Materiały uzupełniające do wykładów z Biologii
dla studentów I roku kierunku lekarsko-dentystycznego

Prof. dr E. Hadaś

- 1 -

ORGANIZM I ŚRODOWISKO

(na podstawie:

Hadaś E. Żywa materia - Pochodzenie, charakterystyka i występowanie. Organizm i Środowisko. red.

W Kasprzak -

Materiały do seminariów z Biologii, - wyd. IV., zmienione i uzupełnione, Wydawnictwo

Uczelniane AM, 19-28, 1992.

Ilekroć przystępuje się do szczegółowego badania jakichkolwiek grup populacji,

stwierdza się zdumiewające przystosowanie do ich miejsca bytowania.

Przystosowanie to, jak i funkcjonowanie organizmów powstało w wyniku procesów
ewolucyjnych na drodze doboru naturalnego i selekcji. Poznanie struktury funkcji
populacji, biocenozy czy ekosystemu, jak i poznanie podstawowych zasad ekologii,

umożliwi nam zrozumienie praw i zasad ekologii populacji ludzkiej. Z ekologicznego

punktu widzenia populację ludzką należy traktować na równi z innymi populacjami,

ponieważ rządzą nią takie same prawa ekologiczne. Chociaż człowieka może

w pewnym stopniu zmienić środowisko, zmiany te jednak nie zawsze są całkowite

i często człowiek musi się przystosować do sytuacji, których zmienić nie może.

Zrozumienie zjawisk cyklicznych zachodzących w przyrodzie i współdziałanie z nimi

jest znacznie korzystniejsze z punktu widzenia człowieka, niż ślepe dążenie do ich
zmiany i regulacji.

PODSTAWOWE ZASADY I POJĘCIA EKOLOGICZNE

Pojęcie ekologii

Problematyka ekologiczna została po raz pierwszy wyodrębniona

w samodzielną gałąź wiedzy przez Ernesta Haeckla i sformułowana jako nauka

zajmująca się zależnościami organizmu od otoczenia oraz istot, z którymi współżyje
w miejscu swego bytowania.

Ponieważ ekologia dotyczy biologii całych grup organizmów oraz procesów

zachodzących w Środowisku, ekologię można określić jako naukę o strukturze
funkcjonowaniu

żywej przyrody.

Ekologię dzieli się powszechnie na autekologię i synekologię. Autoekologia

zajmuje się badaniem poszczególnych organizmów lub poszczególnych gatunków.
Synekologia

zajmuje się badaniem grup organizmów występujących razem

i tworzących określoną jednostkę. Stosowane są również inne podziały ekologii
zgodnie z poziomami organizac

ji lub według grup taksonomicznych oraz oparte na

typach środowiska.

Pojęcie poziomów organizacji

Zakres współczesnej ekologii można najłatwiej określić, jeżeli rozważy się

ten zakres w terminach oznaczających poziomy organizacji. Liczba poziomów
organiza

cji nie jest ustalona i jest całkowicie dobrowolna. Najwygodniej jest

wyróżnić 10 poziomów organizacji, które stanowią spektrum biologiczne:

Materiały uzupełniające do wykładów z Biologii
dla studentów I roku kierunku lekarsko-dentystycznego

Prof. dr E. Hadaś

- 2 -

P

K

T

N

U

O

P

B

E

B

R

O

K

A

K

R

O

I

K

I

O

M

A

R

Ł

G

P

O

O

O

T

Ó

N

Z

A

A

U

C

S

S

O

R

K

Ą

D

N

L

E

Y

F

P

I

I

D

Y

I

A

N

S

E

L

Y

Z

C

O

T

R

A

N

M

J

Z

E

A

Z

A

Y

E

Y

M

M

R

Y

A

Z

Ą

D

Ó

W

Poziomy organizacji zostały uszeregowane na jednym poziomie, nie zaś

ułożone jeden pod drugim dla podkreślenia, że żaden z poziomów nie jest bardziej

ważny od drugiego. Należy podkreślić, że w powyższym spektrum nie ma żadnych

ostrych granic ani przerw, nawet pomiędzy organizmem a populacją. Pojedynczy

organizm poza populacją nie może żyć długo, tak jak narząd nie jest zdolny do

przeżycia poza organizmem. Podobnie biocenoza nie może istnieć bez krążenia

materii i przepływu energii w ramach ekosystemu.

