WYKŁAD I 3.10.2011

Nazwa ekologia powstała w związku z badaniami Johana 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 Ernst 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 i ich środowiskiem (ożywionym i nieożywionym). Ekologia na początku była związana była ze zwierzętami, nazwa wywodzi się z greckiego oikos – dom, środowisko, logos – nauka. Pierwsza definicja była szeroka. W roku 1927 Charles Elton zdefiniował ekologię jako naukę o historii naturalnej. W roku 1963 Eugene 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 innymi licznymi naukami, np.:

- medycyna,

- fizjologia środowiskowa,

- etologia,

- genetyka,

- ewolucjonizm itp.

WYKŁAD II 17.10.2011

Korzeniami ekologii jest wiedza przyrodnicza, należy doszukiwać się u początków ludzkości. Nawet ludy pierwotne musiały mieć podstawową wiedzę, którą wykorzystywali w łowiectwie, zbiorach nasion, owoców leśnych, przy polowaniach. Znali z doświadczenia zależności występowania danych zwierząt czy roślin. 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:

1. Pracą taką były „Badania” Loewen Hoecka (1687r), które dotyczyły rozrodczości wołków zbożowych oraz wesz ludzkich, muchówek (ściernice). Jako pierwszy obliczył teoretyczne tempo wzrostu populacji. Loewen Hoeck na podstawie znajomości jaj składanych przez ściernice obliczył, że para tych muchówek w ciągu 4 miesięcy może wyprodukować około 500 tys. osobników potomnych.

2. Jacob Buffon (1756 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 prawom, uważał, iż spadek liczebności organizmów zależy od czynników biologicznych (chorób, wyczerpania się zasobów pokarmowych, kataklizmów). Według tego badacza ograniczone działania drapieżników spowodowałoby masowy rozwój królików, co w krótkim czasie zamieniłoby kraje w pustynie.

3. Thomas Robert Malthus (1798r) opublikował pracę „Prawo ludzkości” z zakresu demografii, sformułował prawo: tempo przyrostu liczebności organizmów jest zgodne z postępem geometrycznym(1,2,4,8,16,32…) 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. Nawet naziści uzasadniali swoje działanie prawem Malthusa.

4. Farrer (1843 r.) pojawiły się wyniki badań, w których 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.

Na przełomie XVIII i XIX w. do świadomości przyrodników dotarły 2 bardzo ważne informacje:

- wiele gatunków wymiera,

- 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 działa dany układ ekologiczny.

• Ekologia ewolucyjna bada związki podstawowe, przyczyny historyczne, dla których charakteryzowane były określone typy przystosowań. Rozważa organizmy i relacje między nimi jako twory historycznego procesu ewolucyjnego. Pytają, dlaczego funkcjonuje ten układ ekologiczny i 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.

Obecny stopień poznania ekologicznego jest różny, na różnych poziomach.

Na poziomie komórkowym nasza wiedza jest obszerna, zaś jeśli chodzi o poziomy ekosystemalne, nasza wiedza jest najmniejsza.

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, również człowieka;

• Autekologia – zajmuje się zakresami tolerancji ekologicznej organizmów (w jakich warunkach może występować dany gatunek);

• Ekologia populacji – bada ekologię ugrupowań osobników danego gatunku. Występujących zbiorowisk w tym samym czasie na tym samym terenie;

• Ekologia zbiorowisk roślinnych (fitosocjologia) – bada strukturę zbiorowisk roślinnych, jak to się dzieje, że tworzą takie a nie inne kombinacje gatunkowe;

• Ekologia ekosystemów –bada 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.

hipotezy naukowe

Zjawiska ekologiczne występują na 3 szczeblach organizacji przyrody żywej :

• poziom osobniczy

• poziom populacji

• poziom biocenotyczny.

Cechuje je powszechność i spontaniczność.

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

Spontaniczność: tzn., występują samoczynnie.

Zjawiska ekologiczne określa się przez badanie ilościowe. 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, kierujące układem stosunków ekologicznych:

• przyroda ożywiona

• przyroda nieożywiona.

Stany ekologiczne określają sytuacje ekologiczną, która powstała w wyniku działania sił biologicznych, fizjologicznych i chemicznych. Stanem może być aktualne zasiedlenie przestrzeni przez organizmy żywe. Można go 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 (np. zmiany biomasy roślin na 1 ha lasu w cyklu rocznym lub wieloletnim). Zmiana liczby osobników danego gatunku w danej przestrzeni.

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 zachodzi bardzo rzadko bo w przyrodzie występują oddziaływania między osobnikami i gatunkami.

• Cykl wtórny obejmuje koakcję, czyli stosunki i oddziaływania jednych organizmów na drugie . Mamy do czynienia z układami ekologicznymi.

Najczęściej występują naraz akcja, reakcja i ko akcja. Nakładają się wzajemnie.

WYKŁAD III 24.10.2011

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

• Monocen/monotop – najprostszy układ zbudowany z pojedynczego organizmu i jego bezpośredniego otoczenia (środowisko), środowisko zwane jest monotopem. W obrębie tego układu realizuje się cykl pierwotny. W środowisku nie występuje, czysto teoretyczny.

• Democen/demotop – 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 (akcje i reakcje) i cykl wtórny (koakcje).

• Pleocen – pełny układ ekologiczny, na niego składają się wszystkie populacje organizmów zamieszkujące dane środowisko i pozostające w związkach ekologicznych, jest to biocenoza – grupa różnych gatunków występujących w danym środowisku, środowisko nazywamy biotopem. Jest powszechny w środowisku.

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

4 reguły ekologiczno - geograficzne:

1. Reguła Jordana mówi o związku temperatury wody z liczbą kręgów i rozmiarami ciała ryb. W wodach zimnych ciała ryb i liczba kręgów jest większa niż w wodach ciepłych.

2. 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)),

3. reguła Allena - w klimacie chłodniejszym występuje wyraźna tendencja do zmniejszania wszystkich występujących części ciała zwierząt stałocieplnych, (dotyczy to organów u ssaków, np. uszu i ogonów),

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

Ziemia jako środowisko życia. Klasyfikacja czynników środowiska.

Ekologia organizmów bada akcje i reakcje ekologiczne zachodzące w ramach cyklu pierwotnego w obrębie monocenu (układu ekologicznego 1osobnik+środowisko)

Siedlisko - miejsce występowania organizmów.

Środowisko - całokształt warunków oddziałujących na jednostkę biologiczną (może to być 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 i 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.)

2 podstawowe 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 wynikają z jego przystosowań morfologicznych, które są stałe w określonym czasie. Przystosowania pozostają w ścisłym związku z właściwościami miejsca bytowania jakie wybiera dany gatunek w przyrodzie.

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

1. 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 temperaturze 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 cieczy,

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

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

5. środowisko, w którym istnieje życie musi być pozbawione promieniowania UV, które w dużych ilościach jest zabójcze dla wszystkich organizmów.

Ziemia jest zróżnicowana na 4 geosfery, które różnią się pod względem właściwości:

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

1. 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).

2. 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 o konsystencji miodu.

2. Hydrosfera stanowi ponad 70 % powierzchni ziemi. Podstawowa masa wód skupiona jest w obrębie mórz i oceanów. To środowisko można podzielić na kilka sfer:

a) litoral- płytkie wody szelfów, dzielimy na 2 grupy:

- neretyczna – płytkie, przylegają do płyt kontynentalnych, maks. do 200m archibental (punkt załamania)

- oceaniczna – dzieli się na:

• Epipelagial do 200m,

• Mezopelagial do 1000m,

• Abysopelagial do 4000m.

2. Atmosfera – powłoka gazowa Ziemi. Na równiku sięga do wys. 42 km, a nad biegunami do 28 km. W miarę oddalania się od pow. Ziemi gęstość atmosfery maleje, Atmosferę dzieli się na 4 podstawowe warstwy:

1. Troposferę – tworzy pogodę, temperatura maleje wraz z wysokością do -50C, sięga do 4-15 km (w zależności od ukształtowania terenu)

2. Stratosferę,

3. Egzosferę,

4. Jonosferę.

2. Biosferę – sfera życia, obejmuje powierzchnię litosfery, całą hydrosferę 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 fitosferę.

