2012.11.20.

1

Általános ökológia

Források, készletek

Resources

Simon Edina

2012. Szeptember 24.

Életfeltételek és források

Az életfeltételek és források biztosítása alapvető igénye minden élő szervezetnek.

Ezek megszerzése, felhasználási módja, idő-és energia igénye, azok a fundamentális folyamatok, amelyek az egyed ráfordítását befolyásolják.

A legfontosabb életfeltételek és források azok a tényezők, amelyek befolyásolják, limitálják az élőlények elterjedését és abundanciáját.

Mindkettő limitálhat populáció növekedést, térbeli és időbeli elterjedést, és teremthetnek optimális és szuboptimális állapotot.

Életfeltételek

Hőmérséklet

Nedvességtartalom

Talaj és víz pH értéke

Sótartalom

Szennyezések

Hőmérséklet I.

Változó

Állandó

ekto poikiloterm

endo homeoterm

2012.11.20.

2

Hőmérséklet II.

Effectív hőösszeg: az idő és hőmérsékelt kombinációja (fiziológiai időnek is nevezik).

Pl. egy rovarnak 16°C az un. fejlődési küszöb értéke, azaz ezen a hőmérsékleten indul fejlődésnek. Ha 30°C tarjuk, akkor csak 5 nap szükséges a kifejlődéséhez.

Hőmérséklet III. Extrém magas hőmérsékleten a fehérjék kicsapódnak,

enzimek működésképtelenné válnak.

Hősokk fehérjék (HSc 70): feladata a fehérjék védelme a magas hőmérséklettől, valamilyen mennyiségben valamennyi állatfaj termeli.

Pl. Cataglyphis bombycina hangyafaj, mely dögevő, a legnagyobb forróság idején hagyja el fészkét élelemszerzés céljából.

Hőmérséklet IV.

Hőmérséklet tolerancia rendszerint aszimmetrikus: az alacsonyabb hőmérsékletet a szervezet jobban tolerálja, mint a magasabbat.

A környezet hőmérséklete jelentős varianciát mutat: → szélességi fokok,

→ szezonalitás,

→ napi ritmus,

→ mezo-és mikroklimatikus viszonyok szerint.

Hőmérséklet V.

Endoterm szervezetek evolúciós válaszokat mutatnak: Allen szabály: a hideg területeken élő fajok rövidebb

testrészekkel (pl. fülek, végtagok) rendelkeznek, mint a velük összehasonlítható, melegebb vidékeken élők (nyulak, rókák).

Bergmann szabály: a nagy elterjedésű fajok, ill. fajcsoportok hidegebb területeken élő populációiról azt állapítja meg, hogy azok nagyobb testűek (pingvinek, ormányosok, szarvasok).

Mindkét szabály térfogat-felület viszonnyal áll összefüggésben, azaz minél kisebb a térfogat, annál nagyobb a relatív felület.

2012.11.20.

3

Nedvességtartalom

A víz megtartása az élő szervezetek által fontos funkció

Az élőlényeknek meghatározott nedvesség-igényük van, amely kísérleti úton könnyen bizonyítható.

A víz elérhetősége és a hőmérséklet együtt határozza meg a biomok eloszlását.

Talaj és víz pH étéke I.

Indirekt hatásuk a tápanyagok vagy más anyagok elérhetőségén keresztül érvényesül.

magas pH mellett kevés a Fe3+, Mn2+ és PO43-

ion érhető el.

alacsony pH mellett túl sok érhető el belőlük vagy olyan elemek jelennek meg ionos alakban, amelyek toxikusak (Al3+→pH 4.0-4.5 alatt).

Talaj és víz pH étéke II.

Fajdiverzitás csökken savasodás mellett, mivel a savasság

a) közvetlen hatásával felborítja az ozmoregulációt és megváltoztatja az enzim-aktivitást

b) indirekt módon toxikussá teszi a környezetet nehézfém ionok koncentrációjának növelése által.

Sótartalom I. Vízi szervezetek:

→ izotonikus: tengervízben a szervezetek nagyobb része, nincs vízáralmás a szövetekbe vagy onnan kifelé.

→ hypotonikus: a víz kifelé áramlik belőle a tengervízbe.

Sótartalom hatással lehet az eloszlásra, különösen tengerbe nyíló folyótorkolatok éles koncentráció gradienseket produkálhatnak.

