Ekologie - Biotické faktory

Ekologie

Biotické Faktory

-          vztahy mezi organismy

Demekologie – ekologie populací

Znaky populací:

1.        Denzita (= hustota)

2.        Disperze (= rozptyl)

Denzita = hustota

-          vyjadřuje se počtem jedinců = ABUNDANCE; nebo množstvím BIOMASY na jednotku plochy  nebo v prostoru (např. moře)

(biomasa – kolik m² dřevní hmoty se nachází na ploše)

-          Platí, že velkou hustotu mají malé organismy (bakterie v půdě), malou hustotu velké organismy (jeleni)

-          maximální hustota je dána tzv. Nosnou kapacitou prostředí (množství prostoru, množství potravy)

-          minimální hustota je dána nejmenším počtem jedinců nutných pro reprodukci, společný lov, ochranu,…

-          hranice minimální hustoty určuje ohrožený druh

→ malá rozmanitost genů – může vést k mutaci → vymření

Hustota může kolísat:

a)        Oscilace – krátkodobá, kolísá hustota během jednoho roku (s vegetačním obdobím – dostatek potravy – zvýšeně se rozmnožují,… souvisí i s migrací)

b)        Fluktuace – dlouhodobá, kolísá během několika let – výsledek rozdílů natality; často dochází ke gradaci (přemnožení)

průběh Gradační křivky:

1.        fáze – Latence: stavy jsou nízké, na normální běžné úrovni

2.        fáze – Pregradace: mírný nárůst počtu jedinců

3.        fáze – Progrese (v grafu chybí): prudký nárůst počtu jedinců → je dosažen gradační vrchol = Kulminace

4.        fáze – Kulminace: současně dojde k velkému nárůstu predátorů a šelem, dojde k vyčerpání potravních zdrojů → vede k retrogradaci

5.        fáze -  Retrogradace: prudký pokles stavů početnosti, postupně dojde ke zmírnění na normální úroveň → Latence

Stav může být redukován zásahem člověka, nemocemi, klimatem,…

Vztah mezi kořistí a predátorem popsán ekologem Vitem Volterrou

3 pravidla:

I.                     Populace kořisti a predátora kolísá kolem středních hodnot

II.                    Kořist je vždy početnější než dravec

III.                  Růst populace dravce se časově zpožďuje za růstem populace kořisti

Disperze = rozptyl

rozmístění = disperze populace

1.        Plošná disperze (pokrytí povrchu) – jak se osídlili jedinci v prostředí:

a.        rovnoměrná – př. les, typické pro přisedlé živočichy (nekonkurují si, např. sasanky)

b.        náhodná – někde po jednom, někde více

c.        shloučená – např. stáda v africké savaně,…

2.        Prostorová disperze – uspořádání jedinců v prostoru, (např. ve vodě)

3.        Lineární disperze – vytváří se linie (př. ledňáček – hnízdí u vody na břehu, vrtá si díry → populace ledňáčků bude mít disperzi, která sleduje břehy (= lineární disperze), (také např. bobři, vydry)

Struktura populace:

-          složení / skladba populace

1.        Poměr pohlaví (většinou poměr 1:1) – výjimkou jsou skupiny živočichů, které se rozmnožují partenogeneticky (z neoplozeného vajíčka, např. perloočky, mšice), pro růst populace je určující počet samic

2.        Věková struktura

a.        mláďata – dokud se neumí rozmnožovat (pohlavně nedospělí, nezúčastní se reprodukce)

b.        reproduktivní jedinci – dospělci schopni rozmnožování

c.        staří jedinci – nejsou schopni rozmnožování a většinou chybí (rychle umírají)

Pyramidální: počet mladých jedinců převažuje nad starými jedinci, př. Afrika

Zvon: podobný počet starých a nových jedinců, stagnace, př. ČR

Urna: počet starých jedinců převažuje nad počtem mladých jedinců, dochází k vymírání populace, př. Západní Evropa

Podobně to vypadá i u člověka

3.        Sociální struktura – zkoumá vnitropopulační vztahy = hierarchii

Růst populace

= zvětšování počtu jedinců v populaci, závisí především na struktuře populace (pohlaví, věk)