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 akcesoryczne: 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 (klimat i pogoda);

2. Pokarm;

3. Inne organizmy;

4. Miejsce życia.

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

WYKŁAD IV 7.11.2011

Woda jako czynnik ekologiczny

Woda jest podstawowym składnikiem organizmów żywych. Jej zawartość to ponad 90%. Woda decyduje o stanach kolonialnych protoplastów, od czego zależy prawidłowy i wydajny cykl 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 a ostry niedobór śmierć organizmów.

Bilans wodny organizmów.

Zachowanie w organizmie wody, aby reakcje biochemiczne przebiegały bez zakłóceń wymaga regulacji procesów pobierania i oddawania wody. Przychód, rozchód i retencja wody w organizmie są ze sobą ściśle powiązane.

Równanie bilansowe:

p– O = Δr

p – przychód

O – rozchód

Δr – zmiany retencji

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 (śnieg, lód).

Obieg wody w przyrodzie (hydrologia):

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, występuje w stanie: ciekłym, gazowym i stałym. Większość wody jest zgromadzona w morzach i oceanach. (np. dąb potrafi wyparować ok. 400 l wody na dobę, drzewa owocowe 100 l).

Bilans wody kuli ziemskiej (dane w km³):

Składniki bilansu	Oceany	Lądy	Razem
Opad roczny (P)	+403,0	+108,0	+511,0
Parowanie (E)	-449,4	-61,6	-511,0
Odpływ powierzchniowy (H)	+46,4	-46,4	0,0

Rośliny pobierają roztwór glebowy – wodę ze związkami mineralnymi, które pochodzą z rozkładu organizmów w glebie. Jest to asymilowane przez rośliny. Woda jest transportowana do atmosfery a materiał jest retencjowany.

Woda w glebie występuje w kilku typach:

1. związana chemicznie – część składowa związków, nie bierze udziału w gospodarce wodnej gleby ani nie jest dla organizmów,

2. para wodna - wilgotność względna powietrza glebowego osiąga prawie 100 %, w okresie przesuszenia gleby może spadać do 60 %; może występować jako woda higroskopowa i błonkowata, te typy wody są mało dostępne dla roślin, bo rośliny nie mogą wytworzyć siły ssącej przewyższającej jej siły przyciągania;

1. woda kapilarna - wypełnia kanaliki włosowate, których średnica jest mniejsza niż 3 mm. Woda kapilarna stanowi główne źródło zaopatrzenia roślin w wodę;

2. 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 – u organizmów wodnych całą powierzchnią ciała (słodkie) lub przez skrzela (słone), pobieranie wraz z pokarmem u organizmów lądowych, systemem korzeniowym u roślin, zwierzęta otworem gębowym.

2. Absorpcja pary wodnej - 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

3. Pobieranie wody z opadów deszczu – u roślin są charakterystyczne struktury do zbierania wody opadowej: mchy, wątrobowce, rośliny wyższe, mają lejki, pochwy liściowe.

4. Pobieranie wody uwolnionej w trakcie reakcji chemicznych - uzyskiwana w wyniku utleniania związków organicznych, ten rodzaj wody jest dla niektórych zwierząt np. pustynnych jedynym sposobem pokrycia potrzeb wodnych organizmów.

Np. przy całkowitym spalaniu : 100 g tłuszczu powstaje 107 g wody

100 g węglowodanów powstaje 55 g wody

100 g białek powstaje 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.

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

3. Przez ekstrakcję – wydalanie wody np. gutacja u roślin w wyniku upału, wydzielają się kropelki wody na roślinach najczęściej przed burzą,

Wyróżniamy szereg grup w zależności od zapotrzebowania na wodę:

1. hydrofity – rośliny wodne

2. higrofity – rośliny siedlisk wilgotnych

3. mezofity – rośliny siedlisk o średnim uwilgotnieniu

4. kserofity – rośliny siedlisk suchych.

Regulacja wody w organizmie:

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.

Sukulencja – gruboszowatość; sukulenty (grubosz), kaktusy, agawy wytwarzają tkanki w których mogą gromadzić wodę i potem z niej korzystać.

Zmiana aktywności i trybu życia – dotyczy zwierząt półpustynnych, gdzie występują intensywne i krótkotrwałe deszcze. Po porze deszczowej życie nasila się, w trakcie suszy zwierzęta przechodzą na tryb życia nocnego.

Uzyskiwanie wody z metabolizmu

Np. duża część antylop nigdy nie pije wody, uzyskują ją z pokarmu, czy np. wielbłąd (woda z rozkładu tłuszczy zgromadzonych w garbie), może tolerować podwyższoną temperaturę ciała nawet o 6⁰ C to prowadzi do wydajnej oszczędności wody.

Czynniki ekologiczne

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 abiotycznych i biotycznych działających na jednostkę biologiczną (jeden osobnik, populacja, zbiorowisko).

Siedlisko – warunki ekologiczne w miejscu występowania organizmu, zespół czynników abiotycznych głównie klimatyczno-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 pod względem chemicznym i 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 o ciśnieniu barycznym 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 gromadzoną 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 socjalne 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 roślinach reguluje ich ilość i wzajemne stosunki

WYKŁAD V 14.11.2011

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.

Amplituda fizjologiczna – możemy analizować w warunkach laboratoryjnych (ile org. wytrzyma)

amplitudy

gatunki

Eurytopowe w odniesieniu do temperatury – eurytermiczny – w szerokim zakresie temp.,

Stenotopowe w odniesieniu do temperatury – stenotermiczny – w wąskim zakresie temp.,

Gatunki o szerokiej tolerancji: EURYBIONTY

Gatunki o wąskiej tolerancji: STENOBIONTY

Prawo minimum - sformułował go Liebig. 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 gatunków w przyrodzie.

Shelford określił zakres tolerancji ekologicznej:

Rozmieszczenie organizmów na ziemi jest zależne od 2 czynników ekologicznych temperatury i wilgotności.

- Zakres zmienności temperatury jest bardzo duży. W określonym miejscu zależy od ilości promieniowania słonecznego oraz rozmieszczenia lądów i wód w danym rejonie. Kąt padania promieniowania wraz z oddalaniem się od równika w stronę biegunów jest coraz mniejszy i jest dostarczana coraz mniejsza ilość ciepła. Jeśli oddalamy się w kierunku biegunów kąt padania jest coraz bardziej ukośny. 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 (homoiotermów) strefa tolerancji ekologicznej określona jest warunkami termodynamicznymi i możliwością oddychania. U zmienno cieplnych (heteroiotermów) 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 się prędkość 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.

Ślepawki *

Wilgotność: dla organizmów lądowych najważniejszym czynnikiem jest obecność wody i temperatury w środowisku . Rozkład wilgotności na kuli ziemskiej jest różny lecz można zaobserwować pewne prawidłowości:

- Susza fizjologiczna – woda jest ale nie może być pobierana (bieguny),

- w okolicach równoleżnika 15 wysokie opady,

- w okolicach równoleżnika 30 pustynie,

- później w zależności od klimatu.

Dla roślin granice tolerancji względem wilgotności wyznacza przede wszystkim zawartość wody w glebie. Często głównym zaopatrzeniem dla roślin jest woda wchodząca w skład roztworu glebowego. Taka ilość wody jaką roślina może pobrać przez system korzeniowy. Jeśli wody jest mniej roślina więdnie i usycha. Jeśli jest za dużo roślina nie może prowadzić wymiany gazowej. Przystosowane do tego rośliny to pleunatofory (wytwarzają tkanki przewietrzające, do części podziemnej dostaje się powietrze np. aerynchyma (sitowie)).

Tempo parowania i transpiracji zależy głównie od temperatury. W rezultacie współdziałanie temperatury i wilgotności wpływa na gospodarkę wodną roślin i zwierząt Korelacje między temperaturą a wilgotnością będą miały podstawowe znaczenie dla rozmieszczenia roślin na ziemi.

Analizując przy pomocy klimadiagramu (diagramu klimatycznego) badamy temperaturę i wilgotność.

Temperatura i wilgotność a rozmieszczenie roślin i zwierząt. Istnieje wiele dowodów na tę zależność:

- fibik bladobrzuchy – jego zasięg pokrywa się z izotermą -4^oC. występują tam rośliny którymi fibik się żywi.

- kangur rudy – jego występowanie ogranicza granica opadów 400mm w ciągu roku.

