Ekologie Základní pojmy
Co je to ekologie?
Asi nejpoužívanější definice: Věda o vzájemných vztazích mezi organismy a jejich prostředím
Organismy: myslí se jedinci téhož druhu i různých druhů Prostředí: soubor všech neživých činitelů v okolí (nějak vymezeno)
Schematické znázornění toho čím se ekologie zabývá
organismus
abiotické prostředí
organismus
První definice pojmu ekologie pochází od E. Haeckela (Generelle Morphologie der Organismen, 1866):
Ekologie je souborná věda o vztazích organismu k okolnímu světu, kam můžeme počítat v širším smyslu všechny existenční podmínky. Ty jsou částečně organické a částečně anorganické povahy. Další definice:
Ekologie je věda o strukturách a funkcích přírody. Ekologie je věda o ekonomii přírody. Nepřesně avšak často také jako: Věda o životním prostředí
Co ekologie není: „Volné a významově širší používání pojmu EKOLOGIE pro ochranu životního prostředí nebo dokonce pro nejrůznější ideologie a zájmy považuji za chybné. Rozhodně neprospívá ekologii samotné. Myslet si o někom, že je ekolog jenom proto, že třídí odpad nebo nakupuje biopotraviny, je stejné jako označovat za ekonoma každého, kdo má účet v bance.“ (citát z: Petr Sklenička, Pronajatá krajina, nakl. Centrum pro krajinu, Říčany 2011, 143 stran, 280 Kč)
Ještě trochu historie – ukotvení ekologie jako disciplíny v čase
-První ekologické poznatky (dle dnes používané terminologie) získávali lidé ještě před vznikem nejstarších civilizací lidé lovci a sběrači → rozvoj neolitického zemědělství → rychlý nárůst objemu znalostí od 15. – 16. století -V 18. století působí první přírodovědci odhalující závislost organismů na vnějším prostředí L. Buffon (1707 – 1788): Histoire naturelle (dílo o 42 svazcích !) J.B. Lamarck (1744 – 1829): Flore française, Système des animaux sans vertèbres - V roce 1758 položil K. Linné (1707 – 1778) základy botanické a zoologické systematiky
Ještě trochu historie – ukotvení ekologie jako disciplíny v čase -A. Humboldt (1769 – 1859) a jeho následovníci – zabývali se vlivem prostředí na rozšíření vegetace na zemi (pásmovitost a stupňovitost vegetace) -Ch. Darwin (1809 – 1882): podrobně studoval vzájemné vztahy mezi organismy i působení neživého prostředí na ně – tyto poznatky posloužily nejen jako podklad pro jeho proslulou evoluční teorii ale též jako jeden ze základních kamenů pozdějšího zrození ekologie jako vědní disciplíny. -E. Haeckel (1834 – 1919): již zmíněn
-A pak již přichází ekologové:
Ještě trochu historie – ukotvení ekologie jako disciplíny v čase K. Möbius (1877): zavádí pojem biocenóza (označuje tak soubor různých druhů)
F. Dahl (1908): biotop (prostředí vymezené souborem biotických a abiotických faktorů, biotické faktory jsou určeny přítomným společenstvem – to dané prostředí dost výrazně ovlivňuje, vlastně utváří….) Konec 19. a počátek XX. století: -Ekologie se postupně osamostatňuje od botaniky, zoologie… -Z botaniky vychází ekologie rostlin, ze zoologie ekologie živočichů→ vyvíjí se samostatně a do jisté míry i odlišně (terminologie) -Hned od počátku se začíná rozvíjet i obecná ekologie 20. - 30. léta XX. století: pozornost věnována především studiu populací Od 30. let XX. století: snahy o komplexní studium celých společenstev (o úroveň výš) A.G. Tansley (1935): pojem ekosystém A.N. Sukačev (1942): obsahově blízký pojem biogeocenóza
Ještě trochu historie – ukotvení ekologie jako disciplíny v čase
Od 50. – 60. let XX. století: Mohutný rozvoj ekologie -Studium ekosystémů, produkčních a energetických otázek, koloběhu látek -Prudké zhoršení životního prostředí a narůstání problémů lidské společnosti → tlak na praktickou využitelnost ekologických poznatků a ekologického výzkumu
Ekologie studuje různé úrovně živé hmoty od jedince přes populace po celá společenstva i systémy vzniklé jejich propojením s prostředím. Zaměření ekologie je velmi široké (ne vždy prostorově, vždy významově)
Nejdůležitější řešené problémy lze shrnout do následujících okruhů: •Vlivy prostředí na organismy a obráceně •Příčiny časoprostorových změn aktivity, početnosti a výskytu organismů •Vzájemné vztahy mezi organismy na úrovni jedinců, populací i společenstev •Procesy uvnitř populací i celých společenstev, změny, vývoj, analýzy zpětnovazebních systémů •Produkce a rozklad organické hmoty, koloběhy látek v prostředí, tok energie, přenos informací •Člověk jako ekologický faktor •Analýzy, prognózy a vysvětlování změn v systémech na všech úrovních, možnosti jejich ovlivňování a řízení SEMINÁRNÍ PRÁCE: VÝBĚR Z VÝŠE SEŘAZENÝCH OKRUHŮ
Návaznost ekologie na jiné disciplíny 1) Ekologie vychází ze systematiky organismů a z evoluční biologie. Bez poznatků těchto disciplín se neobejde žádný ekologický výzkum. 2) Ekologie je závislá na poznatcích z morfologie, fyziologie, genetiky a biochemie. 3) S ekologií se prolíná biogeografie, etologie, parazitologie, epidemiologie… 4) Ekologie proniká do sféry klimatologie, hydrologie, pedologie a geologie (protože se také zabývá vlivem neživých činitelů na organismy a naopak) 5) Ekologie se prolíná také s naukou o životním prostředí (environmentalistika) tam, kde jde o hodnocení vlivu člověka jako biologického druhu na ekosystémy (jejich využívání člověkem, přetváření člověkem, získávání kvalitních potravin, populační exploze) → ekologie člověka, aplikovaná ekologie.
