Ekoligia a ochrona przyrody. Organizmy i ich środowisko [1]

Ekologia (gr. oikos - dom, logos - nauka) - nauka o strukturze i funkcjonowaniu przyrody na różnych poziomach jej organizacji. Ekolodzy badają m.in.

• stan przyrody,
• zależności między jej poszczególnymi elementami,
• warunki niezbędne do funkcjonowania organizmów,
• wzajemny wpływ organizmów i środowiska:

Zależności między organizmami a środowiskiem

  

 Poziomy organizacji życia, które są przedmiotem badań ekologicznych:

Osobnik - pojedynczy organizm, przedstawiciel gatunku funkcjonalnie i strukturalnie wyodrębniony ze środowiska.

Populacja - zespół osobników jednego gatunku, żyjących równocześnie w określonym środowisku i wzajemnie na siebie wpływających.

Biocenoza - wiele populacji organizmów różnych gatunków żyjących na tym samym obszarze i powiązanych różnorodnymi zależnościami.

Ekosystem - składa się z biocenozy, czyli wszystkich organizmów, oraz biotopu, czyli nieożywionej części środowiska, w której te osobniki żyją.

Biosfera - część kuli ziemskiej, którą obejmują organizmy. Obejmuje ona dolną część atmosfery, powierzchniowe warstwy litosfery i prawie całą hydrosferę.

Ochrona przyrody a ochrona środowiska

Termin ekologia jest również używany jako synonim ochrony przyrody lub ochrony środowiska. Ochrona przyrody obejmuje działania zapobiegające niszczeniu wszystkich elementów przyrody, zarówno ożywionych, jak i nieożywionych. Ochrona środowiska jest częścią ochrony przyrody. Obejmuje ona wszelkie działania naprawcze, które pomagają przywrócić do stanu pierwotnego zniszczone środowisko.

Czynniki środowiska:

1. biotyczne:

• organizmy tego samego gatunku,
• organizmy innych gatunków.

Na przykładzie szczupaka żyjącego w jeziorze czynnikami biotycznymi są inne szczupaki, odżywiające się tym samym pokarmem, ryby gatunków stanowiących jego pożywienie oraz rośliny, wśród których składa ikrę i kryje się podczas polowania.

      2.  abiotyczne:

• ukształtowanie terenu
• temperatura - reguluje intensywność przemiany materii, rozmnażanie, wzrost i rozwój, parowanie wody z organizmów oraz wzrost i rozwój. Jako główny czynnik klimatu decyduje o zasięgu występowania poszczególnych gatunków. Na lądzie wahania temperatury są duże, w wodzie - niewielkie.
• światło słoneczne - jest czynnikiem niezbędnym do życia większości organizmów. U roślin warunkuje przebieg fotosyntezy, a natężenie światła wpływa na jego intensywność. Światło słoneczne determinuje zakwitanie roślin i kiełkowanie nasion. U zwierząt  powoduje występowanie okresów aktywności i spoczynku, u ptaków i ssaków reguluje m.in. zmianę sierści/upierzenia, odkładanie się tłuszczu w tkankach, wzrost i rozwój. Dostępność światła na lądzie jest duża, w wodzie zależna od przezroczystości i głębokości wody.
• wilgotność - w wodzie wynosi 100%, na lądzie jest znacznie mniejsza i zmienna zależnie od typu środowiska.
• zasolenie - dostępność soli mineralnych w wodzie i na lądzie jest zmienna.
• odczyn wody lub gleby.

Warunki życia w wodzie i na lądzie determinują także:

• gęstość - na lądzie bardzo mała, w wodzie duża (ponad 700 razy większa niż powietrza),
• zawartość tlenu - na lądzie 21%, w wodzie zmienna, znacznie mniejsza niż w powietrzu,
• zawartość dwutlenku węgla - na lądzie około 0,03%, w wodzie zmienna, większa niż w powietrzu.

Przystosowanie roślin do życia w wodzie pod względem budowy:

• rośliny wynurzone z wody (trzcina pospolita, pałka szerokolistna, pałka wąskolistna) mają łodygi i liście sztywne i mocne, odporne na działanie fal i wiatru;
• rośliny zakorzenione na dnie o liściach pływających na powierzchni wody (grzybień biały, grążel żółty) charakteryzują się płaskimi, owalnymi, zwykle dużymi liśćmi, które umożliwiają maksymalne wykorzystanie światła;
• roślina całkowicie zanurzone w wodzie (moczarka kanadyjska, rdestnica, wywłócznik) mają cienkie, wiotkie i wstęgowate liście, które nie łamią się podczas falowania akwenu;
• niektóre rośliny - makrofity - nie mają korzeniu - unoszą się swobodnie w toni wodnej (lotos, rzęsa drobna).

Przystosowanie zwierząt do życia w wodzie pod względem sposobu wymiany gazowej:

• ryby i skorupiaki pobierają tlen rozpuszczony w wodzie za pomocą skrzeli;
• zwierzęta o niewielkich rozmiarach (pijawki) przeprowadzają wymianę gazową całą powierzchnię ciała.

