Ekologia wykłady
Ekologia definicje:
- wg Haeckla – nauka, której przedmiotem jest całokształt oddziaływań człowiek-zwierzę
- wg Eltona – nauka o historii naturalnej
- wg Oduma – nauka o strukturze i funkcjonowaniu przyrody
- wg Anderwarthy'ego – nauka o rozmieszczeniu i liczebności organizmów
* brak nawiązania do wzajemnych związków i zależności pomiędzy elementami ukł. ekologicznych
- wg Krebsa – nauka o zależnościach decydujacych o liczebności i rozmieszczeniu organizmów
Pokrywa się z częścią fizjologii i etnologii, a z drugiej strony chemii, klimatologii, hydrografi, gleboznawstwa,sozologii.
Zakres badań ekologii:
organizm, populacja, biocenoza, ekosystem, biom, biosfera
Podstawowe pytanie ekologii: o rozmieszczenie i liczebność organizmów
Złożoność co raz to wyższych poziomów oraz brak możliwości badania w laboratorium
Ekologia rozwija się w trzech kierunkach:
1. Obejmuje badania zespołów ekologicznych i ekosystemów z użyciem technik eksperymentalnych i analizowanie ich jako układów wielogatunkowych przetwarzających materię i energię.
2. Próba interpretacji rzeczywistości ekologicznej ukształtowanej przez procesy doboru naturalnego z wykorzystaniem najnowszych zdobyczy ekologii i ewolucjonizmu – szczególne znaczenie z zakresu ekologii behawioralnej, dające możliwość interpretacji ekologii pojedynczych osobników
3. Ekologia ochroniarska – działania związane z kształtowaniem środowiska – dominuje podstawa koncepcji zrównoważonego rozwoju – ekorozwój trwały, stabilny, samopodtrzymujący rozwój – podstawa założeń ery ekologicznej XXI wieku.
Ekorozwój – bez destrukcji zasobów przyrody, obejmuje:
- długotrwałe wykorzystanie odnawialnych zasobów naturalnych
- efektywną eksploatację nieodnawialnych źródeł energii
- utrzymanie stabilności procesów ekologicznych i ekosystemów
- ochronę różnorodności ekologicznej
- zachowanie i polepszenie stanu zdrowia ludzi, bezpieczeństwa pracy i dobrobytu
Dynamika rozwoju populacji rozpatrywana jest jako funkcja stanu czasu:
ΔN / Δt = B – D
zmienna liczebność populacji w czasie = liczba urodzeń – liczba zgonów
B = b N B-liczba urodzeń na 1 mieszkańca
b-liczba urodzeń
N-przeciętna liczebność urodzeń (rozrodczości)
D = m N D-liczba zgonów na 1 mieszkańca
m-liczba zgonów
N-przeciętna liczebność zgonów (śmiertelności)
ΔN / Δt = b N – m N
Modele wzrostu populacji
1. Model wykładniczy – nieograniczony wzrost – teoretycznie lub w warunkach laboratryjnych – brak biotycznych i abiotycznych czynników – stałe warunki życia (stały dostęp pożywki, stałe usuwanie metabolitów) – populacja o krótkim okresie rozrodu
Δt ~ ΔN
ΔN / Δt = r * No równanie Woltera
r – wskaźnik wzrostu populacji – wyraża średnią szybkość przyrostu populacji dla 1 osobnika i jednostkę czasu
po scałkowaniu – równanie wzrostu nieograniczonego
Nt = No * e r t Nt-liczebność po czasie t, No-liczebność początkowa
log Nt = log No + rΔt log e
r = ( log Nt – log No ) / Δt log e
1 / log e ≈ 2,3
r = 2,3 log( ΔN/Δt )
2. Model logistyczny
A – D – okres wzrostu
E – okres równowagi
F – okres spadku
A – faza wzrostu utajonego – zasiedlanie nowego terenu, allelokataliza (wzajemne pobudzanie się osobników do rozwoju poprzez składniki metaboliczne, np. feromony)
B – faza wzrostu przyspieszonego – kooperacja (rozwój)
C – faza wzrostu logarytmicznego – wysoki wskaźnik urodzeń, niski wskaźnik zgonów, niski przeciętny wiek osobników, wysoki procent osobników przeżywających, kooperacja (bez rozwoju)
D – faza opóźnionego rozwoju – konkurencja międzygatunkowa
E – faza równowagi – przeciętna liczebność pozostaje na tym samym poziomie, wysoka śmiertelność, wahania liczebności poniżej i powyżej przeciętnej (oscylacje o stałej amplitudzie wahań, fluktuacje – amplituda wahań zmienia się), równowaga między kooperacją a konkurencją
F – faza wzrostu ujemnego – krzywa umierania (ujemna), zmniejszenie wskaźnika urodzeń, wzrost wskaźnika śmiertelności /dwukrotnie/, wysoka średnia wieku populacji, autointoksykacja (samozatrucie produktami przemiany materii hamujące wzrost)
Wzrost ograniczony
ΔN / Δt = r N – r /KN2 równanie logistyczne Nichelsona
r – wskaźnik wzrostu populacji
K – asymptota górna – maksymalna liczebność populacji
ΔN / Δt = r N – ( r / KN2) ± kNNI
NI – liczebność drugiej populacji
k – stały współczynnik dla danej populacji /miara antagonizmu między populacjami/
3. Model cykliczny
– niezrównoważony
4. Model ustabilizowany (rzadko występuje)
- stałe warunki środowskowe, stałe czynniki regulujące
- krótki okres wzrostu, długi okres równowagi
Wpływ czynników abiotycznych
- obliczanie wskaźnika wzrostu populacji
- obliczanie maksymalnej liczebności populacji w zależności od stężenia danego czynnika abiotycznego
- CL50
U stawonogów i kręgowców zależność między śmiertelnością a wpływem czynnika ograniczającego ma znaczenie ekologiczne.
