Wtorek 20.10.2009, Ekologia, Temat: Tolerancja i powiązania w ekosystemie.

EKOLOGICZNA KLASYFIKACJA ORGANIZMÓW

Teoria tolerancji ekologicznej

Kryteria główne:

1. Zakres tolerancji ekologicznej - szerokość strefy tolerancji - eurybionty i stenobionty;

2. Charakter strefy tolerancji - tolerancja pod wpływem ekspozycji na poszczególne rodzaje czynników i oddziaływań;

tolerancja jest tym dzięki czemu żyjemy

każdy organizm ma swoją strefę tolerancji

każdy ma strefę tolerancji zmienną w ciągu życia

pyt. Jaką ja mam tolerancję? Na jaki czynnik? W jakiej strefie tolerancji?

Charakter strefy tolerancji - tolerancja pod wpływem ekspozycji na poszczególne rodzaje czynników i oddziaływań np.

• temperatura powietrza, wody

• grawitacja

• wilgotność

• ciśnienie powietrza / wody

• stężenie tlenu w powietrzu lub wodzie

• zawartość zanieczyszczeń w powietrzu, wodzie, glebie

WNIOSKI

Skutki oddziaływania rekwizytów warunkujących są konsekwencją natężenia czynników (oraz jej zmienności)

Należy badać i określać graniczne wartości natężenia czynników ekologicznych (rekwizytów warunkujących) rozdzielających strefy (zakresy)

A - pessimum - źle rokuje i źle się kończy, ryzyko chorób a nawet zgonu jest bardzo wysokie a nawt pewne z wychłodzenia lub przegrzania

B - pejus - strefa pogorszenia warunków życiowych

C - strefa optimum tolerancji

D - strefa poza punktami krytycznymi - gdy wartość dojdzie do poziomu krytycznego to organizm umiera

z tego wynika, że mamy 7 stref tolerancji:

• 2* pessimum

• 2* pejus

• optimum

• 2* poza pkt. Krytycznymi

rozłożenie zwierząt i roślin jest generowane za pomocą tolerancji

Charakter strefy tolerancji - tolerancja pod wpływem ekspozycji na poszczególne rodzaje czynników i oddziaływań:

• dobrze tolerowane przez dane organizmy (strefa optimum)

• gorzej tolerowane przez dane organizmy (strefa pejus)

• źle tolerowane przez dane organizmy (strefa pessimus)

• natężeń poza strefą tolerancji dla danego organizmu (poza punktami krytycznymi - śmierć organizmów)

Teoria czynników ograniczających - ZASADY

Tolerancja organizmów względem tego samego czynnika oraz położenia strefy optimum mogą być odmienne:

• w przypadku różnych funkcji fizjologicznych i ekologicznych organizmów (np. granice są szersze dla przeżycia, a węższe dla rozrodu, ten sam organizm może okresowo być więc eurybiontem albo stnobiontm)

• zależnie od płci i wieku

• dla różnych osobników tej samej populacji

• dla różnych populacji tego samego gatunku

• w zależności od natężenia pozostałych czynników środowiska

Eurobionty:

• mogą poruszać się, żyć w szerokiej strefie tolerancji (jak jesteśmy młodzi)

• organizmy o względnie szerokiej strefie tolerancji

Stenobionty

• mają bardzo wąską strefę tolerancji (jak jesteśmy starsi)

• organizmy o względnie wąskiej strefie tolerancji

Nieprzebywając w innych warunkach asza strefa tolerancji jest bardzo ograniczona przez co nasza odporność jest bardzo mała w związku z czym wychodząc z ciepłego pomieszczenia do zimnego od razu jesteśmy przeziębieni, chodzy (niska tolerancja na zmianę temperatury).

UWAGA

Zdarza się, że organizm może żyć i rozwijać się nawet, gdy jeden czynnik przybiera wartość poza punktm krytycznym. Jest to rekompensowanie przez optymalne natężenie innych elementów np. niedobór jednych składników może kompensować nawożeniem substancją zastępczą (wykorzystywane w rolnictwie).