Przystosowanie zwierząt do życia w wodzie pod względem narządów ruchu:

• rzęski (pantofelek);
• wiosłowate odnóża (pluskolec pospolity);
• płetwy (ryby, np. rekin wielorybi, ssaki wodne, np. orka, delfin - przy okazji, delfiny określają położenie przeszkód i poszukują obiektów w otoczeniu za pomocą echolokacji).

Przystosowanie roślin do życia na lądzie:

• tkanki okrywające (skórka pokryta warstwą kutykuli) chronią rośliny przed działanie zbyt wysokiej temperatury i utratą wody;
• rośliny żyjące w warunkach pustynnych (kaktusy, np. notocactus buiningii (kwiat) czy jazgrza Williamsa o właściwościach halucynogennych) mają grube mięsiste łodygi magazynujące wodę oraz liście przekształcone w ciernie;
• w środowiskach, w których brakuje wody, rośliny wykształcają długie korzenie zapewniające im dostęp do głębszych warstw gleby, gdzie zazwyczaj wilgotność jest większa;
• w czasie zimy wiele roślin przechodzi w stan spoczynku; rośliny zimozielone zmniejszają zawartość wody w soku komórkowym tkanek liścia, wskutek czego procesy życiowe przebiegają u nich w zwolnionym tempie;
• aby maksymalnie wykorzystać światło słoneczne, rośliny lądowe wykształcają sztywne łodygi zapewniające im pozycję pionową oraz ułożenie liści całą powierzchnią w kierunku padania promieni słonecznych (lipa, klon);
• elastyczne łodygi (trawy, np. piaskownica zwyczajna) lub odpowiednio ustawione gałęzie chronią przed połamaniem spowodowanym działaniem wiatru, mocne korzenie zabezpieczają przed wyrwaniem z podłoża.

Przystosowanie zwierząt do życia na lądzie:

• aby chronić się przed chłodem, przemieszczają się na cieplejsze obszary lub zapadają w stan odrętwienia zimowego;
• w czasie upałów zwierzęta chowają się w chłodnych, wilgotnych kryjówkach;
• ptaki i ssaki dysponują mechanizmami utrzymującymi stałocieplność;
• ochronę przed nadmierną utratą wody stanowią różne wytwory skóry, np.chitynowe pancerze stawonogów, muszle ślimaków, rogowe łuski jaszczurek czy tarczki węży.

Zakres tolerancji ekologicznej - zakres zmienności czynnika, w obrębie którego organizm może żyć. Określają go dwie skrajne wartości  działającego czynnika - jego maksymalna i minimalna wartość. Ich przekroczenie powoduje zahamowanie procesów życiowych, a w konsekwencji śmierć organizmu. Strefa środkowa, czyli optimum to najkorzystniejsze (optymalne) dla funkcjonowania organizmu wartości określonego czynnika.

Zakres tolerancji ekologicznej na przykładzie temperatury otoczenia

Skala porostowa

Mały zakres tolerancji wobec jakiegoś czynnika sprawia, że niektóre organizmy (przedstawiciele różnych grup systematycznych, np. mchy, grzyby porosty, owady, ryby) są wykorzystywane jako gatunki wskaźnikowe. Na podstawie obecności porostów na danym terenie, ich składu gatunkowego i wielkości plechy można stwierdzić stężenie dwutlenku siarki SO2 w atmosferze. Stosuje się do tego tzw. skalę porostową:

Skala porostowa. Stężenie dwutlenku siarki podane w mikrogramach na metr sześcienny.

Prawo minimum - wniosek sformułowany w XIX wieku przez niemieckiego chemika Justusa Lebiga zakładający, że wzrost i rozwój danego gatunku roślin ogranicza ten składnik pokarmowy, którego jest najmniej. Staje się on wówczas czynnikiem ograniczającym. Na przykład rośliny żyjące na terenach pustynnych mają pod dostatkiem światła, soli mineralnych i dwutlenku węgla CO2. Czynnikiem ograniczającym ich wzrost i rozwój jest niedobór wody.

Prawo tolerancji - prawo stwierdzające, że dla organizmu jest niekorzystny zarówno niedobór, jak i nadmiar jakiegoś czynnika - dla rośliny doniczkowej niekorzystne jest nadmierne podlewanie i zbytnie przesyszanie podłoża przez dłuższy czas. Powstało poprzez rozszerzenia prawa minimum przez biologa Victora Shelforda w początku XX wieku.

Różna tolerancja w stosunku do poszczególnych czynników środowiska decyduje o rozmieszczeniu organizmów na ziemi.

Różnice w rozmieszczeniu różnych gatunków organizmów na Ziemi na przykładzie wróbla zwyczajnego i kapucynki czarno-białej.

Nisza ekologiczna - wszystkie wymagania organizmu dotyczące czynników biotycznych i abiotycznych. Określając niszę ekologiczną konkretnego zwierzęcia należy uwzględnić m.in.:

• gdzie występuje?
• w jakich miejscach się chroni?
• gdzie odbywa się jego rozród?
• czym się żywi?
• w jaki sposób zdobywa pokarm?
• jakie są jego wymagania dotyczące temperatury, wilgotności i nasłonecznienia?

Poszczególne gatunki mogą mieć podobne nisze ekologiczne, jednak nigdy nie będą one identyczne.