Pl. Gammarus locusta: legsósabb, tengerhez legközelebbi helyektől a folyón felfelé haladva kb. 11 km-ig.

G. zaddachi: utána következő további 6 km-en.

G. pulex: csak ettől felfelé található meg.

Gammarus locusta

2012.11.20.

4

Sótartalom II. A só elsősorban a növény ozmotikus

egyensúlyára gyakorol hatást.

A sótűrő növényfajok a következő vonásokkal rendelkeznek:

→ ion szelektivitás (pl. képesek a K+-ot abszorbeálni, ha a környezet magas Na+ koncentrációval rendelkezik)

→ ion „szekréció” (pl. a Spartina speciális sómiriggyel rendelkezik.)

→ ion felhalmozás olyan szövetekben, melyek aktív metabolikus helyektől távol vannak (pl. Agropyron elongatum Cl- ionokat halmoz fel a gyökérben, melytől évente egyszer megszabadul.)

→ ion hígítás (pl. Aster, ahol ez a testtömeg-felület arány eltolásával valósul meg).

Spartina alterniflora

Agropyron elongatum

Aster sp.

Szennyezések

atmoszférikus,

talajfelszíni,

vízi és mélyrétegű talajvízi szennyezések egyaránt megtalálhatók az emberi tevékenység eredményeként.

kémiai,

fizikai,

biológiai

eredet vagy jelleg egyformán valószínű.

Mi minősül forrásnak?

Bármi, aminek mennyisége csökkenthető, azaz „elfogyasztható” egy élőlény által.

Pl. a Földre jutó Napsugárzás mennyisége, amennyiben az egy egyedre jutó sugárzás mennyiségére vonatkoztatjuk, más egyedek jelenléte (pl. árnyékolása) miatt.

Az élővilág számára legfontosabb források

1. Napsugárzás, mint forrás

2. Víz, mint forrás

3. Ásványi anyagok

4. Oxigén és szén-dioxid, mint forrás

5. Más szervezetek,mint forrás

6. A tér, mint forrás

2012.11.20.

5

A napsugárzás, mint forrás

A napsugárzás szerepe:

• E-forrás, a zöld növények metabolikus folyamataihoz

• földfelszín és a levegő felmelegítése

• életfenntartás

• időjárási jelenségek kialakítása

DIREKT / KÖZVETLEN sugárzás

• felmelegíti az élőlények testét

• növeli a párologtatást

SZÓRT/ DIFFÚZ sugárzás

• légkör alkotóiról, ill. más felületekről visszaverődő

• felmelegítő hatása csekélyebb

• növényi fotoszintézisre kedvezőbb

Sugárzás hullámhossz tartományai

• UV sugárzás < 380 nm

• látható fény 380-720 nm

• Infravörös > 720 nm

2012.11.20.

6

Photosynthetically Active Radiation (PAR)

• Fotoszintetikusan aktív radiáció

• 380-720 nm, ill. 400-700 nm –es tartomány

• zöld növények fotoszintetikus pigmentje

• → klorofill a

• baktériumok pigmentje

• →bakterioklorofill

• Földet érő napsugárzás 56 %-a esik a PAR tartományba

Fotoszintetikus utak 3 típus:

1. C3: Szén-dioxid megkötés a Calvin ciklusban történik, elsődleges szerves termékként 3 szénatomos molekulákat építenek fel.

2. C4: Szén-dioxid megkötés a dikarbonsav-ciklusban történik, 4 szénatomos molekulákat építenek fel.

3. CAM:Co2 szükségletüket éjjel veszik fel, mivel nappal túl sokat párologtatnának. A CO2 PEP-hez kötődik,a keletkező oxálecetsav almasavvá alakulva vakuóliumba szállítódik és ott raktározódik (éjjeli savanyodás).

2. A víz, mint forrás

• sótartalma

• kémhatása

• egyéb abiotikus és biotikus jellemzői

szerint élettani és ökológiai szempontból is

kiemelkedő fontosságú

Növények csoportosítása vízigényük szerint

• vízi növények (hidatofitonok) pld.: békalencsék, békaszőlők)

• mocsári növények (helofitonok) pld.: sás, nád

• közepes vízellátottságot igénylők (mezofitonok) pld.: rétek növényei

• szárazságtűrők (xerofitonok) pld.: fűfélék

• sótűrők (halofitonok) pld.: szikes puszták növényei

2012.11.20.