Przystosowanie gatunków do temperatury i wilgotności:

Organizmy przystosowują się do warunków w ich zasięgu. Pierwszy badania prowadził …………………………………. Wprowadził on pojęcie ekotyp, które zdefiniował:

Ekotyp- to grupa populacji jednego gatunku, które przystosowane są do warunków klimatycznych i środowiskowych, mogą się w tych warunkach rozmnażać.

WYKŁAD VI 21.11.2011

Rozmieszczenie gatunków a zmiana klimatu:

Światło – jest ważnym czynnikiem ekologicznym. Warunkuje dobowe i sezonowe rytmy u zwierząt. Jest niezbędne do procesu fotosyntezy.

Dobowe i sezonowe rytmy – zwierzęta pustynne o aktywności nocnej, używają światła, jako dobowego czynnika aktywności. Okres rozmnażania jest wyznaczany przez sezonowe zmiany naświetlenia.

Fotoperiodyzm – zjawisko sezonowych zmian w przebiegu niektórych procesów fizjologicznych zachodzących u organizmów pod wpływem zmian oświetlenia (zmian długości dnia).

U większości gatunków (zwierząt) sezon rozrodczy jest ograniczony tylko do pewnego okresu w ciągu roku. Niezbędny jest pewien sygnał do zapoczątkowania tego okresu – długość dnia (co roku w identycznym rytmie). W warunkach klimatu umiarkowanego u wielu gatunków długość dnie jest czynnikiem wyznaczającym rytm biologiczny organizmów. Ograniczenie rozrodu do określonej pory roku, to przystosowanie, które daje organizmowi największe szanse do przeżycia.

! Im dalej na północ w okresie letnim dzień jest krótszy a noc dłuższa.!

U roślin również obecny jest fotoperiodyzm, wyróżnia się:

- krótkiego dnia („długiej nocy”) – rośliny wymagają do zakwitania krótkiego fotoperiodu i pewnego okresu ciemności nieprzekraczającej wartości krytycznej np. tytoń, soja, chryzantemy,

- długiego dnia („krótkiej nocy”) – potrzebują długiego fotoperiodu i krótkiego okresu ciemności np. szpinak, zboża,

- rośliny fotoperiodyczne obojętne - nie reaguje na ten bodziec np. pomidor, słonecznik

U roślin krótkiego dnia kwitnienie wiosną zapewnią odpowiednie warunki dla siewek.

Światło a fotosynteza

W ciągu roku, sezonu wegetacyjnego 0,5% energii słonecznej jest wykorzystywane w procesie fotosyntezy. Natężenie zmienia się od intensywności światła. U trzciny cukrowej wzrost fotosyntezy ze wzrostem światła.

Substancje pokarmowe

Zasobność siedliska w substancje pokarmowe ma podstawowe znaczenie dla wszystkich form organizmów. Wyróżnia się 3 typy siedlisk w zależności od zasobności w substancje pokarmowe:

1. eutroficzne – zasobne w składniki pokarmowe,

2. mezotroficzne – średnia zawartość związków pokarmowych,

3. oligotroficzne – ubogie w substancje pokarmowe.

W zależności od skali tolerancji ekologicznej organizmów dokonuje się ich klasyfikacji.

1. Tolerancja termiczna:

- rośliny eurytermiczne o bardzo szerokich granicach tolerancji cieplnej

- rośliny stenotermiczne o wąskiej skali tolerancji termicznej

a) megatermiczne – ciepłolubne,

b) mezotermiczne – średni zakres temperatur,

c) oligotermiczne – niskie wymogi cieplne.

2. Tolerancja na światło:

- rośliny euryfotyczne o szerokiej skali tolerancji,

- rośliny stenofotyczne o wąskiej skali tolerancji,

a) helofity – światłorządne, siedliska nieocienione,

b) skiofity – cieniolubne (runo zwarte, lasy).

3. Tolerancja na wilgotność:

a) hydrofity – całkowicie lub częściowo w środowisku wodnym,

b) higrofity – rośliny lądowe w wilgotnej glebie lub atmosferze,

c) mezofity – rośliny siedlisk umiarkowanie wilgotnych,

d) ksenofity – rośliny zdolne do znoszenia stałego niedoboru wody lub długich okresów suszy:

• efemery – aktywne tylko w porze wilgotnej (terofity) lub trwałe, jedne z nich zamykają cykl rozwojowy, od wykiełkowania do wydania nasion, drugie mają trwałe …………..wegetatywne najczęściej podziemne (bulwy, kłącza, cebule), czyli należą do geofitów.

• sukulenty – rośliny gruboszowate, magazynują w okresie deszczowym wodę w tkankach liści.

4. Tolerancja na zasobność gleby:

- rośliny eurytroficzne (gleby bardzo zasobne) – rosnące w żyznych lasach liściastych na okresowo zalewanych brzegach rzek lub eutroficznych zbiorników wodnych,

- rośliny mezotroficzne (średnio zasobne) – należy większość gatunków leśnych, łąkowych, błotnych

- rośliny oligotroficzne (gleby ubogie) – spotykane w borach szpilkowych, na torfowiskach wysokich i w wodach oligotroficznych.

Klasyfikacja form życiowych Raunkiera:

Procentowy udział życiowych form roślin we florze danego terenu to spektrum. Wyróżnił 5 podstawowych grup typów morfologicznych, przyjął przedziały 25cm a teraz przyjmuje się 50cm.

Formy życiowe:

- fanerofity (jawnopączkowe) – trwałe rośliny, przeważnie o pędach zdrewniałych z zimotrwałymi pąkami odnawiającymi, umieszczonymi wyżej niż 50cm nad powierzchnią podłoża (megafanerofity- drzewa, nanofanerofity – krzewy, epifity),

- chamefity (niskopączkowe) – krzewinki o pędach zdrewniałych i trwałe rośliny zielne o pąkach umieszczonych na pędach nie wyżej niż 50cm nad podłożem, chronionych zwykle przez pokrywę śnieżną,

- hemikryptofity (naziemno pączkowe) – przede wszystkim byliny, których pąki zimujące, umieszczone są na pędach przy powierzchni gleby, chronione są przez żywe lub obumarłe liście i pokrywę śnieżną,

- kryptofity (skrytopączkowe) – rośliny, które mają pąki odnawiające osadzone na ukrytych w glebie, błocie lub wodzie, organach spichrzowych (np. w bulwach, kłączach, cebulach). Rośliny wykształcające podziemne kłącza, rozłogi, bulwy lub cebule (geofity) mogą zakwitać bardzo wcześnie, przed wytworzeniem pełnego ocienienia przez drzewa. Rośliny wodne, które są całkowicie zanurzone w wodzie to hydrofity. Rośliny wieloletnie wyrastające ponad wodę zalicza się do helofitów,

- terofity – rośliny jednoroczne przeżywające niesprzyjającą porę roku w postaci nasion. Rośliny te swą ontogenezę zamykają w jednym okresie wegetacyjnym.

Bioindykacyjna rola organizmów

Zakresy tolerancji organizmów są wykorzystywane do oceny stanu środowiska. Organizmy zwłaszcza te o wąskiej amplitudzie ekologicznej są wiec biowskaźnikami zmian zachodzących w środowisku.

Bioindykacja – określenie stanu środowiska lub natężeń czynników środowiskowych przy pomocy odpowiednio wyskalowanych bioindykatorów.

Bioindykator – każdy gatunek, którego obecność lub reakcje wskazują na zaistnienie w danym miejscu pewnego typu czynnika ekologicznego o ściśle określonym, mieszczącym się w wąskim przedziale natężenia lub odpowiedniej wartości progowej.

Bioindykator jakościowy – rośliny, których obecność wskazuje na istnienie w środowisku czynnika o określonej specyficznej jakości lub czynnika powszechnie występującego, lecz w danym momencie przyjmującego natężenie inne, niż charakterystyczne w danych warunkach.

Bioindykator ilościowy – rośliny, których określony poziom liczebności wskazuje na występowanie w środowisku określonego jakościowo i ilościowo czynnika lub zespołu czynników.

Bioindykator mieszany – rośliny, które łączą w sobie właściwości obu poprzednio zdefiniowanych. Mianem tym określamy gatunki przydatne do wyróżnienia określonego zjawiska przebiegającego w ekosystemie, a zarazem pozwalającego charakteryzować jego natężenie.

