WYKŁADY 6

Temat: Tkanki budowa i funkcje.

Tkanka – określa się zespół komórek o podobnej budowie, wspólnym pochodzeniu spełniających w organizmie żywym te same czynności. Zazwyczaj we wszystkich komórkach tej samej tkanki zachodzą identyczne reakcje metaboliczne.

1. Tkanki zwierzęce; w organizmach zwierzęcych można wyróżnić 4 podstawowe rodzaje tkanek: tkankę nabłonkową, tkankę łączną, tkankę mięśniową i tkankę nerwową.

Tkanka nabłonkowa jest tkanką pierwotną, od której wywodzą się wszystkie inne rodzaje tkanek. Jest to również tkanka ograniczająca, podczas gdy pozostałe są tkankami wypełniającymi. Tkanka nabłonkowa może występować w różnych postaciach (np. płaskie komórki, sześciany, cylindry). Komórki występują w postaci zwartej, w jednej warstwie lub kilku. Ogólnie wyróżniamy 3 typy nabłonka: nabłonek pokrywający (funkcja: ochrona powierzchni organizmu lub powierzchni narządów wewnętrznych oraz uczestnictwo w wymianie gazowej); nabłonek gruczołowy (komórki tego nabłonka wytwarzają i wydzielają różne substancje np. hormony); nabłonek zmysłowy.

Tkanka łączna. Funkcją tkanek łącznych jest zespalanie różnych elementów tkanek w kompleksy bądź też łączenie tkanek między sobą. Komórki niektórych tkanek łącznych pełnią także funkcje odżywcze. Wyróżnia się przynajmniej 6 podstawowych typów tkanki łącznej: tkankę łączną zarodkową, właściwą, chrzęstną, kostną, tłuszczową oraz tkankę płynną (krew). Komórki tkanek łącznych nie zawsze są zwarte, często oddzielone od siebie półpłynną lub płynną substancją komórkową. Tkanka łączna zarodkowa (występuje w rozwijających się zarodkach; zbudowana jest z komórek gwieździstych luźnie połączonych długimi wypustkami); Tkanka łączna właściwa (zbudowana jest z różnego rodzaju komórek, z których najbardziej typowe są fibroblasty; komórki te wytwarzają włókna, które przedostają się do substancji międzykomórkowej. Do takich włókien należą m.in. włókna klejorodne zbudowane z białka zwanego kolagenem oraz włókna sprężyste zbudowane z białka zwanego elastyną. Wyróżniamy także tkankę właściwą wiotką i zbitą a wg innego podziału tkankę łączną włóknistą oraz ścięgnistą.); Tkanka chrzęstna (pełni funkcję tkanki podporowej. Posiada ona znaczną twardość, ale jednocześnie znaczną elastyczność. Wyściela powierzchnie stawowe kości oraz tworzy pewne części szkieletów zwierząt wyższych. W ich skład wchodzą komórki zwane chondrocytami, natomiast przestrzeń międzykomórkowa utkana jest włóknami elastycznymi i klejorodnymi, na zewnątrz tkanki znajduje się błona zwana ochrzęstną.); Tkanka kostna (pełni funkcje podporowe, podobnie jak chrzęstna. Jest znacznie bardziej twarda niż tkanka chrzęstna oraz mniej podatna na odkształcenia. W przestrzeni międzykomórkowej tkanki kostnej znajduje się znaczna ilość soli mineralnych, zwłaszcza fosforanu wapnia i węglanu wapnia. Istnieją trzy grupy komórek tkanki kostnej: 1) osteoblasty (pojawiają się w okresie kostnienia, czyli są to komórki kościotwórcze); 2) osteocyty (występują w kości dojrzałej, nie ulegają podziałom komórkowym); 3) osteoklasty (mają właściwości resorpcyjne, są to komórki kościożerne). Na zewnątrz tkanki kostnej znajduje się błona okostna. Zadania tkanki kostnej: przekazywanie substancji pokarmowych komórkom tkanki kostnej; ochrona tkanki kostnej przed urazami oraz udział w procesie regeneracji krwi.)) Tkanka tłuszczowa pełni funkcje tkanki zapasowej. Zbudowana jest z komórek wielobocznych wypełnionych kropelkami tłuszczu. Jądro i cytoplazma zepchnięte są na brzeg komórki tworząc charakterystyczny półksiężyc. Organizm sięga do tkanki tłuszczowej w okresie głodu.

Krew jest jedyną tkanką płynną złożoną z substancji rozpuszczonych w osoczu oraz różnych elementów morfotycznych, czyli upostaciowanych. Osocze ma inną nazwę, czyli plazma. Osocze składa się z fibrynogenu oraz surowicy. Do podstawowych elementów zaliczamy: czerwone ciałka krwi, czyli erytrocyty (wielkość 8mikrometrów); białe ciałka krwi, czyli leukocyty (od 4 – 20mikrometrów), leukocyty dzielą się na granulocyty, czyli leukocyty ziarniste oraz agranulocyty (limfocyty i …); płytki krwi oraz krwinki płytkowe, czyli trombocyty, które biorą udział w procesie krzepnięcia krwi. Krew spełnia w organizmie szereg ważnych funkcji: 1) krew rozprowadza substancje pokarmowe i tlen do wszystkich pozostałych tkanek a jednocześnie odbiera z nich zbędne produkty metabolizmu. 2) Leukocyty zawarte w krwi posiadają zdolność fagocytozy, tj. pochłaniania ciał obcych i szkodliwych dla organizmu. Ponadto leukocyty produkują przeciwciała, które odgrywają bardzo istotną rolę w mechanizmach obronnych immunologicznych organizmu. 3) Za pośrednictwem krwi krążą po całym organizmie hormony, które regulują różne czynności narządów i układów narządów. 4) Wraz z krwią w organizmie przemieszczają się witaminy i inne substancje, które są niezbędne do funkcjonowania.

