Ekológia

Termín „ekológia“ navrhol nemecký biológ Ernst Haeckel. V druhej polovici 19.st. ju prvýkrát charakterizoval ako samostatný vedný odbor, ktorý skúma „ekonómiu prírody“. Slovo ekológia je odvodené z gréckeho „oikos“, čo znamená dom, alebo obydlie.
Ekológia skúma vzájomné vzťahy medzi organizmami a ich prostredím.
Autekológia - skúma vzťahy jedincov toho istého druhu k prostrediu.
Synekológia – skúma vzťahy rôznych skupín organizmov k prostrediu.
Ekológia krajiny – skúma vzťahy medzi organizmami a ich prostredím na veľkých častiach zemského povrchu
Ekológia človeka- skúma vzťah človeka k prostrediu.

Základné ekologické pojmy

Biotop – je životný priestor, kde žije jedinec
Stanovište – je topograficky vymedzený priestor, kde žije jedinec -topograficky vymedzený biotop.
Zoocenóza – zložité spoločenstvá živočíchov žijúcich na určitom území
Fytocenóza – zložité spoločenstvá rastlín žijúcich na určitom území
Biocenóza- zložité spoločenstvá organizmov žijúcich na určitom území.
Ekosystém - ekologická sústava – biocenóza a jej neživé prostredie -tvorí ho spoločenstvo spolu s abiotickým prostredím.
Biosféra – súhrn všetkých ekosystémov na Zemi.
Populácia – skupina organizmov rovnakého druhu žijúca v určitom priestore a v určitom čase
Spoločenstvá – populácie niektorých druhov mikroorganizmov, rastlín a živočíchov vyskytujúce sa v určitých abiotických podmienkach spoločne nadväzujú medzi sebou vzťahy. Umelo vytvorené spoločenstvá sú druhovo chudobné a nestabilné. Prírodné spoločenstvá majú druhovú rozmanitosť.
Ekoton – prechodné pásmo medzi jednotlivými spoločenstvami

Vzťah organizmov a prostredia

Optimálne podmienky- súhrn určitých najvhodnejších podmienok.
Minimálne podmienky - najnevhodnejšie podmienky, za ktorých organizmus ešte môže prežiť – pri dolnej hranici.
Maximálne podmienky – najnevhodnejšie podmienky, za ktorých organizmus ešte môže prežiť - pri hornej hranici
Ekologická valencia – rozmedzie podmienok prostredia, ktorým sa organizmus môže prispôsobiť, adaptabilita na životné prostredie
Abiotické podmienky – súhrn vplyvov, faktorov neživej časti prostredia
Biotické podmienky – súhrn vplyvov živých organizmov na život jedinca
Bioindikátory – organizmy podľa ktorých môžeme usudzovať, aké sú vlastnosti prostredia. Majú úzku ekologickú valenciu k niektorej podmienke prostredia
Kozmopolitné organizmy- organizmy, ktoré sú prakticky rozšírené na celom svete
Relikty – pôvodné organizmy, ktoré sa vyskytujú na miestach, kde do určitej miery zostali zachované podmienky prostredia.


ABIOTICKÉ ZLOŽKY PROSTREDIA

Medzi abiotické zložky prostredia patrí slnečné žiarenie, voda, vzduch, chemické zloženie pôdy a i.

SLNKO

Je základným zdrojom energie pre život na Zemi. Elektromagnetické vlny, ktoré prenikajú na Zem majú dĺžku v rozmedzí 290 – 5000 nm. Ultrafialové svetlo je do 400 nm, viditeľné svetlo 400-800nm a infračervené svetlo je nad 800nm.

UV žiarenie má kratšiu vlnovú dĺžku, fotóny teda majú väčšiu energiu a jeho účinky na bunku sú väčšie ako u viditeľného svetla.
UV žiarenie preniká na povrch Zeme iba v malom množstve, väčšinou je zachytávané v stratosféra ozónovou vrstvou. Ozón je trojmolekulový kyslík, ktorý sa nachádza v stratosfére – 15 –50 km nad povrchom Zeme. Jeho maximálna koncentrácia je vo výške 20 – 30 km nad povrchom Zeme. Ozónová vrstva pôsobí ako ochranný filter pred pôsobením škodlivého UV žiarenia _ predovšetkým UV-B žiarenia. V malom množstve je UV pre organizmy nevyhnutné. Jeho pôsobením sa z provitamínu D tvorí v koži vitamín D. Vo väčších dávkach je však životu nebezpečné.
Jeho pôsobením sa voda v bunkách rozkladá na vysokoreaktívne častice – katióny vodíka a anióny kyslíka, ktoré rušivo zasahujú do metabolizmu bunky. Ak je týchto zásahov veľa, bunka odumiera. Fotóny sú absorbované pyridínovými bázami – tymínom a cytozínom, ktoré sú na UV žiarenie citlivé, najmä na vlnovú dĺžku 260nm. Vznikajú tak diméry –TT, alebo nenormálne spojenie mezi T – C. Bunka je do určitej miery schopná opraviť tieto zmeny pomocou enzýmu fotolyáza. Keď je týchto zmien veľa a sú na dôležitých miestach v génoch, bunka mení svoje funkcie a stáva sa z nej rakovinová bunka, prípadne úplne odumiera. Spojenie TT, alebo TC sú prekážkou pri replikácii DNA a pri tvorbe mediátorovej RNA pri transkripcii.

