Ekologia z sozologią 2006/2007 Med.Rat. lic.zao.

Ekologia - gr. oikos = dom, środowisko; logos = nauka, słowo;

• dosłownie: nauka o siedliskach organizmów,

• termin wprowadzony przez E. Haeckela 1869 jako " ...badanie całości stosunku zwierzęcia zarówno do jego środowiska nieorganicznego, jak i organicznego, włączając w to przede wszystkim jego przyjazne i wrogie stosunki z tymi zwierzętami i roślinami, z którymi wchodzi w bezpośredni kontakt";

• Odum 1963 - ekologia to wiedza o strukturze i funkcjonowaniu przyrody;

• Krebs 1994 - ekologia jako nauka o zależnościach decydujących o liczebności i rozmieszczeniu organizmów;

Ekologia to nauka o związkach organizmów z warunkami organicznymi i nieorganicznymi ich otoczenia, wzajemnych stosunkach organizmów żyjących w tych samym miejscu oraz o działaniu tych organizmów na ich środowisko.

Sozologia - termin wprowadzony przez W.Goetela 1965 dla nauki o ochronie przyrody i jej zasobów ("co technologia zniszczyła, technologia powinna naprawić");

• nauka zajmująca się podstawami ochrony tworów przyrody i jej zasobów, zapewnieniem trwałości ich użytkowania, rozważa przyczyny i następstwa przemian przyrody w wyniku działalności ludzkiej oraz poszukuje sposobów zapobiegania lub łagodzenia skutków niekorzystnych zmian;

Ochrona przyrody to także działania społeczne zmierzające do zachowania, restytuowania i zapewnienia trwałości użytkowania tworów i zasobów przyrody.

Autekologia - ekologia organizmów, obejmuje relacje między poszczególnymi osobnikami a środowiskiem abiotycznym;

Synekologia - ekologia ekosystemów, biocenologia, zajmuje się badaniem grup organizmów (populacji, biocenoz jako całości) oraz zależności między zbiorowiskami organizmów a ich siedliskiem.

Czynniki biotyczne środowiska - czynniki ożywione środowiska;

organizmy żywe: producenci - autotrofy, konsumenci - heterotrofy, reducenci - saprofity, saprofagi, saprobionty

Czynniki abiotyczne środowiska - nieożywione elementy środowiska; temperatura, woda, światło, ciśnienie, wiatr, skład powietrza, gleba,składniki mineralne, pH (odczyn)

Czynniki środowiska warunkują obecność i liczebność organizmów:

Czynnik ograniczający - czynnik, którego natężenie zbliża się lub przekracza granice tolerancji organizmu

Kategorie ekologiczne

Środowisko (jednostka przestrzenna)	Istota żywa (struktura biologiczna istot żywych)	Układ ekologiczny = ekosystem s.l.
Biosfera s.s.	?	Biosfera s.l.
Biotop	Biocenoza	Pleocen = ekosystem s.s.
Demotop	Populacja	Democen
Monoto	Osobnik (indywiduum)	Monocen
Ontotop (ontosfera z wieloma ontohabitatami)	Ontocenoza	ontocen

Ekosystem - jednostka ekologiczna, układ obejmujący biocenozę i jej środowisko - biotop; - układ wykazujący

równowagę dynamiczną, układ regulacji ultrastabilnej;

- układ częściowo otwarty, wykorzystujący energię (promieniowanie słońca, związki organiczne) i

wodę także spoza swego biotopu;

- występuje w nim krążenie materii i przepływ energii.

WEWNĄTRZGATUNKOWE:

Antagonizm

(-)autointoksykacja

(-) konkurencja

przestrzenna

pokarmowa

rozrodcza

INTERAKCJE BIOCENOTYCZNE

Protekcionizm

(+) allelokataliza

(+) kooperacja

związana z rozrodem

nie związana z rozrodem

(-)eksploatacja: kanibalizm MIĘDZYGATUNKOWE:

Neutralizm AntaQonizm

(0,0) koegzystencja

(0,0) saprobioza

(0,-) antybioza=amensalizm

(-,-) konkurencja

przestrzenna

pokarmowa

(+, -) eksploatacja

roślinożerność

drapiestwo

pasożytnictwo

Protekcionizm

(+, O) foreza

(+,0) synoikia

(+,0)komensalizm (+,0) epioikia

(+,0) endoikia

(+,+) mutualizm=symbioza

obligatoryjny

protokooperacja

(+,+) kooperacja

Populacia - grupa osobników tego samego gatunku, żyjących jednocześnie i rozradzających się swobodnie w tym samym biotopie lub jego części;

• podstawowa jednostka biologiczna w ekologii;

• złożona struktura biologiczna o licznych układach regulacji sprzężenia zwrotnego dodatniego i ujemnego;

• stanowi miejsce wymiany informacji genetycznej między osobnikami;

• jest przedmiotem działania selekcyjnego czynników abiotycznych i biotycznych.

Cechy populacji:

• liczebność i zagęszczenie

• struktura wieku, płci, przestrzenna

• rozrodczość

• śmiertelność

o typ wzrostu populacji

Wzrost populacii:

• gdy brak wymiany osobników z otoczeniem wzrost zależy od relacji rozrodczość / śmiertelność osobników;

• gdy wymiana osobników z otoczeniem wzrost zależy od relacji: rozród i imigracja / śmiertelność i emigracja.

Populacia izolowana - modele wzrostu:

1. wykładniczy - nieograniczony, niezależny od zagęszczenia

• wzrost liczebności w postępie geometrycznym

• brak czynników ograniczających wzrost: biotycznych i abiotycznych

• występuje rzadko, w warunkach stałego dopływu pożywienia, w populacjach o krótkich okresach rozrodu)

ΔN

Δt

przyrost liczby osobników ΔN w środowisku o stałych warunkach jest w czasie Δt wprost proporcjonalny do liczebności populacji N;

r - wskaźnik wzrostu populacji;

- jest to różnica wartości wskaźników rozrodczości i śmiertelności danej populacji;

- wyraża średnią szybkość przyrostu populacji na osobnika i jednostkę czasu.

Równanie wzrostu nieograniczonego:

liczba osobników populacji w stałych warunkach zwiększa się jako funkcja wykładnicza czasu (t) i jest wprost proporcjonalna do początkowej liczby osobników (No);

e=2,72 podstawa logarytmu naturalnego

2. logistyczny - ograniczony, zależny od zagęszczenia

• wzrost ograniczony przez interakcje antagonistyczne wewnątrzgatunkowe, a także wskutek

działania czynników abiotycznych środowiska;

• w danych warunkach środowiska liczebność nie przekracza wartości maksymalnej nazywanej

pojemnością środowiska (oznaczane jako N_max lub K)

równanie Nicholsona

Fazy wzrostu ograniczonego:

• 1 - wzrost utajony

• 2 - wzrost przyspieszony

• 3 - wzrost logarytmiczny = nieograniczony

• 4 - wzrost opóźniony

• 5 - okres równowagi

o 6 - krzywa wymierania, wzrost ujemny

Oddziaływanie interakcji międzygatunkowych również wpływa na liczebność populacji:

- określa interakcje wewnątrzgatunkowe (zagęszczenie)

- określa interakcje międzygatunkowe

N₁ - liczebność drugiego gatunku

k - stały współczynnik, miara antagonizmu (-) lub protekcjonizmu (+)

Wzrost populacji w warunkach naturalnych:

• zmiany cykliczne liczebności (populacja w niezrównoważonych warunkach środowiska) lub model ustabilizowany (wzrost i wahania liczebności wokół poziomu pojemności środowiska = liczebności maksymalnej, fluktuacje liczebności w strefie tolerancji)

Populacja przeqęszczona:

Poniżej strefy tolerancji występuje strefa niedogęszczenia populacji, powyżej - strefa przegęszczenia. W strefie przegęszczenia dochodzi do naruszania zasobów odtwarzalnych środowiska np. tlenu, pokarmu, może dochodzić do autointoksykacji.

