Radioaktív sugárzás Radioaktív és ultraibolya sugárzás, a fény állatokra gyakorolt hatásai Sótartalom hatásai, vízhez való alkalmazkodás típusai
Ökológia II. előadás Simon Edina 2012. Október 1.
Alfa sugárzás
• Atommagok spontán átalakulásakor kilépő sugárzások, az átalakulással az atommag kedvezőbb energetikai állapotba kerül. • 3 típusa: alfa, béta és gamma sugárzás.
Béta sugárzás
Alfa-sugárzás során a mag egy négy nukleonból - két proton és két neutron - álló úgynevezett alfa-részecsket bocsát ki .
Elektronsugárzás
Gamma sugárzás
A látható fény
Nem változtatja meg az atommag összetételét, csak annak állapotát. A radioaktív gamma-sugárzás mindig alfa- vagy béta-bomlás után, illetve azzal egy időben következik be. Elektromágneses sugárzásról van szó.
UV sugárzás • a látható fénynél rövidebb, de a röntgensugárzásnál hosszabb hullámhosszú elektromágneses sugárzás • hullámhossztartománya 200–400 nanométer, ami a látható és a röntgen-sugárzás tartománya (0,01–100 nm) közé esik.
UV sugárzás felosztása • közeli UV (380–200 nm, röv. NUV) – UV-A (400–315 nm) – UV-B (315–280 nm) – UV-C (< 280 nm)
• távoli vagy vákuum UV (200–10 nm, röv. FUV v. VUV) • extrém UV (1–31 nm; röv. EUV vagy XUV)
Közeli UV sugárzás típusainak jellemzése
A fény útja a Föld felszín felé
• UV-A (315-400 nm): károsítja a kollagénrostokat, hozzájárulva így a bőr öregedéséhez, közvetve képes károsítani a DNS-t. • UV-B (280-315 nm): normális esetben elnyeli a Föld ózonrétege. A DNS molekulát gerjeszti, melynek hatására a molekula kémiai kötései átrendeződnek, a szomszédos citozin bázisok dimerizálódnak. • UV-C (200-280 nm): teljesen elnyeli a földi légkör.
Látható fény 400-800 nm • Szoláris állandó: 1370 W/m2 +0,10,3%. • Az a Napból jövő energia, ami áthalad a légkör tetején az egységnyi és a sugárra merőleges felszínen, az egységnyi időben közepes Nap-Föld távolság (150 millió km) esetén. • nem szigorúan vett állandó, függ a Nap karakterisztikáitól és aktivitásától.
Napi és évi besugárzás jellemzők • Napi besugárzás: Az egyenlítői övezetben az év folyamán a napi besugárzás 2 maximummal és 2 minimummal rendelkezik a Nap évi járásának megfelelően. • Évi besugárzás: Az egyenlítőn az évi besugárzás közel 2,5–szerese a sarkpontokon levő évi besugárzásnak. Ez a nagyobb napdelelési magasságoknak köszönhető. Összeg legnagyobb meridián szerinti változása a 40-60°szélességi körök között tapasztalható. Összegének változása a 0-20 °és a 70-90°szélességi körök között kicsi.
Szárazföld fényviszonyai • Fényerősség: tengerszint feletti magasság függvényében változik, 2000m-nél 30-40%-kal nő a sugárzás. • Fényösszetétel/minőség: Növényzetnek jelentős szerep lehet benne. Pl. trópusi erdő vörös fényt elnyelő, aljzata vörösben szegény lehet. • Fotoperiódus: -rövid nappalos -hosszú nappalos Adott időpontban, adott helyen stabil, összességében változhat, Egyenlítő mentén hosszú nappalos, sarkok mentén rövid nappalos fajok jellemzőek. Éves szinten történő változása: mérsékelt öv mentén, tél: rövid nappalos, nyáron hosszú nappalos fajok jellemzőek.
