EKOLOGIA – WYKŁAD 3

• BIOSFERA JAKO MIEJSCE FUNKCJONOWANIA EKOSYSTEMU

• Biosfera jest miejscem występowania ekosystemów wodnych oraz lądowych (z przewagą wodnych). Procesy ekologiczne przebiegają w warstwie stosunkowo cienkiej – jeśli porównać ją z rozmiarami Ziemi. To jest w glebie i do 50m nad jej powierzchnią (tak jak sięgają korony wysokich drzew), w wodach i w niewysokich warstwach atmosfery. Pomimo, że ta strefa życia jest tak cienka, decyduje ona o wielu właściwościach naszej planety.

• Skład atmosfery Ziemi jest dziełem organizmów żywych i wpływa na klimat, jak i na sposób wietrzenia skał.

• W skład biosfery wchodzą:

  • dolne warstwy atmosfery (TROPOSFERA) do wysokości 10-15km

  • wszystkie wody (HYDROSFERA), zarówno oceaniczne do głębokości ponad 10km [rowy oceaniczne], jak i śródlądowe

  • powierzchowne warstwy skorupy ziemskiej (LITOSFERA) do głębokości 2-3km [organizmy w złożach ropy naftowej]

Życie na ziemi przejawia się w masowych procesach, które obejmują powierzchnię całej kuli ziemskiej. Strumień energii słonecznej docierającej do powierzchni Ziemi zostaje wprzęgnięty za pośrednictwem wszystkich producentów w potężny obieg, który z kolei napędza cykle bio-geo-chemiczne poszczególnych pierwiastków i utrzymuje atmosferę w stanie dalekim od zachowania równowagi chemicznej. Wszystko jest w bezustannych ruchu. Energia przepływa przez biosferę. Rośliny lądów i mórz pobierają z atmosfery CO₂, a z podłoża lub z wody związki mineralne i budują z nich materię organiczną, uwalniając do atmosfery tlen. Stąd skład atmosfery jest dziełem org. żywych.

W warstwie gleby, na lądach i w osadach na dnie zbiorników wodnych egzystuje wiele mikroorganizmów, które przeprowadzają rozkład materii organicznej, a produkty tego rozkładu (CO₂, związki siarki itd.) powracają do obiegu.

Biosfera dokonuje przemiany materii w skali globalnej i wywiera decydujący wpływ na warunki fizyczno-chemiczne naszego globu.

• Teraz poziom organizmów

• Współczesne organizmy żyją w warunkach stworzonych przez inne żywe organizmy i do takich właśnie warunków są przystosowane. Stąd jest wątpliwe, czy są wśród nich takie, które mogłyby skolonizować inną planetę.

• Właściwości każdego żywego organizmu wynikają bezpośrednio z warunków i ograniczeń narzuconych przez fizyczno-chemiczne właściwości naszej planety:

  • temperatura

  • energia słoneczna

  • skład chemiczny

  • krążenie materii

  • promieniowanie

• Procesy przebiegające w skali biosfery nie tylko są kształtowane przez uczestniczące w tych procesach żywe organizmy, ale również wynikają z zasad biologicznego funkcjonowania, takich jak mechanizm dziedziczenia i dobór naturalny.

  • mechanizm dziedziczenia - zmienność na poziomie organizmów powstaje i jest kopiowania, powielana i przekazywana przez aparat genetyczny organizmu.

  • dobór naturalny - mechanizm selekcji oznacza, że niektórych genotypów będzie na świecie więcej, zaś niektórych mniej, a jeszcze inne znikną całkowicie. Kierunek tej selekcji w każdym przypadku zależy od warunków i zasobów pokarmowych środowiska, zjawisk konkurencji nacisku drapieżników oraz innych czynników.

• EKOSYSTEM, JEGO STRUKTURA, CZĘŚCI SKŁADOWE I FUNKCJONOWANIE

Ekosystem składa się z:

• SKŁADNIKI ABIOTYCZNE

  • substancje nieorganiczne – (C, N, CO₂, H₂O, sole fosforowe i azotowe), które są włączone do obiegu materii

  • związki organiczne – (białka, tłuszcze, węglowodany, lipidy, związki humusowe), które scalają czynniki biotyczne z abiotycznymi

Część tych składników znajduje się w roztworze wodnym i jest bezpośrednio dostępna dla organizmów, natomiast znaczna część jest magazynowana w szczątkach martwych organizmów roślinnych i zwierzęcych (w osadach dennych) oraz w samych żywych organizmach.

• warunki klimatyczne – (temperatura i czynniki fizyczne)

• SKŁADNIKI BIOTYCZNE – biomasa, czyli żywa materia organiczna:

  • PRODUCENCI – organizmy samożywne, syntetyzujące związki organiczne z substancji mineralnych (CO₂ i H₂O) przy udziale energii słonecznej (fotoautofrofizm) lub energii pochodzącej z utleniania związków nieorganicznych (chemoautotrofizm).

Producentami w ekosystemach wodnych są: fitoplankton i makrofity, a w ekosystemach lądowych zależnie od rodzaju ekosystemu: roślinność drzewiasta, krzewy, rośliny zielne.