Zaburzenia rozwoju populacji w strefie przegęszczenia:

• etologiczne - zachowania, zaburzenia hierarchii społecznej, zwiększona agresja, zanik rytuałów, zaburzenia instynktu rozrodczego (np. kanibalizm);

• metaboliczne - wzrost częstości chorób metabolicznych

• odpornościowe - osłabienie odporności organizmu wskutek stresu, częstsze kontakty między osobnikami populacji powodują wzrost częstości chorób zakaźnych i pasożytniczych.

Ekologia człowieka

• wrażliwość na bodźce środowiskowe (ekosensytywność, ekowrażliwość)

• zdolność reagowania na bodźce środowiskowe lub zmiany środowiska (pobudliwość, reaktywność)

Reakcje (bierne, czynne) na bodźce środowiskowe dostosowują organizm do zachodzących zmian środowiska:

- reakcje krótkotrwałe, jednorazowe

- adjustacje (dostosowania) - morfofunkcjonalne zmiany odwracalne, czasowe trwające tak długo jak działają

bodźce; bodziec o średnim natężeniu działa długotrwale: aklimatyzacja, wytrenowanie, zahartowanie, kondycja, stan odżywienia

- adaptabilność (przystosowalność) - morfofunkcjonalne nieodwracalne zmiany zachodzące w ciągu życia; bodziec o dużym natężeniu działa długotrwale: większe wymiary klatki piersiowej i pojemności płuc dzieci mieszkających stale w warunkach wysokogórskich

Adaptacja genetyczna - przeobrażanie składu genetycznego populacji głównie pod wpływem działania doboru naturalnego (zgon, selekcja nieprzystosowanych, niepłodność; przeżywalność przystosowanych, płodność) Adaptacja kulturowa - bodźce gospodarcze, społeczne, polityczne; kulturowa transmisja informacji i ich zmian Czynniki rozwoju osobniczego (ontogenezv)

1. determinanty rozwoju - czynniki endogenne genetyczne: geny, płeć, rasa, konstytucja (typ budowy ciała i właściwości psychicznych)

2. stymulatory rozwoju - czynniki endogenne (genetyczne i niegenetyczne): np. wiek rodziców, liczba przebytych ciąż

3. modyfikatory rozwoju - czynniki egzogenne środowiskowe:

• czynniki biogeograficzne - klimat, skład wody, powietrza, gleby, ukształtowanie terenu, zmienność pór roku, fauna (np. pasożyty), flora (np. bakterie)

• czynniki społeczno-ekonomiczne (cywilizacyjno-kulturowe) - pochodzenie społeczne, warunki zamieszkania (wieś-miasto), poziom wykształcenia rodziców, zarobki rodziców, tradycje, zwyczaje, formy żywienia

Czynniki genetyczne:

• cechy monogenowe (jednogenowe) dominujące (np. hipercholesterolemia rodzinna, choroba Huntingtona, sferocytoza wrodzona) i recesywne (np.mukowiscydoza, fenyloketonuria, albinizm uogólniony, głuchota wrodzona)

• cechy wieloczynnikowe - wynik złożonego współdziałania czynników genetycznych (liczne geny) i czynników środowiskowych:

- cechy wieloczynnikowe ilościowe - o zmienności ciągłej (np. wzrost, masa ciała, ciśnienie tętnicze, barwa skóry, liczba erytrocytów), warunkowane przez wiele par genów;

- cechy wieloczynnikowe jakościowe - cecha występuje po przekroczeniu określonej sumy

czynników genetycznych i środowiskowych ( rozszczep wargi i podniebienia, wrodzona choroba serca, zwężenie odźwiernika, padaczka, schizofrenia, reumatoidalne zapalenie stawów, wrodzone zwichnięcie stawu biodrowego).

Czynniki determinujące stan zdrowia jednostki:

-53% styl życia - sposób codziennego postępowania

-21% środowisko

-16% geny

-10% służba zdrowia (w Polsce szacuje się na -5-30%)

Choroby świata współczesnego w ujęciu ekologicznvm:

1. choroby krajów rozwiniętych (tzw. cywilizacyjne)

2. choroby krajów rozwijających się

Choroby krajów rozwijających się:

1. choroby inwazyjne (pasożytnicze)

• malaria (zimnica) - Plasmodium spp., ok. 1,8 - 2,7 mld. chorych, 300 - 500 mln/rocznie

• askarydoza (glistnica) - Ascaris sp., ok. 1000 mln chorych

• ancylostomoza - Ancylostoma sp., ok. 900 mln chorych

• amebozy - Entamoeba histolytica, ok. 500 mln chorych

• schistosomozy - Schistosoma spp.: ok. 350 mln. chorych

• filariozy - ok. 200 mln chorych

• tryposomatozy - Trypanosoma spp. ok. 70 mln chorych i inne.