Pôsobením UV žiarenia vo väčších dávkach zvyšuje výskyt rakoviny kože. Ďalej má vplyv na očné choroby – poškodenie sietnice a šošovky oka – šedý zákal, v najhorších prípadoch až úplná slepota. UV žiarenie ovplyvňuje metabolizmus rastlín – pomalý rast a odumieranie rastlín – redukcia úrody poľnohospodárskych produktov.

Na UV žiarenie je veľmi citlivý fytoplanktón, čo má vplyv na to, že sa nezužitkuje oxid uhličitý z atmosféry – fotosyntéza. A jeho zvýšené množstvo má vplyv na skleníkový efekt. Ak by sa množstvo rias – fytoplanktónu znížilo o 10%, znamenalo by to dvakrát väčšie zvýšenie CO2 ako pri spaľovaní fosílnych palív. Ubúdaním fytoplanktónu by sa narušil ekosystém – potravinový reťazec.
Viditeľné svetlo sa skladá z fotónov, ktoré nesú také malé množstvo energie, že nemôže vyvolať fyzikálno – chemické zmeny v bunkách. Zelené farbivo obsahujú farbivo – chlorofyl, ktorý je schopný fotóny svetla s ich energiou absorbovať. Fotosyntéza má základný význam pre existenciu živých sústav. Umožňuje transformáciu žiarivej energie Slnka na energiu chemických väzieb organických látok, ktoré sú jediným zdrojom energie pre všetky živé organizmy. Viditeľné svetlo je dôležité pri videní. V citlivých bunkách sietnice – tyčinkách a čapíkoch sa nachádza farbivo, ktoré reaguje na viditeľné svetlo.

Infračervené žiarenie je pohlcované telami organizmov a spôsobuje ich zahrievanie. Svetelný režim je v prírode periodický a súvisí s otáčaním Zeme a jej periodickým pohybom okolo Slnka. Slnečné žiarenie je základným zdrojom tepla. Ekologická valencia je väčšinou medzi 15-30°C. je to optimálna teplota. Najodolnejšie proti zmenám teplôt od 190°C až nad 100°C. veľmi odolné sú aj suché semená rastlín a rastliny s malým obsahom vody – machy, lišajníky a i. Živočíchy rozdeľujeme na ektodermné – s nestálou teplotou tela, entodermné – so stálou teplotou tela. U človeka prestávajú všetky životné funkcie pri podchladení na 28°C.

Atmosféra

Tvorí ju plynový obal Zeme. Rozlišujeme niekoľko vrstiev atmosféry: troposféra, ionosféra, exosféra.
Zloženie ovzdušia:78% dusíka, 21% kyslík a 0,03%oxidu uhličitého a i.

V súčasnosti sa postupne zvyšuje koncentrácia CO2 v atmosfére, kde pôsobí ako vrstva skla. Prepúšťa žiarenie, ale teplo vyžarované z povrchu zeme pohlcuje. Dochádza k tzv. skleníkovému efektu. Stúpajúce množstvo oxidu uhličitého by mohlo mať za následok topenie ľadovcov na póloch a rozširovanie tropického podnebia, čo by výrazne ovplyvnilo život organizmov, vrátane človeka. V atmosfére sú aj vodné pary a rôzne škodliviny.

Emisie sú plynné, kvapalné a pevné látky ktoré sa dostávajú do ovzdušia. Sú chemické produkty, ktoré vznikajú spaľovaním v tepelných elektrárniach, v spaľovniach, dopravnými prostriedkami a i. Najrozšírenejšou plynnou nečistotou je oxid siričitý. Z ovzdušia sa „vymýva“ pri dažďových zrážkach, čím vznikajú kyslé dažde, ktoré sú nepriaznivým javom ekologickej rovnováhy – okysľujú vodu a pôdu.

Ďaľšie toxické látky v ovzduší sú oxidy dusíka, fluóru, chlóru, CO, organické zlúčeniny, zlúčeniny olova. Niektoré z nich sú karcinogénne, napr. benzpyrén z výfukových plynov. Výfukové plyny vyvolávajú v organizme intoxikáciu – prejavuje sa zmenami CNS, zmenami správania, znižujú sa psychické a fyzické schopnosti, zhoršuje sa dýchanie, znižuje sa odolnosť voči chorobám. Olovo, ktoré je dôležitou zložkou výfukových plynov sa ukladá v organizme najmä v kostnej dreni /asi 95%/. Jeho vplyvom sa utlmuje tvorba erytrocytov a hemoglobínu /vznik anémie/, menia sa vlastnosti leukocytov, zhoršuje sa pamäť, psychické a zmyslová poruchy.

