w czasie. Mogą to być zmiany biomasy roślin na 1 ha lasu w cyklu rocznym lub wieloletnim. Zmiana liczby osobników danego gatunku w danej przestrzeni w czasie zmiany struktury przestrzennej układu ekologicznego w czasie.

Zależności ekologiczne występują na wszystkich szczeblach układów ekologicznych. Jest to np. zależność występowania organizmów od natężenia określonego czynnika występującego w otoczeniu np. występowanie roślin od składu gleby, wilgotności w otoczeniu ilości opadów, temp., grupy czynników ekologicznych (klimat).

Duże zróżnicowanie oddziaływań i zależności decyduje o przebiegu procesów ekologicznych oraz o zależnościach wewnętrznych w tym układzie. Pierwszą próbę klasyfikacji oddziaływań (interakcji) ekologicznych podali Clemens i Schulford (1939). Wyróżnili oni dwa podstawowe typy oddziaływań ekologicznych:

• Cykl pierwotny (I typ) obejmuje działanie bodźcowe środowiska na organizm (akcje) i reakcje organizmu na działanie tych bodźców. Reakcje obejmują zarówno wyczerpanie się zasobów znajdujących się w środowisku i przekształcenie środowiska przez wydzielanie i wydalanie substancji wytworzonych przez organizm. Ten typ oddziaływań w przyrodzie zachodzi bardzo rzadko bo w przyrodzie występują oddziaływania między osobnikami i gatunkami.

• W przyrodzie mamy do czynienia z cyklem wtórnym obejmuje koalicje czyli stosunki i oddziaływania jednych organizmów na drugie . Mamy do czynienia z układami ekologicznymi.

Istota układu ekologicznego , który przez Tansley'a został nazwany ekosystemem , jest to zachodzenie w jego obrębie zjawiska i zależności, które decydują o funkcjonowaniu tego układu jako całości. Wyróżnia się 3 poziomy układów ekologicznych:

• Monocen - najprostszy układ w jego skład wchodzi pojedynczy organizm i jego bezpośrednie otoczenie (środowisko), środowisko zwane jest monotopem. W obrębie takiego układu realizuje się cykl pierwotny zależności ekologicznych. W środowisku nie występuje, czysto teoretyczny.

• Denocen - środowisko demotop, democen stanowi układ ekologiczny, na który składa się populacja jednogatunkowa oraz środowisko tej populacji (demotop). W obrębie takiego układu realizują się już 2 typy oddziaływań - cykl pierwotny i cykl wtórny (koalicje).

• Pleocen - pełny układ ekologiczny na niego składają się wszystkie populacje organizmów zamieszkujące określenie środowiska i pozostające w koalicjach, jest to biocenoza - grupa różnych gatunków występujących w danym środowisku, środowisko nazywamy biotopem.

W wyniku obserwacji stanów ekologicznych procesów i zależności badania nad wpływem czynników środowiska na kształt zwierząt pozwoliła na ustalenie pewnych reguł.

4 reguły ekologiczne-geograficzne:

• reguła Jordana mówi o związku temp. wody z liczbą kręgów i rozmiarami ciała ryb. W rybach zimnych ciała ryb i liczba kręgów jest większa niż w wodach ciepłych.

• reguła Bergmana - mówi, że zwierzęta stałocieplne w klimacie chłodnym są większe niż w ciepłym, pozwala to na zachowanie korzystniejszego stosunku powierzchni ciała do ciężaru ciała, wilk z Alaski jest większy niż wilk z Hiszpanii (ten sam gatunek),

• reguła Azlena - w klimacie chłodniejszym występuje wyraźna tendencja do zmniejszania wszystkich występujących części ciała zwierząt stałocieplnych, dotyczy to organów u ssaków,

• reguła Glogera - mówi że zwierzęta żyjące w okolicach wilgotnych i ciepłych są zabarwione ciemniej niż pokrewne im gatunki związane ze środowiskiem suchym i zimnym.