Podział stenob:

1. POLIBIONTY - w górnej strefie zmienności natężenia czynnika

2. OLIGOBIONTY - w dolnej strefie zmienności natężenia czynnika

Badanie wartości pogodowych dla punktów krytycznych.

Analiza śmiertelności organizmów przy zmianach natężenia czynnika warunkującego metodą:

• laboratoryją - poprzez umieszczenie w warunkach optymalnych i stopniowe zmiany natężenia

W sytuacji awaryjnj jak np. wybuch - analiza w praktyce:

• 
  według ilości zgonów w danej strefie - badamy / oceniamy

• 
  w jakich warunkach da się przeżyć

• w jakich warunkach ludzie / zwierzęta chorują

• 
  w jakich warunkach ludzie zwierzęta uierają

taką analizę można przedstawić za pomocą modelu przestrzennego danych czynników wpływających na oganizmy

C - centrum wybuchu

Analiza śmiertelności organizmów przy zmianach natężenia czynnika warunkującego metodą:

• laboratoryjną lub terenową - poprzez umieszczani w komorach środowisko o skokowo różnych natężeniach

• laboratoryjno - terenową - poprzez analizę przestrzenną zróżnicowania skutków spowodowanych gwałtownymi, katastrofalnymi zmianami natężeń czynników

Progowe (Latalne) wartości natężenia rekwizytów warunkujących:

• Natężenie przy którym giną wszystkie organizmy

• Natężenie przy którym ginie 50% osobnoków (Letalność 50% = L₅₀)

• Natężenie przy którym ginie pierwszy osobnik z danego gatunku / populacji

• Natężenie przy którego przekraczaniu (w górę, w dół) śmiertelność rośnie do 100% (bo nie mogą się już rozwinąć, rozmnożyć)

• Natężenie przy którym osobniki przeżywają tylko określony (zwykle krótki) czas

UWAGA

Tolerancja ekologiczna oraz istnienie granic tolerancji (punktów krytycznych) determinuje rozmieszczenie gatunków w przestrzeni geograficznej (np. strefowość termiczna), co jest przedmiotem badań biogeografii ekologicznej

Tak musimy budować nasze strefy ochronne / strefy zamieszkania, aby mieć odpowiedni dostęp do poszczególnych czynników, np. zawartość tlenu w powietrzu = 21% = norma, przy 19% już są objawy niedotlenienia, przy 17% dana strefa może okazać się śmiertelna

Kryteria jakości środowiska możemy wyznaczyć za pomocą powyższych czynników.

PRAWO NAJSŁABSZEGO OGNIWA W ŁAŃCUCHU

Jeżeli naturalne stężenia tylko jednego czynnika ekologicznego (zwwłaszcza rekwizytów warunkujących) wykraczają poza strefę tolerancji organizmu to organizm ten ginie (umiera), niezależnie od tego ile czynników ekologicznych utrzymywało swoje wartości w ramach strefy tolerancji (a nawet w optimum tej strefy) dla tego organizmu.

WNIOSEK: ocena stanu środowiska charakteryzowanego wartościami różnych rekwizytów (np. warunkujących) nie może być uśredniona. Podstawą oceny jest kryterium którego wartości są najbliższe punktom krytycznym lub poza strefą tolerancji.

całe życie walczymy, aby utrzymać strefę odporności na dane czynniki

ZAGADNIENIA TOLERANCJI A OCHRONA ŚRODOWISKA

WYZNACZANIE DOPUSZCZALNYCH POZIOMÓW DEGRADACJI ŚRODOWISKA:

(chemiczne/fizyczne): wyznaczanie standardów jakości środowiska na poziomie znacznie niższym od stężeń / natężeń letalnych

np. poziomy oczyszczania rzek (wody) / powietrza - komin musi być odpowiednio wysoki itp.

STOSOWANIE BIOINDYKACJI ŚRODOWISKA

(monitoringu środowiska) poprzez obserwacje organizmów w aspekcie zmian liczebności, stanu zdrowia, wyglądu, zachowania, przyrostu biomasy, inwazji populacyjnych, zaniku populacji i gatunków. Szczególnie przydatne są stenobionty (wąska strefa tolerancji), które pokazują co się pogarsza lub po prostu, że coś jest nie tak jak powinno.