Environmentalistika se zabývá také neekologickými tématy: legislativními aspekty ochrany životního prostředí, technickými problémy souvisejícími se znečištěním životního prostředí, s utvářením vhodného prostředí pracovního, obytného, rekreačního (územní plánování); také řeší s tím související otázky etické, estetické, hygienické, výchovné → sociální ekologie → sociologie
Dělení ekologie podle různých hledisek A) Speciální ekologie
1) Podle charakteru prostředí: půdní ekologie, ekologie stojatých vod, ekologie tekoucích vod, ekologie lesa aj. 2) Podle systematické příslušnosti studovaných organismů: např. ekologie hmyzu → ekologie brouků → ekologie brouků vázaných na ornou půdu → ekologie střevlíkovitých brouků vázaných na ornou půdu → ekologie Pseudoophonus rufipes.
B) Ekologie obecná: zobecňuje ekologické jevy bez ohledu na prostředí a taxonomickou skupinu
Dělení ekologie podle zkoumaných problémů a objektu studia se rozlišuje: 1) Autoekologie: studuje ekologickou problematiku na úrovni jedince resp. druhu, zejména vlivy ekologických faktorů a adaptace na jejich působení. 2) Demekologie (populační ekologie): zkoumá strukturu a vztahy v populacích 3) Synekologie: zabývá se celými společenstvy a jejich soubory, sukcesí, tokem energie, produkčními otázkami, změnami způsobenými člověkem atd. Její dílčí disciplínou je nauka o rostlinných společenstvech, fytocenologie (někdy je považována za samostatnou vědu stojící blízko ekologie) Ekologické poznatky v širším prostorovém rámci rozvíjí krajinná ekologie
ekologie
environmentalistika
Člověk jako ekolog. faktor rostlin živočichů mikroorganismů moří, slad. vod, souše
ekonomické problémy OŽP technické problémy OŽP
ekologie člověka aplikovaná ekologie agroekologie
tvorba prac., obyt, rekreač. prostředí etické a estetické otázky zdravotní a hygienické otázky
jedinců, populací, společenstev
výchova
Přírodní prostředí
legislativa, územ. plánování
Modelování ekologických procesů: V ekologii modelování představuje matematické vyhodnocení nejrůznějších závislostí, vztahů a procesů nebo jejich napodobení. Cíl modelování: vytvářet hypotézy nebo ověřovat správnost empirických údajů Model = uměle vytvořený systém, se kterým je možné experimentovat Živé systémy jsou vždy otevřené a mají hierarchické uspořádání (skládají se z různých subsystémů) Ekologický systém (= ekosystém) se dělí na subsystém biocenózy a prostředí. Subsystémy biocenózy jsou fytocenóza, zoocenóza a mikrobiocenóza. Subsystémem zoocenózy je např. ornitocenóza, jejími subsystémy jsou dílčí taxocenózy, synuzie (soubor druhů obývajících část biocenózy majících některé společné ekologické rysy), jednotlivé populace atd.
Zpětná vazba Soubor zpětných vazeb je jádrem autoregulačních mechanismů, které nastolují dynamickou rovnováhu ekosystému. Jedná se o mechanismus, při kterém výstup ovlivňuje zpětně vstup
- Pozitivní zpětná vazba účinek vstupní informace posiluje - Negativní zpětná vazba účinek vstupní informace brzdí
Ekologické faktory Obecně umožňují existenci určitých druhů a současně limitují jejich rozšíření. Jejich působením dochází ke vzniku evolučních přizpůsobení i nedědičných změn. A) Působí jako podmínky prostředí B) Uplatňují se jako zdroje Základní dělení:
Abiotické faktory – veškeré fyzikální a chemické faktory ovzduší, půdy, vodního prostředí Biotické faktory – jedná se o nejrůznější vztahy (vnitrodruhové, mezidruhové), uplatňují se tedy až na úrovni skupin jedinců (populace, společenstva…) Zvlášť se vyčleňují trofické faktory a člověk jako ekologický faktor
Ekologické faktory Členění ekologických faktorů podle prostředí: A) Klimatop – soubor faktorů ovzduší B) Hydrotop – soubor faktorů vodního prostředí
C) Edafotop – soubor půdních faktorů Členění ekologických faktorů podle periodicity jejich působení: A) Periodické – organismy jsou jejich účinkům dokonale přizpůsobeny B) Neperiodické – projevují se neočekávaně → disturbance (např. většina lidských zásahů – agroekosystémy, požáry, neobvyklý průběh meteorologických podmínek)
Ekologické faktory
Členění podle typu adaptace, kterou ekologický faktor vyvolává: A) Morfoplastické – působí vznik morfologických změn B) Fyzioplastické – ovlivňují fyziologické pochody C) Etoplastické – mají vliv na chování živočichů
P. alienus
M. laevis
Empoasca
Pea aphid (Acyrthosiphon pisum)
-The most important insect pest of field peas -Direct negative effect on harvest characteristics (especially when the colonies multiply rapidly on inflorescences from the beginning of generative phase of plant development) -Indirect effect: as a vector of dangerous viruses (PEMV, PSbMV)
stenoxenic asociace: roztoč - hmyz
Poecilochirus necrophori x Nicrophorus sp. (Mrchožroutovití)
Spatio-temporal association between pea aphid and syrphid occurrences occurrences in ecological mixture of field peas with spring wheat
Ekologická valence Organismy mají určité nároky na jednotlivé ekologické faktory (teplota, vlhkost, potrava, stanoviště obecně ….) Každý jednotlivý faktor je v tomto smyslu důležitý Liebigův zákon minima Jedná se o jedno ze základních ekologických pravidel, které bylo formulováno už v roce 1840. Říká, že život a růst organismů je limitován tím prvkem, kterého je nedostatek (je v minimu). Například pro růst rostlin jsou nejdůležitějšími prvky N, P a K. Draslíku potřebují jen velice málo a v půdě ho je většinou dostatek, dusíku(N) je v mnoha oblastech díky lidské činnosti dokonce nadbytek. Limitujícím prvkem pro rostliny je tedy ve většině společenstev fosfor (P). Rostliny ho potřebují poměrně velké množství a v půdě (ani ve vodě) nebývá hojný.