Rozwój myśli ekologicznej:

1866 - pojawienie się terminu ekologii - Haeckel,

1729 - 1810 - wczesne prace nad sukcesją roślinności, szczególnie związane z formowaniem się torfowisk - Clements,

1898 - populacja i konkurencja - Malthus,

1850 - pierwsze zastosowanie kwadratów przy zakładaniu stałych powierzchni w analizowaniu struktury roślinności - Mclean

• - pierwszy podręcznik ekologii - Warming,,

1900 - podręcznik gleboznastwa - Dokuczajew

1905 - ścisłe zdefiniowanie metodologii ekologii - Clements,

1911 - typy roślinności - Tansley (też podręcznik), gdzie zbiorowiska roślinne zostały sklasyfikowane na podstawie czynników atmosferycznych,

1913 - seria prac i podręczników sukcesji, zmian - Drude,

1926 - cele i metody badania roślinności - Tansley,

1929 - konkurencja roślin - Clements,

1935 - wprowadzenie terminu ekosystem - Tansley,

1951 - koncepcja ciągłej zmienności roślinności w przestrzeni, pojęcie kontinuum - Curtis i Maciutosh,

1954 - zastosowanie aparatu matematycznego (uszeregowanie) - Goodale

1960 - 1980 - rozwój ekologii teoretycznej: wielu autorów np. May, Harper, Macartis,

1972 - ekologia roślin - Stafelt

1974 - ekologia ewolucyjna - Planka,

1977 - bioekologia, populacje roślinne - Kreebs.

WYKŁAD III

Ziemia jako środowisko życia. Klasyfikacja czynników środowiska.

Środowisko to całokształt warunków oddziałujących na jednostkę biologiczną (może to byż np. osobnik). Zasada jedności organizmów i środowiska. Organizm żywy stanowi samoregulujący się, trwający w czasie mechanizm, który ściśle związany jest ze swoim otoczeniem poprzez procesy przemiany materii.

Organizm dla podtrzymania życia musi czerpać z środowiska odpowiednie materiały, energię, ale równocześnie wydala produkty przemiany materii przez co zmienia środowisko. Związek organizmu ze środowiskiem ma charakter ciągły, nierozerwalny, bo organizm nie może żyć poza środowiskiem. Ma również charakter wzajemny, bo organizm wpływa na środowisko i odwrotnie.

Zasady autekologiczne: sformułował je A. Thienemann (1942 r.)

2podstawowe zasady:

1. żywe organizmy związane są z otoczeniem przede wszystkim poprzez swoje potrzeby życiowe. Stąd też czynników środowiskowych mających decydujące znaczenie dla organizmu należy poszukiwać w oparciu o znajomość biologii gatunku i jego wymagań.

2. Wymaganie organizmu czynnikują z jego przystosowań morfologicznych, które są stałe w określonym czasie.

Są to przystosowania budowy, kształt ciała, z fizycznym otoczeniem. Pozostają one w ściślejszym związku z właściwościami miejsca bytowania jakie wybiera dany gatunek w przestrzeni biologicznej.

Organizmy mogą żyć w określonych warunkach. Te warunki zostały sformułowane przez ekologa Lafleur w 1941 r. Tych warunków istnienia życia wg niego jest:

1. mówi, że życie może powstać i rozwijać się tylko w warunkach zróżnicowania materii na pierwiastki. W otoczeniu istot żywych muszą występować liczne pierwiastki wchodzące w ich skład, a zdobywanie tych pierwiastków umożliwia realizację wzrostu i rozwoju,

2. życie może istnieć tylko w takich warunkach termicznych w których mogą powstać i trwać złożone związki organiczne. Przeżycie organizmów jest możliwe w tempoeraturze od - 270 do + 150 stopni C, ale większość organizmów wytrzymuje temp. z zakresu od 0-80 stopni C, zachowuje największą swoją aktywność od 0-30 stopni C. Warunki termiczne życia są więc zbliżone do tych, w których woda występuje w postaci ciekłej,

3. życie może istnieć tylko w określonych warunkach gęstości i ciśnienia materii,

4. do istnienia życia konieczne jest występowanie w środowisku źródeł energii oraz surowców stanowiących podstawę procesów życiowych,

5. życie może istnieć w środowisku, które musi być pozbawione promieniowania UV ponieważ to promieniowanie w dużych dawkach jest zabójcze dla organizmów.