KSZTAŁTOWANIE OPTYMALNYCH WARUNKÓW ŻYCIA LUDZI, ROŚLIN I ZWIERZĄT

(poprzez określanie zakresu optimum i badanie funkcjonowania organizmów w tym zakresie) co ma ogromne znaczenie zdrowotne oraz gospodarcze (efektywność pocesów biologicznch rzutuj na sam stan zdrowia, plonowanie, rozmnażanie, szanse przetrwania i rozwoju.

OCENA ODLEGŁYCH W CZASIE ZAGROŻEŃ

Z tytułu degradacji środowiska przez ocenę skali komulacji wybranych składników środowiskowych np. zanieczyszczeń, skażeń w organach wewnętrznych organizmów.

PROFILAKTYKA ZAGROŻEŃ I NIEBEZPIECZEŃSTW EKOLOGICZNYCH

Poprzez monitorowanie już w fazie ich narastania wstępnego poprzez obserwację populacji stnobiontów zmieniających aktywność lub liczebność w wyniku np. skażenia środowiska (gdy nie znamy przyczyn i mechanizmów) o charakterze procesu degradacyjnego i nie posiadamy (lub nie możemy mieć) wyników bada instrumentalnych.

EKOLOGIA ORGANIZMU

POWIĄZANIA W EKOSYSTEMACH:

1. powiązania pokarmowe (obieg materii) - I rząd

2. powiązania konkurencyjne (konkurencja biologiczna) - I rząd

3. powiązania chorologiczne (przestrzenne) - II rząd

4. allelopatia (oddziaływanie fitocydów roślinnych) - III rząd

mają ogromne znaczenie dla rozwoju i ewolucji

Ad. 1 - POWIĄZANIA POKARMOWE (troficzne)

1. producenci:

• produkowanie biomasy w procesach fotosyntezy

• wytwarzanie w jednym układzie

• dostarczanie produktu - pożywienia, aby mogły żyć poniższe stopnie

• z materii nieożywionj robią ożywioną

2. konsumenci

- koszystają z tego co wytworzą poprzednicy

3. destruenci (reducenci)

- przetwarzają rzeczy organiczne do nieorganicznych

jeden nic nie zrobi bez drugiego

ŁAŃCUCH POKARMOWY

Zależności pokarmowe wiążące w danej biocenozie poszczególne gatunki producentów, konsumentów i reducentów w układzie ogniw z których ogniwo poprzedzające jest pokarmem dlaogniwa następnego

OGÓLNY TYP ŁAŃCUCHA POKARMOWEGO:

• rośliny zielone (głównie kwatowe) i plankton

• zwierzęta roślinożerne

• drapieżce

• saprofity = destruenci

1. PRODUCENCI - przetwarzają i gromadzą energię słoneczną w substancjach chemicznych (producenci to głównie rośliny zielone zawierające chlorofil, przetwarzają i gromadzą energię słoneczną w substancjach chemicznych)

PROCES FOTOSYNTEZY (wiązanie energiiprzez rośliny zielone)

• istota procesu: z substancji nieorganicznych producenci wytwarzają substancje organiczne (pokarm):

wzór: 6 CO₂ + 6H₂O + energia słoneczna = C₆H₁₂O₆ + 6O₂

UWAGA

• rośliny wykorzystują ok. 1-3% energii słonecznej, ich tkanki akumulują natomiast zaledwie 0,1-0,5% otrzymywanej energii słonecznej.

ZASADY FUNKCJONOWANIA POWIĄZAŃ TROFICZNYCH:

jednokierunkowy przepływ energii

krążenie materii

SIEĆ TROFICZNA

Charakterystyczna dla danej biocenozy - system wzajemnie powiązanych licznych łańcuchów troficznych.

(ten sam producent może być pokarmem dla różnych gatunków roślinożerców <konsumentów I rzędu>), następnie ten sam producent może być pokarmem dla różnych drapieżców (konsumentów wyższego rzędu).

Sieci troficzne zwiększają szanse przetwarzania biocenoz w okresach kryzysowych (zanikanie niektórych gatunków podczas klęsk żywiołowych, nieurodzaju, zmian klimatu).