Krzywe śmiertelności mogą się zmieniać wskutek odporności pasożyta na lek.
CL50 – stężenie czynnika chemicznego wywołujące śmiertelność 50% osobników
DL50 – dawka czynnika chemicznego wywołująca śmiertelność 50% osobników
CL50 = CL + (1/b)(50 – NI) 1/b = (CII – CI ) / (NII – NI)
Populacja przegęszczona
występuje autointoksykacja
punkt krytyczny
W strefie przegęszczenia występują zaburzenia
- etiologiczne (większa agresywność, zanik instynktu rozrodczego, załamanie hierarchii społecznej, walka o nic)
- metaboliczne (zaburzenia przemiany materii prowadzące do miażdżycy i zawału)
- odpornościowe (stres, obniżenie odporności, wzrost zachorowalności na choroby pasożytnicze
Zagęszczenie populacji – liczba osobników na jednostkę powierzchni lub objętości
Metody obliczania zależą od sposobu w jaki można policzyć osobniki danego gatunku w ich naturalnym środowisku.
Policzenie całej liczby osobników możliwe jest w przypadku roślin i zwierząt dużych.
Dla większości gatunków możliwe jest tylko polczenie liczebności względnej
CMR – catch mark release
całkowita liczebność populacji = liczba osobników złapanych w II etapie / liczba zaznaczonych złapanych osobników w II etapie * liczba zaznaczonych w I etapie
Wiele parametrów populacyjnych wykazuje zmienność wraz z zagęszczeniem dochodzi do kokurencji między osobnikami o zasoby – dochodzi do wzrostu śmiertelności i spadku rozrodczości
Równowaga rozrodczości i śmiertelności zależna od zagęszczenia
ciągła – śmiertelność
przerywana – rozrodczość
liczebność populacji nie zmienia się
pojemność środowiska
Reguła Allego – najszybszy wzrost w umiarkowanych warunkach zagęszczenia populacji
Rodzaje zależności od zagęszczenia
podkompensacja
pełna kompensacja
nadkompensacja
na osi Y – liczebność przeżywających w czasie t
na osi X – liczebność populacji w czasie t
Pełna kompensacja – liczebność osobników przeżywających nie zależy od początkowego zagęszczenia populacji
Nadkompensacja – działanie mechanizmów zależnych od zagęszczenia powoduje, że liczebność osobników przeżywających zmniejsza się wraz ze wzrostem początkowej liczebności populacji
Podkompensacja – liczebność osobników przeżywających wzrasta wraz ze wzrostem początkowej liczebnośći populacji, procesy zależne od zagęszczenia nie są dość sprawne by powstrzymać tempo wzrostu populacji na poziomie odpowiadającym ilości dostępnych zasobów środowiska
Organizm ze względu na wymianę ciepła jest układem otwartym, zachowuje swoją obrębność jako jednostka biologiczna, zachowuje jednocześnie uniwersalność, np. stan płynów ustrojowych, jest wyposażony w odpowiednie mechanizmy zabezpieczające przed nadmiernym i niekontrolowanym wpływem bodźca środowiskowego tylko wtedy gdy zmiany podlegają zakresom zmienności.
podstawą jest homeostaza (stałość środowiska wewnętrznego), która zapewniona jest dzięki mechanizmom sprzężenia zwrotnego ujemnego. Podstawy homeostazy tworzą mechanizmy powstałe w toku ewolucji, są utrwalone genetycznie i przekazywane następnym pokoleniom.
Dzięki udziałowi specyficznych i niespecyficznych mechanizmów obronnych możliwa jest ta stałość
niespecyficzne – właściwości skóry i błon śluzowych – tworzące bariery(np. przeciwbakteryjną dzięki obecności lizozymu w ślinie), zjawisko fagocytozy
specyficzne (swoiste) – odporność komórkowa i humoralna
Duże znaczenie mają mechanizmy, które podtrzymują stałość i kompleksowość organizacji morfologicznej, stanowią podstawę homeostazy strukturalnej – działają na poziomie molekularnym, tkankowym, narządowym.
Uniwersalnym i efektywnym mechanizmem jest regenera...
Sisi199