Fényerősség változása a vízmélység függvényében
Víz fényviszonyai • Általában kisebb, mint a szárazföldön • Jelentős része visszaverődik, de ez függ a beesési szögtől
Eufotikus zóna • legfölsőbb vízrétege, ahol elegendő a fénymennyiség a nettó elsődleges szervesanyag-termeléshez. • mélysége változhat olyan tényezők függvényében, mint a zavarosság, a táplálékellátás a vízben, az árapály turbulenciája és a hőmérséklet. • Tavakban és a tengerparti vizekben ezen övezet mélysége típusosan 1 méter és 30 méter között változik, csak ritkán éri el a 200 méternél nagyobb mélységet a nyílt óceánban. • 200 és 1000 méter mélység között a kékes fény még eléggé lehatol ahhoz, hogy korlátozott fotoszintézist lehetővé tegyen.
Afotikus zóna • a fény már nem hatol le; • az eufotikus zóna alatt helyezkedik el. • E fényhiányos réteg már nem tartalmaz moszatokat vagy fitoplanktont, a lakói kizárólag olyan ragadozó szervezetek, amelyek az üledéken vagy a törmeléken (detritusz) táplálkoznak, és mindannyian csak az eufotikus zónából származó energiabevitelre hagyatkozhatnak
Állatok fényviszonyai Csoportosításuk: HELIOFIL v. FOTOFIL fajok: fénykedvelő fajok, de a direkt sugárzást nem bírják hosszú távon. HELIO-SZKIOFIL: árnyéktűrő fajok SZKIOFIL: árnyékkedvelők SZKOTOFIL: sötétségkedvelők
Alkalmazkodás a fényhez Aktivitás alapján: nappal aktív fajok (nappali lepkék) éjjel aktív fajok (denevérek) teljes sötétségben élő fajok (barlanglakó és talajlakó fajok)
Troglobiont fajok • Állandóan sötétben élő fajok • Pl.: mélytengeri fajok, talajlakó-és barlangban élők • Adaptációs jellemzőik: » pigmentálatlanság » látószervek redukáltak vagy teljesen eltűntek » esetlegesen a látószervek aránytalanul megnagyobbodottak » lumineszcencia: fénykibocsátás, baktréiumokkal való együttélés eredményeként
A fény fizikai hatásai Fényérzékelés, látás: elemi fényészlelés sötétség, fény érzékelése
éleslátás színérzékelés
A fény élettani, biokémiai hatásai 2 fontos hatás: • cirkadián hatás: a nappal és az éjszaka hosszának, arányának a folytonos változása eredményezi az évszakos fényhatást • cirkannuális hatás: a 4 évszak hatása elsősorban a homoiotherm állatok számára jelentős, mely hatással van azok szaporodási,anyagcsere és más életfolyamataira.
Színérzékelés/színlátás • Monokromatikus: színeket megkülönböztetni nem képes, általában éjjel aktív (nokturnális) • Dikromatikus: korlátolt színérzékelőképességű szürkületkor és éjjel aktív • Trikromatikus: jó színlátó, többnyire nappal aktív, un. diurnális állatok
Alapvető védekezési mechanizmusok • kitin-kutikula számos gerinctelen állatcsoportnál • szaruképződmények (pikkely, toll, szőr) • pigment, festékanyag a gerinceseknél
A fény egyéb hatásai
Testalakulás változás
• Testalakulás változása (alakzat, színezet, mintázat)
Fényszegény időszakban, illetve körülmények között a szem méretének változása, esetleg eltűnése következik be. Pl. Proteus
• Egyedfejlődést befolyásolás
anguinus
• Irányító hatás
Tintahal színének, mintázatának változása
Egyes fajoknál a megszokottnál jóval nagyobb méretű szem alakul ki.
Színváltozás típusai • Kémiai színváltozás: biokémiai folyamatok eredménye • Biológiai színváltozás: » Morfológiai színváltozás: lassú folyamat, a kültakaróban található festékszemcsék felépülése és lebomlása játszódik le hormonális szabályozás hatására. » Fiziológiai színváltozás: a kültakaróban lévő festékszemcsék kiterjedése vagy eloszlása változik meg. Pl. botsáskák » Etológiai színváltozás: gyors, idegi reagálás eredménye. Pl. kaméleon
Egyedfejlődést befolyásoló fényviszonyok • Pl. különböző közvetett fejlődésű rovarnál a diapauza idejét. • Neurohormonálisan befolyásolja a homoiotherm állatok anyagcseréjét, növekedését, fejlődését és szaporodási aktivitását.