Ekologia zajmuje się głównie problemami powyżej poziomu organizmu.

POJĘCIA:
- populacja

- biocenoza

- ekosystem

- biosfera

Właściwości grupowe populacji

Populacja ma różne cechy charakterystyczne, które są jednak wyłącznie

właściwościami grupy, a nie należących do niej osobników. Oto niektóre właściwości
populacji:

1.

rozrodczość

2.

śmiertelność

3.

rozkład wiekowy

4.

zagęszczenie

5.

rozkład przestrzenny

6. krzywa wzrostu

1.

Rozrodczość jest wrodzoną zdolnością populacji do wzrostu. Wskaźnik

rozrodczości jest równoważny wskaźnikowi przyrostu naturalnego, używanemu

w terminologii dotyczącej badań populacji ludzkiej. W rzeczywistości jest to termin
szerszy obe

jmujący wytwarzanie przez jakikolwiek organizm nowych osobników bez

względu na sposób, w jaki one powstają, rodzą się, wyglądają, kiełkują, czy też

powstają przez podział.

Materiały uzupełniające do wykładów z Biologii
dla studentów I roku kierunku lekarsko-dentystycznego

Prof. dr E. Hadaś

- 3 -

W ekologii stosuje się dwa pojęcia dotyczące rozrodczości:

•

rozrodczość maksymalna (absolutna lub fizjologiczna)

oraz
•

rozrodczość ekologiczna czyli rzeczywista.

Rozrodczość maksymalna oznacza teoretyczną maksymalną liczbę, osobników

powstających w idealnych warunkach, tj. bez ograniczeń środowiskowych. Jest to

wartość stała dla danej populacji.

Rozrodczość ekologiczna dotyczy rozrodu odbywającego się w ściśle określonych

warunkach środowiskowych. Nie jest ona stała dla danej populacji i waha się

zależnie od wielkości i składu populacji oraz od warunków i czynników fizycznych

środowiska.

2.

Śmiertelność odnosi się do wymierania osobników populacji. Jest to pojęcie mniej

lub więcej przeciwstawne pojęciu rozrodczości. Wyróżniamy tutaj pojęcia

śmiertelności ekologicznej, czyli rzeczywistej i śmiertelności minimalnej.

Śmiertelność ekologiczna - ubytek osobników w danych warunkach

środowiskowych - jest podobnie jak rozrodczość ekologiczna, wielkością niestałą,

zmieniającą się wraz ze zmianami populacji i warunków środowiskowych.

Śmiertelność minimalna jest to wielkość stała dla danej populacji, określająca

ubytek osobników w warunkach idealnych, czyli nieograniczających. Jednak przy

najbardziej sprzyjających warunkach osobniki umierają ze starości, co zależy od

fizjologicznej długości życia, która oczywiście jest często znacznie większa niż
ekolo

giczna długość życia.

3.

Rozkład wiekowy populacji jest jej istotną cechą wynikającą z rozrodczości, jak

i śmiertelności. Zazwyczaj śmiertelność zmienia się z wiekiem, a rozród jest często

ograniczony do pewnych grup wiekowych. Dlatego też struktura wiekowa populacji

zależy od aktualnej rozrodczości populacji. Z rozkładu wiekowego populacji wnosić

można, jakiego stanu należy się spodziewać w przyszłości. Rozkład wiekowy

populacji można przedstawić w postaci piramid wiekowych.

