Ekologie (převážně zpracováno podle knihy Begon, Harper, Towsend: Ekologie)
Součásti • vztah organismů a prostředí – vývoj, vzájemné ovlivňování, současnost • životní niky organismů • zdroje pro organismy • organismy jako zdroje – potravní řetězce • migrace a disperze organismů v prostoru a čase • vnitrodruhová konkurence • mezidruhová konkurence • predace • dynamika populací • parazitismus • mutualismus (symbióza) • podmínky pro život druhů
Souvislosti • biologie – ekologie využívá metodologii a znalostí o jednotlivých organismech, překrývání s biologií např. při studiu populací • ICT – v ekologii se využívají různé nástroje ICT: GIS, modelování (vývoj populací, globální oteplování) • matematika a statistika – nástroje pro modelování, hodnocení vývoje
Zákony a zákonitosti •obtížné – jedná se o složité systémy, s mnoha proměnnými faktory •vyslovené zákony nelze vnímat absolutně •lze přirovnat ke společenským vědám (ekonomie, management, psychologie aj.)
Ekologie jako věda •vlastní terminologie •studuje vymezený okruh problémů •používá jednotnou metodologii •vytváří hypotézy a teorie, které vysvětlují empirická data (včetně dat historických) •využívá exaktní měření a experimenty •Pozn.: viz samostatná přednáška na toto téma
Základní východiska •Země jako dynamický systém v prostoru i čase •organismy se přizpůsobují různým nikám •stejnou niku mohou obsadit různé organismy •působení přírodního výběru (jedinci stejného druhu nejsou stejní – různá možnost rozmnožovat se a přežívat ve stejných či změněných podmínkách)
Historické vlivy •rozpad a pohyb kontinentů (tvar kontinentů – kontinent pokračuje šelfovým mořem až stovky km do moře, studium růstu hornin vůči magnetickému poli, družicová měření pohybu kontinentů – vertikální i horizontální) – izolovanost druhů a a jejich oddělený vývoj •klimatické změny – souvislost s pohyby kontinentů, změny průměrné teploty Země; důsledky – nunataky, změny v rozložení druhů obecně (např. migrace do Ameriky přes Beringovu úžinu)
Dělení a přesuny pevninských ker, rozpad prakontinentu Gondwana, bod v obrázcích je jižní pól, čáry v moři ohraničují oblast s hloubkou do 1000 m [1]
Průměrná teplota v oblasti Karibiku, převažovala období s podnebím doby ledové [1]
Rozloha tropického deštného pralesa v období vrcholící doby ledové (vlevo) a dnes
Přizpůsobení organismů vnějším vlivům
Přizpůsobení vnějším vlivům •cyklické změny (roční období, mořská dmutí, den a noc) •směrové změny – doba dlouhá v porovnání s dobou života organismu (eroze pobřeží, cykly střídání dob ledových a meziledových, usazování kalů vústí řek) •nepravidelné změny – cyklóny, bouřky, počasí, požáry aj. •přizpůsobení na cyklické změny: •způsoby - zimní spánek, změny aktivit – denní a noční dravci, opadávání listů, roční cykly rozmnožování, cykly zbarvení a hustoty srsti u savců •možnost reagovat s předstihem na příznak změny
Přizpůsobení vnějším vlivům •pro nepravidelné změny je typická bezprostřední reakce na změnu – např. na poušti vyraší rostliny po dešti, po lesním požáru se uvolní semena ze šišek, zvířata utíkají před živelnou pohromou (zemětřesení, tsunami, lesní požár)
Rozmezí podmínek určitého faktoru ve vztahu k úspěšnosti druhu
Přizpůsobení vnějším vlivům - teplota •proč teplota – na ní závisí rychlost metabolických procesů – viz zimní spánek jako strategie přežití v období menší dostupnosti potravy •sezónní, denní změny, změny s hloubkou, nadmořskou výškou, rostlinným krytem •souvislost s vlhkostí vzduchu •organismy homoiotermní (stálá tělesná teplota) a poikilotermní (proměnná); rozdělení je relativní (zimní spánek; regulace teploty chováním) •organismy endotermní (vytvářejí si dostatek tepla pro regulaci své vnitřní teploty) a ektotermní (teplo z vnějšku)
Přizpůsobení vnějším vlivům - teplota •jde o dvě rozdílné strategie, endotermní vznikla v evoluci později, má své výhody (relativní nezávislost na vnější teplotě – výhodné zejména v období změn teploty) i nevýhody (vyšší spotřeba potravy) •nika pro endotermní organismy je podstatně rozsáhlejší v porovnání s ektotermními •minimálně stejně nebezpečná jako nízká je i vysoká teplota •různé mechanismy přizpůsobení: •vysoké teploty: u kaktusů snížení plochy povrchu + zastiňování povrchu ostny + vytváření zásoby vody + vosk na povrchu snižující vypařování •nízké teploty: Eskymáci - zmenšení povrchu těla (menší uši, nos), zavalitější tělo, vyšší vrstva podkožního tuku, jiné složení stravy
Přizpůsobení vnějším vlivům - teplota •nízké teploty: rostliny – hromadění nezamrzajících látek v období „otužování“ •podle průměrných teplot, denního průběhu teplot nebo extrémních teplot lze sledovat rozšíření pomalu migrujících druhů (typicky rostliny)
Hlavní způsoby výměny tepla mezi ektotermním organismem a okolím [1]
Produkce tepla endotermním organismem ve vztahu k okolní teplotě a výsledná tělesná teplota (žádoucí je konstantní)
Dvourozměrná nika garnáta – teplota a salinita vody
Závislost intenzity fotosyntézy u rostlin typu C3 a C4 při optimální teplotě a přirozeném přísunu CO2
Reakce kořenového systému pšenice na druhy půdy – v půdě s větším množstvím živin bohaté zakořenění
Biologický boj proti škůdcům – omezení kaktusu Opuntia molem Cactoblastis. Vytváří se dynamická rovnováha.