7

Édesvízi állatfajok

Tengeri állatfajok

Félsós (brakkvízi)

szte

no

hal

in

euri

hal

in

Sótartalom növekedése

3. Ásványi anyagok

Csoportosításuk:

Makroelemek:

• nitrogén (N)

• foszfor (P)

• kén (S)

•kálium (K)

• kalcium (Ca)

• magnézium (Mg)

• vas (Fe)

Mikroelemek/ nyomelemek

• mangán (Mn)

• cink (Zn)

• réz (Cu)

• bór (B)

esszenciális minden élőlény számára

esszenciális az állatok számára

esszenciális néhány csoport számára

• Bór (B)-edényes növények, algák,

• Króm (Cr)- magasabb rendű állatok

• Kobalt (Co)-kérődzők, N-fixálók,

• Fluor (F)-csont és-fog-képződés

• Jód (I)-magasabb rendű állatok,

• Szelén (Se)-magasabb rendű állatok

• Szilícium (Si)-magasabb rendű állatok,

• Vanádium (V)-tüskébőrűek, algák

Néhány kiemelt csoport számára esszenciális elemek

2012.11.20.

8

4. Oxigén és szén-dioxid, mint forrás

Oxigén, mint forrás

Növények és állatok számára egyaránt fontos

limitált forrássá válhat vízi élettérben:

diffúziója

alacsony oldhatósága miatt (oldhatósága a víz hőmérsékletének emelkedésévek csökken)

Alacsony diffundálásához a vízi szervezetek

alkalmazkodása:

Vízben oldott oxigén felvétel

(halak, rákok)

Légköri oxigén felvétel

(kétéltűek, vízi poloskák)

Szén-dioxid, mint forrás

• növényi élet számára nélkülözhetetlen,

• légkörből nyerhető,

• Nem limitáló a növényi élet számára

• Átlag koncentrációja emelkedő tendenciát mutat üvegházhatás

A légkör szén-dioxid készleteire ható tényezők vázlata ( Kobak nyomán)

juvenilis (vulkáni tevékenység) 0,09% erdő-és sztyepp- tüzek 0,38% tüzelőanyagok 3,08% növényi légzés és lebomlás 56,1% talajlégzés 38,0% emberi és állati légzés 1,6%

bemenet kimenet

LÉGKÖR

Szén-dioxid

készlete

0,09 %

szilikátok mállása

40,6 %

szárazföldi fotoszint.

59,3 %

tengerek (elnyelődés fotoszint.)

2012.11.20.

9

5. Más szervezetek, mint források

Élőszervezetek:

Napfény v. kémiai energia segítségével szervetlen forrásokból szerves vegyületeket (fehérjéket, szénhidrátokat) hoznak létre. (zöld növények, egyes baktériumok).

Fogyasztók (konzumensek), energia dús forrásokat igényelnek fennmaradásukhoz.

Autotróf Heterotróf

Néhány fontosabb szervezet

Szaprofág szervezetek Elpusztult állatok és növények maradványaival, ill. más

szervezetek szekréciós anyagaival táplálkoznak (baktériumok,

gombák, detritivor állatok).

Predátor szervezetek Élő szervezetekkel, vagy élő szervezetek valamely részével

táplálkoznak. A valódi predátorok megölik zsákmányaikat.

Parazita szervezetek Élősködés. Növényeknél, állatoknál egyaránt előforduló predáció

forma. A fogyasztó rendszerint nem öli meg prédáját.

Növényevő/Herbivor szervezetek

Generalista és Specialista szevezetek

Generalista (polifág) szervezetek Táplálék forrásaik változatosak, azt az

alternatív forrást, ill. zsákmányt választják, amely elérhető számukra

Specialista (monofág) szervezetek Rendszerint egy meghatározott forrásuk,

illetve zsákmányuk van (koala-eukaliptusz levél).

A tér, mint forrás

Akkor válhat limitálttá, ha az élőlények fizikai elrendezése olyan szoros, hogy egy másik egyed jelenléte gátolja valamilyen tevékenység végrehajtását viszonylag ritkán következik be.

Átvitt értelemben limitál azzal, hogy magába foglalja mindazon forrásokat, melyek az élőlény számára fontosak, és ezekhez a térben kell hozzáférni.

2012.11.20.