Tkanka mięśniowa. Rodzaje: gładką, poprzecznie prążkowaną (szkieletowa, sercowa). Jest ona zbudowana z komórek zwanych miocytami (wewnątrz tych komórek znajdują się kurczliwe włókienka zwane miofibrylami).

1. Tkanka mięśniowa gładka jest to układ wrzecionowatych komórek i zawierają jedno pałeczkowate jądro. Długość nie przekracza 1mm. A grubość wynosi 5-7mikrometrów.

2. Komórki tkanki poprzecznie prążkowanej zawierają kilkaset lub kilka tysięcy jąder. Długość do 4-5cm a czasami kilkanaście a grubość od 30-100mikrometrów

Tkanka nerwowa, nazywa się neuronem. Składa się z rozgałęzień zwanych dendrytami, ciała komórki i jądra. Rolą tkanki nerwowej jest przyjmowanie bodźców fizycznych i chemicznych ze środowiska zewnętrznego, przewodzenie tych bodźców i ich przekształcanie a także przekazywanie tych przekształconych bodźców do innych komórek np. mięśniowych.

1. Tkanki roślinne. Nie występują u dawnych roślin. Natomiast występują u roślin wyższych. Tkanki roślinne dzielimy na , podstawowe grupy: tkanki merystematyczne (twórcze) oraz tkanki stałe. Tkanki merystematyczne są to tkanki młode, zarodkowe. Znajdują się one w stadium intensywnych podziałów komórkowych. W końcowym etapie podziałów przekształcają się w tkanki stałe, czyli tkanki dojrzałe. W tkankach dojrzałych podział nie występuje. Jeżeli komórki są zróżnicowane mamy tkanki niejednorodne. Tak samo jak u tkanek zwierzęcych 4 rodzaje:

1. Tkanki merystematyczne (zbudowane z płaskich komórek, zawierające duże jądro. Komórki te praktycznie nie zawierają wakuoli. Te tkanki zlokalizowane są na szybko rosnących częściach rośliny, tj. na wierzchołkach pędów i korzeni a także w miazdze. Merystemy, które występują w wierzchołkach wzrostu pędów i korzeni, które warunkują wzrost rośliny na długość nazywane są merystemami wierzchołkowymi. Natomiast te występujące w miazdze, które warunkują wszerz nazywane są merystemami bocznymi. Wiele cech tkanki merystematycznej ma także tkanka przyranna. W miarę wzrostu rośliny komórki tkanki merystematycznej ulegają różnicowaniu i specjalizacji a tkanka merystematyczna przekształca się w tkankę stałą)

2. Tkanki okrywające (chroni ona roślinę przed wysychaniem oraz przed uszkodzeniami mechanicznymi. Skórka ma inną nazwę epiderma. Złożona jest z pojedynczej warstwy komórek jednościennych pokrytych nalotem zwanym woskowym – kutykulą. Powierzchnia skórki może być gładka albo mogą występować na niej specjalne wyrostki albo włoski, które np. w przypadku korzenia zwane włośnikami pełnią rolę tkanki chłonnej. Bardzo ważnym elementem w liściach są komórki szparkowe. Innym rodzajem tkanki okrywającej jest korek, czyli felem. Tkanka ta zbudowana jest z przeważnie martwych zdrobniałych komórek o dużej twardości i sztywności, nieprzepuszczalnych dla wody i powietrza. Warstwa taka może otaczać jedynie starsze pędy i korzenie. Tkanka taka ochrania przed utratą wody i zmianami temperatury.)

3. Tkanki zasadnicze (Stanowią główną część masy liści kwiatów i owoców a także wchodzą w skład tzw. kory pierwotnej i rdzenia łodygi oraz korzenia. Ich funkcja to wytwarzanie i gromadzenie substancji pokarmowych a także magazynowanie wody. Do tej tkanki zaliczamy miękisz, zwarcice (kolenchyma) oraz twardzice (sklerenchyma). Tkanka miękiszowa nosi inną nazwę parenchyma. Składa się z cienkościennych komórek, których wnętrze wypełnione jest dużą wakuolą. Przylegają do siebie dość luźno a pomiędzy nimi są większe lub mniejsze przestrzenie komórkowe. Miękisz spełnia różne funkcje w organizmie roślinnym, stąd te rodzaje: miękisz zasadniczy [wypełnia wolne przestrzenie między komórkami]; miękisz asymilacyjny; miękisz spichrzowy [magazynowanie, tworzenie zapasów w postaci skrobi, tłuszczy lub białek]; miękisz powietrzny [magazynuje produkty gazowe, tlen, co2; spełnia rolę tkanki przewietrzającej]. Dwie kolejne tkanki, czyli zwarcica i twardzica są to tkanki podporowe. Zwarcica zbudowana jest żywych wydłużonych komórek od otoczonych zgrubiałą ścianą. Tkanka ta występuje w ogonkach liści i młodych łodygach. Z kolei komórki twardzicy posiadają mocno zgrubiałe i zdrewniałe ściany komórkowe. Komórki tej tkanki są martwe. Twardzica przybiera postać tzw. komórek włóknistych występujących w lnie albo konopiach albo komórek kamiennych, jakie spotyka się w pestkach, łupinach albo niektórych nasionach.