(Patrz następna strona)

a) Piramida wieku w populacjach rozwijających

się

b) Piramida wieku w populacjach wymierających

K

LAS

A W

I

EK

U

Materiały uzupełniające do wykładów z Biologii
dla studentów I roku kierunku lekarsko-dentystycznego

Prof. dr E. Hadaś

- 4 -

c) Piramida wieku w populacjach ustabilizowanych

W rozrastającej się raptownie populacji udział osobników młodych jest

zazwyczaj znaczny, w populacji ustabilizowanej udział poszczególnych grup
wiekowych jest bardziej

równomierny, zaś w populacji wygasającej znaczny jest

udział osobników starych. Struktura wiekowa populacji może podlegać kolejnym

zmianom, mimo, że nie zachodzą żadne zmiany wielkości populacji. Istnieją dowody

na to, że populację mają stały rozkład wiekowy, do którego osiągnięcia dążą

każdorazowo istniejące rozkłady w1ekowe. Kiedy populacja osiągnie już raz stały

rozkład wiekowy, wtedy zwiększenie się, rozrodczości czy śmiertelności powoduje

zmiany okresowe, po których populacja samorzutnie wraca do stałej sytuacji.

4.

Zagęszczenie populacji oznacza stosunek populacji do określonej jednostki

przestrzeni.

Zwykle wyraża się, w liczbie osobników populacji lub ich biomasę na

jednostkę powierzchni lub objętości. np. 200 drzew na hektar, 5 milionów okrzemek
na 1 m3 wody, lub 1 kg glonów na 1 m2 powierzchni.

Czasami istotne jest rozróżnienie między

zagęszczeniem globalnym, czyli

liczbą lub biomasą na jednostkę całej powierzchni a

zagęszczeniem specyficznym,

czyli ekologicz

nym. tj. liczbą lub biomasą na jednostkę przestrzeni środowiska -

powierzchni lub objętości dostępnej, czyli takiej, która rzeczywiście może być zajęta

przez populację.

Często duże znaczenie ma to, czy wielkość populacji zmienia się w danym

momencie. Wielkość populacji i zmienia się tak często, zwłaszcza u niższych

systematycznie grup roślin i zwierząt, że trudno ją mierzyć dokładnie i oznaczanie

zagęszczenia na jednostkę przestrzeni nie ma tu dużego znaczenia. W takich

przypadkach stosuje się wskaźnik

względnej liczebności. Mogą być one odnoszone

do czasu, np.: jaka liczba ptaków przelatuje w ciągu doby, lub mogą to być

oznaczenia procentowe, np.: procent roślin zaatakowanych przez określony gatunek
p

asożyta.

5.

Rozkład przestrzenny populacji odnosi się do pewnego rozmieszczenia w

środowisku, które wykazują osobniki tworzące populację. Wyróżnia się trzy ogólne

modele rozkładu przestrzennego:

A) Rozkład równomierny

B) Rozkład losowy

C) Rozkład skupiskowy

% O S O B N I K Ó W

Materiały uzupełniające do wykładów z Biologii
dla studentów I roku kierunku lekarsko-dentystycznego

Prof. dr E. Hadaś

- 5 -

R

ozkład równomierny występuje wówczas, gdy między osobnikami w populacji

istnieje ostra konkurencja

lub występują inne dodatkowe antagonizmy.

Rozkład losowy jest w przyrodzie rzadko spotykany; występuje tam, gdzie

środowisko jest bardzo jednolite i gdzie nie obserwuje się tendencji do skupiania się
osobników.

Rozkład skupiskowy jest znacznie pospolitszym zjawiskiem i niemalże stanowi

zasadę. Jeżeli osobniki w populacji dążą do tworzenia grup pewnej wielkości, to

rozkład takich grup może dowolnie przybliżać się do rozkładu losowego lub

równomiernego. Dlatego też należy przyjąć, że istnieją trzy typy rozmieszczenia
skupiskowego:

- losowo-skupiskowy
- równomiernie skupiskowy
- grupowo skupiskowy.

W przyrodzie istnieją wszystkie wymienione typy rozkładu przestrzennego populacji.

6.

Populację mają charakterystyczne modele wzrostu, które nazywa się krzywymi

wzrostu populacji. Dla celów porównaw

czych wyróżnia się dwa podstawowe modele

wzrostu:

•

krzywą w kształcie litery J (wykładnicza)

•

krzywą w postaci litery S (esowata).