- je dán poměrem mezi natalitou = množivostí a mortalitou = úmrtností

a.        natalita = množivost

-          počet nových jedinců za určitý čas

-          fyziologická množivost = maximální, možná pouze za ideálních podmínek, je konstantní, poukazuje na biologický potenciál populace, z biologického hlediska neuskutečnitelná

-          ekologická = skutečná množivost, je proměnlivá, ovlivněna vnějšími podmínkami, je vždy nižší než fyziologická, ovlivňuje jí potrava, predátor

b.        mortalita = úmrtnost

-          počet uhynulých jedinců za určitý čas

-          minimální mortalita = min. mortalita možná pouze za ideálních podmínek, konstantní

-          ekologická = skutečná mortalita, proměnlivá, ovlivněna vnějšími podmínkami, je vždy větší než minimální

-          ekologická délka života jedinců = celková délka života, jíž se mohou organismy za daných podmínek dožít

-          průměrná délka života – aritmetický průměr, kterého se dožívají jedinci v populaci

-          obecně je vyšší úmrtnost u mladších jedinců, vývojových stádií hmyzu

-          růst populace dále ovlivňuje migrace = hromadné stěhování velkého počtu jedinců z jednoho místa na druhé, dána potravou, rozmnožováním, klimatem:

§   migrace s návratem, mohou být denní, např. netopýr, člověk či sezónní, např. skokan hnědý (žije dále od vody, během rozmnožování se přibližuje vodě), ptáci, kamzík (v zimě migrují dolů z hor za potravou), sobi (nižší zeměpisná šířka)

§   emigrace = odstěhování, bez návratu

§   imigrace = přistěhování, bez návratu, př. babočka admirál - jedinci žijící v létě ve Velké Británii se zde rozmnožují, jejich potomci odlétají na podzim na jih a množí se v oblasti Středozemního moře, další generace opět přelétá do Velké Británie

-          migrace může být aktivní i pasivní

-          růst populace ukazuje tzv. populační křivka, jsou 2 typy:

§   exponenciální křivka – otevřený růst

-          tvar písmene J, na populaci nepůsobí omezující faktory prostředí (někdy jen krátce), populace roste velmi rychle a pak začíná rychle klesat, v okamžitě, kdy se organismy dotknou nosné kapacity prostředí, jejich počet klesá, takřka vždy až k minimu, dojde k přemnožení

-          např. hmyz (komár, včela), řasy, sinice (potrava při přemnožení na rybníce), jednoleté rostliny

§   sigmoidní křivka  - růst uzavřený

-          tvar písmene S, na populaci působí omezující faktory prostředí (např. nedostatek potravy, prostoru aj.), ty po určité době růst populace brzdí, populace pak kolísá kolem tzv. nosné kapacity prostředí, tento typ růstu je častější

-          např. savci (pes, bizon, dingo), ptáci

Metapopulace

-          soubor lokálních populací, které jsou navzájem propojeny migrací jedinců

-          v metapopulaci jsou:

§   místa zdrojová = source – zde převažuje natalita nad mortalitou, zásobuje okolní populace jedinci

§   místa propadová = sink – převažuje mortalita, je zásobována z okolí

Společenstvo (biocenóza)

Soubor populací různých druhů organismů na určitém místě v určitém čase

Věda, která zkoumá společenstva – synekologie

2 pohledy na společenstvo:

§   Taxonomický – patří zde entomologie, ichtyologie, malakologie (měkkýši), mammalogie

§   Funkční – zkoumá společenstvo podle nějaké činnosti, zkoumá např. predátory, parazity, producenti (vytváří organické látky)

Každé společenstvo má určitou stabilitu, pro zachování stability je zapotřebí 3 důležitých faktorů:

1.        Druhová pestrost – velké množství druhů (čím větší je škála potravy pro predátora, tím více je zajištěno nevyhynutí jednoho druhu)

2.        Existence mezidruhových vztahů - všichni jedinci ví, koho použít pro symbiózu, kdo je může ohrozit, existují mezidruhové vztahy, organismy se navzájem znají