4. Tkanki przewodzące. Floem i Ksylem. Funkcją tych tkanek jest rozprowadzanie wody i różnych substancji odżywczych po całym organizmie roślinnym. Zazwyczaj są to tkanki niejednorodne złożone z wielu typów komórek. Ksylem czyli drewno, składa się z następujących elementów: 1) cewki; 2) naczynia; 3) włókna drzewne; 4) miękisz drzewny. Główną funkcją cewek jest transport wody. Są to komórki martwe nie zawierające cytoplazmy. Naczynia pełnią taką samą funkcję jak cewki ale nie mają ścian poprzecznych. Włókna drzewne to martwe komórki które występują między komórkami drewna. Miękisz drewna to jedyny element żywy drewna. Zapewnia kontakt między drewnem a innymi tkankami. Łyko czyli floem jest to tkanka niejednorodna złożona z 1) rurki sitowej; 2) komórki przysitowe; 3) miękisz łykowy; 4) włókno łykowe. Komórki te są żywe, chociaż w dojrzałych komórkach sitowych zanika jądro. Funkcją ich jest transport substancji wytworzonych podczas fotosyntezy, głównie węglowodanów.

WYKŁAD 7 – METABOLIZM ENERGIOTWÓRCZY

Żeby organizm mógł funkcjonować to potrzebna jest mu energia. Źródło energii znajduje się w świecie zewnętrznym, dlatego zarówno w komórkach, czyli organizm jednokomórkowy jak i wielokomórkowy musi znaleźć sposób na jej zdobycie. Znane są 4 sposoby pozyskiwania energii przez organizmy żywe:

1. Dysymilacja – jest to oddychanie wewnątrzkomórkowe, które polega na utlenianiu biologicznym substratów organicznych w warunkach tlenowych.

2. Absorbcja energii słonecznej przez rośliny zielone (też: glony, sinice) i przekształcanie jej w energię wiązań chemicznych w procesie fotosyntezy.

3. Utlenianie niektórych zredukowanych form niektórych związków mineralnych przez bakterię chemoautotroficzne.

4. Oddychanie beztlenowe – czyli są to różnego rodzaju fermentacje lub też oddychanie azotanowe lub siarczanowe. Ten sposób wydobywania energii jest możliwy tylko dla bakterii anaerowych.

Energia zdobyta z jakiegoś źródła musi być okresowo zatrzymana i zmagazynowana, żeby później można było ją wykorzystać (przykład związku: ATP – anedozynotrifosforan). Warunkiem syntezy ATP jest posiadanie przez komórkę ADP i reszty kwasu ortofosforanowego. ADP przekształca się w ATP i wytwarza energię. (…?)

1. Praca mechaniczna

2. Transport aktywny – pobieranie i wydalanie substancji przez błonę cytoplazmatyczną.

3. Syntezę składników komórkowych

4. Przekształcenie w energię elektryczną potrzebną przy przewodzeniu impulsów nerwowych

5. Gromadzenie substancji zapasowych

Dysymilacja, czyli oddychanie biologiczne łączy się z metabolizmem organizmów heterotroficznych.

(SCHEMAT PROCESÓW METABOLICZNYCH)

Po wniknięciu do komórki proste związki organiczne a przede wszystkim glukoza ulegają dalszym przemianą enzymatycznym, czyli jest to drugi etap procesu katabolicznych – utlenianie biologiczne.

(SCHEMAT PRZEBIEGU ODDYCHANIA TLENOWEGO Z UWZGLĘDNIENIEM TRZECH JEGO ETAPÓW)

Oddychanie wewnątrzkomórkowe to kataboliczny proces polegający na rozkładzie związków złożonych np. glukozy na związki proste na wodę i dwutlenek węgla.

C6H12O6 + 6O2 + 36ADP + 36P 6CO2 + 6H2O + 36ATP

Część procesów składających się na oddychanie komórkowe zachodzi w cytoplazmie.

Glikoliza, czyli 1 etap – zachodzi w cytoplazmie komórki. Na jej skutek ze związków 6-węglowego, jakim jest glukoza poprzez etapy pośrednie, tj. aldehyd fosfoglicerynowy, następnie kwas fosfoglicerynowy powstaje kwas pirogronowy (związek 3-węglowy). Kwas pirogronowy przenika do mitochondrium gdzie odszczepia się z grupy karboksylowej (COOH) dwutlenek węgla i powstaje związek 2-węglowy zwany czynnym octanem (acetylokoenzymem-a), który wchodzi następnie w tzw. Cykl Krebsa (cykl kwasu cytrynowego). Cykl Krebsa – polega na całkowitym utlenianiu czynnego octanu w szeregu przemian od kwasu cytrynowego do kwasu szczawio-octowego i w przebiegu tych reakcji odłączane są cząsteczki CO₂ oraz atomy wodoru, które łączą się w NAD (dinukleotyd). Mamy do czynienia z 3 etapem, czyli łańcuchem oddechowym. Cykl Krebsa zachodzi w matriks mitochondrium natomiast łańcuch oddechowy przebiega na wewnętrznych błonach mitochondrium.