Ziemia jest zróżnicowana na 4 geosfery. Każda z nich charakteryzuje się odmiennymi właściwościami. Podział:

I. Litosfera to skorupa ziemska, faza ziemi sięga w głąb ziemi do 2900 km. Różnicuje się ją:

• litosfera właściwa: powierzchniowa warstwa sięga w głąb do 50km i zbudowana jest głównie z krzemu i glinu, a główną skałą która ją buduje jest granit (skała wulkaniczna).

• Astenosfera: w głąb 50 - 80 km, zbudowana głównie z krzemu i magnezu, a podstawową skałą jest bazalt, który w warunkach temp. i ciśnienia jakie panuje na tych głębokościach stanowi skałę plastyczną.

II. Hydrosfera stanowi ponad 70 % powierzchni ziemi. Podstawowa masa wód skupiona jest w obrębie oceanów.

3. Atmosfera - obejmuje warstwy powietrza na równiku do wys. 42 km, a nad biegunami do 28 km. Atmosferę dzieli się na 4 podstawowe warstwy:

• troposferę - do 4-15 km (w zależności od ukształtowania terenu)

• stratosferę,

• egzosferę,

• jonosferę.

4. Biosferę - sfera życia, obejmuje powierzchnię litosfery, całą krystosferę i dolną warstwę atmosfery. Górna granica sięga na lądzie, w górach do dolnej granicy wiecznych śniegów. Granica ta zależy od szerokości geograficznej i sięga na równiku do 5500 m n.p.m., a w strefie polarnej schodzi do poziomu morza. Biosferę można podzielić na zoosferę oraz fitosfer.

SFERA	OBJĘTOŚĆ W MLN km^3	BIOSFERA W km^2	GATUNKI W TYŚ
Biosfera	1400	2488	1800
Fitosfera	280	2487	300
Zoosfera	1400	1	1500

Klasyfikacja czynników środowiska.

Nie wszystkie czynniki mają takie same znaczenie.

Dlatego dzielimy je na:

• czynniki biotyczne: to oddziaływania, których źródłem są inne organizmy,

• czynniki abiotyczne: obejmują kompleks oddziaływań wynikających ze składu chemicznego i stanów fizycznych środowiska.

Nicolson w 1954r. zaproponował podział czynników środowiska, które uwzględnia potrzeby organizmu, wyróżnił:

• rekwizyty - elementy środowiska niezbędne do życia organizmów i warunkujące ich możliwości życiowe,

• czynniki ekcesoryczne: wchodzą w skład bezpośredniego otoczenia organizmów ale nie odgrywają większej roli w ich życiu.

Birch i Andreworth wyróżnili 4 grupy czynników środowiskowych:

1. Warunki fizyczne życia, które warunkowane są przez klimat i pogodę;

2. Pokarm;

3. Inne organizmy;

4. Miejsce życia.

W skład żywych organizmów wchodzi ponad 30 pierwiastków chemiczne, z których 3 (tlen, węgiel, wodór) stanowiły 98 % ogólnego składu biomasy