3.        Neměnící se podmínky biotopů

Stabilní společenstvo má schopnost autoregulace – společenství se samo řídí, dochází k sebeobnovování, dochází k sukcesi (vývoj), každé společenstvo se snaží dosáhnout klimaxu (vrcholné stádium sukcese)

3 základní typy sukcesí ve společenstvech:

1.        Degradační sukcese - je krátká, probíhá na odumřelé hmotě (zdechlina, exkrement), v případě vyčerpání zdroje nastává konec společenstva

2.        Autogenní sukcese - na prvopočátku sukcese je holý obnažený povrch (došlo k erupci sopky, požár, písečné duny), postupně se povrch osídluje autotrofové, na ně navazují heterotrofové, vývoj trvá dlouho

3.        Alogenní  sukcese - ve společenstvu převládají autotrofové, sukcese nikdy neskončí nedostatkem, limitujícím faktorem jsou abiotické faktory (vysychání)

Zvláštní typy sukcese:

§   Blokovaná sukcese – sukcesí brání stres, např. kosení, požár, vichřice, spásání, společenstvo zůstává na jednodušší úrovni

§   Cyklická sukcese – v pravidelných cyklech se opakují snahy o sukcesi, př. požárová společenstva (Kalifornie, Austrálie, savany)

Společenstva nemají přesně stanovené hranice, výjimkou je např. živočichové žijící v jeskyni

Ekoton – lomové (lemové) společenstvo, přechod mezi dvěma nebo více společenstvy, př. mez

Základní znaky společenstva:

1.        Struktura společenstva – složení společenstva

-          Fytocenóza (kapradiny, mechy, krytosemenné, …) – je dominantnější, udává charakter zoocenózy

-          Zoocenóza (měkkýši, ptáci, plazi, …)

2.        Rozvrstvení (stratifikace)

-          V prostoru

-          Vertikální pohled – př. rostlinná patra

-          Horizontální pohled – př. hloubka oceánu

-          V čase

-          V sezóně – př. jarní a letní aspekt

-          Během delšího období – př. změna populace, která tvoří společenstvo (jižní Morava a globální oteplování)

Cech (gilda) – část společenstva, která využívá podobné zdroje podobným způsobem, př. (lev a levhart na savaně, zebra a antilopa, anakonda a šelma, zmije a káně)

Vztahy ve společenstvu:

1.        Vnitrodruhové

-          probíhají v rámci jednoho druhu, nejčastějším typem je konkurence (např. potravní, teritoriální, partnerská aj.), dále zde patří sociální vztahy a hierarchické vztahy

-          nejčastější je konkurence teritoriální

-          př. lev – hierarchie, sociální vztahy i konkurence; motýl - pouze konkurence; člověk – všechny tři druhy; kudlanka, snovačka – partnerská konkurence

2.        Mezidruhové

-          existuje několik možností vzájemných vztahů mezi populacemi ve společenstvu

a.        neutrální

-          populace se vzájemně neovlivňují, jejich niky jsou rozdílné

-          organismy mají možnost vzájemné interakce, ale nijak se neovlivňují (z hlediska studia neutralismus málo zajímavý, nevede k adaptaci)

-          př. krtek a čmelák, leknín a smrk, kapr a ježura, mravenec a kondor, mandelinka a slunéčko sedmitečné

b.        vztahy pozitivní

-          vzájemně prospěšné soužití, existuje několik variant

§   mutualismus (++) - oba dva mají ze soužití prospěch, nejdokonalejší formou je obligátní symbióza, kdy jsou jedinci na soužití závislí, př. opylovači a rostliny, střevní bakterie a člověk, sasanka plášťová a rak poustevníček, mšice a mravenci (mšice vylučují medovici, mravenci chrání mšici před slunéčkem), mykorhiza (kořeny vyšších stromů soužijí s podhoubím hub, stromy dávají houbám živiny – asimiláty, houby dodávají vodu, minerální látky a chrání kořeny před napadáním jiných organismů), bobovité rostliny a hlízkovité bakterie (bakterie dávají rostlině dusík a rostlina bakteriím živiny)