Insekticidy → vliv na zdravotní stav včel
Ekologická valence Limitující pro organismy nejsou pouze ty faktory, které se nachází v minimu z hlediska potřeb organismu, ale také ty, které se blíží maximu (snesitelnému maximu). Každý faktor má z hlediska potřeb organismu nějaké optimum. Shelfordův zákon tolerance (V. E. Shelford, 1913) Uvádí, že každý organismus toleruje určité rozpětí faktorů (teplota, vlhkost, zástin, pH...), ve kterém může existovat. Podle tohoto pravidla můžeme rozdělit organismy do dvou základních skupin: 1. Organismy s širokou ekologickou valencí (euryektní = ubikvisté) snášejí velké rozpětí hodnot, jsou přizpůsobiví a většinou patří mezi hojné druhy. 2. Organismy s úzkou ekologickou valencí (stenoektní) špatně snáší výkyvy hodnot ze svého optima, často jsou charakterističtí pro jeden konkrétní stanoviště (biotop) a najdeme mezi nimi většinu ohrožených a zvláště chráněných druhů.
Ekologická valence Organismus nejlépe prospívá v oblasti optima. Dosahuje zde nejvyšší zdatnosti. Zdatnost lze chápat jako schopnost mít nejvíce potomků. Na obě strany od optima se životní projevy nebo některá z důležitých životních funkcí zpomalují až do situace, kdy reprodukční schopnost již nedokáže kompenzovat úmrtnost. -euryvalentní druhy -stenovalnetní druhy druhy málo či velmi citlivé k určitému faktoru
Ekologická valence V přírodních podmínkách působí na každý organismus současně celý komplex ekologických faktorů (každý z nich je na tom pravděpodobně jinak z hlediska dosahování optimálních hodnot). Jednotlivé faktory působící jako součást širokého komplexu faktorů se projevují (působí) jinak, než jsou-li studovány samostatně → rozpor mezi výsledky laboratorních pokusů a přírodními podmínkami. Zákon substituce faktorů: Při komplexním působení faktorů v přírodních podmínkách může docházet k jejich částečnému nahrazování. Nedostatek limitujícího faktoru může být částečně kompenzován intenzívnějším působením jiného faktoru.
I při nižší světelné intenzitě může zůstat intenzita fotosyntézy na stejné úrovni, dojde-li ke zvýšení koncentrace CO2
Ekologická valence Zákon o relativní stálosti stanoviště: Přítomnost určitého druhu je umožněna souborem klimatických podmínek, nezávisle na tom, zda jde o podmínky dané makroklimatem, nebo specifickým mikroklimatem. Tak se může druh vyskytovat i na mikroklimaticky příznivých stanovištích v rámci odlišného makroklimatu. (severské druhy v našich horách; škůdci zemědělských plodin a potravních zásob)
Ekologická nika Pod pojmem ekologická nika se chápe komplexní začlenění druhu v prostředí. Ekologická nika zahrnuje zapojení druhu v potravních sítích (potravní nároky), požadavky na další zdroje (světlo, voda, minerální látky), jeho prostorové nároky (umístění hnízda, místa výskytu, odpočinku, úkryty), časové rozložení aktivity (denní a sezónní rytmy), požadavky na místa a období rozmnožování a další životní projevy. Každý druh se vyznačuje specifickou ekologickou nikou Čím jsou si ekologické niky dvou druhů podobnější, tím více interakcí mezi nimi nastává
Ekologická nika Rozlišuje se: A) Základní (fyziologická nika): představuje geneticky daný potenciál druhu na jeho začlenění v určitém prostředí. Je výsledkem evoluční historie druhu.
B) Realizovaná nika: je vždy užší. K jejímu omezení dochází jak vlivem abiotických faktorů, tak nejrůznějšími vztahy k ostatním druhům (potravní nabídka, konkurence).
Dominance jednotlivých druhů „stonkových krytonosců“ ve sběrech pořízených v porostech řepky ozimé během března a dubna 2012 (žluté body + ovály: zde byl celkově nejpočetnější druh k. čtyřzubý; červené body + ovály: zde byl celkově nejpočetnější druh k. řepkový; modré body + ovály: zde byl celkově nejpočetnější druh k. brukvový; zelené body + ovály: zde byl celkově nejpočetnější druh k. černý)
Odlišný časový průběh náletů u samců a samic do porostů u C.pallidactylus a C.napi
7,33 % ♀
31,03 % ♀
Odlišný časový průběh náletů u samců a samic do porostů u C.pallidactylus a C.napi
Období kladení
14.3.: Signalizace postřiku dle současné metodiky
31.3.: První zralé samičky, počátek kladení
Ekologická nika
Šířku ekologické niky lze u příbuzných druhů stanovit různými způsoby. Např. vyjádřením Indexu druhové diverzity (ShannonWienerův index) H = - ∑(ni/n) x ln (ni/n) ni…….hodnota významnosti druhu i (počet, pokryvnost, biomasa) n…….. součet hodnot významnosti všech zájmových (příbuzných) druhů Čím je index druhové diverzity H vyšší, tím je biocenóza (synuzie, taxocenóza) tvořena větším počtem druhů s relativně nižší početností.