Pierwiastki chemiczne	Skład w % wagowych
O
C
H
Ca	5*10^-1
N	3*10^-1
K	3*10^-1
Si	3*10^-1
P	1,5*10^-2
Mg	7*10^-2
S	7*10^-2
Cl	5*10^-2
Na	4*10^-2
Al.	2*10^-2
Fe	2*10^-2
Mn	2*10^-2
B	7*10^-3
Sr	1*10^-3
Ti	1*10^-3
Zn	8*10^-4
Li	3*10^-4
Cu	3*10^-4
Ni	1*10^-5
I	3*10^-5
Hg	1*10^-7
Ra	1*10^-12

WYKŁAD IV

Rola wody w procesach biologicznych w formach przetrwalnikowych jest jej mniej do 20 %, w organizmach żywych do 90 %. Woda decyduje o stanach koloidalnych, od czego zależy prawidłowy i wydajny przebieg procesów biochemicznych w komórce. Transport substancji i pobieranie ze środowiska odbywa się w postaci roztworu wodnego. Organizmy żywe przyswajają tylko takie substancje lub w postaci zawiesin w wodzie.

Zawartość wody w organizmach decyduje o przebiegu procesów: oddychanie, asymilacja CO₂, wielkość procesów biochemicznych. Niedobór wody powoduje ograniczenie wzrostu i wymiarów komórek.

Bilans wodny organizmów.

Zachowanie w organizmie wody, aby reakcje biochemiczne przebiegały bez zakłóceń wymaga regulacji procesów pobierania i oddawania wody. Elementy składowe bilansu czyli przychód i rozchód są ze sobą ściśle powiązane.

P - O = r

P - przychód

O - rozchód

Zawartość wody w organizmie może być dodatnia i ujemna. W organizmach rosnących zawartość wody się zwiększa. Niedobór wody jest groźny jeśli: przekroczy barierę krytyczną to jest śmiertelny dla organizmu np. susza fizjologiczna - brak wody w otoczeniu organizmów lub występowanie w takiej postaci w której nie może być pobierana np. organizmy lądowe w środowisku wód morskich. Występowanie wody w otoczeniu w postaci śniegu bądź lodu.

Rozmieszczenie wody w środowisku odgrywa ważną rolę jest podstawowym składnikiem organizmów i ich otoczeniem, składnikiem klimatotwórczym. Całkowita ilość wody w przyrodzie na kuli ziemskiej jest stała, stan ciekły, gazowy, stały. Większość wody jest zgromadzona w morzach i oceanach. 200-letni dąb w ciągu 244 przepływów przez niego ok. 400 l wody. Drzewa owocowe 100 l. Różny czas wymiany wody w organizmach żywych 7 -10 dni średnio. W lodowcach procesy wymiany wody trwać mogą kilka tysięcy lat, tak samo w morzach i oceanach. Bilans wody kuli ziemskiej (dane w km³)

Składniki bilansu	Oceany	Lądy	Razem
Opad roczny	+403,0	+109,0	+511,0
Parowanie	-449,4	-61,6	-511,0
Odpływ powierzchniowy	+46,4	-46,4	0,0

Woda w glebie jest pobierana przez rośliny. Ta woda jest jedną z najważniejszych pod względem biologicznym. Woda związana chemicznie: woda w tej postaci stanowi część składową różnych związków w glebie. Woda związana chemicznie nie bierze udziału w gospodarce wodnej. Woda w przyrodzie:

• woda występująca w postaci pary wodnej, wilgotność względna powietrza glebowego osiąga prawie 100 %, w okresie przesuszenia gleby może spadać do 60 %;

• woda higroskopowa, błonkowata, te typy wody są mało dostępne dla roślin, bo rośliny nie mogą wytworzyć siły ssącej;

• woda kapilarna znajduje się w kanalikach, których średnica mniejsza jest niż 3 mm. Woda kapilarna stanowi główne źródło zaopatrzenia roślin w wodę;

• woda grawitacyjna (wolna) - znajduje się w glebie pod wpływem działania sił ciężkości, jest łatwo dostępna dla roślin, np. woda gruntowa.