Állatok orientációja Fotikus orientáció: fény erősség és minőség játszik szerepet » fototropizmus v. heliotropizmus » fototaxis » menotaxis » szkototaxis Vizuális orientáció: bizonyos képek ismeretét feltételezi, annak felismerésével tájékozódik Napóra-orientáció Csillagkép-orientáció Táj-orientáció Kontúr-orientáció Forma-orientáció
Araschnia levana –Pókhálós lepke
•A tavaszi és a nyári nemzedék megjelenése eltérő (évszakos kétalakúság vagy szezondimorfizmus).
•A tavaszi alak színe narancssárga, fekete rajzolattal, a nyári pedig sötét csokoládébarna, fehér sávokkal. •Érzékeny a bábja. Évenként kifejlődő 3 nemzedéke közül az egyik báb alakban telel. Ezért belőle tavasszal más megjelenésű lepkék kelnek ki, mint a nyári bábokból.
Fotikus orientáció • Fototropizmus: fényforrás (Nap) által befolyásolt helyváltoztatás • Fototaxis: fényforrás által indukált helyváltoztatás. + fototaxis: fény irányába - fototaxis: fénnyel ellentétes irányba történik az orientáció • Menotaxis: az a haladási irány, amikor a rovar a fényforrás felé igyekszik. • Skototaxis: pl. cserebogár fák (erdőfolt) sötét foltja felé igyekszik.
Polarizált fény szerepe a méhek tájékozódásában • A méhtánc jelenségét Karl von Frisch osztrák etológus fejtette meg. • A méhek táncát alapvetően kétféle típusba sorolta: • körtánc • rezgőtánc
A méh tánc A felderítő először egyenesen megy valamilyen irányba, és közben rázza a potrohát, majd tesz egy félkört jobbra, megint egyenesen megy és rázza a potrohát, majd tesz egy félkört balra. A következő körök során ezt a figurát ismétli a felderítő méh, amit a társai előbb megfigyelnek, majd maguk is átvesznek és eltáncolnak, mielőtt kirepülnének. A rezgőrész iránya és hossza közvetlen összefüggésben áll a táplálékforrás irányával és távolságával. Ha tehát pontosan a nap irányába kell repülni, a méh függőlegesen felfelé kezdi a táncot, ha azzal pont ellentétesen, akkor függőlegesen lefelé.
Körtánc és rezgőtánc Körtánc: mikor a talált táplálék 100 m-en belül található, a felderítő egyed kerektáncot vagy körtáncot végez, melynek során körbe-körbe szaladgál a kaptárban. Eközben a többi méh a felderítő egyed által hozott nektármintából értesül a talált virág minőségéről. Rezgőtánc: ha a táplálék messzebb van, annak távolságáról és irányáról a rezgőtánc tudósít. Ennek során az egyed nyolcas alakban táncol, a körívek közötti egyenes szakaszon a potrohát rázva. Egyes fajok szabad területen, vízszintes felületen táncolnak, ekkor a nyolcas egyenes szakasza a táplálék irányába mutat. Az egyenes szakasz hossza, a teljes nyolcas megtételének ideje, és a potrohrázás intenzitása a táplálék távolságát jelzi.
Vizuális orientáció • Napóra-orientáció: ide tartozik a polarizált fény is méhek tánca • Csillagkép-orientáció: éjjeli fajok, vándorló fajok • Táj-orientáció: gólyák bevált útvonalon történő vonulása • Kontúr-orientáció: A horizont legmagasabb sötét pontja felé orientálódnak. • Forma-orientáció: felszín alakja alapján tájékozódnak.
Só-és víztartalom hatásai A környezet ozmotikus nyomása az egyik legfontosabb tényező az állatok számára. • Hipotóniás állapot: A környezet hígabb, mint a sejt belseje. Több víz áramolhat be a sejtbe, ami a sejt szétpukkadásához vezethet. • Hipertóniás állapot: Kevés víz diffundál a sejtbe, és sok távozik. A sejt besűrűsödhet, kiszáradhat. • Izotóniás állapot: A be-és kiáramlás aránya megegyezik
Vízi fajok csoportosítása • Poikilo-ozmotikus fajok: Fejletlen ozmoregulációval rendelkeznek. • Homo-ozmotikus fajok: Fejlett ozmoregulációs rendszerrel rendelkeznek
Élőlények alkalmazkodása • Izotóniás szervezetek Pl. tengeri gerinctelenek • Hipotóniás szervezetek Pl. tengeri gerincesek, kontinentális sós tavakban élő szervezetek. • Hipertóniás szervezetek Pl. édesvízi fajok
Sótartalommal szembeni védekezés szerinti csoportosítás • Stenohalin szervezetek: azok a szervezetek, melyek a víz sótartalmának kis változásai iránt is igen érzékenyek. • Euryhalin szervezetek: a vizek sótartalmának aránylag igen nagyfokú változásait is képesek elviselni.