10

Források osztályozása

Zéró-növekedés:

• forrástól-függő zéró-növekedési IZOKLINEK-et veszünk fel

• IZOKLINEK: 2 v. több tényező által meghatározott görbék, melyek mentén a pop. méret vagy más pop. paraméter, a fejlődés és növekedés sebessége mindenütt azonos.

• Maga a zéró-növekedés a változás hiányára utal.

Források csoportjai

Esszenciális Helyettesíthető

források források Nem helyettesíthetőek,

abszolút igény van rájuk.

Pl. növényeknél K és N.

•teljes mértékben helyettesíthetők

•kiegészítő források

•antagonisták

•gátló hatású források

R1

R2

A

B

C

Teljes mértékben helyettesíthető

Egyik forrás átveheti a másik funkcióját (pl. oroszlán→ gnú v.zebra).

Ez nem jelenti azt, hogy azonos mennyiség szükséges belőlük

R1

R2

A B C

Kiegészítő források

Együttesen kevesebb szükséges, mint külön-külön ( bab és rizs együttes fogyasztása→ fehérjék hasznosítása 40%-kal nő).

A B C

R2

R1

2012.11.20.

11

Antagonista források

Ha a növekedéshez a két anyagból együttesen több szükséges, mint külön-külön v. két anyag együttes fogyasztása nagyobb metabolikus ráfordítást igényel.

Pl. egyes hüvelyesek magjában lévő aminosavak együttes lebontása rovarlárvától több energiát igényel, mintha csak külön-külön fogyasztaná őket

R2

R1

A B C

Gátló hatású források

A szükségesnél nagyobb mennyiségben kerül

fogyasztásra

(pl. növények számára a→ fény).

R2

R1

A

B

Grinnel (1917)

•a niche az adott populáció által elfoglalt teret jelenti

•a későbbiekben a populáció szerepét és státuszát értette a niche fogalmán, innen származik a térbeli niche fogalma, amely nem vált széleskörűen elfogadottá

Elton (1927)

• a niche egy szervezetnek a közösségben elfoglalt funkcioális helye

• az állatfaj egy társulásban elfoglalt helyét jelenti, azzal összhangban, hogy milyen szerepe van a közösségben, milyen a viszonya a táplálékhoz, ragadozóhoz

•teoriáját trofikus niche-ként értelmezték

A niche fogalom értelmezésének történeti áttekintése

Odum (1960)

•Elton funkcionális fogalmából indult ki

•a niche egy szervezetnek a közösségen és ökoszisztémán belül elfoglalt pozíciója, amely a szervezet

-strukturális adaptációjának,

-fiziológiai válaszainak és

-öröklött vagy tanult magatartásának eredménye.

2012.11.20.

12

Hutchinson (1957)

•modern niche-koncepciót fogalmazott meg

•a niche-t soktényezős (multidimenzionális) hipertérnek tekinti

•a hipertér magába foglalja a populáció valamennyi kölcsönhatását az élő és élettelen környezete között

•ebben a megfogalmazásban már topológiai térről van szó

Két dimenziós ábrázolás áttekintése a niche fogalom megértéséhez

P (x, y)

x

y

Az ökológiai értékek

értelmezésének helye

A pont helyének megadása x, y koordinátákkal két dimenzióban

Három dimenziós ábrázolás áttekintése a niche fogalom megértéséhez

z

y

x x

y

z

P (x, y, z)

•a P térbeli pont helye a 3 tengelytől mért valós távolsággal P (x, y, z) megadható

•a topográfiai térbe a hosszúság, szélesség, magasság tartozik

•a 3. dimenziót a z tengelyen mérjük

•további tengely felvételével a topológiai térbe lépünk

A hutchinsoni niche értelmezése

•a niche biotikus és abiotikus tényezők olyan kombinációja, amelyeknek szélső pontjait az adott szervezet tolerancia-határai jelölik ki

•a niche fogalmát n-dimenziós hipertérként értelmezte, melynek minden egyes dimenziója egy-egy hatótényezőnek felel meg

2012.11.20.

13

Egy (a) és kettő (b)niche dimenzió grafikus megjelenítése

a) hőmérséklet, mint hatótényező

b) hőmérséklet és páratartalom, mint hatótényező

hőmérséklet

pár

atar

talo

m

Három niche dimenzió grafikus megjelenítése

hőmérséklet, mint hatótényező

pá

rata

rta

lom

, min

t h

ató

tén

yez

ő

Levins (1968)

•a niche egy rátermettségi mérték a környezeti térben,

•egy társulásban stabil egyensúly csak úgy lehetséges, ha az

N populáció alkotta közösséget legalább N-nel egyenlő számú

r korlátozó tényező (forrás, ragadozó) szabályozza, vagyis

N<r.