§   protokooperace (++) - organismy mají ze soužití prospěch, ale vztah může být kdykoliv přerušen bez jakýchkoliv následků, př. slon a ptáci (ptáci vyzobávají parazity z kůže), zebra a pštros (zebra má lepší čich a pštros lepší zrak a můžou lépe zaregistrovat nepřítele), lanýž a prase (lanýž potřebuje projít trávicím traktem, aby se rozmnožil, a navíc se vyskytne v novém prostředí)

§   komenzalismus (+0) - jeden ze živočichů z toho má prospěch a druhý není poškozen, komenzál je ten, který má ze soužití prospěch, př. hyena a lvi (ulovení potravy lvem), přenesení pavouka člověkem

Existují 4 typy komenzalismu:

§   entekie – jeden druh využívá tělní dutinu jiného organismu, př. sumýš a drobné rybky

§   synekie – jeden organismus se trvale či na část života přestěhuje do staveb druhého organismu, př. rybenka mravenčí se stěhuje do mraveniště, přezimování plazů

§   epekie – jeden druh žije na povrchu jiného druhu, ale neparazituje, př. orchideje na tropických rostlinách, svijonožci a kytovci, řasy a želvy

§   forezie – jeden organismus se přepraví z místa na místo na těle jiného jedince, př. včela a larva majky, běžník

a.        vztahy negativní

-          jeden organismus poškozuje druhý

§   amenzalismus (antibióza, allelopatie), (0-) - jeden organismus poškozuje druhý, ale sám z toho nemá prospěch, jeden organismus amenzál (poškozený) a druhý inhibitor (neutrální), př. akát (vylučuje toxiny), sinice a vodní organismy (vylučují toxiny), hmyz a dobytek

§   konkurence (kompetice), (--) - vzájemné soupeření a jakékoli životní potřeby (potrava, prostor, světlo, …), typická pro organismy, které mají podobné niky, př. rak bahenní a rak říční, platí, že silnější organismus po určité době ve vztahu převládne, jeden se stane dominantním a druhý bude pouze přežívat, nebo jeden naprosto zničí druhého, nebo dospějí do fáze koexistence - budou vedle sebe stále fungovat, ale jen v optimálních podmínkách, zdánlivá konkurence – vztah, který je založen na vztahu dvou potenciálních kořistí a predátora, predátor se soustředí na jednu kořist a druhá to má zdánlivě lepší, př. lev se soustředí na antilopu, gazela to má lepší, konkurenční uvolnění – nika určitého druhu je v přítomnosti konkurenta menší než v jeho nepřítomnosti, př. rak říční expanduje, pokud dojde k úbytku raků bahenních, prospívají lépe ty organismy, které do konkurence nevstupují

§   predace (-+) - jeden organismus z toho má prospěch, druhý ne, vztah mezi kořisti a predátorem, platí, že kořist musí být živá, predátor je větší a silnější, ale početně slabší než kořist, hustota predátora a kořisti jsou na sobě závislé a platí zde rovnováha (stoupne kořist, stoupne i predátor a naopak), u obou jedinců se vyvinula adaptace k predaci → predátor má delší nohy, velké ostré zuby nebo velký zobák, vyvinuté svalstvo, ostré drápy, mrštnost, kořist má adaptace, které usnadní ochranu, př. schopnost zmást nepřítele (odhození končetiny – ještěrka, pavouk), mimikry (organismus připomíná něco neživého), zbarvení (zajíc), vyvrhnutí vnitřních orgánů (sumýš), rychlejší rozmnožení (zajíc), trny, dělání mrtvého (vačice), vždycky jedna z kořistí je ta hlavní

a.        pravá predace – predátor vždy zabíjí svou kořist během útoku nebo hned po něm, má tendence lovit vše, co je v dosahu, ale určitou kořist vždy preferuje, kořist nejčastěji slabý, mladý (špatně se orientují), nemocný, pomalý jedinec, př. lev, kosatka, slunéčko sedmitečné

b.        spásání – populace rostlin ohrožována býložravci, většina býložravců nezpůsobí rostlině přímou smrt, většinou pouze negativní vliv, adaptace rostlin → trny, jsou jedovaté, žahavé chlupy (trichomy), kolce (obrovské trny, př. hloh obecný), býložravec spásá nejraději mladé části rostliny (př. koala)