Vízterek csoportosítása sótartalom szerint I.
Vízterek csoportosítása sótartalom szerint II.
• Polihalin (óceánok, tengerek): Sótartalmuk átlagosan 3,5 - 3,8 %, melyben az uralkodó ionok a Na, Mg, Cl, SO4. • Mesohalin (brakk vizek): félsós vízterek, átmenetet képeznek az édes-és tengervíz között. Sótartalma 0,1-1% között van.
• Oligohalin (édesvizek): Az édesvizekben is találhatók különböző sóvegyületek, amelyek az ún. vízkeménységet okozzák. A víz természetes körforgása során a lágy esővíz ásványi anyagokat old ki a talajból, főleg meszet (CaCO3), gipszet (CaSO4) és magnézium-szulfátot (MgSO4). • Kontinentális sós vizek: A só koncentráció 0.05-35% között van. Nálunk a szikes tavak ilyenek, csak párolgás jellemző, így alakulhat ki nagy só koncentráció.
Szabályozó mechanizmusok I.
Szabályozó mechanizmusok II.
• Édesvízi egysejtűek: a lüktető üregecskéjük tölt be ozmoregulátor feladatot. • Édesvízi rákoknál fejlett zöldmirigy jelenik meg, mely visszaszívja a folyadékot, így a vizelet a gyűjtőhólyagban hipotóniás lesz.
• Csontos halak: A test sókoncentrációjának kiegyenlítődése a féligáteresztő bőrön keresztül úgy megy végbe, hogy a hal testéből tiszta vízmolekulák lépnek ki akkor, ha nagyobb sókoncentrációjú víz veszi körül, mint amilyet a test maga tartalmaz. Az ellenkező esetben amikor a testfolyadék ásványi sókban gazdagabb mint a környező víz, akkor vízmolekulák vándorolnak be a sejtekbe.
Szabályozó mechanizmusok III. • Édesvízi halak: veséje nagy mennyiségű vizeletet választ ki (ammonotólikus szervezetek). Mivel a testnedvük töményebb, mint a körülöttük lévő közeg, ezért bőrükön keresztül vizet vesznek fel.
Halak közötti kivételek • A brakkvízben élő halak minden károsodás nélkül elviselik az átmenetet . • A legfejlettebb ozmoregulációval azok az anadrom és katadrom halfajok rendelkeznek (széles sótűrő képességűek), amelyek az édes és a tengervíz között vándorolnak. • A cápák, tömörfejűek és bojtosúszójú halak testének ionkoncentrációja a környezetével közel azonos azáltal, hogy a nitrogénszármazékú végtermékeket (karbamid, trimetilamin) visszatartják.
Szabályozó mechanizmusok IV. Tengeri halak: A tengervíz sósabb mint a hal testnedvei, így a testnedvek a bőrön keresztül a sós vízbe áramlanak. A kiszáradás elkerülése érdekében, az ozmózis során elvesztett vizet pótolják, tengervizet isznak. A sók kiválasztása után a vesék csak igen kis mennyiségű, de nagyon tömény vizeletet termelnek.
Sóféreg • kontinentális sós tavak aljzatán él. • képes változtatni a testfolyadék ozmotikus nyomását, a külső sótartalom függvényében. • a színük alakulása nagymértékben függ a só koncentrációjától (általában nagyobb sókoncentrációval élénkebb szín párosul), valamint a víz ásványi anyag tartalmától és attól is, hogy a peték milyen hosszú ideig voltak száraz környezetben.