2.choroby infekcyjne (zakaźne):

• gruźlica - Mycobacterium tuberculosis, M. bovis, ok. 60 mln chorych

• jaglica, tzw. egipskie zapalenie spojówek - Chlamydia sp., ok. 500 mln. chorych

• trąd - Mycobacterium leprae, ok. 10 - 12 mln.chorych

• cholera - Vibrio cholerae

• zakażenia jelitowe

• gorączki krwotoczne

Choroby cywilizacyjne

1. wynikające z naruszenia reguł ekoloqicznych (zanieczyszczenia środowiska) - zmiany subkliniczne i kliniczne wywołane czynnikami fizycznymi, chemicznymi i biologicznymi, przeciążeniem układu immunologicznego, choroby środowiskowe np. przewlekłe nieswoiste choroby układu oddechowego, alergie, różnego typu nowotwory i zatrucia, zespół przewlekłego zmęczenia, zespół długu czasowego, zespół chorego budynku

2. wynikające z nadmiernego stresu - nerwice i zaburzenia psychosomatyczne: choroba wrzodowa żołądka i XII-cy, ch. niedokrwienna serca, nadciśnienie tętnicze, cukrzyca typu II, otyłość, hiperkinezja, zmiany neurasteniczne i psychotyczne, anoreksja, samobójstwa

3. z niedoboru naturalnych bodźców - hipokinezja, zaburzenia przemiany materii, hipowitaminozy i in. specyficzne niedobory witaminowe, miażdżyca naczyń, otyłość, cukrzyca, choroba sieroca

4. spowodowane wykonywaniem pracy zawodowej - choroby zawodowe i parazawodowe np. pylice, zatrucia, rozedma płuc, alergie, ch. narządu ruchu (płaskostopie, żylaki), ch. wibracyjna, dekompresyjna, popromienna

5. urazy - wypadki przy pracy, wypadki komunikacyjne, urazy wojenne

6. choroby wynikłe ze stosowania używek, lekomanie - hipo- i hiperwitaminozy, alergie, zaburzenia psychiczne, narkomanie, nikotynizm, alkoholizm

Choroby jatrogenne (związane z hospitalizacją, od gr. iatros = lekarz):

1. zakażenia szpitalne (endogenne i egzogenne)

2. psychiczne zagrożenia dla pacjentów

Zakażenia szpitalne:

• wirusy: grypy -Influenza virus A, B;

ospy wietrznej i półpaśca - Herpes simplex typ 3 (HSV3);

opryszczki - Herpes simplex typ 1 (HSV1);

cytomegalii - Herpes simplex typ 5 (HSV5);

zapalenia wątroby - Hepatitis B virus (HBV), Hepatitis C virus (HCV);

różyczki - Rubivirus;

HIV

• grzyby: Candida sp.,_Aspergillus sp.,_ Cryptococcus sp.

• bakterie: Staphylococcus sp. (S.aureus, S.epidermidis), Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Proteus sp., Salmonella sp., Shigella sp., Legionella sp.

Najczęstsza lokalizacja anatomiczna zakażeń szpitalnych:

1.drogi moczowo-płciowe 3. płuca

2. rany chirurgiczne 4. krew

Nowe choroby XX wieku

• zespół nabytego upośledzenia odporności AIDS - wirus HIV

• gorączki krwotoczne - wirusy Ebola, Hantaan, denga

• nowe warianty wirusów grypy

• legionelloza

• choroba z Lyme

• WZW C, E

• choroby wywoływane przez priony - zmiany degeneracyjne w o.u.n.: choroba Creutzfelda­Jakoba, Kuru, śmiertelna rodzinna bezsenność

Wyzwania XXI wieku:

• choroby nawracające np. gruźlica

• błonica - zawleczona ze Wschodu

• choroby prionowe

• choroby szerzące się drogą krwi (WZW B, WZW C, AIDS)

• grypa

• kleszczowe zapalenie mózgu

• zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych

• zakażenia szpitalne

• zakażenia pokarmowe (np. Salmonella enteritidis)

• zakażenia u ludzi z obniżoną odpornością

• bąblowica (Echinococcus multilocularis - Bąblowiec wielojamowy)

Grypa: ostra choroba zakaźna układu oddechowego wywołana przez RNA - wirusy z rodziny Orthomyxoviridae (influenzae virus A, B, C); rezerwuar: świnie, konie, ptaki (zwłaszcza wodne),

człowiek; - wirus A (Hong Kong 8/68/H3/N2), - wirus rosyjski A (USSR 1/77/H1/N1)

typowanie serologiczne: hemaglutyniny H, neuraminidazy N

grypa A - 9 światowych pandemii: najcięższa 1918 r. "hiszpanka" typ H1 N1 : 550 mln. chorowało,

20 mln. zmarło

,,Ptasia" grypa - H5 N1

Związki chemiczne wytwarzane przez człowieka

Ekotoksyny - związki chemiczne, a także czynniki fizyczne zanieczyszczające środowisko; zaburzają procesy otrzymywania energii i jej wykorzystanie w organizmie:

• obniżenie stężenia tlenu w środowisku, zwiększenie dwutlenku węgla

• zaburzenia wymiany gazowej w układzie oddechowym

• ograniczenie transportu tlenu przez krew do tkanek

• hamowanie enzymów oddechowych w komórce

- przekazywanie informacji genetycznej

Ksenobiotyki - substancje chemiczne nowo wprowadzane do środowiska

POP - (ang. Persietent Organic Pollutants) "stałe zanieczyszczenia organiczne"

pestycydy: DDT (dichlorodifenylotrichloroetan),aldryna, dieldryna, heptachlor, heksachlorobenzen,

chloradan i in.

odpady: dioksyny, furany

- neurotoksyczne, teratogenne, karcynogenne

- bardzo stabilne substancje i/lub produkty ich rozpadu

- mało polarne cząsteczki dobrze rozpuszczalne w tłuszczach, kumulują się w łańcuchach troficznych

(biomagnifikacja)

Pestycydy ( gł. insektycydy, fungicydy, herbicydy)

• polichlorowęglowodorowe - DDT, PCB, dieldryna,

-słaba degradacja, zalegają w glebie wiele lat,

- w biosferze ok. 500 tys. ton DDT

- od 1975 r. używanie zabronione, ale ...

• fosfoorganiczne (IFO)- estry lub amidoestry kwasu fosforowego, tiofosforowego, pirofosforowego itp.

- krótki okres karencji, nie akumulują się w glebie i w organizmach żywych

- związki i produkty ich rozpadu bardziej toksyczne niż związki wyjściowe, np.

dla IFO DL₅₀ = 0.05 - 0.01 mg/kg m.c. myszy, dla DDT DL₅₀ == 113 mg/kg m.c. myszy

- mogą być przyczyną zatruć ostrych i przewlekłych

• inaktywują enzymy różnych procesów metabolicznych (np. acetylocholinesterazę - co zaburza przekazywanie impulsów nerwowych),

• uszkadzają błony komórkowe,

• mogą powodować zmiany w materiale genetycznym komórki (mutageny, karcynogeny, teratogeny)

Szkodniki pierwotne i szkodniki wtórne

Nabywanie odporności przez szkodniki - od lat 60. XX wieku obserwujemy wykładniczy wzrost liczby gatunków owadów odpornych na insektycydy np. mucha domowa (Musca domestica) ma odporność na prawie wszystkie stosowane związki chemiczne

odporność na herbicydy - doniesienia od lat 70. XX wieku

Synantropizacja szaty roślinnej i zwierzęcej

antropofity:

- rośliny segetalne - towarzyszące roślinom uprawnym (np. chwasty)

- rośliny ruderalne - rozwijające się w sąsiedztwie osiedli ludzkich, szlaków komunikacyjnych