§   parazitismus (+-) - vztah mezi hostitelem a parazitem, hostitel je větší než parazit, parazit bývá ve větším množství, parazit dotyčnému poškozuje zdraví, může způsobit i smrt, typickým znakem je, že se rychleji množí, život je kratší a vývoj je poměrně složitý, každý organismus může mít a má svého parazita

a.        ektoparazit – př. klíště, veš, u rostlin jmelí

b.        endoparazit – př. tasemnice, škrkavka, roup, motolice, u rostlin duběnka

U rostlin dělení na:

a.        hemiparazité – vyrábí si sám organické látky, z hostitele získává vodu a minerální látky, jsou zelení, př. jmelí

b.        holoparazité – berou vše hostiteli (organické i anorganické látky), jsou nezelení, př. podbílek šupinatý

§   mikroparazité – zimnička, kokcidie jaterní, trypanosoma spavičná

§   makroparazité

Hostitelé:

a.        mezihostitel – parazit se zde vyvíjí část vývoje

b.        rezervoár – hostitel, v němž nikdy nedochází k rozmnožování parazita, parazit si zachovává infekční potenciál

c.        hostitel – organismus se zde rozmnožuje, atd.

Parazitoid – parazit, který způsobuje vždy smrt svého hostitele (až 20%), vázán rozmnožováním, př. lumčík žlutonohý, mšice

Hyperparazit – parazit parazita, parazit je také ohrožen, př. prvoci u tasemnic a klíšťat, bakterie

Patří zde i hnízdní parazitismus, př. kukačka

Nejvýznamnější společenstva v ČR:

Většinou nejsou na našem území původní (ty člověk zničil a přeměnil), např. původní listnaté lesy člověk pokácel a změnil na louky a pole

a.        lesní společenstva

-          olšiny – zamokřelé pahorkatiny

-          lužní lesy – u toků, zaplavované oblasti např. Jižní Morava

-          doubravy – teplé pahorkatiny

-          dubohabřiny – teplé pahorkatiny

-          kyselé doubravy – pahorkatiny s podzoly a kambizeměmi

-          bučiny – podhorské a horské oblasti

-          suťové lesy – kamenité svahy

-          horské smrčiny – horské oblasti

b.        nelesní společenstva

-          vodní mokřady a společenstvo vod

-          rašeliniště – kyselý podklad a podhorské oblasti s dostatkem srážek či podzemní vody

-          louky a pastviny

-          pole

-          xerotermní stanoviště

Ekosystém

-          biocenóza + biotop, propojení živé části přírody s abiotickými faktory, základní stavební a funkční jednotka přírody z ekologického hlediska

-          každý ekosystém je otevřený a dynamický, je to záležitost, která se vyvíjí, najdeme zde koloběh látek a tok energie, typickým znakem je tok genetické informace

-          vstupy: světlo, teplo, voda, CO₂, O₂, organismy; výstupy: teplo, dýchací plyny, odpadní látky, migrující organismy

-          existuje různý pohled na velikost ekosystému, ekosystémem může být savana, prales, tundra nebo také rybníky, kaluž

-          charakter ekosystému udávají abiotické faktory a dominantní druhy

Dělení organismů v ekosystému:

1.        Primární producenti – jsou autotrofní, mají schopnost fotosyntézy, vytváří organickou hmotu, udávají produktivitu ekosystému (množství organické hmoty, kterou jsou schopni za určitý čas vyprodukovat), př. deštné pralesy, korálové útesy, lužní lesy, zahrady

2.        Konzumenti – jsou to heterotrofní organismy, tvoří i další organickou hmotu (tuk), označování jako sekundární producenti

·          Konzumenti 1. řádu - býložravci

·          Konzumenti 2. řádu – masožravci, všežravci

·          Konzumenti 3. řádu – velcí masožravci (šelmy)