Pierwszym etapem w łańcuchu oddechowym jest NAD. Następnie wodór a także elektrony zostają na FAD, (czyli jest to dinukleotyd flamino-adelynowy). Jest to drugi element łańcucha oddechowego. Kolejnym etapem jest ubichinon (koenzym – Q ) oraz cytochromy. Ostatecznym akceptorem wodoru i elektronów może być tlen i wówczas mamy oddychanie tlenowe natomiast, jeżeli ostatecznym akceptorem jest substancja organiczna lub nieorganiczna mamy do czynienia z oddychaniem beztlenowym, np. fermentacja. Podczas przenoszenia elektronów i atomów wodoru wydzielane są znaczne ilości energii. Proces ten jest zbliżony zarówno u roślin jak i zwierząt.

(SCHEMAT ETAPÓW UZYSKIWANIA ENERGII W PROCESIE ODDECHOWYM)

Etap powstawania ATP z ADP w łańcuchu oddechowym nosi nazwy oksydacyjnej fosforylacji.

Podsumowując dysymilacje glukozy można wyróżnić etapy:

1. Glikolizę, w czasie której glukoza jest przekształcana w duże 3-węglowe cząsteczki pirogronianu oraz duże cząsteczki (2) ATP, ponadto powstaje NADH (zredukowany).

2. Przemiana pirogronianów w acetylokoenzym-a (Acetylo-Co-A)

3. Cykl Krebsa, który jest ciągiem reakcji dehydrogenacji (polega na oderwaniu od utlenianego substratu 2 wodorów a konkretnie na oderwaniu 2 protonów H+ i 2 elektronów) i dekarboksylacji oraz wytwarzania cząsteczek ATP i zredukowanych form NADH i NADH₂.

4. Transport elektronów i fosforylację oksydacyjną w czasie której powstają cząsteczki ATP i H₂O.

Porównując proces utleniania biologicznego z innymi procesami spalania należy zwrócić uwagę na kilka faktów.

1. Procesy utleniania biologicznego zawsze są katalizowane przez odpowiednie enzymy (są to procesy enzymatyczne), enzymy: dehydrogenazy, oksydazy.

2. Reakcje utleniania biologicznego są procesami wieloetapowymi przy czym każdy z tych etapów odpowiada przenoszeniu elektronów i atomów wodoru z jednego nośnika na następny przy czym mają one coraz wyższy potencjał oksydoredukcyjny.

3. Powstająca podczas utleniania biologicznego energia uwalnia się nie jednorozowo a małymi porcjami to powoduje, że straty w komórce są minimalne.

4. Energia jest magazynowana w postaci wysokoenergetycznych cząstek ATP i może być w dogodnym momencie wykorzystana.

Fermentacja (oddychanie beztlenowe) – to beztlenowy enzymatyczny rozkład węglowodanów.

(SCHEMAT PORÓWNANAI PRZEBIEGU ODDYCHANIA TLENOWEGO I BEZTLENOWEGO)

Reakcje fermentacji są następujące:

1. Fermentacja alkoholowa

C₆H₁₂O₆ + 2APP + 2P 2C₂H₅OH + 2CO₂ + ATP

1. Fermentacja mlekowa

C₆H₁₂O₆ + 2ADP + 2P CH₃CHOHCOOH + 2ATP

Cechy	Oddychanie
----------------	Beztlenowe
Substrat	Glukoza
Produkt	Alkohol
Ilość uwalnianej energii	2ATP
Akceptor protonów H^+	Kwas pirogronowy
Zysk energetyczny z 1 cząsteczki glukozy	2
Etapy procesów	Glikoliza i redukcja jej produktów
Miejsce przebiegu	Cytoplazma

Inne typy oddychania beztlenowego

Niektóre bakterie beztlenowe zamiast tlenu wykorzystują utlenione sole mineralne np. azotany siarczany, węglany. („A CO PANU TAK WESOŁO ?”) Bakterie te wykorzystują te sole, jako akceptory wodoru i elektronów, sole te wówczas ulegają redukcji. Redukcja azotanów, czyli denitryfikacja prowadzi do powstania azotynu, amoniaku a nawet wolnego azotu. Redukcja siarczana zwana desulfurikacją, prowadzi do powstania toksycznego produktu, jakim jest sulfan. Redukcja węglanu lub ditlenku węgla do metanu zachodzi podczas oddychania bakterii metanowych, bakterie te wykorzystują substraty organiczne tj. kwas mrówkowy, octowy, propionowy, alkohole 1 i 2-rzędowe, jako źródło energii.

WYKŁAD 8

T: Przebieg i sens biologiczny fotosyntezy

Fotosyntezę prowadzą sinice, glony oraz rośliny zielone, a także 3 grupy bakterii, np.:

- bakterie zielone

- bakterie purpurowe (siarkowe)

- bakterie purpurowe (nie siarkowe)

Miejscem przebiegu fotosyntezy jest chlorofil. Chlorofil bakteryjny różni się nieco od chlorofilu roślin zielonych czy chlorofilu sinic. Fotosyntezę możemy podzielić na 2 fazy:

1. Pierwsza, wymaga światła (Przebiega w granie)

2. Druga (faza cieplna), nie wymaga światła słonecznego.

Obie te fazy przebiegają w innym miejscu chloroplastu. Chlorofil zbudowany jest z 4 pierścieni pirolowych oraz centralnie położonego atomu magnezu, a także reszty – fitolu (długi łańcuch węglowy). Chlorofil-a różni się od chlorofilu-b tym, że posiada grupę metylową CH₃.