Sótartalom hatásai Testnagyságra kifejtett hatása A fejlődés ütemére kifejtett hatás Morfológiai hatás Ontogenezisre kifejtett hatás Faj számra kifejtett hatás
Fejlődés ütemére kifejtett hatás Salmo salar
Salmo trutta trutta
• A legtöbb vízi élőlény legnagyobb képviselői tengeriek. Pl. óriáskalmárok, óriáskagyló, japán óriásrák, óriás cápa. • Minél nagyobb a testméret, annál kisebb lesz a fajlagos felület, és a fellépő veszteség kisebb lesz.
Morfológiai hatás • Áttételes hatása van.
testtömeg
• • • • •
Testnagyságra kifejtett hatás
• A sótartalom hatására a pelagikus életmódot folytató fajok morfológiai változása történik.
Salmo trutta fario év
Ontogenezisre kifejtett hatás • Fekunditás: az egy nőstényre eső egyedek utódszámát fejezi ki. • Tengeri fajok esetében a fekunditás nagy, de a szikanyag kevés. • Édesvízi fajoknál a fekunditás kisebb, a szikanyag tartalom nagyobb.
Kültakarón keresztül történő vízfelvétel Hormonális szabályozás: Pl. békák. Minél szárazabb körülmények között élnek a faj egyedei, annál erősebb a szabályozás. Kültakaró kis részén keresztül történik vízfelvétel: Pl. sáskák tojásaikat talajba rakják. A kiszáradástól a tojás falában lévő hidrofil sejtek védenek.
Szárazföldi állatok vízfelvételének módjai és adaptációk Vízfelvétel: • kültakarón keresztül • evéssel és ivással történő vízfelvétel • metabolikus vízfelvétel Vízveszteség: • fiziológiai védekezési mechanizmusok • morfológiai adaptációk
Metabolikus vízfelvétel A zsírok elégetéséből származó vizet használja fel a szervezet. Pl. sivatagi emlősök
Fiziológiai védekezés a vízveszteséggel szemben
Morfológiai adaptáció a vízveszteséggel szemben
• Tevék ürüléke nagyon száraz, csökkentik az ürülék víztartalmát. • Vizelet víztartalmának csökkentése, mely a nitrogén anyagcserével van összefüggésben. • Pl. szurikáták a kilélegzett levegő víztartalma csökken, azáltal, hogy az orr nyálkahártyáján keresztül visszanyerik a vizet.
• Testfelületre történő viasz kiválasztás • Rovarok minél szárazabb helyen élnek, annál vastagabb exokutikuláris réteg jellemző. • Az ízeltlábúak külső váza a kutikula, melynek egyik legfontosabb szerepe a test vízveszteségének korlátozása.
Kitin
Kutikula felépítése
• egy hosszú polimer láncmolekula, melyet Nacetilglükózamin molekulák alkotnak és a természetben sok helyen előfordul, • vízben, híg savakban és lúgokban oldhatatlan
• két elkülönülő részből áll, a vékony felszíni rétegből (epikutikula) és az alatta lévő vastagabb rétegből (prokutikula) áll. – Epikutikula: 2-5 alrétegből tevődik össze, a legfelső mindig a kutikulin. Általában sokszöges alakzatokat tartalmaz, a sokszögek oldalai kiemelkedőek. – Prokutikula: általában két rétege van, a külső a vékonyabb (exokutikula), a belső vastagabb (endokutikula). Az exokutikula pigmentált, szklerotizált részeket is tartalmaz, az endokutikula lipidekben gazdag.
A víz, mint közeg I. Vízterek felosztása: Tengerek • faciál (tenger felszín) • pelagial (a szabad víztömeg) – nerithal: kontinentális padka feletti víztömeg – oceanial: • • • •
epipelagial: kb 100m vízmélységig mesopelagial: 100-1000m bathypalegial: 1000 és 3-4000m abyssopalegial: 3-4000m alatt
Alkalmazkodás a víz tulajdonságaihoz Szabad víztérben élő fajoknak 2 csoportja van: – plankton: lebegő életmód jellemző, a víz mozgásához képest elhanyagolható a saját mozgásuk. – nekton: önálló úszóképességgel rendelkező, nagyobb termetű fajok. Hideg tengerekben: a fajszám a felszíni rétegekben a legnagyobb, 50 m után ugrásszerűen csökken. Trópusi tengerekben: fajszám maximum 50 m-es mélységben van, ugrásszerű csökkenés 100 m után tapasztalható.