Ekologická nika
Lze také vyjádřit indexy dominance (D) pro jednotlivé příbuzné druhy. Dominance vyjadřuje zastoupení jednotlivých populací (druhů) v celkovém počtu jedinců biocenózy (taxocenózy) D = - ni/n x 100 (%) ni…….hodnota významnosti druhu i (počet, pokryvnost, biomasa) n…….. součet hodnot významnosti všech zájmových (příbuzných) druhů Rozlišujeme pak druhy eudominantní (nad 10 %), dominantní, (5 – 10 %), subdominantní (2 – 5 %), recedentní (1 – 2 %), subrecedentní (pod 1 %)
Blýskáčci a žlutá pole
Relative frequence of species (%)
GRAPH 1A (2009)
100 96 92 88 84 80
104
GRAPH 1B (2010)
100 96 92 88 84 80 76 20.4.
76 20.4. M. aeneus
22.4.
27.4.
M. viridescens
10.5.
M. coracinus
17.5.
18.5.
other species
102 Relative frequence of species (%)
Relative frequence of species (%)
104
24.4.
26.4. M. viridescens
M. subaeneus
M. carinulatus
M. coracinus
other species
98 96 94 92 90 88 86 21.4.
27.4.
2.5.
9.5.
1.6.
M. aeneus
GRAPH 1C (2011)
100
10.5.
18.5.
24.5.
M. aeneus
M. viridescens
M. subaeneus
M. carinulatus
M. coracinus
other species
29.5.
13.6.
Nejdůležitější abiotické faktory • • • • • •
Světlo Teplota Vlhkost Atmosferický tlak Proudění vzduchu Počasí a podnebí
• • • • • •
Oheň Obsah plynů Reakce prostředí Salinita Obsah minerálních živin Těžké kovy
Nejdůležitější abiotické faktory světlo Světlo jako ekologický faktor ovlivňuje organismy: - Intenzitou působení - Dobou působení - Směrem dopadu
Solární konstanta: 1,381.103 J.m-2.s-1 (= 1,38 kW.m-2) Množství sluneční energie dopadající na každý čtvereční metr povrchu atmosféry za 1 sec (nejmenší odraz je na rovníku, největší na pólech).
Nejdůležitější abiotické faktory světlo Záření vstupující do atmosféry má rozsah vlnových délek: 1 . 10-6 – 4 . 105 nm: -Kosmické (1.10-6 – 10-3 nm): účinky na organismy neznámé -Radioaktivní (10-3 – 3 nm): účinky na organismy negativní (mutace, hynutí buněk, somatické změny) -Ultrafialové (3 – 400 nm): ve větších dávkách a intenzitě má negativní účinky (morfogenní, destrukční a mutační), při nižších dávkách má účinky pozitivní -Viditelné (400 – 760 nm): fotosyntéza, orientace živočichů v prostředí -Infračervené (760 – 4000 nm): tepelné účinky na organismy
-Vlastní sluneční záření: UV (9 %) + viditelné (45 %) + infra (46 %)
Tab 11 – Šarapatka, str 98
Nejdůležitější abiotické faktory světlo Z hodnoty solární konstanty (= 1,38 kW.m-2) se 35 – 43 % sluneční energie navrací zpět do vesmíru (albedo země) Zbytek je pohlcen atmosférou, znečisťujícími částicemi, oblaky, povrchem země i organismy. Xxxx Obrázek 67, str. 98 – Šarapatka xxxx
Nejdůležitější abiotické faktory světlo -Téměř veškerý život na Zemi spočívá na energii vyzařované Sluncem. - Tato energie je v procesu fotosyntézy transformována a ukládána do chemických vazeb.
- Z ekosystémového hlediska zprostředkovávají zelené rostliny přenos (producenti) přenos části sluneční energie do dalších trofických úrovní. - Produkce rostlin je tak (obvykle) základem pro tvorbu veškeré organické hmoty daného ekosystému
Nejdůležitější abiotické faktory světlo Jednotlivé druhy organismů (obecně rostliny, živočichové, mikroorganismy) jsou schopny existovat při různé intenzitě světla: Euryfotní druhy – jsou tolerantní ke světlu, nemají specifické nároky na světlo, jeho intenzitu (zářivý tok v J.s-1; hustota světelného toku resp. Ozářenost v J.s-1.m-2; intenzita osvětlení v lx) Stenofotní druhy – specializované druhy (mají úzkou ekologickou valenci k tomuto ekologickému faktoru), světlo může být limitujícím faktorem jejich přítomnosti na určitém stanovišti
Nejdůležitější abiotické faktory světlo Zejména tedy stenofotní druhy lze podle jejich konkrétních nároků na světlo dělit na druhy: -Sluncemilné (heliofilní, heliofyty) -Světlomilné (fotofilní, heliosciofyty) -Stínomilné (sciofilní, sciofyty) U rostlin je příslušnost k příslušným kategoriím dána především schopností fotosyntetické asimilace při určité hustotě světelného toku (= při určité intenzitě osvětlení). Světelný kompenzační bod fotosyntézy: Hustota světelného toku, při které se množství vytvořené organické hmoty (energie vázaná v chemických vazbách) rovná ztrátám při disimilačních pochodech. Asimilace = disimilace.