Przebieg fotosyntezy

(SCHEMAT PRZEBIEGU FAZY ŚWIETLNEJ FOTOSYNTEZY)

2H₂O 2H⁺ + 2OH^-

2OH^- H₂O + ½ O₂

Fotosynteza – to proces, w którym na skutek złożonych reakcji następuje synteza związków organicznych z prostych związków nieorganicznych, (CO₂ i H₂O). W procesie tym powstają związki mniej utlenione a tym samym bogatsze w energię. Im bardziej zredukowany jest związek, czyli im więcej zawiera atomów wodoru – tym ma wyższą wartość energetyczną. W procesie fotosyntezy powstają głównie cukry.

6CO₂ + 6H₂O (energia w chloroplastach) C₆H₁₂O₆ + 6O₂

W fazie świetlnej mamy do czynienia z fosforylacją cykliczną i z fosforylacją niecykliczną. Fosforylacja – przyłączanie przez związek organicznych reszt fosforanowych.

(SCHEMAT: FOTOSYSTEM II. FOSFORYLACJA NIECYKLICZNA)

NADP + H₂O + ADP + (P) (światło chlorofil) NADPH₂ + ATP + ½ O₂

W fazie cieplnej powstają (produkty), które są siłą asymilacyjną w fazie ciemnej. Faza ciemna, zwana jest Cyklem Calwina to fotosyntetyczny cykl redukcji ditlenku węgla, podczas którego zachodzą 3 etapy przemian:

- Karboksylacja

- Redukcja

- Regeneracja

(SCHEMAT PRZEBIEGU FAZY CIEMNEJ FOTOSYNTEZY)

(SCHEMAT PRZEBIEGU FOTOSYNTEZY)

Dzięki istnieniu procesu fotosyntezy możliwe jest przekształcanie energii świetlnej w energię chemiczną, wytwarzanie związków organicznych z ditlenku węgla i uwalnianie tlenu. Produkty fotosyntezy utrzymują życie i rozwój glonów a także są warunkiem istnienia organizmów cudzożywnych a także dostarczają im pokarmu, tlenu i energii.

T: POWSTAWANIE ZWIĄZKÓW W PROCESIE CHEMOSYNTEZY

Chemosynteza – jest to również proces asymilacji ditlenku węgla, podczas którego samożywne organizmy wykorzystują energię uzyskaną z utlenienia zredukowanych substancji nieorganicznych, tj. sulfan, siarka, azan.

Podobnie jak w fotosyntezie, tworzenie związków organicznych z nieorganicznych, tj., CO­₂ i H_,2O ale przy użyciu energii wiązań chemicznych uzyskiwanych przy utlenianiu siarki, siarkowodoru itp.

Procesy chemosyntezy zachodzą przy udziale bakterii chemosyntetyzujących (chemolitotroficznych), które w zależności od utlenianego substratu dzielimy na bakterie:

1. Nitryfikacyjne np.

- nitrosomonas

2NH₃ + 3O₂ 2HNO₂ + 2H₂O + energia

- nitrobakter

2HNO₂ + O₂ 2HNO₃ + energia

1. Siarkowe:

2H₂S + O₂ 2S + 2H₂O + energia

2S + 2H₂O + 3O₂ 2H₂SO₄ + energia

1. Żelazowe:

4Fe²⁺ + 4H⁺ 4Fe³⁺ + 2H₂O + energia

1. Wodorowe:

2H₂ + O₂ 2H₂O + energia

1 Faza – Utlenianie związków zredukowanych

Związek nieorganiczny zredukowany + O₂ związek nieorganiczny utleniony + energia ATP i NADPH₂

2 Faza – Wytwarzanie związków organicznych

CO₂ + H₂O + energia ATP i NADPH₂ związek organiczny + O₂

WYKŁAD 9

T: EKOLOGIA

Zadaniem ekologii jest poznanie podstawowych czynników, które wpływają na rozwój czynników, ale również tych, które ograniczają ten rozwój albo uniemożliwiają egzystencje organizmów. Ekologia bada m.in. rozmiary zakłóceń oraz możliwości ich naprawienia. Uwzględnia się zarówno możliwości naturalnych procesów samooczyszczania jak również oczyszczanie środowiska poprzez stosowanie sposobów technicznych tj. oczyszczalnie ścieków, odpylanie i oczyszczanie gazów.

Antropopresja – działalność cywilizacyjna człowieka, z którą związaną są szkody wyrządzone środowisku naturalnemu. Nie uwzględnia naturalnych praw działających w środowisku.

Zjawiskiem towarzyszącym antropopresji było częste przerywanie naturalnego biegu biogeochemicznego obiegu pierwiastków.

Zasadą rozwoju zrównoważonego jest: należy pozostawić ziemię naszym wnukom w takim stanie, jakim ją zostawiliśmy.

Ekosystem – termin ekosystem zaproponował, jako pierwszy – brytyjski uczony (1935r.) – A.G. Tansley. Z pojęciem ekosystemu łączą się dwa prawa, tj: obiegu materii i przepływu energii.