Zależnie od szczególnych właściwości organizmów czy środowisk krzywe te

można łączyć lub przekształcać w różny sposób. Jeżeli wzrost populacji da się

przedstawić w kształcie litery J, to jaj zagęszczenie szybko wzrasta w sposób

wykładniczy, czyli w sposób taki jak procent składny; później, kiedy opór środowiska

nagle zaczyna wywierać mniej lub bardziej skuteczny wpływ, przyrost zagęszczenia

raptownie zatrzymuje się.

Gdy wzrost populacji następuje według krzywej esowatej początkowo odbywa

się powoli (stan wyjściowy), później – podobnie, jak w poprzednim typie krzywej -
staje

się szybki (faza logarytmiczna), lecz wkrótce - na skutek zwiększania się oporu

środowiska - stopniowo zwalnia i wreszcie osiąga poziom mniejszego lub większego

utrzymującego się zrównoważenia.

Typy interakcji między dwoma gatunkami.

W

każdej przestrzeni zajmowanej przez dwie lub więcej populacji zachodzi

stałe oddziaływanie na siebie żywych organizmów. Teoretycznie można wyróżnić

sześć podstawowych możliwości oddziaływania na siebie populacji dwóch gatunków
zgodnie z kombinacjami znaków zero, plus i minus, a mianowicie: 00, --, ++, +-, +0, -
0.

PRZYGOTUJ WIADOMOŚCI O TYPACH

INTERAKCJI MIĘDZY DWOMA GATUNKAMI
- neutralizm
- konkurencja
- mutualizm
- protokooperacja
- komensalizm
- amensalizm
-

pasożytnictwo

-

drapieżnictwo.

Materiały uzupełniające do wykładów z Biologii
dla studentów I roku kierunku lekarsko-dentystycznego

Prof. dr E. Hadaś

- 6 -

Prawdopodobnie wszystkie wymienione wżytej interakcje występują w typowej

biocenozie i można je wyróżniać i badać. Typ interakcji danej pary gatunków może

się zmieniać pod wpływem różnych warunków lub w kolejnych etapach cyklu

życiowego i tak na przykład dwa gatunki w jednym okresie cyklu życiowego wiążą się

ze sobą przez pasożytnictwo, w innym przez komensalizm, a jeszcze w innym są one

względem siebie zupełnie obojętne.

PROBLEMY EKOL

OGII CZŁOWIEKA

Ochrona przyrody i jej zadania.

Ruch ochrony przyrody przeszedł na przestrzeni swojego rozwoju

historycznego głęboką ewolucję. W początkowym okresie wyrażał się on

w działalności o charakterze konserwatorskim, zmierzającym do zachowania
p

ojedynczych tworów przyrody mających cechy zabytkowe. Następnie uległ on

rozszerzeniu przez obejmowanie ochroną określonych obszarów i tworzenia

rezerwatów przyrody bądź parków narodowych dla zabezpieczenia przed
zniszczeniem resztek biocenoz naturalnych.

W ostatnich dziesiątkach lat do kręgu

zainteresowań ochrony przyrody zostały włączone problemy związane
z

gospodarowaniem człowieka w przyrodzie. Zmiany oblicza Ziemi powstające pod

wpływem działalności człowieka wywołały konieczność zwrócenia uwagi na całość

otaczającej przyrody, w trosce o zapobieżenie dalszym niekorzystnym jej

przekształceniom. W dotychczasowej gospodarce człowieka i korzystaniu przez
niego z bogactw

naturalnych i sił produkcyjnych przyrody dostrzeżono

nieb1ezpieczeństwo wyniszczenia niektórych zasobów przyrody, a wskutek tego

groźbę poważnych następstw godzących w samego człowieka.

Ochrona przyrody w nowoczesnym ujęciu oznacza zachowanie, restytuowanie

i właściwe użytkowanie zasobów przyrody oraz tych tworów przyrody żywej

i nieożywionej, w postaci poszczególnych okazów lub ich skupień jak i całych

zbiorowisk na określonych obszarach, a także gatunków roślin i zwierząt, których

ochrona jest podyktowana interesem publicznym oraz ze względu na występujące
swoiste cechy krajobrazu.