3.        Dekompozitoři (rokladači, reducenti, detritovoři) – rozkládají organickou hmotu na minerální látky, patří zde houby, bakterie, brouci (hrobařík, dřevokazi), rozkládají svlečky hadů, exkrementy, peří, chlupy, zbytky kůže, př. žížala, masařka, roztoči, ve vodě perloočka

Nekrofagie – konzumace mršin, př. sup, hyena, lumík

Koprofagie – konzumace výkalů, př. vruboun posvátný (hovnivál), perloočka

Dělení ekosystému:

§   Přirozený – schopnost autoregulace, sám sebe je schopen řídit a ovlivňovat, schopnost sebeobnovení v případě poškození, je druhově bohatý, mezi organismy složité vztahy mezi jednotlivými složkami ekosystému je rovnováha, ideální typ ekosystému, př. prales, korálové útesy, tundra, rašeliniště, tajga

§   Umělý – dnes převládají, opakem přirozených, jsou druhově chudší, nestabilní, bez schopnosti autoregulace, pokud dojde k narušení, tak není schopen se obnovit sám, potřebuje energii od člověka (pohnojení, nakrmení, zavlažení), př. pole, zahrady, rybníky, přehrady

Suchozemské

Vodní – sladkovodní, mořské

Ekosystém podléhá sukcesi, má 3 základní fáze:

1.        Zmlazení ekosystému – počátek vývoje, nastupuje po zhroucení předchozího ekosystému (požár, sopka), do prostředí přicházejí nové organismy a znova osídlují prostor, malý počet druhů, organismy mají malou specializaci, vztahy mezi organismy navzájem jsou nejjednodušší, organismy se rozmnožují velmi rychle, mají velký počet potomků, probíhá velká redukce potomků, pouze část se dožije dospělosti, působí zde velký přírodní výběr

2.        Vyzrávání ekosystému – probíhá stabilizace (organismy si na sebe zvykají), počet druhů se zvýší, vztahy mezi organismy složitější, vzroste počet specialistů

3.        Klimax – vrcholné stádium, nejdokonalejší, druhově bohaté, vztahy velmi různorodé, obrovské množství specializovaných druhů, ustálené společenstvo

2 varianty, jak může sukcese ekosystému proběhnout:

1.        Primární (prvotné) osídlení – na počátku území neosídlené, úplné zničení předchozího ekosystému, vývoj pomalý

2.        Sekundární (druhotné) osídlení – území není na počátku úplně prázdné, zůstane něco z předchozího ekosystému, nebyl úplně zničen

V každém ekosystému existují tzv. potravní řetězce – soubor organismů, které jsou na sobě potravně závislé, 3 typy:

§   Pastevně – kořistnický: rostlina – býložravec – drobný masožravec – velký masožravec; fytoplankton – drobné ryby – dravá ryba – tuleň – medvěd – kosatka; bylina – saranče – kobylka – ještěrka – pták – sklípkan – mangusta – větší masožravec - domorodec

§   Dekompoziční (rozklad): mrtvý slon – hmyz – červ – houba – bakterie

§   Parazitický: člověk – klíště – bakterie – vir bakteriofág

Platí, že škodlivé látky se nejvíce hromadí u posledního v pořadí řetězce (ústřice – člověk)

Potravní síť – propojení potravních řetězců navzájem mezi sebou, graficky se vyjadřuje jako potravní pyramida

Tok energie v ekosystému – tok je jednosměrný, je neustálý, směřuje vždy od anorganických podmínek a pokračuje jedním směrem přes býložravce, k masožravcům a k rozkradačům, postupně dochází k viditelným ztrátám (výdej tepla, pohyb, odpadní látky)

Biomy

Soubor podobných ekosystémů.

Klasifikace biomů:

§   Vegetační pásma – horizontální směr, vznikají v závislosti na zeměpisné šířce, mění se od rovníku k pólům sklon dopadu slunečních paprsků (př. tropický deštný prales, pouště, savana, tajgy, tundry, stepi)

§   Vegetační stupně – vertikální charakter, vznikají v závislosti na měnící se nadmořské výšce (dubový stupeň v nížinách, v horách smrkový stupeň)

Biosféra – soubor všech biomů