Obieg materii jest obiegiem zamkniętym, cyklicznym a obieg przepływu energii jest obiegiem otwartym. Jest to układ, który znajduję się w stanie dynamicznej równowagi zamieszkany przez zespół różnych gatunków roślin i zwierząt zwanych biocenozą, które pozostają miedzy sobą w różnego rodzaju zależnościach.

(SCHEMAT: KRĄŻENIE MATERII I PRZEPŁYW ENERGII W EKOSYSTEMIE)

Biocenoza produkuję materię organiczna. Materia organiczna jest pożywieniem dla heterotrofów. Poprzez reducentów zmienia się w materię nieorganiczną, która również jest wykorzystywana, jako sole mineralne przez rośliny i glony.

Elementami abiotycznymi są: światło, woda, gleba, gazy atmosferyczne (tlen, co2, azot), rzeźba terenu, klimat, temperatura. Między czynnikami abiotycznymi i biotycznymi ustala się równowaga.

Główną rolę odgrywają przemiany metaboliczne, podczas których pierwiastki chemiczne znajdujące się w różnych związkach są pobierane i wbudowywane w składniki komórkowe, inne są akumulowane a jeszcze inne wydalane na zewnątrz w produktach końcowych przemiany materii.

Ruch pierwiastków wymuszony ma charakter zamkniętego cyklu (biogeochemicznego).

Ruch poszczególnych pierwiastków składa się w sumie na obieg materii w ekosystemie.

Warunki życia na naszej planecie zależą przede wszystkim od tego ile energii słonecznej dopływa spoza naszej planety. Brak energii powoduje coś tam na ziemi. Tylko bardzo mała część tej energii jest absorbowana przez rośliny zielone w procesie syntezy zamieniana na energię chemiczną zawartą w związkach organicznych. Pozostałe organizmy (heterotroficzne) korzystają z energii chemicznej, które zawierają związki powstałe w wyniku fotosyntezy i chemosyntezy. Przemiany energii w ekosystemie są przepływem jednokomórkowym w odróżnieniu od przepływu materii, który ma charakter cykliczny.

W wyniku systemów regulujących i integrujących w ekosystemie wykształca się homeostaza, która określa zdolność opierania się przez ekosystem wszelkim czynnikom destrukcyjnym.

Struktura troficzna – wyróżniamy w niej: producentów, konsumentów i reducentów (destruentów). Do producentów zaliczamy organizmy autotroficzne, które zdolne są do wytwarzania materii organicznej w procesie fotosyntezy oraz chemosyntezy. Konsumenci to organizmy heterotroficzne, są niezdolne do wytwarzania związków organicznych z nieorganicznej a przystosowane do pobiegania gotowej materii organicznej. Reducenci – są to organizmy heterotroficzne, które odżywiają się martwą materią organiczną i rozkładają ją na proste związki nieorganiczne dostarczając je roślinom zielonym. Do reducentów należą głównie bakterię i grzyby saprofityczne.

Proces, w którym producenci wytwarzają materię organiczną nazywamy produkcją pierwotną. Natomiast proces wytwarzania materii organicznej i magazynowania energii przez konsumentów nazywamy produkcją wtórną.

Właściwości populacji

Populacja – zespół osobników tego samego gatunku mogących się swobodnie i skutecznie krzyżować zajmujących tę samą niszę ekologiczną tj. przestrzeń, która zapewnia im niezbędne warunki życiowe, terytorium, schronienie, pożywienie. Populację również charakteryzują funkcję, jakie spełnia w ekosystemie. Właściwości populacji:

1. Liczebność – liczba osobników składająca się na daną populację. Z liczebnością wiąże się zagęszczenie (liczba osobników przypadająca na jednostkę objętości lub powierzchni, np. liczba sosen na 1ha powierzchni albo liczba okrzemek przypadająca na 1m³.)

2. Rozrodczość

3. Śmiertelność

4. Struktura wiekowa

5. Rozprzestrzenianie się – polega na przemieszczaniu się organizmów dorosłych lub młodocianych tj. larwy itp. do wewnątrz lub zewnątrz populacji.

6. Struktura przestrzenna (rozkład przestrzenny może być – równomierny, losowy, skupiskowy)

Tempo wzrostu populacji wykazują dwie krzywę (esowata i jotowata)

SCHEMAT KRZYWYCH PRZEŻYWANIA+ OPIS

TYPY PIRAMID WIEKOWYCH

TYPY ROZMIESZCZENIA ORGANIZMÓW

Tolerancja ekologiczna organizmów

Każdy gatunek ma inne wymagania co do środowiska. Zdolność organizmu do przystosowania się do zmian do danego czynnika nosi nazwy tolerancji ekologicznej. Przedział wartości danego czynnika, w którym organizm bytuje i utrzymuje swoje funkcje życiowe określany jest zakresem tolerancji. Zakres tolerancji wyznaczają 3 wskaźniki, tj. : minimum tolerancji (dolna), maksimum tolerancji (dolna) i optimum.

SCHEMAT: ZALEŻNOŚĆ LICZBY ORGANIZMÓW OD WARTOŚCI CZYNNIKA

Zakres tolerancji, określają dwa prawa: prawo P. Liebiga i P. Shelforda.

Prawo minimum Liebiga, mówi, że możliwości rozwoju organizmu określa ten składnik, którego jest najmniej (tzw. Czynnik ograniczający). Czynnikiem ograniczającym np. wzrost i rozwój rośliny może być niedobór światła itp.