Bioindykacja to zabieg badawczy, polegający na charakteryzowaniu określonej sytuacji ekologicznej na podstawie wybranych elementów biotycznych środowiska. Jednostkami są gatunki. Znaczenie mogą mieć też taksony wyższej i niższej rangi.

WYKŁAD VII 28.11.2011

EKOLOGIA POPULACJI

Populacja – grupa osobników, należąca do tego samego gatunku, które współwystępują na tym samym obszarze w tym samym czasie.

Składa się z pojedynczych organizmów które mogą się ze sobą krzyżować. Jeśli populacja zajmuje duży obszar a przemieszczenie z jednego końca na drugi jest utrudniony to te populacje dzielimy na lokalne – demy. W nich osobniki krzyżują się w sposób nieograniczony między sobą. Wszystkie osobniki tworzą jedną wspólną pulę genową.

W zależności jaki typ był badany to populację badano.

Populacja według Krebsa:

Jest to grupa osobników potencjalnie zdolnych do krzyżowania żyjących w pewnej przestrzeni, której granice są mniej lub bardziej wyznaczone przez ograniczoną wymianę genów z sąsiadującymi populacjami (Mayr 1974).

Populacja – forma istnienia gatunku biologicznego. Populacje biologiczne są nierówno wartościowe. Każda populacja spełnia określoną funkcję w biocenozie, a ponadto jest w relacjach z innymi populacjami. Wyróżnia się szereg kategorii populacji:

1. Niezależne – dysponuje wystarczającym potencjałem rozrodczym, który pozwala na uzupełnienie strat liczebności. Populacja ta może istnieć bez imigracji osobników – napływu z zewnątrz,

2. Półzależne – mogą istnieć dzięki rozmnażaniu własnych osobników, tylko przy niskich stanach liczebności. Imigracja wpływa (wyraźnie) na podwyższenie liczebności,

3. Zależne – występują, wtedy kiedy rozród nie pokrywa strat liczebności. Nie mogą istnieć bez stałego uzupełniania stanu imigracją osobników z (innych) sąsiadujących populacji.

4. Pseudopopulacja – występuje wtedy, kiedy grupa osobników nie ma możliwości rozrodu w danym miejscu. Tworzą się przez migrację osobników z sąsiedztwa i mogą nawet przez długi czas brać udział w procesach biocenotycznych, jednak bez możliwości …………….. W ekosystemach wodnych – u organizmów stenohalicznych np. jeżowiec jadalny również na lądzie np. populacja kleszcza psiego, na obszarach pozbawionych ssaków.

5. Populacja okresowa – w biotopach nie zasiedlonych lub poza granicami zasięgu gatunku przez okres kilku miesięcy lub nawet kilku lat. Utrzymanie wiąże się z powstawaniem okresowo korzystnych warunków środowiskowych, np. u widliszka znikają z pogarszaniem warunków środowiska.

6. Hemipopulacja – wyraźne zróżnicowanie wymagań życiowych w poszczególnych fazach cyklu życiowego gatunku, a jego szczególne postacie zajmują różne miejsca w przyrodzie, np. u komarów larwy żyją w zbiornikach wodnych a postacie dorosłe na lądzie jako ektopasożyty. W takich sytuacjach populacja składa się ze zróżnicowanych komponentów środowiskowo i przestrzennie, niekiedy następują po sobie w czasie, przy czym zjawiska zachodzące w jednej hemipopulacji warunkują stan wyjściowy drugiej hemipopulacji.

Powiązanie między hemipopulacjami z populacją stanowi o trwałości i specyfice układów.

Struktura i cechy populacji:

Mają wiele cech grupowych – statystyczne, nie mogą być stosowane do pojedynczych osobników. Podstawowymi cechami są liczebność i zagęszczenie.

Druga grupa cech populacji to te, które wpływają na zagęszczenie a wiec rozrodczość, śmiertelność, imigracja i emigracja. Rozrodczość wpływa dodatnio na zagęszczenie tak jak i imigracje. Śmiertelność i emigracje ujemnie.

Trzecią grupę cech stanowią właściwości wtórne populacji:

- struktura wiekowa,

- struktura genetyczna,

- struktura przestrzenna.

Wyróżnia się liczebność bezwzględną oraz względną. Liczebność bezwzględna – określamy ją gdy jest możliwe policzenie osobników. Liczebność względna – gdy nie możemy policzyć osobników, gdy są małe i ruchliwe.

Metody liczebności względnej:

1. Pułapkowa – polega na tym, że w zależności od zwierząt, ustawia się pułapki, daje się wabik – przynętę i zwabia się zwierzęta do pułapek i liczy wszystkie zwierzęta, które się złowi. Zwierzęta oznacza się i wypuszcza. Liczy się tylko nowo złapane zwierzęta, postępujemy tak do momentu, gdy łapie się tylko takie, które już kiedyś złapano.

2. Liczenia odchodów – znajduje zastosowanie w ocenie liczby: zajęcy, jeleni, myszy a także królików w Australii. Jeżeli znamy liczbę odchodów pozostawionych na danym terenie, a także średnią częstość…………………. możemy obliczyć na tej podstawie wskaźnik dający informację o liczebności populacji.

3. Liczenia głosów – do oceny liczebności populacji ptaków, np. liczba krzyków bażantów usłyszanych w 15 minut wczesnym rankiem używana jest jako wskaźnik liczebności ich populacji.

4. Na podstawie liczby zwierząt upolowanych – liczba zwierząt złowionych przez traperów w Ameryce Północnej była używana liczba skupowanych skór do oceny liczebności populacji (na przestrzeni 300lat).

5. Na podstawie połowów – w badaniu zagęszczenia ryb, np. liczba ryb złowiona w ciągu 100 godzin tarłowania.

6. Śladów pozostawionych przez zwierzęta – dla zwierząt pozostawiających ślady swojej działalności, np. liczenie nor wygrzebanych w mule przez raki, gniazda wiewiórek.

7. Ankietowa – wysyłane do myśliwych, subiektywna ocena. Jedynie skuteczna do głębokich zmian w ocenie liczebności populacji.

8. Stopniowania pokrycia podłoża – dla pokrycia gleby przez rośliny, wskaźnik ich względnego zagęszczenia, np. zagęszczenie niektórych zwierząt osiadłych.

9. Ilość zjedzonej przynęty – np. dla myszy i szczurów.

10. Liczenia wzdłuż określonej trasy

Zmiany liczebności w populacjach

1. Liczebność populacji rośnie do pewnego poziomu, potem jest stała i niezmienna. Jest on ideowy.

2.Często w przyrodzie liczebność rośnie do pewnego poziomu, potem maleje i znów rośnie, zmienia się w tym samym rytmie.

3. Gwałtownie rośnie potem gwałtownie maleje.

4. Liczebność populacji rośnie a potem zmienia się w nieokreślony sposób

To co ogranicza liczebność populacji to przede wszystkim np. pokarm.

Granica reprodukcji zasobów jako punkt krytyczny rozwoju liczebności populacji.

Zasoby środowiska odnawiają się jeśli używa się ich w rozsądny sposób.

a) liczebność rośnie tylko do pewnego stopnia, zasoby zużywane w sposób umiarkowany. Stała na pewnym poziomie.

b) przekroczony punkt reprodukcji zasobów, zasoby eksploatowane nadmiernie nie można ich odnawiać. W związku z tym osobniki chorują, liczebność bardzo wyraźnie się zmniejsza, w skrajnych przypadkach populacja może wymrzeć.

WYKŁAD VII 5.12.2011

Struktura przestrzenna populacji

Jest bardzo ważną cechą, ponieważ osobniki w obrębie przestrzeni zajętej przez populację w bardzo różny sposób korzystają ze środowiska. Struktura ta może zmieniać się sezonowo, corocznie, w różnych porach dnia.

Są 4 podstawowe wzorce rozkładów przestrzennych:

1. Równomierny,

2. Nierównomierny - widać pewne większe zagęszczenie na określonych terenach, każde miejsce zajęte,

3. Kumulacyjny - widoczne skupienia, osobniki miedzy skupieniami nieliczne,

4. Wyspowy - wyspy, miedzy nimi brak osobników.

Wynika to z tego, że przestrzeń zajęta przez populację nie jest równowartościowa.

