Ekologia na maturę – cz. I

Ekologia na maturę – cz. I

Ekologia (wbrew częstym nieporozumieniom powodowanym przez telewizję, która chcąc zbagatelizować w oczach opinii publicznej ludzi podejmujących działania na rzecz np. zaprzestania wycinki puszczy białowieskiej, utożsamia naukowców z obrońcami środowiska i do tego buduje im obraz oderwanych od rzeczywistości oszołomów) jest pełnoprawną dziedziną biologii, a można powiedzieć, że nawet jej istotą. Ten wpis omówi temat ekologii w zakresie na maturę.

Ekologia to dziedzina biologii zajmująca się badaniem zależności i chodzi tutaj zarówno o zależności międzygatunkowe i wewnątrzgatunkowe, jak i zależności między organizmami i środowiskiem. Jest to uproszczona definicja, można bowiem mówić o ekologii populacji, ekologii ekosystemów etc. etc. Jak każda dziedzina nauki, ekologia opiera się na faktach i przede wszystkim bada, dlatego nie należy utożsamiać naukowców ekologów i aktywistów na rzecz obrony środowiska.

Jeżeli chodzi o ekologię na poziomie liceum, to jest to naprawdę lwia część materiału i zaczynając tę notatkę wydaje mi się, że popełniam samobójstwo chcąc zawrzeć to wszystko w jednym artykule, ale spróbuję. Jeśli mi się nie uda, powiedzcie mojej klasie, że ich kochałem. Artykuł piszę z otwartą podstawą programową z biologii, lecę więc po minimum programowym. Naturalnie wszystko będzie opisane trochę skrótowo, dlatego polecam zrobić zadanka z tego działu. Sporo w ekologii to tak naprawdę umiejętność łączenia faktów i znajomość kilku mądrych słów. Także dość już zbędnego przedłużania, do roboty.

Ekologia – nauka o domu

Słowo „ekologia” znaczy mniej więcej tyle co nauka o domu. Dom nasz się w pewien sposób dzieli i idąc od góry, mówimy w ekologii o następujących poziomach:

  • Biosfera – cała przyroda Ziemi, zarówno jej żywa, jak i nieożywiona część;
  • Biom – zespół ekosystemów stanowiący pewien duży, w miarę jednolity obszar, biomem nazwiemy np. las tropikalny, tundrę, pustynię itp., są to z definicji duże obszary;
  • Ekosystem – biocenoza + biotop (nieożywione elementy środowiska, słowo „biotop” zapamiętałem, jak na religii zdarzyło mi się usłyszeć „z biotopu powstałeś i w biotop się obrócisz”), pojedynczym ekosystemem możemy nazwać np. puszczę białowieską (ten jeden, konkretny las, z właściwymi sobie warunkami i mieszkańcami);
  • Biocenoza – organizmy (wszystkie, rośliny to też organizmy) żyjące na danym terenie i mogące wchodzić ze sobą w relację, mogące się ze sobą w jakiś sposób kontaktować i oddziaływać na siebie nawzajem, powiemy na przykład o biocenozie puszczy białowieskiej;
  • Populacja – zespół organizmów jednego gatunku, które może ze sobą oddziaływać (żyją w tym samym miejscu i czasie), czyli powiemy np. o populacji żubrów w puszczy białowieskiej.

Ekologia, jako nauka o relacjach, nie zajmuje się pojedynczymi organizmami, ale w pewien sposób o nie zahacza.

Nisza ekologiczna

Nisza ekologiczna to zespół wszystkich potrzeb organizmu, zasobów jakie wykorzystuje, miejsce przez te organizmy zajmowane i czas, w jakim organizmy w tym miejscu przebywają. Nie wolno mylić niszy ekologicznej z siedliskiem, czyli samym tylko miejscem występowania danej populacji. Możemy powiedzieć, że nisza ekologiczna to to coś, co sprawia, że populacja jest akurat w tym miejscu.

Nisze ekologiczne możemy podzielić na:

  • potencjalne, czyli co by było, gdyby ten organizm był jedynym organizmem w siedlisku, gdzie miałby potencjał żyć;
  • zrealizowane, czyli to, co rzeczywiście ma miejsce w przyrodzie, przy udziale innych organizmów.

Naturalnie nisza zrealizowana jest zawsze węższa od niszy potencjalnej, bo organizmy walczące o tę samą niszę, konkurują ze sobą nawzajem.

Środowisko przyrodnicze

Podstawowymi elementami niszy ekologicznej są warunki (czynniki) i zasoby danego siedliska. Zasoby to np. dostęp do światła słonecznego, określone pożywienie itd. Czynniki środowiska podzielimy przede wszystkim na biotyczne i abiotyczne (od bios – życie).

Dla organizmu wszystko, co nie jest nim samym, jest czynnikiem środowiska. Czynniki biotyczne to wszystko co żyje, czyli bakterie, rośliny, grzyby, zwierzęta itp. Czynniki abiotyczne to takie rzeczy jak wilgotność, temperatura, światło itp. Warunkami środowiska nazwiemy te czynniki, które mają znaczenie dla funkcjonowania danego organizmu.