Prawo tolerancji Shelforda, jest rozszerzeniem prawa minimum Liebiga. Mówi ono, że warunki bytowania osobnika, określają nie tylko minima ale także maksima danego czynnika.

Organizmy, które mają wąskie zakresy tolerancji nazywamy stenobiontami. Natomiast organizmy, które mają szerokie zakresy tolerancji nazywamy eurybiontami.

SCHEMAT: ZAKRES TOLERANCJI STENOBIONTÓW I EURYBIONTÓW

Tolerancja ekologiczna uzależniona jest od:

- wieku

- stadium rozwojowego osobnika

- liczby oddziaływujących naraz czynników ograniczających

Struktura troficzna biocenozy

Biocenoza – ożywiona część ekosystemu, czyli zespół wszystkich organizmów, zajmujących pewne określone, nieożywione środowisko powiązanych niezależnościami. Biocenozy dzielimy na sztuczne (staw, pole) i naturalne (łąka, morze). Cechy biocenozy naturalnej:

1. Rozmaitość gatunków powiązanych ze sobą zależnościami pokarmowymi.

2. Pozytywne, negatywne lub neutralne oddziaływanie na siebie gatunków

3. Niedopuszczanie do zasiedlania biocenozy przez nowe gatunki, co prowadzi do względnej stabilizacji, czyli równowagi biocenotycznej.

4. Wpływ rozmaitych czynników ekologicznych prowadzący do sezonowej bądź trwałej zmiany składu gatunku, czyli sukcesji.

WYKŁAD 10

Każda biocenoza charakteryzuje się określoną strukturą troficzną, czyli inaczej pokarmową, na którą składają się łańcuchy troficzne (pokarmowe), czyli poziomy troficzne (pokarmowe). Szereg grup organizmów ustawionych w ten sposób, że każda poprzedzająca grupa jest podstawą pożywienia następnej określa się mianem łańcucha pokarmowego. Grupa organizmów zajmująca te same miejsca w łańcuchu troficznym to poziom troficzny. W biocenozie pomiędzy poszczególnymi gatunkami zachodzi szereg różnych współzależności:

1. Pozytywne

2. Negatywne

3. Obojętne

Klasyfikacja ta opiera się na korzyściach lub na szkodach, jakie odnosi jeden lub oba gatunki. Do interakcji negatywnych zaliczamy: amensalizm, konkurencję, drapieżnictwo, pasożytnictwo.

Amensalizm – typ oddziaływania ujemnego, w którym populacja jednego gatunku hamuje rozwój drugiej populacji nie czerpiąc z tego żadnej korzyści. (np: grzyby produkujące penicylinę, które hamują rozwój bakterii same nie czerpiąc z tego korzyści)

Konkurencja – zachodzi między osobnikami o tych samych (…) zajmującą tę samą niszę ekologiczną. Najostrzej zaznacza się ona między osobnikami tego samego gatunku lub osobnikami blisko spokrewnionymi ze sobą. Osobniki współzawodniczą o pokarm a także, często o terytorium. Prowadzi to do osłabienia a w końcu do wyeliminowania najsłabszego i najmniej dostosowanego organizmu. W wyniku konkurencji dochodzi do rozdzielenia blisko spokrewnionych ze sobą gatunków a w konsekwencji do wypierania słabszego gatunku przez silniejszy (np. wypieranie jaszczurki żyworódki poprzez jaszczurkę zwinkę).

Drapieżnictwo – dotyczy przede wszystkim zwierząt i zachodzi w układzie drapieżca-ofiara. Istnienie drapieżców i ofiar jest jednym z mechanizmów regulujących liczebność zwierząt w biocenozie.

Pasożytnictwo – negatywny typ zależności między organizmem żywiciela a pasożytem. Pasożyt żyje kosztem i działa na niekorzyść gospodarza równocześnie nie mogąc utrzymywać się bez niego przy życiu. Rozróżniamy pasożyty: zewnętrzne i wewnętrzne. Zewnętrzne: kleszcze, pchły, wszy. Wewnętrzne: tasiemce, nicienie, przywry, bakterie i pierwotniaki chorobotwórcze.

---------

Neutralizm – typ obojętnego pod względem ekologicznym współżycia jednej populacji obok drugiej (sikorka i bocian).

---------

Komensalizm – typ współżycia między dwoma gatunkami, w którym jeden czerpie korzyści nie przynosząc korzyści drugiemu.

Protokooperację – współżycie dwóch gatunków, które czerpią korzyści ze swojej obecności, ale jednocześnie nie są całkowicie uzależnione od siebie. Każdy z nich jest zdolny do życia bez obecności drugiego.

Mutualizm (symbioza obligatoryjna) – to nieodzowna, ścisła metaboliczna współzależność dwóch gatunków czerpiąca obopólne korzyści, przy czym jeden nie jest zdolny do życia bez obecności drugiego.

Łańcuch pokarmowy może stać się w pewnych warunkach mechanizmem uczestniczącym w migracji pewnych związków (jonów lub pierwiastków obcych metabolizmowi). Gromadzenie się metali ciężkich w tkankach roślin i zwierząt, czyli ich biokumulacja doprowadza do tego, że koncentracja metalu jest często wielokrotnie wyższa niż w środowisku zewnętrznym. Normalny tok przekazywania drogą pokarmową składników komórek i tkanek z niższego poziomu troficznego na wyższy obejmuje także zakumulowane metale. (ostateczny odbiorca – człowiek)

Wyróżnia się dwa typy sukcesji:

1. Pierwotna – zaczyna się gdzie dotychczas nie istniało życie (na świeżo odkrytych skałach). Zasiedlanie jest procesem długotrwałym, który rozpoczynają drobne rośliny autotroficzne, dopiero później dołączają do nich konsumenci i destruenci.