Różne odmiany:

1. Rozproszony losowy,

2. Regularny,

3. Rozproszony

4. Skupiskowy

5. Łanowy

6. Gradientowy itd.

Organizacja socjalna populacji:

Struktura socjalna jest właściwa dla populacji zwierzęcych. Hierarchia socjalna stanowi formę organizacji, która stanowi dominację zwierząt. Ustala się przez kontakty między osobnikami wchodzącymi w skład danej grupy. Wyróżniamy podrzędność i nadrzędność. Często jest to efekt walki. Podrzędne ustępują miejsce nadrzędnym dając im pierwszeństwo w wyborze pokarmu, wyborze miejsca na nocleg. Tych typów struktury jest sporo.

Np. -u kur: ustalają się w wyniku walki i zwane są porządkiem dziobania;

- u wilków, dzikich psowatych: hierarchia socjalna kształtuje się w wyniku walki, najwyżej stojąca para rozmnażają się, natomiast pozostałe pomagają w wychowaniu potomstwa;

- u dzikich koni: hierarchia socjalna kształtuje się w wyniku walki, na czele stada stoi ogier. W stadzie jest od kilku do kilkudziesięciu klaczy. Młode ogiery dopiero gdy osiągną dojrzałość płciową przewodzą, walczą o klacze i opiekują się nimi. Jeśli ogier przegrywa walkę i przeżyje to odchodzi ze stada. Nowy ogier zabija wszystkie samce, które żywią się mlekiem matek. Klacze wchodzą w etap róji, mogą dać szybko potomstwo. (podobnie jest u lwów).

Najwyższe formy organizacji socjalnej u owadów: szerszeni, pszczół, mrówek, termitów.

Wyróżniamy u nich polimorfizm (między osobnikami występują dwie różnice), występują u nich skomplikowane budowle – mrowiska, termitiery. Występuje podział pracy, podporządkowanie życia osobnika losom całej kolonii. Istnieje podział osobników: matka mrówka, robotnica, żołnierz.

Robotnice: I opiekuje się larwami,

II zdobywa pożywienie,

III żołnierz.

Matka: bardzo duży odwłok, dobrze rozwinięty układ rozrodczy (w ciągu doby składa kilkadziesiąt-kilkaset tysięcy larw)

Samiec: mrówki uskrzydlone, wędrują pomiędzy koloniami, przenosi geny do innych kolonii. Często samica jest zapładniana raz na całe życie, raz na jakiś czas.

Utrata matki prowadzi do utraty całej kolonii.

Struktura płci i wieku:

Poznanie struktury wiekowej i płciowej stanowi klucz do zrozumienia populacji i jej możliwości.

Struktura płciowa wyraża się w postaci współczynników:

1. Stosunek płci: liczba samic na określona liczbę samców, stosunek najmniejszych liczb 2:3, 1:1,5; lub w formie procentów 40% do 60% (stosunek procentowy) do sumy; z punktu widzenia przyrodniczego najkorzystniejsze jest 1 samica do 2 samców;

2. Udział płci: określa liczbę samic lub liczbę samców przypadających na 100 osobników, np. 40:100 samice, 60:100 samce

3. Wskaźnik płci: w formie ułamka dziesiętnego: 0,4 samice, 0,6 samce;

Ta struktura płciowa ma podstawowe znaczenie dla oceny potencjału rozrodczego populacji.

Struktura wieku związana z typem populacji:

1. Policykliczne – gdy w populacji występują różne pokolenia, osobniki mają różny wiek,

2. Monocykliczne – gdy mamy do czynienia z osobnikami jednego pokolenia, wszystkie są w tym samym wieku.

3 okresy wiekowe w populacji:

- rozwojowy - od urodzenia do osiągnięcia dojrzałości płciowej;

- rozrodczy - produkcja potomstwa;

- okres starości - po zakończeniu okresu rozrodczego do śmierci;

Wyróżniamy populacje:

a) rozwijającą się,

b) ustabilizowaną,

c) wymierającą.

Najczęściej w wieku młodym, liczna grupa w okresie rozrodczym, mała liczba starych osobników. Rozród będzie zwiększał liczebność.

Tyle samo osobników rozrodczych co w młodocianym. Mniej starszych. Ubytek osobników będzie uzupełniany przez rozród.

Najmniej młodocianych, więcej rozrodczych. Więcej starych niż młodocianych. Populacja będzie wymierać, ponieważ rozród nie będzie w stanie uzupełnić wymierających.

Rozrodczość – przedstawiana jest statystycznie jako wyraz udziału całej lub poszczególnych grup populacji w rozmnażaniu. Płodność to pojęcie fizjologiczne, które mówi tylko i wyłącznie o zdolności osobnika do wydania potomstwa. Rozrodczość jest to pojęcie ekologiczne i określa liczbę potomstwa produkowanego w określonym czasie.

Rozrodczość potencjalna – określa liczbę potomstwa jakie może być wyprodukowane.

Rozrodczość realizowana – liczba potomstwa, które jest wyprodukowane.

Rozrodczość i śmiertelność przedstawiana jest w postaci wykresów krzywych.

Wyróżniamy 4 podstawowe wzorce krzywych przeżywania:

a) krzywa Drosophila - mówi, że śmiertelność w wieku młodocianym jest niewielka, po okresie rozrodczym wszystkie wymierają (np. owocówka)

b) odpowiednia dla człowieka – w młodocianym i rozrodczym śmiertelność niewielka, w starczym rośnie,

c) odpowiednia dla jamochłonów – w całym okresie życia śmiertelności jest stała,

d) charakterystyczna dla ryb – największa śmiertelność w okresie młodocianym, a gdy dorośnie do wieku rozrodczego ma szanse na długie życie.

Przyczyny śmiertelności (4 grupy):

1. Środowiskowe – brak lub wyczerpanie rekwizytów niezbędnych do dalszego życia organizmów oraz występowanie czynników warunkujących granice bliskich lub przekraczających wartości punktów krytycznych.

2. Osobnicze – różnorodne czynniki natury fizjologicznej: śmierć ze starości, śmiertelność związana z rozrodem u samic, brak zapłodnienia.

3. Populacyjne – związane z kanibalizmem, konkurencją oraz innymi koakcjami nietolerancyjnymi.

4. Biocenotyczne – obejmują dzikich drapieżców, pasożytów oraz organizmów chorobotwórczych.

Na liczebność:

- imigracja – dodatnio

- emigracja – ujemnie

Rozprzestrzenianie się organizmów:

Organizmy dążą do zajęcia jak największego areału. Zajmują tylko miejsca, które są dogodne do ich występowania. Dochodzi do selekcji siedliska. Większość organizmów nie zajmuje całego potencjalnego areału, mimo że osobniki są zdolne by tam dotrzeć. Wybierają do życia tylko pewne siedliska.

Uwarunkowania behawioralne są pomocne przy selekcji siedliska.

Rośliny w porównaniu ze zwierzętami ………….. preferencje rozmieszczeniowe inaczej, ale mogą się aktywnie przemieszczać. Nasiona roślin zostają przypadkowo przeniesione w dane miejsce.

• Miejsce jest korzystne – osiągają sukces,

• Miejsce jest niedogodne – nie odnoszą sukcesu.

Rośliny rozprzestrzeniają się przez diaspory (cz. rośliny mogąca dać początek nowej roślinie: kłącze, nasiona itd.)

PRZYKŁADY	TYP ROZSIEWANIA	OPIS
Niecierpek	Autochory	Rośliny rozprzestrzeniające nasiona samoistnie
Owoce klonu, mniszek lekarski	Anemochory	Nasiona rozprzestrzeniane przez wiatr
	Barochory	Rozprzestrzeniane tylko pod wpływem siły ciężkości, nasiona bez wyraźnych przystosowań do rozsiewania
Rzepik	Egzochory	Rośliny o nasionach czepnych lub lepkich przenoszonych na pow. ciała
	Endozoochory	Rośliny o nasionach połykanych i przenoszonych przez zwierzęta w przewodzie pokarmowym
Konwalia, śnieżyczka, przebiśnieg	myrmekochory	Roślina o nasionach opatrzonych elajosomami, rozsiewane przez mrówki
	?	?