Tolenrancja

Czynniki abiotyczne mogą organizm zabić, jeśli będzie ich w nadmiarze lub niedomiarze. Organizmy znoszą dany czynnik tylko w pewnym zakresie, czyli nie może być za ciepło, ale nie może być też za zimno. Dla każdego czynnika organizmy mają różne zakresy tolerancji, ale jeśli będzie za zimno, to nie ważne, że gleba będzie odpowiednio zasadowa, organizm i tak umiera.

Patrząc na ogół czynników środowiska (środowisko przyrodnicze) możemy zauważyć, że to, czego w środowisku jest najmniej decyduje o tym, ile mamy osobników na danym terenie. Tę zależność najlepiej widać na roślinach – nieważne jak dużo mamy w glebie składników niezbędnych do wzrostu rośliny, ważne, że jest mało azotu i ten brak azotu, a nie np. nadmiar potasu, będzie decydował o bytności organizmów w danym siedlisku. Zależność ta nosi nazwę prawa minimum Liebiga.

Jeżeli spojrzymy na całą populację, to możemy mierzyć zakres tolerancji przez liczbę osobników, która w danych warunkach jest w stanie przeżyć. Na przykładzie temperatury – jeśli temperatura jest akurat, to osobników będzie dużo (taki zakres temperatury, który nie ogranicza przyrostu przyrostu populacji, nazwiemy optimum). Tam, gdzie liczebność populacji jest przez temperaturę ograniczona, powiemy o minimummaksimum. Naturalnie to właśnie wartości, minimum i maksimum, określają nam rozpiętość zakresu tolerancji, o czym mówi prawo tolerancji Shelforda.

Organizmy mogą mieć zakres tolerancji na dany czynnik szeroki (przeżyje zarówno w -40°C, jak i w +40°C), jak i wąski (przeżyje tylko w zakresie 20-30°C). Pod względem szerokości zakresu tolerancji na dany czynnik, podzielimy organizmy na eurybionty (zakres szeroki jak Europa) i stenobionty, gdzie o stenobiontach możemy doprecyzować, czy lubią niskie wartości danego czynnika (oligostenobionty, oligo- – mało), czy też wysokie (polistenobionty). Przykładem polistenobiontów mogą być archeony, mikroorganizmy żyjące w kominach geotermalnych. Zakres tolerancji wyznacza się dla każdego czynnika osobno, więc organizm może być eurybiontem pod względem tolerancji na temperaturę, ale stenobiontem jeśli chodzi o dostępność światła.

 

Znając zakres tolerancji możemy przewidzieć środowisko życia organizmu, np. jeśli niedźwiedź polarny ma optimum temperaturowe na mrozie, to raczej nie przypiszemy mu za środowisko życia pustyni Gobi.

Bioindykatory

Zwłaszcza ważne są zakresy tolerancji przy tzw. organizmach wskaźnikowych (bioindykatorach). Bioindykator, jak sama nazwa wskazuje, to coś żywego, co mówi nam o warunkach środowiska. Bioindykatorami mogą być organizmy, które mają wąski zakres tolerancji na pewien konkretny czynnik, np. porosty są wrażliwe na obecność tlenków siarki (VI) (tzw. skala porostowa). Jeżeli porostów nie ma, to znaczy, że występuje duże zanieczyszczenie tlenkami siarki (VI). Porównać to można do puszczania kanarka w kopalni – kanarek ma wąski zakres tolerancji na metan (łał), więc jeśli puszczamy go do kopalni i umiera, to znaczy, że jest tam metan. Przykład trochę idiotyczny, ale działa.

Populacja

Populacją nazwiemy grupę osobników tego samego gatunku, które to osobniki mogą wpływać na siebie wzajemnie. Termin „populacja” odnosi się do wszystkich osobników danego gatunku w danym ekosystemie, nie zaś np. tylko do jednego stada. Wewnątrz populacji może zawiązać się współpraca, organizmy mogą żyć w stadzie, ale występuje również konkurencja wewnątrzgatunkowa, która napędza selekcję naturalną.

Cechy populacji

Populację możemy opisać tymi samymi cechami, jakimi demografia opisuje ludzi:

  • struktura wieku,
  • struktura płci,
  • liczebność,
  • rozrodczość,
  • śmiertelność,
  • zagęszczenie,
  • rozmieszczenie,
  • długość życia…

Liczebność populacji może się zmieniać w czasie. Jeżeli populacja ma duże zagęszczenie i dużą rozrodczość, możemy przewidzieć, że liczebność zacznie wkrótce spadać. Głównymi czynnikami wpływającymi na liczebność są rozrodczość, śmiertelność i migracje.

Struktura wieku

Pod względem wieku osobników, o populacji możemy powiedzieć, że jest:

  • rozwijająca się, czyli dużo młodych, mało starych;
  • ustabilizowana, czyli wszystkich mniej więcej po równo;
  • wymierająca, czyli dużo starych, mało młodych.