2. Wtórna – odbywa się w miejscach, gdzie istniała już biocenoza, ale została przez jakieś destrukcyjne wpływy zniszczona. Najczęściej jest to ekosystem wodny, który został nadmiernie obciążony ściekami. Wówczas sukcesja zaczyna się od razu od rozwoju organizmów należących do różnych ugrupowań ekologicznych (producentów, konsumentów, reducentów).

Osiągnięcie końcowego stanu równowagi w kształtowaniu się biocenozy nazywa się klimaksem.

SAMOOCZYSZCZANIE SIĘ EKOSYSTEMU

Procesom degradacji i destrukcji w ekosystemach mogą do pewnego stopnia przeciwstawić się naturalne systemy naprawcze, jakimi dysponuje przyroda. Oczywiście przyroda jest zdolna wrócić do stanu równowagi, jeżeli całkowicie nie zostanie zniszczona biocenoza. Proces ten nazywamy samooczyszczaniem (jest on długotrwały i wymaga spełnienia wielu warunków np.: zahamowanie lub zmniejszenie dopływu nowych zanieczyszczeń). W samooczyszczaniu biorą udział procesy chemiczne, fizyczne i biochemiczne. Składają się na nie następujące procesy jednostkowe:

1. Rozcieńczanie zanieczyszczeń chemicznych wodą lub powietrzem atmosferycznym

2. Rozpuszczanie w wodzie gazów i ciał stałych

3. Sedymentacja pyłów i zawiesin

4. Reakcje fotochemiczne zachodzące pod wpływem światła (zwłaszcza UV)

5. Biologiczne usuwanie zanieczyszczeń (biodegradacja, mineralizacja, biokumulacja i immobilizacja)

6. Wymiana gazów między wodą a powietrzem atmosferycznym oraz glebą i powietrzem.

Ad1.

Ma zasadnicze znaczenie w obniżaniu stężenia poszczególnych składników a zwłaszcza trucizn, ponieważ powoduje mniejszą eliminację organizmów żywych, ponieważ przy niskim stężeniu trucizn drobnoustroje zamieszkujące środowisko wodne wykazują zdolność do adaptacji enzymatycznej, która umożliwia im rozkład danej trucizny i wykorzystanie jej, jako źródło energii i węgla. (wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne).

Ad2.

Jest to etap przygotowawczy do ich ewentualnego wykorzystania przez drobnoustroje.

Ad3.

Proces ten umożliwia oczyszczanie wody i powietrza (poprzez zmianę lokalizacji cząstek zawieszonych). Pula związków zanieczyszczających pozostaje taka sama.

Ad4.

Usuwają one pewne zanieczyszczenia.

Ad5.

Biodegradacja – polega na wykorzystywaniu zanieczyszczeń organicznych w procesach metabolicznych przez drobnoustroje. Zachodzi przy udziale bakterii heterotroficznych, chemosyntetycznych, grzybów oraz niektórych glonów (eugleniny). Właściwą fazą rozkładu jest wewnątrz komórkowe utlenianie substratów przy udziale tlenu jako akceptora wodoru i elektronu. Uzyskaną energię i pierwiastki biogenne bakterie wykorzystują do własnych celów.

Mineralizacja - rozkład związków organicznych w glebie na proste składniki mineralne. Proces ten szybciej zachodzi w warunkach tlenowych (aerobowych) niż beztlenowych (anaerobowych). Proces aerobowy to butwienie, zaś anaerobowy to gnicie lub fermentacji (produkty końcowe to kwasy organiczne, aminy, azan, metan, suflan, indol – produkty te oznaczają się przykrym zapachem, oraz działaniem toksycznym). Procesy beztlenowe zachodzą przede wszystkim w zbiornikach wodnych przeciążonych ściekami organicznym lub przy dnie w osadach dennych (tam gdzie brakuje tlenu) bądź w przewodach kanalizacyjnych.

Biokumulacja – polega na gromadzeniu pewnych związków lub jonów przez żywe komórki i zwiększaniu masy tych składników w przeliczeniu na biomasę lub białko komórki. Kumulacji podlegają związki niepodatne na rozkład biologiczny. Mogą to być: niektóre pestycydy, chlorowane węglowodory i sole metali ciężkich. Gromadzą się one w różnych częściach komórki i powodować niekorzystne zmiany a w rezultacie jej degeneracje a nawet obumarcie.

Immobilizacja - unieruchomienie jonów lub związków poprzez wbudowanie ich we własne składniki komórkowe. W warunkach naturalnych jest to proces będący częścią biodegradacji. W praktyce wykorzystuje się ją jako nowoczesną technologię oczyszczania niektórych rodzajów ścieków.

Ad6.

Główne mechanizmy oczyszczające to opad pyłu oraz rozpuszczanie gazów w wodzie atmosferycznej i opad kwaśnych deszczy. Oczyszczanie biologiczne zachodzi w cienkiej warstwie przyziemnej, w której występuje biocenoza. Głównym procesem poprawiającym jakość powietrza