Pobieranie i oddawanie wody przez organizmy. Zdobywanie wody przez organizmy odbywa się przez:

1. Absorpcję wody ze środowiska wodnego całą powierzchnią ciała lub przez skrzela, pobieranie wraz z pokarmem u organizmów lądowych, systemem korzeniowym u roślin, zwierzęta otworem gębowym.

2. Absorpcja pary wodnej z atmosfery jest to typowe dla organizmów oligotroficznych, łatwo ją też oddają np. mchy, wątrobowce, porosty. Parę wodną absorbują również epifity - organizmy roślinne występujące na innych roślinach np. storczyk, epifity stref tropikalnych, rodzina orchideaa, Arateae, wytwarzają na korzeniach, które występują na zewnątrz tkankę która chłonie w dużych ilościach parę wodną, wodę higroskopijną.

3. Pobieranie wody z opadów deszczu charakterystyczne dla organizmów: mchy, wątrobowce, rośliny wyższe, mają specyficzne przystosowania: lejki, pochwy liściowe.

4. Pobieranie wody uwolnionej w trakcie reakcji chemicznych, uzyskiwana wyniku utleniania związków organicznych, ten rodzaj wody jest dla niektórych zwierząt np. pustynnych jedynym sposobem pokrycia potrzeb wodnych organizmów. Przy całkowitym spalaniu 100 g tłuszczu powstaje 107 g wody. Przy spaleniu 100 g węglowodanów powstaje 55 g wody, przy spaleniu białek - 41 g wody. Klasycznym przykładem mogącym pobierać tak wodę jest wielbłąd.

Oddawanie wody przez organizmy określa zapotrzebowanie organizmu na wodę. Sposoby wydalania wody:

1. transpiracja (parowanie z powierzchni żywych) u roślin nasłonecznionych transpiracja jest wyższa, aby ograniczyć straty wody organizmy roślinne wytworzyły różnego rodzaju przystosowania, które zabezpieczają przed utratą wody, np. aparaty szparkowe, budowa i rozmieszczenie ich na powierzchni liści. Przez organizmy roślinne woda musi przepływać gdyż wtedy pobiera substancje odżywcze. Rośliny wodne: aparaty szparkowe górne, część blaszki liściowej(rośliny pływające). Rośliny w warunkach okresowego braku wody aparaty szparkowe występują w małej ilości od spodniej strony liścia. Aparaty szparkowe mogą być zagłębione, ruch powietrza jest tam ograniczony, a tym samym transpiracja ograniczona.

2. Oddychanie - ten typ oddawania wody ma znaczenie dla zwierząt stałocieplnych, które są pozbawione gruczołów potowych (organizmy drapieżne).

3. straty wody przez ekstrakcje - wydalanie wody np. gatacja u roślin w wyniku upału, wydzielają się kropelki wody na roślinach najczęściej przed burzą, kiedy powietrze wysycone jest parą wodną, nie ma możliwości transpiracji.

Organizmy dzieli się na kilka grup:

1. hydrofity - rośliny wodne

2. higrofity - rośliny wegetujące w środowisku o dużej wilgotności

3. mezofity - środowisko średnio zasobne w wodę

4. kserofity - tam gdzie jest stały deficyt wody w środowisku.

Wszystkie organizmy regulują zawartość wody w organizmie. Płyny ustrojowe zwierząt wodnych: w przypadku zwierząt morskich są one izotoniczne, w przypadku zwierząt słodkowodnych są one hipertoniczne (wyższe stężenie), nerki, nerfidia zwierząt muszą usuwać nadmiar wody. W warunkach przesycenia środowiska zwierzęta uciekają do zbiorników wodnych np. zagłębienia skał, zwierzęta zbliżają się do brzegów oceanów gdzie są duże odpływy. Inne zwierzęta zagrzebują się w glebie np. ropuchy. U roślin sposobem regulacji wody w organizmie są kseromorfozy - przystosowanie do braku wody np. drobnolistość, pokrycie liści substancjami włoskowatymi, pokrycie woskami, aby ograniczyć parowanie. Sukulenty (grubosz), kaktusy, agawy wytwarzają tkanki w których mogą gromadzić wodę i potem z niej korzystać. Uzyskiwanie wody z metabolizmu np. wielbłąd (woda z rozkładu tłuszczy zgromadzonych w garbie), może tolerować podwyższoną temperaturę ciała nawet o 6⁰ C to prowadzi do wydajnej oszczędności wody.