WYKŁAD IX 12.12.2011

Rozprzestrzenianie ma inny charakter w przypadku zwierząt.

Zwierzęta w sposób aktywny mogą się przemieszczać. Przy wyborze siedlisk wykazują mechanizmy behawioralne. Umożliwia im to aktywny wybor środowiska.

Selekcja siedlisk poddana jest doborowi naturalnemu. W jednych siedliskach są możliwości szybszej produkcji potomstwa, niż u innych. Jeśli siedliska zmieniają się nienaturalnie, to nie mogą się przystosować do nowych warunków. Zajmują wtedy tylko część siedlisk danego areału.

Selekcje siedlisk:

Wraz z rozmieszczeniem sukces rozrodczy maleje, jest większa konkurencja. Wraz z zagęszczeniem rośnie śmiertelność.

Nie zawsze największe sukces gatunkowi gwarantuje siedlisko najlepsze, czasem lepsze jest to o cechach średnich.

Typy rozprzestrzeniania się organizmów:

1. Rozchodzenie się – powolne rozszerzanie zasięgu populacji. Obejmuje czas trwania wielu pokoleń.

2. Skokowe – rozpoczyna się przemieszczaniem pojedynczych osobników na dużą odległość i osiedlenie się ich w tych warunkach. Odbywa się w krótkim czasie (w czasie trwania jednego pokolenia, np. kolonizacja wysp).

3. Powolne rozszerzanie zasięgu – odbywa się w przestrzeni wielu tysięcy lat, tempem mierzenia przemian ewolucyjnych. Procesy doboru naturalnego powodują, że część populacji na peryferiach różnicuje się w stosunku do populacji macierzystych. Jest to proces bardzo powolny, trudny do analizy

Regulacja liczebności populacji:

Jeśli obserwujemy populację jakiegoś gatunku dochodzimy do wniosków:

1. Zagęszczenie populacji jest zmienne w przestrzeni, w siedliskach ……….. więcej osobników, w górnych mało lub brak.

2. Liczebność populacji żadnego gatunku nie może rosnąć w sposób nieograniczony. Liczebność musi być czymś ograniczona.

Na liczebność populacji wpływają:

1. Rozrodczość

2. Śmiertelność

W populacjach przemieszczonych z reguły śmiertelność jest większa, a rozrodczość mniejsza.

1. Czynniki środowiska, które można podzielić na kilka składowych:

1. Pogoda (temperatura, wiatr, ciśnienie…)

2. Wilgotność

3. Pokarm – zasoby pokarmowe

4. Inne zwierzęta i patogeny (interakcje międzygatunkowe)

5. Miejsce do życia – dostępna przestrzeń

Przy analizie procesów regulacji liczebności populacji wyróżniamy 2 czynniki:

1. Ograniczający – jeśli jego zmiana powoduje zmianę zagęszczenia równowagi, może nim być choroba, jeśli zagęszczenie populacji jest większe, gdy zwierzęta są zdrowe.

2. Regulujący – jeśli udział osobników umierających na skutek działania tego czynnika rośnie oraz ze wzrostem zagęszczenia populacji………………

Między osobnikami różnych gatunków istnieją liczne interakcje – koakcje ekologiczne.

TYPY ODDZIAŁYWAŃ	WYNIK ODDZIAŁYWANIA
Neutralna A i B niezależne	Populacje nie wpływają na siebie
Konkurencja A i B współzawodniczą	Jedna z populacji jest eliminowania ze środowiska
Mutualizm A i B partnerzy lub symbionty	Współdziałanie nieodzowne dla obu gatunków
Protokooperacja A i B współdziałają	Współdziałanie korzystne dla obu gatunków lecz niekoniecznie
Komensalizm A- Komensal, B – żywiciel	Nieodzowny dla A, B nie podlega wpływom
Amensalizm A – amensal, B – inhibitor	Rozwój populacji A ograniczony, B nie podlega wpływom
Pasożytnictwo A – pasożyt, B – żywiciel	Nieodzowny dla populacji A, B ograniczone
Drapieżnictwo A – drapieżnik, B – ofiara	Nieodzowny dla populacji A, B ograniczone

Możemy stwierdzić, że liczebność populacji i zwierząt nie rośnie bez ograniczeń więc: Co powstrzymuje i co określa stan populacji w równowadze?

Są 3 hipotezy odpowiadające na to pytanie (pogoda, dostępność kryjówek, naturalni wrogowie):

1. Zwolennicy szkoły biotycznej – czynnikami spowalniającymi wzrost liczebności populacji są czynniki zagęszczenia. Naturalni wrogowie to główny czynnik regulujący liczebność populacji.

2. Szkoła klimatyczna – głównymi czynnikami regulującymi liczebność populacji są czynniki pogodowe.

3. Szkoła samoregulacji populacji – zwolennicy koncentrują się na zjawiskach w obrębie populacji, na zachowaniu fizjologii, różnicach między osobnikami. Liczebność populacji podlega zmianom, gdyż zmianom podlega także jakość osobników. Ich zdaniem zatrzymanie wzrostu populacji po osiągnięciu względnie dużego zagęszczenia ze względu obniżenia jakości osobników.

Układy ekologiczne – składają się z różnych grup gatunków. Grupy te mają różną liczebność i pozostają ze sobą.

Biocenoza – grupa populacji różnych gatunków współwystępujących w określonym miejscu w określonej przestrzeni, w tym samym czasie. Roślinny komponent tak rozumianej biocenozy to fitocenoza, natomiast zwierzęcy komponent to zoocenoza.

Kiedyś biocenozy porównywano z organizmami i w efekcie traktowano je jako superorganizmy.

Współcześnie pogląd ten jest pomijany i wprowadzana jest indywidualistyczna teoria biocenozy. Biocenozę traktuje się jako zbiór populacji, w którym populacje mogą być traktowane na poziomie osobniczym. Podobnie jak populacje biocenozy mają szereg cech, których nie można odnosić do pojedynczych osobników i populacji. Te właściwości nie posiadają poszczególnych gatunków biocenoz.

Do właściwości biocenoz należą obszar i granice. Wielkość obszaru na którym funkcjonuje dana biocenoza uwarunkowany jest rozkładem warunków biocenozy.

Poszczególne biocenozy są mniej lub bardziej ograniczone w przestrzeni przez trwanie w czasie. Biocenozę stanowi układ mniej lub bardziej trwały w czasie. Biocenozy posiadają mniejszą lub większą długowieczność.

Biocenozy mają charakterystyczny skład gatunkowy – zbiór gatunków tworzących biocenozę nie jest przypadkowy.

• W podobnych warunkach środowiskowych powstają podobne biocenozy.

• Bogactwo gatunkowe i odpowiedni udział form wzrostu. Mamy biocenozy składające się z większych gatunków oraz ubogie biocenozy.

• Kształtują się charakterystyczne struktury troficzne – producenci, konsumenci, destruenci.

• Zmienność w czasie.

Sukcesja ekologiczna – następstwo biocenoz. Tak, aż wytworzy się biocenoza będąca w zgodzie ze środowiskiem.

Na uformowanie się ugrupowania populacji tworzących biocenozę zasadniczy wpływ ma:

1. Struktura biocenozy – warunki środowiska

2. Interakcje

3. Historia rozwoju danej biocenozy.

Struktura biocenozy – mówiąc o niej możemy mówić o strukturze fizycznej lub biologicznej:

1. Fizyczna –to co widzimy patrząc na biocenozę,

2. Biologiczna – interakcje międzygatunkowe, udział form życiowych.

Mamy 3 podstawowe składowe:

1. Formy wzrostu,

2. Piętrowość,

3. Sezonowość.

Rośliny tworzą podstawowy biotyczny zrąb wszystkich fito biocenoz, a formy wzrostu są bardzo ważnym elementem struktury biocenozy. Piętrowość jest wspólną cechą wszystkich biocenoz, a w ciągu roku cyklicznie zmienia się struktura biocenozy.

Formy wzrostu to różne typy struktury roślin. Są odbiciem warunków środowiskowych. Na miejscu o deficycie wody w różnych zakątkach ziemi będą przystosowane rośliny o różnej formie wzrostu.

Różne formy biocenoz mają różny udział form wzrostu.