Nejdůležitější abiotické faktory světlo V prostředích s průměrnou denní hustotou světelného toku pod úrovní světelného kompenzačního bodu fotosyntézy nemůže daný druh existovat.
Sciofyty: kompenzační bod se pohybuje kolem 250 lx Heliofyty: kompenzační bod obvykle vyšší než 1000 lx Změny světelných poměrů během roku → vytrvalé druhy bylin v lesním podrostu → efemeroidy
Nejdůležitější abiotické faktory světlo Mnozí živočichové, houby, baktérie obývají (na rozdíl od zelených rostlin) prostředí zcela bez světla. Světloplaché (fotofóbní) druhy lze nalézt: V půdě: edafobionti V jeskyních: troglobionti
V dutinách: kavernikolní druhy V podzemních vodách: stygobionti
V mořských hlubinách: abysální druhy Patří sem též endoparazité (živočichů i rostlin) Tyto druhy vykazují různé specifické adaptace, společným znakem je většinou ztráta pigmentace a zakrnění světločivných orgánů.
Nejdůležitější abiotické faktory světlo světlo→doba působení na organismy→pravidelné střídání doby působení (fotoperioda)→ vznik biologických rytmů u organismů Biologické rytmy: Jde o pravidelné střídání činností nebo životních projevů v průběhu dne (střídání dne a noci) nebo v průběhu roku (vliv měnící se délky dne). Biologické rytmy se projevují jak u rostlin tak u živočichů (i jiných organismů). Střídání dne a noci → pravidelné rytmy organismů: letová aktivita motýlů, doba vyhledávání kořisti, doba odpočinku. Ve vztahu k cirkadianní periodě rozlišujeme denní, noční, soumračné druhy živočichů a druhy monofázické, difázické, polyfázické. Délka fotoperiody (cirkaannuální perioda) → nástup klidových stádií (dormance, diapauza zimní nebo letní), sezónní morfologické změny (polymorfismus), impuls k počátku reprodukčního chování živočichů či nástupu kvetení u rostlin (tvorba generativních orgánů u rostlin: rostliny dlouhého resp. krátkého dne), termíny migrací
Nejdůležitější abiotické faktory světlo
Roční rozložení aktivity (polyfázický typ)
Nejdůležitější abiotické faktory světlo (směr dopadu) → pohyby organismů Směr, úhel dopadu a jeho intenzita vyvolávají a ovlivňují různé pohybové projevy organismů (rostlin, živočichů, mikroorganismů): Fotokinese – chaotické nesměrované pohyby vyvolané prudkým osvětlením (někteří živočichové, bičíkovci) Fototaxe – směrované pohyby vyvolané světlem (pozitivní = ke zdroji; negativní od zdroje)
Menotaxe – pohyb v určitém konstantním úhlu vůči světelnému zdroji. Světelný zdroj slouží jako orientační bod. Zdroj světla je obvykle slunce (včely) nebo měsíc. Může to být ale též umělý zdroj (noční druhy hmyzu – spirálovitý let k lampě) Fototropismus – směrované otáčení části těla ke světlu. Projevuje se u rostlin i živočichů. Fotonastie – nesměrované pohyby rostlin vyvolané určitou intenzitou osvětlení (otvírání resp. zavírání květů).
Nejdůležitější abiotické faktory světlo (směr dopadu) → pohyby organismů Menotaxe u včel:
Nejdůležitější abiotické faktory světlo (směr dopadu) → pohyby organismů Menotaxe u nočních motýlů:
Letová perioda (během roku): bivoltinní – trivoltinní Aktivita během dne: dospělci aktivní ve dne i v noci
Letová perioda (během roku): bivoltinní Aktivita během dne: dospělci aktivní v noci II. generace imag posilována migrujícími jedinci z jihu
Letová perioda (během roku): monovoltinní Aktivita během dne: dospělci i housenky aktivní v noci Příležitostná II. generace
Letová perioda (během roku): monovoltinní - bivoltinní Aktivita během dne: dospělci aktivní v noci i ve dne Příležitostná II. generace
Letová perioda (během roku): bivoltinní (na horách mono) Aktivita během dne: dospělci (i housenky) aktivní v noci
Letová perioda (během roku): bivoltinní (na horách mono), generace se překrývají Aktivita během dne: dospělci i housenky aktivní v noci
Letová perioda (během roku): mono - bivoltinní Aktivita během dne: dospělci i housenky aktivní v noci, starší dospělci i ve dne, Housenky za vyšších teplot nehibernují a přijímají potravu po celou zimu
Letová perioda (během roku): monovoltinní Aktivita během dne: dospělci i housenky aktivní v noci i ve dne Postupně se sem šířící druh (zřejmě)
Nejdůležitější abiotické faktory světlo Kromě slunečního záření se mohou uplatňovat (i když jen v nepatrné míře) i jiné přirozené zdroje světla: vulkanická aktivita, bioluminiscence mikroorganismů, řas a živočichů.