WYKŁAD V

Czynniki warunkujące środowisko, tworzą grupę jego nieprzyswajalnych elementów - stanowią one decydujące czynniki w procesach w organizmach, wpływają one na tempo i efektywność procesów biologicznych, wpływają na możliwości występowania, rozwoju, przeżycia, generalnie rozmieszczenie w przestrzeni.

Środowisko - całokształt warunków które oddziaływują na jednostkę biologiczną (jeden osobnik, populacja, zbiorowisko)

Siedlisko - warunki ekologiczne w miejscu występowania organizmu, zespół czynników abiotycznych, klimatycznych, glebowych, wpływających na rozwój poszczególnych organizmów (całokształt warunków fizykochemicznych, w których organizm się rozwija i bytuje).

Zestawienie czynników ekologicznych i ich charakterystyka:

Światło i ciepło	To czynniki energetyczne, warunkują one krążenie wody i ruch powietrza w środowisku, dzięki nim rozpoczyna się wiosną wegetacja roślin (zachodzą takie zjawiska jak transpiracja i wędrówka mas powietrznych w bilansie ogólnym większa część światła i ciepła w przyrodzie przypada na zewnętrzne działanie w środowisku niż na procesy fizjologiczne przebiegające u roślin)
Woda	Przenosi z miejsca na miejsce materiał glebowy oraz pochłania i wypromieniowuje ciepło, dzięki temu działaniu zmienia się środowisko podwzględem chemicznym (klimatycznym)
Powietrze	Jest receptorem pary wodnej oraz źródłem tlenu, dwutlenku węgla, azotu, jest ono także wymiennikiem ciepła, ponieważ najszybciej je odbiera i oddaje, przenosi - zarówno na małe jak i bardzo duże odległości, stanowi także ciśnienie baryczne w atmosferze
Sole mineralne	Zmieniają własności wody i cząstek stałych w środowisku glebowym, wpływają na odczyn glebowy, procesy elektrolityczne i różny rozwój komponentów w zespołach roślinnych i zwierzęcych
Mikroflora	Rozkłada gromadzone w siedlisku materię organiczną, przygotowując w ten sposób roślinom wyższym pożywienie i niektóre substancje biologicznie czynne, może jednak wywoływać choroby roślin i fauny, zmieniając stosunki liczbowe między poszczególnymi gatunkami roślin i zwierząt
Rośliny	Kształtują fitoklimat siedliska oraz stosunki socjolne w obrębie własnego zbiorowiska, nadają specyficzny charakter mikroflorze glebowej i procesom glebotwórczym
Fauna glebowa	Przerabia glebę, trawi materiał roślinny, zasila środowisko substratem organicznym pochodzenia zwierzęcego a pasożytując na roślinnym reguluję ilość i wzajemne stosunki

Zasada tolerancji ekologicznej zależy od natężenia czynników. Przy ich pewnych natężeniach procesy przebiegają optymalnie, a przy innych mało wydajnie.

Procesy mogą ustać powyżej lub poniżej pewnego natężenia czynników. Wyrażone liczbowo wartości progowe danego czynnika poniżej, którego organizm nie może istnieć nazywa się dolnym punktem krytycznym zaś wartości max nazywamy górnym punktem krytycznym.