A víz, mint közeg II. Édesvizek felosztása: 10m-nél mélyebb mélytavak esetén megkülönböztethető rétegek: • epilimnion: hőváltó rétegig terjedő víztér • metalimnion: hőváltó rétegnek megfelelő vékony vízréteg • hipolimnion:4°C-os hőváltó réteg alatti mozdulatlan víztömeg
Alkalmazkodás a víz nyomásához A nyomás a vizekben lefelé haladva 10.07 m-ként 1 atmoszférával növekszik. Víz nyomással szembeni tűrőképesség szerint: több száz méteres • eurybar fajok: mélységig előforduló kagylófajok, planktonikus fajok. Pl. tenger kígyók a kültakarón keresztüli nitrogén kiválasztással védik ki a nyomás változás okozta problémákat. • sztenobar fajok: kis mértékű víznyomás változás elviselésére képesek. Pl. Patella, Mytilus kagylófajok, sekély édesvizekben élő fajok.
A víz fajsúlyához való alkalmazkodás Lebegő életmódhoz való alkalmazkodási mechanizmusok: • zsírok, olajok felhalmozása, gáztartalmú hólyagok kifejlesztése (csalánozók) • Acantharia sp. fajsúly csökkentés a sejt körüli külső vázból kinyúló tüskék, kocsonyás burok közötti össze húzékony fonalakkal történik. • felület nagyobbító képletek kialakulása, melyek a közeg ellenállást növelik.
Vízi állatok csoportosítása áramlási igényük szerint • rheobiont fajok: csak folyóvizekben élnek • rheophil fajok: folyó és állóvizekben egyaránt megélnek, de az áramló vizeket preferálják. • rheoxén fajok: csak állóvizekben élő fajok
Gravitáció hatására bekövetkező vízmozgások Szárazföldi vízfolyások csoportosítása: • oligotipus: lassan folyó folyók és állóvizek • mezotipus: nagyobb patakok, folyók és folyamok felső szakasza • politipus: hegyi patakok, folyók felső szakasza
Áramlásviszonyokhoz való alkalmazkodás • Gyors folyású vizekben élő fajok: áramvonalas testalkat, rejtőzködő életmód • Elsodródással tapadókorongokkal, horgokkal, kampókkal, rögzítő fonalakkal vagy szilárdan rögzült házzal védekeznek.
Folyóvízi halak alkalmazkodása az áramlásviszonyokhoz
Szél hatásához való alkalmzakodás
• Sebespisztráng szinttáj: gyors folyású patakokban jellemző.
• Hullámzás: a parti régióban tapasztalható hullámveréshez kell alkalmazkodni. Pl. Limnea stagnalis: a part közel régióban élők háza vastagabb.
• Márna szinttáj: folyók felső, élénk folyású szakaszára jellemző.
• Hullámverés hatása a tengerek parti régiójában jelentős. Kis mozgékonyságú kagylófajok fonalakkal vagy tapadókorongokkal rögzülhetnek.
• Dévérkeszeg szinttáj: lassú folyók és állóvizekre jellemző.
Kozmikus hatásra bekövetkező vízmozgásokhoz való alkalmazkodás Ár-apály jelenség hatása kettős: • Mechanikai hatás: elsodródással, növekvő nyomóerővel szemben kell alkalmazkodni. Hullámveréshez való alkalmazkodási típusok. • Élettani hatás: állatok periodikusan szárazra kerülnek. Kiszáradással szemben kell alkalmazkodni. Szoros tapadással vagy mélyebb iszaprétegbe húzódással tudnak védekezni ez ellen.
Limnea stagnalis
Felhasznált irodalom • Michael Begon, Colin R. Townsend and John L. Harper: ECOLOGY, From individuals to Ecosystems. Fourth Edition Blackwell Publishing. • Pásztor Erzsébet, Oborny Beáta (szerk): Ökológia. Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest. • Szentesi Árpád, Török János: Állatökológia, Egyetemi jegyzet Kovásznai Kiadó, Budapest. • Allee, W. C., Park, O., Emerson, A. E., Park, T., Schmidt, K. P. Principles of animal ecology. W. B. Saunders Company, Philadelphia and London. • www.nyme.hu/fileadmin/.../emk/.../vadaszati_okologia. pdf