Gro

źny problem degradacji środowiska przyrodniczego w skali całego świata

zaczynają rozumieć nie tylko przyrodnicy, ale przedstawiciele różnych zawodów,

politycy, działacze gospodarczy, którzy podejmuję walkę o ochronę środowiska

przyrodniczego i o umiejętne kierowanie nieuniknionymi zmianami. Dziś ochroną
przyrody, a

więc i człowieka i jego gatunku biologicznego, zajmować się muszą nie

tylko „ochroniarze”, ale i botanicy, zoologowie i

lekarze, chemicy i leśnicy, ogrodnicy

i specjaliści od kanalizacji, budowniczowie zapór wodnych, fabryk i lotnisk,

konstruktorzy samochodowi, architekci i ekonomiści. Wszyscy muszą nauczyć się

patrzeć szerzej niż to nakazuje ich specjalność zawodowa. W przeciwnym bowiem

razie zatrujemy się substancjami przemiany materii i współczesnej cywilizacji.

Zmiany w fizycznym środowisku człowieka oraz zmienność poglądów na pojęcie
zanieczyszczenia.

Większość substancji w naszym środowisku, których oddziaływanie staje się

przyczyną zaniepokojenia, jest wynikiem ludzkiej działalności. Celowo lub

Materiały uzupełniające do wykładów z Biologii
dla studentów I roku kierunku lekarsko-dentystycznego

Prof. dr E. Hadaś

- 7 -

nieumyślnie dodajemy do powietrza, którym oddychamy, do wody, którą pijemy, do

ziemi, którą uprawiamy, wielkie ilości substancji o przypuszczalnej lub stwierdzonej

aktywności biologicznej. Nieuchronnie przenikają one do naszego organizmu, a w
jakim

stopniu wpływają na nasze zdrowie, jest jednym z najbardziej palących pytań.

Przez większość okresu swego istnienia człowiek, jak i wszystkie inne formy

życia, pozostawał w równowadze ze swoim środowiskiem. Jego działalność i
wytwarzane zanieczyszczenia ni

e zmieniły środowiska w stopniu przekraczającym

możliwości samooczyszczenia. W ciągu kilku jednak ostatnich dziesięcioleci człowiek

zanieczyścił wiele rejonów Ziemi odpadami swej działalności przemysłowej i socjalnej

w takim stopniu, że siły naturalne nie są w stanie im podołać.

Tradycyjnie przez czynnik zanieczyszczający rozumiano szkodliwą substancję

dodawaną do środowiska przez człowieka, która w normalnych warunkach nie

występowała, albo występowała w ilościach zbyt małych, aby spowodować jakieś

zagrożenie. Ostatnio zmuszeni jesteśmy do rozszerzenia definicji, ponieważ
s

twierdzono, że zmiany środowiskowe związane są z pewnymi czynnikami

poprzednio

uważanymi za nieszkodliwe. Co więcej, niektóre czynniki wywołujące

zazwyczaj skutki pozytywne mogą, występując w nadmiarze, zmienić nasze

środowisko w nieoczekiwany sposób. Nasuwa się pytanie: CO UWAŻAĆ ZA
ZANIECZYSZCZENIE?

PRZYGOTUJ RÓWNIEŻ WIADOMOŚCI O:
- wody
- zanieczyszczeniu CO

2

i zjawisku „efektu

cieplarnianego"

- zanieczyszczeniu cieplnym
-

zanieczyszczeniu hałasem

- zanieczyszczeniu powietrza
- zanieczyszczeniu substancjami

promieniotwórczymi (odpady)

- zanieczyszczeniu zanieczyszczeniu gleby

Problem populacyjny

Biosfera znajduje się obecnie w krytycznej sytuacji wobec narastającej ludności

świata.