Ökológiai niche 1.

MTA Ökológiai Bizottság megfogalmazása szerint:

A populációk vagy populációkollektívumok együttélésének elvont értelmezésére szolgáló fogalom.

Milliőtér: egy adott populációra v. pop.kollektívumra vonatkozóan a toleranciasajátosságoktól függően egy ökológiai helyzet (ökostátus) adható meg , a környezeti tényezők egy adott kombinációjában.

2012.11.20.

14

Ökológiai niche 2.

Az ökostátus a ténylegesen ható környezeti tényezőkből, mint koordinátákból képzett absztrakt n-dimenziós attributum-tér olyan része, amelynek értékeinél a pop. v. pop.kollektívum egyedei bizonyos valószínűséggel túlélni és szaporodni képesek.

Grafikusan az ökostátust reprezentáló ponteloszlás –függvényekkel történő jellemzésének eredményeként kapjuk egy adott pop. v. pop.koll. nich-ét.

Fundamentális és realizált niche

Fundamentális niche:

az a ponteloszlás, amely a pop. v. pop.koll.

potenciális helyzetét írja le a milliő-térben.

Realizált niche:

az a függvényekkel jellemzett ponteloszlás,

amellyel a pop. v. pop.koll. helyzete a

milliőtérben egy adott esetben valóban

(aktuálisan) jellemezhető.

növekvő forrástengely

forr

ásh

asz

no

sítá

s m

érté

ke

1. faj 2. faj

niche-szélesség

niche-fejlődés

a niche-csúcsok távolsága

Két faj forráshasznosításának ábrázolása Ábra magyarázat

•egy populáció által a táplálékból hasznosított rész, a többi niche-tényezőből kiemelve, a koorditánának az x tengelyén van ábrázolva ez a niche-tengely

•az eloszlási görbének a szélessége az adott tényezőre vonatkozó niche-szélesség

•a görbe csúcspontja a niche-csúcs

2012.11.20.

15

A niche leírásakor 3 adat kiemelendő

• niche-szélesség: megmutatja, hogy az adott populáció a

forráskontinuum mely szakaszát hasznosítja

• niche-görbe: alakja, a birtokba vett forrásszakasz

kihasználásának mértékére jellemző

• optimumpont:a forráshasznosítási görbe csúcsa

Niche szegregáció I.

Lamprey megfigyelése a Tarangire rezervátumban

14 faj nichének szegregálódását írta le

3 élőhely típust vizsgált:

- nyílt füves puszta

- ligeterdő

- zárt erdőség

Feltevés: 8 faj azonos niche-t foglal el, viszont nem volt konfliktus a táplálék forrást illetően.

Magyarázat: rendelkezésre álló források felosztása,

niche szegregáció

Niche szegregáció bizonyítékai a vizsgálat során

mindegyik fajpop. egyedei más-más növény fajt fogyaszt,

ha ua.-t a fajt fogyasztják, annak más-más részét eszik meg,

különböző magasságú részeit fogyasztják a növényfajoknak,

különböző időpontban történik ua. fajnak a fogyasztása,

azonos évszakban különböző területeken legelők is voltak a fajok között.

A fenyőfa táplálékszerzési szintenkénti felosztása, a niche szegregáció példája, Osche után

feketerigó gyepszintből táplálkozik

fakusz a kéreg ízeltlábúit eszi

királyka gallyak közti rovarokat fogja meg

harkály törzsben élő rovarok

keresztcsőrű magvakkal él

örvös légykapó csúcs közeli rovarokat ejt el

2012.11.20.

16

Az előadáshoz felhasznált szakirodalmak

Majer József: Bevezetés az ökológiába.

DIALÓG CAMPUS KIADÓ, Budapest-Pécs

37-43., 50-61. oldal

Szentesi Árpád, Török János: Állatökológia, Egyetemi jegyzet

Kovásznai Kiadó, Budapest

3-28. oldal

Michael Begon, Colin R. Townsend and John L. Harper: ECOLOGY, From individuals to Ecosystems. Fourth Edition

Blackwell Publishing

58-89.