FORMY WZROSTU:

1. Drzewa – formy o pniu, koronie, np. liściaste, kolczaste, rozetowe,

2. Liany

3. Krzewy – formy o wielu pniach, np. kseromorficzne, rozetowe, kolczaste,

4. Epifity – rośliny na innych roślinach

5. Rośliny plechowate – porosty, mchy, wątrobowce.

Piętrowość – warstwowość. Większość biocenoz określa się strukturą pionową. Źródłem tego zróżnicowania jest konkurencja o dostęp do światła, przy czym źródła tej zmienności są nieco inne w przypadku biocenoz lądowych i wodnych.

Ważne jest natężenie światła – u biocenoz lądowych konkuruje o nie:

• WARSTWA A – najwięcej światła, najwyższa temperatura,

• WARSTWA B – warstwa krzewów,

• WARSTWA C – warstwa ziół leśnych,

• WARSTWA D – warstwa mchów i porostów,

Struktura piętrowa biocenoz wodnych kształtowana jest przez struktury wodne. Światło pochłaniane przez górne warstwy wody dlatego wszystkie rośliny potrzebujące światła muszą żyć przy powierzchni wody.

Struktura pozioma - biocenoza nie jest jednorodna na całej swojej powierzchni.

W biocenozie można wyróżnić płaty, mozaikowy układ płatów.

Sezonowość biocenoz

Biocenozy podlegają zmianom sezonowym i podczas roku zmienia się ich struktura. Nauka o poszczególnych zmianach to FENOLOGIA, a jej celem jest tworzenie kalendarzy fenologicznych dla poszczególnych gatunków.

Relacje w czasie między poszczególnymi znaczeniami mają znaczenie dla reakcji między gatunkami.

Szczególnym zdarzeniem jest kwitnienie roślin. Gatunki różnią się porą i długością kwitnienia. Jeśli udział kwitnienia jest duży mówimy i aspektach fenologicznych, np. aspekt wiosenny (las bukowy), aspekt wczesnowiosenny (rzeżucha).

Na długość i porę kwitnienia mają wpływ:

1. Wpływ jest efektem konkurencji o owady zapylające.

2. Pora kwitnienia jest efektem ubocznym w doborze naturalnym, który kształtował wydawanie owoców. Chodzi o unikanie organizmów atakujących nasiona.

3. Czas kwitnienia jest określany przez: temperaturę, opady i światło. Dowód: rośliny runa kwitną przed wyprodukowaniem liści.

Pora kwitnienia w różnych biocenozach jest różna

Różnorodność gatunkowa

Poszczególne biocenozy tworzy różna liczba gatunków, a one są zróżnicowane względem liczbowym. Są one brane przy ocenianiu liczebności gatunkowej biocenoz.

Bada się dominację gatunkową.

Różnorodność gatunkową można badać w skali:

• lokalnej – α-różnorodność,

• regionalnej – β-różnorodność,

• geograficznej – γ-różnorodność.

Biocenozy, które mają wyraźnie zróżnicowane bogactwo gatunkowe mają zazwyczaj bardzo silnie wyrażoną strukturę dominacji.

HIPOTETYCZNE CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA RÓŻNORODNOŚĆ GATUNKOWĄ

CZYNNIK	UZASADNIENIE
Historia	Więcej czasu pozwala na bardziej kompletną kolonizację i ewolucję nowych gatunków
Heterogeniczność przestrzeni	Bardziej złożona fizycznie lub biologicznie siedliska stwarzają więcej nisz
Konkurencja	Sprzyja mniejszej szerokości nisz Konkurencyjne wypieranie eliminuje gatunki
Drapieżnictwo	Opóźnia konkurencyjne wypieranie
Klimat	Korzystne warunki klimatyczne pozwalają na obecność większej liczby gatunków
Zmienność klimatu	Stabilność umożliwia specjalizację
Produktywność	Bogactwo gatunkowe jest ograniczone podziałem dostępnej produkcji między gatunkami
Zmiany środowiska	Umiarkowane zmiany opóźniają konkurencyjne wypieranie

Wpływ czasu na różnorodność gatunkową w biocenozach:

Wraz z czasem różnorodność rośnie.

2 hipotetyczne obrazy dominacji różnorodności gatunkowej biocenoz

Struktura dominacji zespołu

Jeśli będziemy mieć taki obraz możemy twierdzić, że jest to biocenoza niezaburzona.

Interakcje i mechanizmy współwystępowania gatunków w biocenozie

Współwystępowanie organizmów w biocenozach powoduje wzajemne oddziaływania, w których może występować konkurencja o zasoby.

	TYP INTERAKCJI	GATUNEK A i B	OGÓLNY CHARAKTER INTERAKCJI
Konkurencja symetryczna	Neutralizm	0 0	Populacje nie wpływają na siebie
	Konkurencja typu bezpośredniego mechanicznego oddziaływania	- -	Bezpośrednie wzajemne hamowanie rozwoju populacji
	Konkurencja o wykorzystanie zasobów	- -	Pośrednie wzajemne hamowanie, gdy wspólne zasoby środowisk są ograniczone
Konkurencja asymetryczna	Amensalizm	- 0	Populacja A jest ograniczona a populacja B nie ponosi strat i nie czerpie korzyści
	Komensalizm	+ 0	Populacja A czerpie korzyści, ale nie wywiera wpływu na populację B
	Pasożytnictwo	+ -	Populacja A eksploatuje osobniki populacji B
	Drapieżnictwo	+ -	Populacja A, drapieżca, spożywa osobniki populacji B
Interakcje korzystne	Protokooperacja	+ +	Interakcje korzystne dla obu populacji lecz niekoniecznie
	Mutualizm	+ +	Interakcje są nieodzowne dla obu populacji i obustronnie korzystne

Jednym z najważniejszych czynników jest konkurencja, przede wszystkim między gatunkowa a w mniejszym stopniu międzyosobnicza.

Relacje konkurencyjne są trudne do analizy, ponieważ tych elementów jest bardzo dużo. Aby relacje były prostsze do zrozumienia wprowadzono gildie – grupy gatunków wykorzystujących wspólną pulę zasobów w podobny sposób. Gildię tworzą wszystkie owady żywiące się liśćmi jednego gatunku rośliny. W takim ujęciu poszczególne gatunki są zamiennikami w biocenozie. Jeśli gildia jest liczna to utrata jednego z tych gatunków nie zmienia funkcjonowania biocenozy. Większość przypadków konkurencji międzygatunkowych odbywa się w obrębie gildii. Gildie mogą stanowić elementy konstrukcyjne biocenoz. Ułatwiają zrozumienie organizmów biocenozy.

Na biocenozy możemy patrzeć jak na zbiór gildii: struktura konkurencyjna stanowi sieć organizmów drugiego rzędu.

SIEĆ POKARMOWA, która tworzy ważniejsze gatunki stawonogów zwierzęcych liśćmi kapusty:

DRAPIEŻNIKI

Nisza ekologiczna – n-wymiarowa przestrzeń zawierająca całkowity zakres wartości, w których dany organizm może się pomyślnie rozwinąć.

Struktura troficzna

W każdej biocenozie można wyróżnić grupy ekologiczne spełniające rolę komponentów określonych czynności w biocenozie.

To stosunki pokarmowe gatunków w biocenozie określają przepływ energii i obieg materii.

W każdej biocenozie wyróżnia się grupę producentów, konsumentów i reducentów. Te grupy tworzą strukturę troficzną biocenozy. Struktura troficzna jest oparta na koakcjach typu eksploatacyjnego. Zasoby energetyczne produkowane przez 1 człon struktury, pobierane i zużywane są przez inne człony układu. Te poszczególne grupy tworzą łańcuch pokarmowy, a szereg łańcuchów pokarmowych tworzy sieć pokarmową.

Producenci stanowią pierwszy poziom troficzny, złożony z organizmów autotroficznych (wszystkie rośliny zielone oraz organizmy hemoautotroficzne).

Konsumenci to organizmy korzystające z materii organicznej wyprodukowanej przez producentów, czyli są to zwierzęta. Wyróżniamy konsumentów bezpośrednich:

I rzędu – roślinożercy,

II rzędu – drapieżniki.

Destruenci (reducenci) tu należą mikroorganizmy, które rozkładają materię organiczną do związków nieorganicznych.