Można dziś odtworzyć wzrost liczebności ludzi począwszy od najdawniejszych

czasów. Wydaje się, że aż do 8000 roku p.n.e. ludność Ziemi nie przekraczała
5 milionów. Wraz z roz

wojem rolnictwa liczba ta zaczęła się powiększać, aby na

początku naszej ery dojść do co najmniej 200 milionów, a w roku 1650 przynajmniej

do 500 milionów. Ten znaczny wzrost był jednak znikomy w porównaniu z tym co

nastąpiło potem, dzięki powstaniu nowoczesnej nauki, która ograniczyła

śmiertelność i zwiększyła ilość żywności. Od roku 1650 do 1950 ludność Ziemi

zwiększyła się przeszło czterokrotnie i osiągnęła 2400
milionów.

Zwłaszcza jednak w ostatnich dziesięcioleciach wzrost ten jest ogromny i

przybiera charakter eksplozyjny, co jest głównie wynikiem dalszego zmniejszenia

śmiertelności w połączeniu z niezmienionym przyrostem naturalnym. Szybkość

przyrostu ludności na świecie przekracza 1.5 % co oznacza, że każdego dnia

przybywa ponad 50 tysięcy ludzi. Teoretycznie jeżeli będzie to trwało przez kilka

Materiały uzupełniające do wykładów z Biologii
dla studentów I roku kierunku lekarsko-dentystycznego

Prof. dr E. Hadaś

- 8 -

wieków, a wiec czas względnie krótki, to liczba ludzi będzie tak wielka, że nie

pomieszczą się oni na powierzchni Ziemi, nawet stłoczeni ciasno obok siebie.

Jednak z biologicznego punktu widzenia nie jest to możliwe. Mała

śmiertelność w połączeniu z dużą rozrodczością nie mogę trwać w nieskończoność
przyr

ost naturalny w pewnym momencie musi się zrównać ze śmiertelnością,

zgodnie z przebiegiem wszelkich zjawisk wzrostu populacji (krzywa esowata).

Ludzkość znajduje się obecnie na wstępującej części krzywej, która będzie się

musiała załamać po osiągnięciu pewnego poziomu. Jeżeli ludność pewnych

cywilizacji osiągnęła jak się wydaje, płaski odcinek krzywej, to narody rozwijające się,

znajdują się w okresie eksplozji, która jest skutkiem dobrodziejstw współczesnej

nauki. I tu właśnie znajdujemy się wobec paradoksu: stosowanie zdobyczy medycyny

i metod sanitarnych zdołało znacznie zmniejszyć śmiertelność, nie zmniejszając

jednak rozrodczości tak, że w niektórych krajach rozwijających się postęp

w rolnictwie nie nadąża za wzrostem zaludnienia. W krajach tych więc ludność jest

liczniejsza, lecz w gorszym stanie zdrowotnym niż poprzednio, na skutek

zmniejszenia się racji żywnościowych. Paradoks polega na tym, że daje się życie

ludziom, aby musieli umierać z głodu!

Nie ulega wątpliwości, że tzw. ”problem populacyjny”, ze względu na częste

jego spłycanie nie uzyskał właściwej rangi. Obejmuje on nie tylko zagadnienia

wysokiego naturalnego przyrostu, ale wiąże się on z problemami wyżywienia –

niedożywienia i otyłości, problemami chorób genetycznych i chorób zakaźnych
wys

tępujących coraz częściej dzięki współczesnym metodom technologii

przygotowywanie żywności oraz chorób współczesnej cywilizacji.

PYTANIA KONTROLNE:

- definicja ekologii
-

pojęcia populacji, biocenozy, ekosystemu, biosfery

- funkcjonalny

skład ekosystemu i składowe ekosystemu

-

właściwości grupowe populacji (zagęszczenie globalne i ekologiczne, wskaźnik

względnej liczebności, rozrodczość maksymalna i ekologiczna, śmiertelność

ekologiczna i minimalna, ekologiczna i fizjologiczna długość życia, rozkład
wiekowy populacji, krzywe wzrostu populacji, oscylacje cykliczne,

rozprzestrzenianie się populacji, modele rozkładów przestrzennych)
-

typy interakcji między dwoma gatunkami

- ochrona przyrody i jej zadania

- zmiany

w fizycznym środowisku człowieka

-

współczesne pojęcie zanieczyszczania

-

problem populacyjny i możliwości rozwiązania błędnego koła tego problemu