Gatunki ginące i gatunki obce

- w Polsce w ostatnich 150 latach ubyło ponad 50 gat. roślin naczyniowych, zagrożonych ponad 400 gat., w Puszczy Białowieskiej ubyło 24 gat. porostów w ciągu 50 lat

- nowe gatunki - antropofity, neofity

Zasoby przyrody:

• niewyczerpywalne - energia słońca, energia geotermalna, wiatr, prądy morskie

• wyczerpywalne

• odnawialne - powietrze, wody, gleby, rośliny, zespoły roślinne (lasy), zwierzęta

• nieodnawialne - surowce mineralne np. węgiel, rudy metali, sól kamienna, ropa

naftowa, wody mineralne, gaz ziemny

Krajobraz - wygląd i struktura powierzchni Ziemi lub jej części (obraz środowiska); suma wszystkich elementów przyrodniczych i antropogenicznych, które pozostają we wzajemnych zależnościach jako układ ekologiczny.

Ekorozwój - konferencja ONZ w Sztokholmie 1972 r.

"Człowiek ma podstawowe prawo do wolności, równości, odpowiednich warunków życia w środowisku. Dobra jakość tego środowiska pozwala na życie w godności i dobrobycie. Stąd też człowiek ponosi wielką odpowiedzialność za ochronę i polepszenie środowiska tak dla obecnych, jak przyszłych pokoleń"

- taki przebieg rozwoju gospodarczego, który nie narusza w sposób istotny i nieodwracalny środowiska życia człowieka, godząc prawa przyrody i prawa ekonomii.

II Konferencja ONZ (Szczyt Ziemi) nt. "Środowisko i Rozwój" Rio de Janeiro 1992

- Deklaracja z Rio (Karta Ziemi)- 27 praw i obowiązków, które mają doprowadzić do nowego ładu na Ziemi,

osiągnięcie zrównoważonego rozwoju i lepszej jakości życia

- Globalny program działań - Agenda 21

- ramowa Konwencja w sprawie zmian klimatu

- Konwencja o różnorodności biologicznej

- zasady w sprawie zarządzania lasami, ich ochrony i prawidłowego rozwoju

Ochrona różnorodności biologicznej - w obrębie gatunku, międzygatunkowej, różnorodności ekosystemów - zapobieganie stratom siedlisk i wymieraniu gatunków:

Gatunki rzadkie

• rozmiar zasięgu geograficznego - mały,

• zakres tolerancji w stosunku do siedliska - wąski

• wielkość populacji lokalnej - nieliczna, małe zagęszczenie, populacje endemiczne

Genetyczna różnorodność - zmniejszona u gatunków o małej liczebności, co może powodować:

- ograniczenie możliwości adaptacyjnych

- zmniejszenie odporności na nowe choroby

- wzrost ekspresji szkodliwych alleli i osłabienie kondycji potomstwa (depresja wsobna)

Minimalna wielkość trwałej populacji (MVP)

- powyżej 250-500 osobników

"Czerwona Księga" IUCN - wykaz gatunków zagrożonych (np. wielkie pandy, goryle, czarne nosorożce, słonie afrykańskie, tygrysy syberyjskie)

W Polsce "Czerwone listy" i "Czerwone księgi" roślin i zwierząt - Zakład Ochrony Przyrody i Zasobów Naturalnych PAN

Strategie ochrony przyrody:

• utrzymanie procesów ekologicznych i stabilności ekosystemów

• zachowanie różnorodności gatunkowej (genetycznej) organizmów

• zachowanie dziedzictwa geologicznego

• zapewnienie ciągłości istnienia (trwałego użytkowania) gatunków i ekosystemów

• kształtowanie proekologicznych postaw człowieka wobec przyrody

• restytucja (odtworzenie) zasobów i składników przyrody.

Formy ochrony przyrody:

• parki narodowe

• rezerwaty przyrody

• parki krajobrazowe

• obszary chronionego krajobrazu

• ochrona gatunkowa roślin i zwierząt

• ochrona indywidualna: pomniki przyrody, stanowiska dokumentacyjne, użytki ekologiczne, zespoły przyrodniczo-krajobrazowe.

1

Δ- to jest delta

= rN

---