Producenci : rośliny zielona – I poziom troficzny

Konsumenci I rzędu : roślinożercy – II poziom troficzny

Konsumenci II rzędu : drapieżniki, owady – parazytoidy – III poziom troficzny

Konsumenci III rzędu : drapieżniki wyższego rzędu – nadpasożyty – IV poziom troficzny

PIRAMIDA TROFICZNA

Jej koncepcja jest na zasadzie piramidy liczebności, o ocenie zagęszczeń wchodzących w skład poziomów troficznych, przedstawiano strukturę troficzną biocenozy w postaci nachodzących na siebie bloków.

Na poszczególnych poziomach piramidy

Troficznej jest coraz mniej organizmów!

Biomasa organizmów jest coraz mniejsza

na każdym poziomie, ponieważ są straty energii.

ŁAŃCUCH TROFICZNY I SIEĆ TROFICZNA

To przenoszenie elementu z jednego poziomu na drugi odbywające się w biocenozie przez łańcuchy troficzne. Kolejne ogniwa łańcucha są coraz mniejsze. Łańcuchy to ciąg prowadzący od producentów do drapieżników, destruentów bądź saprofagów.

Krótkie łańcuchy występują w biocenozach młodych. W starych, ustabilizowanych biocenozach łańcuchy pokarmowe są znacznie dłuższe. Jeśli mamy łańcuchy powiązane ze sobą w różnych miejscach to tworzą one się troficzną

WYKŁAD X 9.01.2012

GRANICE POMIĘDZY BIOCENOZAMI

Biocenozy zajmują określony teren, kształtują się w biotopach oraz sąsiadują z innymi biocenozami.

Ekoton – strefa przejściowa pomiędzy biocenozami.

Granice pomiędzy biocenozami mogą mieć różny charakter i mogą być mniej lub bardziej wyraźne.

Jednolita strefa przejściowa

Strefa trójczłonowa z odrębnym zbiorowiskiem C wewnątrz

Przejścia wyspowe zbiorowiska C – strefa trójczłonowa

Wyróżnia się 5 podstawowych typów granic:

1. Mało widoczne a przejście pomiędzy biocenozami ma charakter przejściowy, np. 2 typy biocenoz leśnych,

2. Granica jest wyraźna i ostra, np. kiedy sąsiadujące biocenozy maja bardzo różny charakter – środowisko leśne i łąkowe,

3. Przejście ma charakter pasa o różnej szerokości, w pasie przejściowym są elementy obu biocenoz,

4. Przejście ma charakter mozaikowo-wyspowy,

5. Na granicy dwóch sąsiadujących biocenoz wykształca się inna nowa biocenoza przejściowa

DYNAMIKA BIOCENOZ

Zbiór populacji oddziałuje na biotop i zmienia to siedlisko.

Jeśli warunki siedliska się zmieniają to konsekwencją jest zmiana w biocenozie:

1. Fluktuacyjny – nieznaczne odchylenia od średniej,

2. Cykliczny – większe odchylenie od średniej,

3. Linearny

Zakłada się, że po ukształtowaniu przez warunki środowiska po określeniu kompozycji gatunek osiąga równowagę – stabilność. Wówczas zmiany mają charakter fluktuacji. Są to zmiany, które nie prowadzą do istotnej przebudowy biocenozy przestrzennej.

Jednak przy zachowaniu równowagi w biocenozie dochodzi do innych procesów:

1. progresywny – procesem tym jest sukcesja, rozwój biocenozy

2. regresywny – procesem jest regresja przeciwna do sukcesji, prowadzi do przekształcenia biocenozy od struktur złożonych do prostych.

Fluktuacja – proces nieustannych zmian o różnym czasie trwania, występuje mozaikowo w zbiorowisku, nie powoduje trwałych przekształceń w zbiorowisku jako całość. Wyraża się głównie zastępowaniem osobników starszych przez młodsze (ten sam gatunek) lub zamiana jednych gatunków na drugie o podobnych cechach charakterystycznych. Stabilizuje więc zbiorowisko i biocenozę.

Degeneracja – proces odkształceń w strukturze i funkcjonowaniu biocenozy, nie obejmuje na raz całej biocenozy.

Regeneracja – proces odbudowy struktury i funkcji tych części biocenozy, które wcześniej uległy degeneracji.

Sukcesja pierwotna – to proces inicjacji i rozwoju biocenozy na siedliskach dotychczas wolnych od organizmów żywych.

Sukcesja wtórna – proces inicjacji i rozwoju zbiorowiska na siedliskach wcześniej zasiedlonych w granicach całej lub części potencjalnej biochory za pomocą propaguj (nasion, organów wegetatywnych) pochodzących z zewnątrz.

Regresja – proces kierunkowy zaniku danego zbiorowiska np. leśnego i jego komponentów, w granicach całej biochory, pod działaniem czynników zewnętrznych. Wyraża się stopniowym lub gwałtownym uproszczeniem struktury poziomej i pionowej zbiorowiska. Zastępuje układy złożone tymi prostszymi o odmiennej funkcji.

SUKCESJA

REGRESJA

2 MODELE:

1. Sztafeta florystyczna – grupa gatunkowa modyfikuje środowisko i ustępuje przekazując je następnej grupie gatunkowej.

GATUNKI	Uprawy	Chwasty	Zbiorowiska trawiaste	Zarośla	Las

1. Inicjalna kompozycja florystyczna – skład gatunków obecny w momencie rozpoczęcia sukcesji determinuje jej dalszy przebieg.

GATUNKI	Uprawy	Chwasty	Zbiorowiska trawiaste	Zarośla	Las

Klasyfikacja biocenoz:

Klasyfikując biocenozy korzystamy z wielu …………. Najpierw wybieramy czy ma być:

• Retikularna (siatkowata) – grupy połączone są w sieci,

• Hierarchiczna – grupy jednego poziomu są grupą drugiego.

Przy klasyfikacji biocenoz stosuje się metody matematyczne. Najczęściej określa się podobieństwo pomiędzy dwoma biocenozami, tzn.

$$\frac{2C}{A + B} \bullet 100\% = podobienstwo$$

C – liczba gatunków wspólnych

A – liczba gatunków tylko w pierwszej z porównywanych biocenoz

B – liczba gatunków w drugiej z porównywanych biocenoz

Następnie stosuje się różne metody grupowania

Klasyfikacja – proces logiczny, polega na podziale zbioru elementów na podzbiory (hierarchiczny)

Ordynacja (retikularna).

Zasady biocenotyczne:

1. Jedności biotopu u biocenozy- wszystkie elementy biotyczne i abiotyczne wchodzące w skład ekosystemu są ze sobą powiązane w ten sam sposób, ze zjawiska zachodzącego w jednych wpływają na procesy i stany e innym składzie.

2. Organizacji biocenozy – gatunki wchodzące w skład biocenoz są związane ze sobą zależnościami biotycznymi. W ich wyniku ustala się specyficzną strukturę organizacyjną, która jest oparta na wielostronnych powiązaniach między poszczególnymi komponentami. Szczególnie na powiązaniach pokarmowych i konkurencyjnych.

3. Autonomii biocenozy – odrębność terytorialna, organizacyjna, wewnętrzna oraz wzajemne powiązania i uwarunkowania wszystkich komponentów w obrębie biocenozy stanowią o jej autonomii.

4. Równowagi ekologicznej – biocenoza jako układ przyrodniczy znajduje się w stanie równowagi dynamicznej, oznacza to, że zarówno w układ stosunków wewnętrznych jak i przebieg procesów ekologicznych oscylują wokół wartości przeciętnych, które stanowią wynik dopasowania wzajemnego komponentów biologicznych biocenozy i ich adaptacji do przeciętnych warunków środowiska.

5. Sukcesji ekologicznej – biocenozy rozwijają się stopniowo poprzez zwiększenie stopnia integracji komponentów składowych oraz dostosowanie się do zmieniających się stopniowo warunków środowiska. Sukcesja ekologiczna stanowi postęp w kierunku coraz większej stabilizacji układu. Organizmy tworzące biocenozę jak i środowisko stanowią wynik rozwoju historycznego. Powolne zmiany zachodzące w układzie warunków klimatycznych pociągają za sobą zmiany układu stosunków biologicznych, biotycznych. Wywołuje to zmiany w obrębie całego układu.