Zvětšuje se vliv světla umělého (antropogenní faktor). Umělé světlo narušuje biorytmy, orientaci i výskyt některých organismů (znečištění světlem)
Umělou úpravou délky dne (nebo nadprahovým světelným impulsem v temnostní fázi) lze vyvolat např.: v chovech • podzimní rozmnožování savců • podzimní snůšky slepic • ovlivnit termíny línání srsti (kožešinové farmy)
ve městě „zmatení“ ptáků pod pouličním osvětlením (zpěv kosa v parku v lednu, o půlnoci) Kosi vystavení umělému osvětlení hnízdí podstatně dříve než kosi, jež mohou trávit noci potmě
I krátkým zásahem do druhé, citlivější části cyklu (do temnostní fáze) lze vyvolat stejný efekt, jako vyvolá celkové zkrácení temnostní fáze v období prodlužujícího se dne
Nejdůležitější abiotické faktory teplota Primárním a rozhodujícím zdrojem tepla je sluneční záření
Infračervená složka slunečního záření (tepelné záření) působí přímo (přímý zdroj tepla) Viditelná složka slunečního záření (FAR) působí nepřímo, zpožděně → fotosyntetická fixace → uvolňování tepla při disimilačních procesech
Nejdůležitější abiotické faktory teplota Primárním a rozhodujícím zdrojem tepla je sluneční záření
Nejdůležitější abiotické faktory teplota Dva základní termobiologické typy organismů (reagují na působení tepla částečně odlišně): -poikilotermní (exotermní) organismy: většina organismů na zemi -homoitermní (endotermní) organismy: pouze savci a ptáci -heterotermní živočichové jsou schopni snižovat tělesnou teplotu během hibernace
Nejdůležitější abiotické faktory teplota Teplota u živočichů ovlivňuje zejména: - jejich aktivitu - délku vývoje - je limitujícím faktorem možnosti výskytu určitého druhu na konkrétním stanovišti (ekologická valence)
Nejdůležitější abiotické faktory teplota jako limitní faktor výskytu druhu Teplotní existenční rozmezí (ekologická valence) jednotlivých druhů živočichů jsou značně rozmanitá: Eurytermní druhy – druhy teplotně nenáročné Stenotermní druhy – druhy schopné existence jen v úzkém rozmezí teplot - teplotně náročné (termofilní) - středně náročné (mezotermofilní) - chladnomilné (psychrofilní) - žijící na sněhu a ledu (kryofilní)
Nejdůležitější abiotické faktory teplota jako limitní faktor výskytu druhu termofilní druh (u nás schopný přežívat pouze ve sklenících):
Nejdůležitější abiotické faktory teplota jako limitní faktor výskytu druhu Termofilní druh, který zde není schopen zimovat:
Nejdůležitější abiotické faktory teplota jako limitní faktor výskytu druhu Termofilní druh, který zde není schopen zimovat venku:
Nejdůležitější abiotické faktory teplota jako limitní faktor výskytu druhu termofilní druh (které se k nám dostal v posledních letech):
Nejdůležitější abiotické faktory teplota jako limitní faktor výskytu druhu mezotermofilní druh (které se k nám dostal v posledních letech):
Nejdůležitější abiotické faktory teplota jako limitní faktor výskytu druhu termofilní druh (které se k nám dostal v posledních letech):
Nejdůležitější abiotické faktory teplota jako limitní faktor výskytu druhu
Eurytermní, ubikvistní
mezofilní
termofilní
mezofilní
Termofilní - mezofilní
mezofilní
Termofilní - mezofilní
Nejdůležitější abiotické faktory teplota jako limitní faktor výskytu druhu Kryofilní druhy žijící u nás:
Srpice Boreus hiemalis
Nejdůležitější abiotické faktory teplota jako limitní faktor výskytu druhu Kryofilní druhy žijící u nás: Několik druhů chvostoskoků
Nejdůležitější abiotické faktory teplota Bergmannovo pravidlo: Homoitermní živočichové vyskytující se v chladných oblastech mají větší hmotnost než jejich rasy nebo příbuzné druhy v oblastech teplejších (při větší hmotnosti-velikosti se relativně zmenšuje povrch těla a snižují se teplené ztráty. Sibiřský poddruh tygra ussurijského je výrazně větší než rasy ze Sundských ostrovů
Příčinou menší velikosti ras v teplejších oblastech může ale též být rychlejší dospívání a nástup pohlavní zralosti (a tím zastavení růstu).
Nejdůležitější abiotické faktory teplota Allenovo pravidlo: Homoitermní živočichové vyskytující se v chladných oblastech mají kratší tělní výrůstky (uši, nos, nohy, ocas) než jejich rasy nebo příbuzné druhy v oblastech teplejších (při jejich menší délce se relativně zmenšuje povrch těla a snižují se teplené ztráty).
Fenek berberský (Fennecus zerda) → naše liška obecná (Vulpes vulpes) → severská liška (Alopex lagopus)
Nejdůležitější abiotické faktory teplota jako regulátor aktivity a klidových stavů U poikilotermních organismů vyvolávají výkyvy teplot přímo změny v intenzitě jejich metabolismu a ovlivňují tedy i jejich aktivitu. U homoitermních živočichů je úspěšná termoregulace závislá především na dostatku potravy. Jsou-li výkyvy teplot v určitých mezích (ekologická valence daného druhu), aktivita druhu nemusí být jimi ovlivněna. Nástup nepříznivých teplot (příliš nízké nebo naopak) vyvolá: - stěhování do příznivějších oblastí - upadnutí do strnulosti (zimní spánek = hibernace, letní spánek = estivace) Hibernace (estivace) je typická především pro poikilotermní organismy. Hibernují (estivují) ale i některé druhy homoitermních živočichů. U homoitermů může být hibernace spojena s aktivním zvyšováním a snižováním teploty → heterotermní druhy (plch, sysel, křeček, svišť, ježek, letouni, z ptáků lelek)
Nejdůležitější abiotické faktory teplota jako regulátor aktivity a klidových stavů
Nejdůležitější abiotické faktory vliv teploty na délku vývoje U poikilotermních živočichů se zvyšuje intenzita metabolismu se zvyšující se teplotou – urychluje se tak ontogeneze (zkracuje se její délka). Platí zde vztah:
K – nulový bod vývoje, teplota, při níž se vývoj zastavuje T – aktuální teplota D – doba vývoje S – suma efektivních teplot pro populaci určitého druhu v určité oblasti
Využívá se v rostlinolékařství pro signalizaci výskytu živočišných škůdců (zejména škodlivého hmyzu). Hodnoty S a K jsou pro určité druhy známé (stanovené)
Teplotní nároky a sumy efektivních teplot stanovené pro dřepčíka olejkového (podle Šedivého, 2000)
Suma efektivních teplot (SEF) potřebná pro zahájení období Počátek nalétávání kladení vajíček (předpokladem je dospělců do porostů také dostatečný úživný žír) konec léta, teploty 41°C nad 20°C
Suma efektivních teplot (SEF) potřebná pro zahájení období líhnutí larev
200°C
SEF (kladení): sčítají se hodnoty (°C) převyšující průměrnou denní teplotu 7°C; je-li prům. denní teplota např. 9°C, přičtou se za tento den 2°C. SEF (líhnutí): sčítají se hodnoty (°C) převyšující průměrnou denní teplotu 4°C; je-li prům. denní teplota např. 9°C, přičte se za tento den 5°C.