Velikost populace škůdce – rovnováha s potravou a predátory
Obecné schéma koloběhu živin
Koloběh fosforu
Koloběh dusíku
Koloběh síry
Koloběh uhlíku
Ostrovní ekologie
Ostrovní ekologie •ostrov v moři/jezero na pevnině •základním důvodem pro studium je, že jde o dobře vymezený ekosystém: •jeho míra propojení s okolními ekosystémy je jednoduše vymezena •je ostře ohraničen •dobře lze studovat toky hmoty a energie přes jeho hranici •typické rysy: •vyskytuje se zde méně druhů než na velikostně srovnatelných oblastech na pevnině •mnohé z druhů zde žijících se liší od druhů, žijících na pevnině
Ostrovní ekologie •základní charakteristika flóry a fauny: •omezuje se pouze na typy, které byly schopny se na ostrov dostat (vzdálenost od pevniny, specifická závislost pro různé druhy) •díky izolovanosti ostrova může být rychlost evoluční změny na ostrově vyšší než vliv výměny genů s rodičovskou populací
Ostrovní ekologie •typické studované problémy: •vztah počet druhů – plocha (častá závislost – počet druhů roste lineárně v závislosti na logaritmu plochy ostrova) •vztah počet druhů – odlehlost ostrova (lineárně klesá se vzdáleností od zdrojového území – ptáci) •sukcese nových druhů •vývoj nových druhů – klasická pozorování Darwina
Ostrovní ekologie •aplikace: •návrhy vhodné velikosti chráněných území ve vztahu ke zde žijícím druhům •návrhy systému sítě ekologické stability území (biocentra, biokoridory) •ověřování ekologických zákonů a zákonitostí •poznatky pro vývojovou ekologii (Darwin, vznik a adaptace druhů, poznání způsobu obsazování a využívání nik apod.)
Vztah počtu druhů k velikosti plochy pro jiné ostrovy než ostrovy v moři (logaritmická škála plochy)
Úvahy, otázky • Lze vztahovat ekologické zákony a zákonitosti na člověka? • Jak má být vnímána planost ekologických zákonů a zákonitostí? Porovnejte se statistickými zákony z fyziky. • Zamyslete se nad entropií (negentropií) ve vztahu k živým organismům? Je porušen zákon o růstu entropie v uzavřených systémech? • Diskutujte koncepci Gaia - myšlenkový směr, považující celou Zemi za živý organismus, přičemž klíčovou roli v homeostázi hrají živé organismy. • Jak reagují organismy na změny prostředí? • Jak se v minulosti měnily podmínky na Zemi a jakou roli hrál život v jejich změnách?
Shrnutí • biosféra je otevřený dynamický systém, v němž lze pozorovat dočasné i trvalé změny v různém časovém měřítku • zjednodušením studia ekosystémů je ostrovní ekologie, kdy daný ekosystém (ostrov v moři či vodní plocha na pevnině) má relativně dobře vymezenou hranici s okolními ekosystémy
Literatura a zdroje informací 1.
Begon M. aj. (1997): Ekologie, jedinci, populace a společenstva, vydavatelství Univerzity Palackého, Olomouc, ISBN 80-7067-695-7
2.
Moldan B. (1994): Životní prostředí globální perspektiva, Centrum Univerzity Karlovy pro otázky životního prostředí, Praha