Ważną kwestią jest długość życia. Organizmy mają pewną fizjologiczną długość życia, do której są w stanie teoretycznie dobić, ale środowisko nie zawsze na to pozwala. Osobniki mogą na przykład umierać za wcześnie, bo nie ma jedzenia. Różnica pomiędzy tym, ile organizmy teoretycznie żyć by mogły, a tym, ile żyją naprawdę, to tzw. opór środowiska.

Szczególnym typem takiego oporu jest pojemność środowiska, którą widać na wykresach – jeśli rośnie bez ograniczeń (wykładniczo), to zasoby są widocznie nieograniczone, jeśli zaś w pewnym momencie wzrost ustaje, a liczebność populacji utrzymuje się na tym samym poziomie, to zasoby są widocznie ograniczone, a tam, gdzie liczebność się zatrzymała, znajduje się granica pojemności środowiska.

Struktura przestrzenna

Jeśli spojrzymy na populację pod kątem struktury przestrzennej, możemy stwierdzić, że osobniki są rozmieszczone w pewien sposób:

  • równomierny, czyli w każdym kawałku przestrzeni mniej więcej tyle samo osobników;
  • losowy, czyli bez większego ładu i składu;
  • skupiskowy, czyli np. żyjące osobno stada żubrów w puszczy białowieskiej.

Strategie życiowe

Różne gatunki rozmnażają się w różny sposób. Są np. muchy, które mają od cholery potomstwa na raz i nie przejmują się nim zbytnio, jak już się urodzi, ale są też ludzie, którzy mają mało (w porównaniu do much) potomków na raz, ale każdym się opiekują. Możemy wyróżnić w ten sposób dwie kategorie strategii rozrodczych (życiowych):

  • Strategia rozrodcza typu r (czyt. małe r) – strategia ilościowa, dużo potomstwa, niewiele energii przeznaczone na jego utrzymanie, życie krótkie, szybki wzrost, często występuje u owadów;
  • Strategia rozrodcza typu K (czyt. duże K) – strategia jakościowa, mało potomstwa naraz, każde dziecko otoczone opieką, życie długie, powolny wzrost, reprezentuje ją większość ssaków.

Konkurencja wewnątrzgatunkowa

Wszystkie organizmy zajmujące tę samą niszę, jeśli zasoby środowiska są ograniczone, konkurują ze sobą. Powoduje to, że istnieje presja na gatunek, żeby maksymalnie efektywnie wykorzystywał zasoby środowiska, czyli żeby był do niego jak najlepiej dostosowany. Presja ta powoduje lepsze dostosowywanie się gatunku do środowiska, czyli jego ewolucję. Konkurencja wewnątrzgatunkowa może mieć także negatywne skutki, może zwiększać śmiertelność organizmów, przypadkiem mocno ograniczać rozrost populacji, a nawet prowadzić do wyginięcia gatunku. Wysoka konkurencja jest zjawiskiem silnie ograniczającym i niepożądanym, dlatego też celem zmniejszenia konkurencji następują migracje, szukanie lepszych siedlisk, podział stad etc. Ciekawostka: jedną z korzyści ewolucyjnych homoseksualizmu jest zmniejszanie konkurencji wewnątrzgatunkowej.

Do omówienia zostały jeszcze zależności międzygatunkowe, struktura i funkcjonowanie ekosystemu, przepływ energii i materii w przyrodzie i różnorodność biologiczna Ziemi. Poza tym pokrótce globalne ocieplenie, jako część podstawy programowej gimnazjum. Wszystko to zostanie ujęte w kolejnych częściach tej notki.

Uwagi

  • Nie umiem efektywnie robić wykresów modelowych, dlatego po wszelkie wykresy odsyłam do literatury. Przede wszystkim chodzi o krzywą dzwonową tolerancji i wykresy struktury wiekowej populacji, bo to mieści się w zakresie podstawy programowej. Jak będę miał więcej czasu, to może przygotuję własne wykresy do zilustrowania tego artykułu.
  • Starałem się ująć wszystko, co omówione punkty mają do przekazania, ale jest to w ekologii bardzo mało możliwe, bo wiele zależy od logicznego myślenia i praktycznego wykorzystania wiedzy, dlatego ponownie odsyłam na biologhelp.com po zadania z ekologii.

Bibliografia

  • Bukała, B. (2013). Biologia. Ekologia z biogeografią i ochroną środowiska. Kraków: Wydawnictwo Szkolne Omega.
  • Campbell, N., Reece, J., Cain, M., Wasserman, S., Minorsky, P., Jackson, R., Stobrawa, K., Strzałko, J., Dabert, J., Urry, L., Dabert, M., Wiland-Szymańska, J., Woźny, A., Słocińska, M., Pacholska-Bogalska, J., Marciniak, P., Kasprzyk, A., Czarniewska, E., Rosiński, G., Rosińska, J., Surmacki, A., Bandel, J. and Szymczak, M. (2016). Campbell biologia. Poznań: Dom Wydawniczy REBIS.
  • Dubert, F., Jurgowiak, M., Marko-Worłowska, M. and Zamachowski, W. (2017). Biologia na czasie 3. Warszawa: Nowa Era.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.