Na podobném principu je založena i signalizace ochrany porostů hrachu proti obaleči hrachovému (Cydia nigricana) → původce červivosti semen hrachu
Monitoruje se letová aktivita samců pomocí feromonových lapáků DELTASTOP CN. Zaznamenává se počet ulovených samců ve dvou lapácích umístěných v porostu nejlépe dvakrát týdně. Hodnotí se počet nově nalétlých samců (= přírůstek samců) ve dvou lapácích dohromady vztažený na 1 den letové aktivity. Den letové aktivity je takový den, kdy teplota v době mezi 16.30 – 19.30 hod. dosáhla 18°C. Chladnější dny se nepočítají. Je-li zaznamenán přírůstek 6 – 10 samců ve dvou lapácích dohromady přepočtený na 1 den letové aktivity, je nutné zvažovat insekticidní aplikaci. Larvy se začnou hromadně líhnout za 7 – 14 dní (dle teploty na lokalitě) od zaznamenání prahové letové aktivity.
Nejdůležitější abiotické faktory teploty v půdě Teplota má zásadní vliv na život edafonu i na biologické a chemické procesy probíhající v půdě.
Tepelné vlastnosti půdy jsou dány: půdním druhem, pórovitostí, vlhkostí, obsahem humusu, vegetačním krytem → tepelná kapacita a vodivost půdy
Nejdůležitější abiotické faktory teploty ve vodě (jako životním prostředí) Teplota má při srovnání se vzduchem a půdou vysokou tepelnou kapacitu (je potřeba relativně velké množství energie na změnu její teploty) a její tepelná vodivost je nízká. Teplota tekoucích vod je závislá především na slunečním záření a charakteru toku (nedochází zde k příliš výrazným teplotním gradientům)
Teplota stojatých vod podléhá denním a zejména sezónním změnám, směrem do hloubky se mění. Na podzim a na jaře dojde k vyrovnání teplot v celém vodním sloupci → promíchá se vodní masa (a v ní rozpuštěné látky)
Nejdůležitější abiotické faktory vlhkost Zdrojem vody (příčinou vlhkosti ) v prostředí (vzduch, půda) jsou atmosferické srážky + povrchový přítok + podzemní přítok Vlhkost vzduchu ovlivňují: teplota, proudění vzduchu, vegetační kryt, charakter zemského povrchu Vlhkost půdy je navíc určována jejími vlastnostmi: druh, typ, obsah humusu, pórovitost, vodní kapacita, podloží, hladina spodní vody a další) Vlhkost může být pro organismy limitujícím faktorem výskytu, ovlivňuje jejich aktivitu, rozmnožování i vývoj. Rozlišují se: Absolutní vlhkost vzduchu: množství vodní páry v jednotkovém objemu vzduchu (g. m-3)
Relativní vlhkost vzduchu (%): poměr mezi okamžitou a maximálně dosažitelnou vlhkostí vzduchu při dané teplotě
Nejdůležitější abiotické faktory vlhkost Rosný bod: (teplota rosného bodu) je teplota, při které je vzduch maximálně nasycen vodními parami (relativní vlhkost dosáhne 100 %). Pokud teplota klesne pod tento bod, nastává kondenzace. Teplota rosného bodu je různá pro různé absolutní vlhkosti vzduchu: čím více je vodní páry ve vzduchu, tím vyšší je teplota rosného bodu, čili tím vyšší teplotu musí vzduch (a pára) mít, aby pára nekondenzovala. Naopak pokud je ve vzduchu vodní páry jen velmi málo, může být vzduch chladnější, aniž pára zkondenzuje. Rosný bod v °C
Vnímání u člověka
Rel. vlhkost (při 32,2 °C)
>24 °C
Těžko snesitelné dusno, problémy s dýcháním u citlivějších
>62 %
21 - 24 °C
Velmi nepohodlné vlhko a dusno
52 % - 60 %
18 - 21 °C
Nepohodlné pro citlivější, ještě snesitelné pro ostatní
44 % - 52 %
16 - 18 °C
Pro většinu přijatelné, citlivější cítí větší vlhkost
37 % - 46 %
13 - 16 °C
Dobře snesitelné
31 % - 41 %
10 - 12 °C
Příjemné až ideální
31 % - 37 %
<10 °C
Suché pro citlivější, přijatelné pro ostatní
30%
Nejdůležitější abiotické faktory vlhkost půdy jako prostředí Vlhkost půdy je navíc určována jejími vlastnostmi: druh, typ, obsah humusu, pórovitost, vodní kapacita, podloží, hladina spodní vody a další)
Voda v půdě: - gravitační voda → podzemní voda - kapilární voda – voda dostupná kořenům rostlin a edafonu - adsorpční voda - je hygroskopicky nebo osmoticky vázaná na povrchu půdních částic (obvykle pro půdní organismy nedostupná
Vlhkost půdy (vyjádřená absolutně, relativně) ↔ dostupnost vody pro organismy
Vodní potenciál půdy
Nejdůležitější abiotické faktory vlhkost půdy jako prostředí Vodní potenciál půdy (J.kg-1; Mpa) :energie, kterou půda poutá vodu, vztažená na jednotku vody (hmotnost, objem, nebo tíhu). Přesněji je to práce, kterou je třeba vložit na dodání čisté vody do daného místa v půdě. Hodnota vodního potenciálu půdy závisí mj. na vlhkosti půdy (viz též retenční křivka). Rozdíly vodního potenciálu mezi různými místy v půdě určují směr a spolu s infiltrací ovlivňují rychlost pohybu vody v půdě.