Liebig sformułował generalny przebieg, sformułował prawo minimum. Mówi on, że z licznych czynników niezbędnych do życia największe znaczenie ma ten który jest w ilości najbardziej ograniczonej (bliskiej min.). Prawo to rozszerzył Shelford - określił górny punkt krytyczny i stwierdził, że niedobór i nadmiar danego czynnika może ograniczać występowanie organizmu w przyrodzie. Rozmieszczenie organizmów na ziemi jest zależne od 2 czynników ekologicznych temperatury i wilgotności.

Zakres zmienności jest bardzo duży w określonym miejscu zależy od ilości promieniowania słonecznego oraz rozmieszczenia lądów i wód. Kąt padania promieniowania wraz z oddalaniem się od równika w stronę biegunów jest coraz mniejszy i jest dostarczana coraz mniejsza ilość ciepła. W efekcie ilość energii stanowi ok. 40 % ilości energii docierającej do równika. Lądy i wody w różnym tempie się nagrzewają i oddają ciepło. Jest to duże zróżnicowanie temperatur na tych samych obszarach, wewnątrz lądów panuje klimat kontynentalny, znaczne dobowe zmiany temperatur. Wody nagrzewają się wolno i wolno oddają ciepło tak więc w klimacie oceanicznym wahania dobowe i sezonowe są znacznie niższe.

Tolerancja termiczna organizmów

U organizmów stałocieplnych (homotermów) strefa tolerancji ekologicznej określona jest warunkami termodynamicznymi i możliwością oddychania. U zmienno cieplnych (heterotermów) w obrębie optimum wszelkie procesy przebiegają nieekonomicznie, a przy znacznym podwyższeniu temperatury prowadzi do śmierci organizmów.

Organizmy na obszarach tropikalnych są mało odporne na niskie temperatury. Organizmy z obszarów polarnych są mało odporne na wysokie temperatury. Od temperatury zależy tempo procesów biochemicznych. Reguła Wanchowa, Q₁₀, co 10 stopni C podwaja sięprędkość reakcji chemicznej




Vt - tempo reakcji w temp. t,

Vt + 10 - tempo reakcji w temperaturze t+10.

Temperatura wpływa na zmianę aktywności zwierząt, u zwierząt zmienno cieplnych zaczyna się aktywność ruchowa gdy osiąga ona temp. wartości progowej, im wyższa temp. tym organizm bardziej aktywny. Sygnał budzący zwierzęta ze snu przy obniżeniu temp. poniżej danej temp. zwierzęta zapadają w sen zimowy. W strefie klimatu polarnego sen zimowy (hibernacja), sen letni po przekroczeniu pewnej temp. w strefie klimatu tropikalnego i subtropikalnego (estywacja). Często przy podwyższeniu temperatury w rejonach tropikalnych obserwuje się, że w ciągu roku organizmy zmieniają swoją aktywność np. na pustyniach.

Wilgotność dla organizmów lądowych najważniejszym czynnikiem jest obecność wody w środowisku. Wilgotność powietrza jest ważnym czynnikiem wpływającym na tempo utraty wody. Dla roślin granice tolerancji wyznacza zawartość wody w glebie. Dolny punkt krytyczny tolerancji wodnej wyznacza taka ilość wody, która za pomocą sił ssących może być pobrana przez roślinę. Zbyt duża ilość wody w glebie powoduje ich zamieranie. Istnieją też rośliny żyjące w dużej ilości wody tworzą one korzenie oddechowe (pleunatofory). Wytwarzają tkanki przewietrzające, do części podziemnej dostaje się powietrze np. aerynchyma (sitowie). Tempo parowania i transpiracji zależy głównie od temp. w rezultacie współdziałanie i wilgotność wpływa na gospodarkę wodną roślin i zwierząt. Klimat danego regionu jest głównym czynnikiem kształtującym rośliność na danym terenie. Za główne czynniki w skali globalnej podstawowe znaczenie ma temperatura i wilgotność.

13

Ekologia

fizjologia

etologia

Ewolucjonizm

Genetyka

Obserwacje w naturze

z

---