Medzi pevné emisie/exhaláty/patria popolčeky, ktoré pôsobia na organizmus dráždivo, až toxicky. Niektoré častice uviaznu v pľúcnom tkanive výsledkom čoho sú sivé pľúca. Následkom toho nastupuje dusivý kašeľ sprevádzaný pískaním, zhoršuje sa prekrvenie pľúc, srdce musí pracovať vo zvýšenej miere, tkanivá trpia nedostatkom kyslíka, vznikajú edémy, tvrdne pečeň.
Aerosóly sú pevné alebo kvapalné čiastočky rozptýlené vo vzduchu. Pre živé organizmy sú nebezpečné sú nebezpečné najmä aerosóly kyseliny sírovej, dusičnej a chlorovodíkovej. Imisie vznikajú vzájomnými reakciami nečistôt v ovzduší. Dopadajú na zemský povrch. Takto vzniká smog. Zlúčeniny arzénu a fluóru znižujú napr. fotosyntézu, odolnosť rastlín, až ich odumretie.


Hydrosféra

Hydrosféru tvorí voda morí, oceánov, povrchová a spodná voda. Väčšina vody na zemi je slaná iba 3% tvoria zásoby sladkej vody a z toho viac ako 2% je viazanej v snehu a ľade. Iba necelé 1% vody na Zemi je využiteľné pre život /väčšinou je to spodná voda. Obeh vody v prírode sa nazýva hydrologický cyklus /energiu poskytuje najmä slnečné žiarenie/. Celkový obeh vody sa narúša činnosťou človeka – najmä odlesňovaním a reguláciou vodných tokov.
Ekosystém

Ekosystém tvorí spoločenstvo spolu s abiotickým prostredím. Je to základná jednotka, v ktorej dochádza k obehu látok a prevodu energie. V každom ekosystéme sú tieto zložky:

ABIOTICKÉ: 1. Anorganické látky /voda, vzduch, slnečné žiarenie/
2. organické látky /sacharidy, bielkoviny, tuky, humínové látky – sú na rozhraní medzi neživou a živou časťou ekosystému/
3. klimatický režim /teplota, vlhkosť a iné fyzikálne faktory

ŽIVÁ HMOTA EKOSYSTÉMU /BIOMASA/

1.1. Producenti – autotrofné organizmy – rastliny. Rastliny získavajú energiu zo Slnka fotosyntézou. Energiu môžu získavať oxidáciou anorganických alebo jednoduchých organických látok – chemosyntézou /sírne baktérie v okolí vulkánov alebo dna morí/. Producenti vytvárajú na energiu bohaté látky /cukry/ a do ovzdušia uvoľňujú kyslík.

2.2. Konzumenti – heterotrofné organizmy – živočíchy
Konzumenti I. rádu - primárne konzumenti /bylinožravé organizmy/
Konzumenti II. rádu – sekundárne konzumenti /mäsožravé organizmy alebo parazity/
Konzumenti III. rádu - terciálne konzumenti - predátory.

3.3. Dekompozitori – rozkladači – heterotrofné organizmy, najmä huby a mikroorganizmy.

Producenti, konzumenti a dekompozitory tvoria živú hmotu ekosystému – biomasu.
Podľa fyzikálnych faktorov poznáme dva základne typy ekosystémov: suchozemské a vodné.
V každom ekosystéme je enrgia svetelného žiarenia pútaná zlenými rastlina do energie chemických väzieb a postupne sa uvoľňuje. Jeden organizmus je pre druhý zdrojom energie, takže organizmy vytvárajú potravinové reťazce.

Ekosystém rybníka

1.1. Anorganické látky – voda /je 775 krát hustejšia ako vzduch/
-- CO2, O2 – ich obsah vo vode závisí od metabolickej aktivity vodných organizmov
-- Slnečné žiarenie – jeho pôsobením prebieha fotosyntéza v telách rastlín
-- Bahno, kamene

2.2. Organické látky – časť živín je vo vodnom roztoku bezprostredne prístupná organizmom. Organické látky sú aj v telách odumretých organizmov

3.3. Klimatický režim – teplo – tepelné zmeny sú malé, závisia od slnečného žiarenia.

4.4. Potravinové reťazce
a.a. slnečné žiarenie
b.b. fytoplanktón – riasy – producenti
- veľký počet jedincov, ale ich biomasa je pomerne malá
c.c. zooplanktón – bylinožravé živočíchy, nižšie kôrovce – konzumenty
-bentos – živočíchy žijúce na dne I.rádu
d.d. dravé larvy hmyzu- konzumenty II.rádu
malé dravé ryby – konzumenty II.rádu
e.e. veľké ryby – konzumenty III. Rádu - predátory

5.5. Rozkladači – dekompozitory – saprofytické organizmy, žijú na rozhraní vody a bahna – bičíkovce, huby, mikroorganizmy. Rozkladajú organickú hmotu a uvoľňujú živiny do prostredia.