Na rozwój tych organizmów mają wpływ:

- światło

- temperatura

- dwutlenek węgla

- zawartość związków biogennych (azot, fosfor)

• KONSUMENCI będący fagotrofami (phago – jeść, pożerać) czyli organizmy cudzożywne (heterotroficzne), głównie zwierzęta zjadające inne żywe organizmy (roślinne lub zwierzęce) lub martwą rozdrobnioną materię organiczną (detrytusożercy). [Odum – makrokonsumenci]

Zależnie od poziomu troficznego można wyróżnić konsumentów:

- pierwszego rzędu (roślinożerców)

- drugiego rzędu (drobnych drapieżców – drapieżniki I rzędu)

- trzeciego rzędu (dużych drapieżców – drapieżniki II rzędu)

- konsumentów dalszych rzędów będących również drapieżcami

Na rozwój tych organizmów mają wpływ:

- tlen

- pokarm

- temperatura

• DESTUENCI (reducenci) będący saprofitami (sapro – rozkładać) lub osmotrofami (osmo – przenikać przez błonę). Są to organizmy cudzożywne (heterotroficzne) rozkładające martwą materię organiczną pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego i wykorzystujące energię uwalnianą w czasie procesu [Odum – mikrokonsumenci]

Organizmy te tylko niewielką część rozkładanej materii zużywają na budowę własnego ciała, pozostałą znaczną część rozkładają na związki mineralne i wprowadzają powtórnie do obiegu dostarczając producentom. Uwalniają one również związki organiczne, mogące spełniać rolę bądź źródeł energii, bądź inhibitorów lub stymulatorów w stosunku do innych biotycznych komponentów ekosystemu. Są to bakterie, wiciowce i grzyby w zbiornikach wodnych, zaś w środowiskach lądowych głównie bakterie i grzyby.

Na rozwój tych organizmów mają wpływ:

- tlen

- pokarm

- temperatura

• Definicja ekosystemu podana przez Tansleya w 1935r

Ekosystemem nazywamy jednostkę ekologiczną, która obejmuje wszystkie organizmy żyjące na danym obszarze tj. biocenozę i współdziała ze środowiskiem fizycznym w taki sposób, że przepływ energii prowadzi do powstawania wyraźnie określonej struktury troficznej (pokarmowej), zróżnicowania biotycznego oraz do krążenia materii (wymiany pierwiastków pomiędzy żywymi i nieożywionymi częściami tej jednostki).

• Rozpatrując strukturę troficzną, z funkcjonalnego widzenia, w skład ekosystemu wchodzą 2 komponenty, które są częściowo rozdzielone w czasie i przestrzeni:

  • autotroficzny (samożywny), który wiąże energię świetlną i wykorzystuje proste związki nieorganiczne, budując złożone związki organiczne

  • heterotroficzny (cudzożywny), który wykorzystuje, przetwarza i rozkłada złożone związki

• Można badać ekosystemy wodne jak i lądowe, pochodzenia naturalnego, jak również te których warunkiem istnienia jest obecność człowieka np. ekosystemy rolnicze. Powszechną cechą wszystkich ekosystemów, zarówno lądowych jak i morskich, są zależne oddziaływania składnika autotroficznego i heterotroficznego. Bardzo często funkcje tych składników, jak i organizmy są częściowo rozdzielone w przestrzeni w związku z budową warstwową ekosystemu.

• Najbardziej intensywny metabolizm autotroficzny występuje w górnej, zielonej warstwie, do której dochodzi energia świetlna, a najbardziej intensywny metabolizm heterotroficzny występuje w niżej położonej ciemnej warstwie gdzie zalega materia organiczna. Np. jezioro (trofogeniczna i trofolityczna warstwa)

• Podstawowe funkcje są również częściowo rozdzielone w czasie, gdyż heterotroficzne wykorzystanie produktów wytworzonych przez autotrofy może następować ze znacznym opóźnieniem. Np. las: tylko niewielka cześć, tego co zostało wytworzone w górnej warstwie, jest bezpośrednio wykorzystywana przez same rośliny jak i roślinożerców. Duża, pozostała część wytworzonej materii organicznej, w postaci liści, drewna czy też substancji zawartych w nasionach i korzeniach, dostaje się do ściółki i gleby, które stanowią odrębny układ heterotroficzny.

• Ten rozdział przestrzenno-czasowy umożliwia wyróżnienie dwóch łańcuchów pokarmowych, czyli dróg przepływu energii:

  • łańcuch SPASANIA – bezpośrednie zjadanie żywych roślin lub ich części

  • łańcuch DETRYTUSOWY – na który składa się kumulacja i rozkład martwej materii organicznej; łączy świat żywy i nieożywiony

• EKOSYSTEM AUTOTROFICZNE – funkcjonują w oparciu o materię organiczną wyprodukowaną w ich obrębie, są samowystarczalne i nie wymagają importu materii organicznej z innych ekosystemów

• EKOSYSTEM ALLOTROFICZNY – przeciwstawne pojęcie do autotrofii; funkcjonuje w znacznej mierze w oparciu o materię organiczną pochodzącą z innych ekosystemów np. drobne zbiorniki wodne, które funkcjonują tylko dzięki dostarczaniu opadającego listowia (materii organicznej)