Voda se pohybuje z místa vyššího na místo nižšího vodního potenciálu → důležité pro příjem vody rostlinami Čistá voda – vodní potenciál nulový Se zvyšováním obsahu rozpuštěných látek v půdě a s vazbou vody na půdní částice vodní potenciál klesá do záporných hodnot
Nejdůležitější abiotické faktory Tolerance organismů k vlhkosti Druhy euryhygrické a stenohygrické
Stenohygrické druhy: - vlhkomilné (hygrofilní) - se středními nároky (mezofilní) - suchomilné (xerofilní)
Nejdůležitější abiotické faktory Tolerance organismů k vlhkosti Hygrofilní druhy: ve vodě se vyvíjecí druhy hmyzu, většina půdních druhů hmyzu, všechny druhy obojživelníků
jepice tiplice
muchnice
Nejdůležitější abiotické faktory Tolerance organismů k vlhkosti Mezofilní druhy: většina druhů hmyzu žijících a živících se na fyloplánu
m. jílková
dřeňovka šťovíková
Mnoho druhů nočních (můrovité) a denních motýlů
Nejdůležitější abiotické faktory Tolerance organismů k vlhkosti Xerofilní druhy: většina herbivorních druhů hmyzu s bodavě savým ústním ústrojím
muchnice tiplice Sviluška chmelová (T. urticae)
Nejdůležitější abiotické faktory Tolerance organismů k vlhkosti Xerofilní druhy: většina herbivorních druhů hmyzu a roztočů s bodavě savým ústním ústrojím
Malá kolonie mšice vojtěškové (Aphis craccivora) + vajíčko pestřenky
Nejdůležitější abiotické faktory Kombinace úzké tolerance organismů k teplotě a vlhkosti např. Xerotermofilní druhy:
Nejdůležitější abiotické faktory Vliv vlhkosti na aktivitu a vývoj Aktivita a vůbec různé další projevy živočichů jsou vlhkostí výrazně ovlivněny: -Denní aktivita komárů, muchniček, pakomárců, obojživelníků, suchozemských plžů - Impulsy k vyhledávání jiného stanoviště, hostitele… -Impulsy k líhnutí vajíček nebo kukel
-Vlhkost působí často v součinnosti s teplotou (a dalšími abiotickými faktory) → komplexní vliv
Vlnovník kmínový (Aceria carvi) – zrání a usychání hostitelské rstliny indukuje u roztočů začátek migrace směrem nahoru k rostlinému vrcholu
Nejdůležitější abiotické faktory atmosferický tlak, proudění vzduchu Tlak → druhy eurybarní a stenobarní Rozdíly v citlivosti na atmosferický tlak mezi: Poikilotermní živočichové x homoitermní živočichové
Proudění vzduchu: -V horizontálním směru (advekce) -Ve vertikálním směru (konvekce) Vliv na: Orientaci živočichů (šíření pachových signálů) Vyvolává morfologické změny Umožňuje přemísťování a šíření organismů Působí větrnou erozi Urychluje vysychání půdy
Nejdůležitější abiotické faktory proudění vzduchu
Píďalka podzimní (Operophtera brumata) – morfologická adaptace u samic – brachypterie, apterie
Nejdůležitější abiotické faktory proudění vzduchu
Řada menších druhů hmyzu se šíří navelké vzdálenosti pasivně, pomocí větrných proudů
Další důležité abiotické faktory Počasí a podnebí – makroklima, mikroklima Oheň – disturbance (negativní, pozitivní vlivy) Obsah plynů (vzduch – půda – voda) Reakce prostředí (pH) – důležité především pro rostliny (příjem živin z půdy), kyselé deště, druhy euryyiontní x stenoiontní (acidofilní – neutrofilní – alkalofilní) Salinita – důležité pro vodní živočichy, pro suchozemské živočichy zprostředkovaně přes rostliny (halofilní druhy preferují slaniska, halobionti obývají tyto stanoviště výhradně) Těžké kovy – živočišné druhy jsou ovlivněny zprostředkovaně přes rostliny
Další důležité abiotické faktory (halofilní druhy preferují slaniska, halobionti obývají tyto stanoviště výhradně)
Pouzdrovníček slaništní (Coleophora halophilella)
Antropogenní faktory zemědělství, průmysl a jiné činnosti Vznik kulturních rostlin a domestikace živočichů
Introdukce a repatriace, invazní druhy
Témata pro seminární práce (zoologická část)
Literatura
Literatura
Literatura
Literatura