2. KONSUMENCI (gł. zwierzęta i ludzie) - zużywają substancje organiczne wytworzone przez producentów.

Rola poszczególnych ogniw łańcucha troficznego:

• Konsumenci I rzędu (zwierzęta, pasożyty roślinożerne, ludzie) - odżywiają się roślinami

• Konsumenci II rzędu (drapieżcy, pasożyty zwierzęce, ludzie) - odżywiają się zwierzętami roślinożernymi

• Konsumenci III rzędu (pasożyty zwierzęce, niektóre zwierzęta) - odżywiają się drapieżcami i szczątkami zwierząt i ludzi

3. DESTRUENCI = REDUCENCI (grzyby i bakterie, zwłaszcza glebowe)

powodują rozkład martwej substancji organicznej (mineralizacja)

• zamykają wewnętrzne krążenie materii w ekosystemie

• są ostatnim ogniwem łańcucha pokarmowego

• umożliwiają ponowny powrót substancji organicznych do obiegu

Powiązania konkurencyjne (konkurencja biologiczna)

Bezpośrednie lub pośrednie współzawodnictwo między osobnikami tego samego lub różnych gatunków o te same czynniki środowiska (pokarm, woda, światło, przestrzeń, inne)

NASILENIE KONKURENCJI NASTĘPUJE, GDY:

• wzrasta podobieństwo wymogów środowiskowych i pokarmowych dla różnych gatunków (zachodzą na siebie nisze ekologiczne)

• wzrasta zagęszczenie populacji (jako skutek nadmiernego wzrostu liczebności lub ograniczenia dostępnej przestrzeni)

• ubożeją czynniki środowiskowe (np. ilość pokarmu, miejsca w wyniku nieurodzaju, powodzi)

EFEKTY KONKURENCJI BIOLOGICZNEJ:

• całkowite wyginięcie populacji jednego z konkurencyjnych gatunków

• wyparcie konkurenta z danej niszy ekologicznej (w tym wyparcie z zajmowanego miejsca - siedliska)

Ad. 2 - POWIĄZANIA KONKURENCYJNE

EFEKTY KONKURENCJI BIOLOGICZNEJ:

• silnie oddziałuje na kształtowanie się biocenoz (struktura gatunkowa), liczebność populacji, strukturę zagospodarowywania przestrzeni)

• stanowi ważny czynnik doboru naturalnego

• w dalszej konsekwencji stanowi ważny czynnik ewolucji gatunków

Ad. 3 - POWIĄZANIA CHOROLOGICZNE (przestrzenne)

Proces zasiedlania przestrzeni przez organizmy żywe prowadzi do uporządkowania sposobu i form zagospodarowywania danych miejsc (obszarów).

piętra roślinne w lesie są znakomitym przykładem przedstawiającym powiązania przestrzenne (piętrowy układ biocenozy leśnej)

„UPORZĄDKOWANE” zagospodarowanie przestrzeni jest konsekwencją działania powiązań konkurencyjnych o dostęp do zasobów środowiska (np. o światło, pożywienie, miejsce schronienia).

Ad. 4 - POWIĄZANIA W EKOSYSTEMACH: ALLELOPATIA

Chemiczne oddziaływania niektórych gatunków (głównie roślin) ograniczające ekspansję konkurentów a jednocześnie umożliwiające rozwój innych organizmów, z którymi mogą żyć w obopólnie korzystnej symbiozie.

Allelopatia polega na wydzielaniu substancji zapachowych (fitoncydów) , które hamują rozwój części organizmów (zwłaszcza drobnoustrojów, grzybów), wpływających korzystnie na rozwój gatunków własnego lub gatunków rosnących w sąsiedztwie.

Przykłady oddziaływania na sąsiedztwo:

1. korzystne:

• wczesna marchew i cebula

• pory i marchew późna

• pomidory, pietruszka i seler

• kapusta i fasola

2. niekorzystne:

• fasola i cebula

• kapusta i cebula

• pomidory i groszek

• ziemniaki i słonecznik

A

A

B

B

C

D

D

Ilość życia

- t

+ T

C

---