- Struktura układów ekologicznych
- Populacja (populacja biologiczna)
- Biocenoza (zespół biotyczny)
- Ekosystem (system ekologiczny, geobiocenoza)
- Biosfera (ekosfera, geobiosfera)
Biocenoza stanowi układ ekologiczny złożony z populacji wszystkich gatunków obecnych na danym obszarze; gatunki tworzące biocenozę są więc powiązane różnorodnymi zależnościami pokarmowymi (troficznymi) oraz interakcjami międzygatunkowymi.
Ekosystem jest pełnym układem ekologicznym złożonym z organizmów tworzących biocenozę (składników biotycznych) i oddziałujących na nie elementów przyrody nieożywionej (składników abiotycznych), w którego obrębie zachodzi przepływ energii oraz krążenie materii (cykle biogeochemiczne). Największy układ ekologiczny (tzw. makrosystem ekologiczny) stanowi biosfera złożona ze wszystkich ekosystemów występujących na Ziemi.
Układy ekologiczne charakteryzują się określoną strukturą i stopniem złożoności. Źródło: shutterstock
Struktura układów ekologicznych
Układ ekologiczny, określany także mianem systemu ekologicznego i jednostki ekologicznej, jest zespołem ściśle powiązanych, wzajemnie zależnych i współoddziałujących elementów przyrody nieożywionej (martwej), czyli składników abiotycznych kształtujących środowisko bytowania organizmów żywych, i elementów przyrody ożywionej (żywej), czyli składników biotycznych bytujących w obrębie nieożywionego środowiska przyrodniczego. Składniki abiotyczne przyrody obejmują atmosferę ziemską utworzoną z powietrza atmosferycznego; litosferę (skorupę ziemską) utworzoną ze skał i minerałów i stanowiącej jej powierzchniową warstwę pokrywy glebowej (pedosfery); ukształtowanie powierzchni ziemi (rzeźbę terenu); hydrosferę składającą się z wód powierzchniowych i podziemnych kuli ziemskiej oraz klimat wpływający na atmosferę, hydrosferę i powierzchniową warstwę litosfery poprzez opady atmosferyczne, nasłonecznienie, temperaturę i wilgotność powietrza, wiatry oraz ciśnienie atmosferyczne. Składniki biotyczne przyrody stanowią wszystkie organizmy żywe obecne na kuli ziemskiej (bakterie, archeowce, protisty, grzyby, rośliny, zwierzęta) tworzące zespoły organizmów połączone różnorodnymi zależnościami (biocenozy) żyjące pośród abiotycznych składników środowiska przyrodniczego.Układy ekologiczne charakteryzują się określoną strukturą i stopniem złożoności; zachodzące w ich obrębie oddziaływania, zależności, procesy i zjawiska można więc rozpatrywać na różnych poziomach organizacji życia biologicznego:
- poziomie populacyjnym – populacji stanowiącej grupę osobników jednego gatunku zamieszkującą dany obszar w tym samym czasie; zależną od tych samych zasobów środowiska i powiązaną siecią wzajemnych interakcji osobniczych;
- poziomie biocenotycznym – biocenozy złożonej z populacji wszystkich gatunków organizmów żywych występujących na danym obszarze, powiązanych zależnościami pokarmowymi (troficznymi) oraz interakcjami wewnątrz- i międzygatunkowymi;
- poziomie ekosystemalnym – ekosystemu składającego się z występujących na danym obszarze organizmów żywych (biocenozy) oraz nieożywionych składników przyrody (biotopu), w obrębie którego zachodzi przepływ energii i krążenie materii;
- poziomie globalnym – biosfery (sfery biotycznej) stanowiącej tzw. makrosystem ekologiczny obejmujący wszystkie ekosystemy występujące na kuli ziemskiej.
Układy ekologiczne, w zależności od stopnia złożoności, stanowią centrum zainteresowania oraz przedmiot badań różnych dziedzin ekologii – ekologii populacji (populacjologii), ekologii biocenoz (biocenologii), ekologii ekosystemów oraz ekologii biosfery (ekologii globalnej).
Rozmieszczenie równomierne pustynnych krzewów kreozotu (Larrea tridentata). Źródło: shutterstock
Populacja (populacja biologiczna)
Populacja (populacja biologiczna), stanowiąca podstawowy układ ekologiczny, złożona jest z grupy osobników należących do jednego gatunku występujących na określonym obszarze (tzw. siedlisku) w tym samym czasie. Wszystkie osobniki wchodzące w skład danej populacji są więc zależne od tych samych zasobów środowiska (np. dostępu pożywienia, wody i soli mineralnych, dostępu światła, przestrzeni życiowej) i pozostają pod wpływem tych samych abiotycznych czynników środowiskowych (m.in. temperatury, nasłonecznienia, wilgotności, ciśnienia atmosferycznego lub hydrostatycznego, składu chemicznego wód, gleby i powietrza atmosferycznego, natlenienia wód, zasolenia wód i gleby, odczynu gleby, profilu glebowego). Osobniki tworzące populację krzyżują się między sobą (posiadają wspólną pulę genową) oraz oddziałują na siebie wzajemnie i osobniki należące do innych populacji tego samego gatunku za pośrednictwem różnorodnych interakcji międzyosobniczych (m.in. kooperacji, konkurencji wewnątrzgatunkowej, ustalania hierarchii socjalnej w grupie bądź zachowań terytorialnych).Populacja jest układem ekologicznym posiadającym określone cechy strukturalne wynikające z potrzeb ekologicznych danego gatunku, wpływu czynników środowiskowych bądź interakcji międzyosobniczych w populacji; i cechy demograficzne stanowiące odzwierciedlenie strategii rozrodczych osobników mających na celu przetrwanie populacji (np. momentu rozpoczęcia rozrodu, częstości rozmnażania, liczby potomstwa, inwestycji w opiekę rodzicielską). Cechy demograficzne populacji, jak rozrodczość i śmiertelność, zależą w dużej mierze od czynników środowiskowych (np. dostępu pokarmu) oraz oddziaływań wewnątrz- i międzygatunkowych (np. konkurencji, drapieżnictwa). Cechy strukturalne populacji obejmują zagęszczenie (liczbę osobników przypadającą na jednostkę powierzchni), które wynika z cech demograficznych populacji i migracji osobników między populacjami; rozmieszczenie (przestrzenny rozkład osobników w populacji) warunkowane dostępem określonych zasobów środowiska bądź obecnością interakcji gatunkowych (np. kooperacji, allelopatii, terytorializmu); strukturę wiekową (udział osobników młodych i dorosłych) oraz strukturę płci (udział samic i samców).
Biocenoza (zespół biotyczny)
Biocenoza (zespół biotyczny) jest układem ekologicznym złożonym z populacji wszystkich gatunków organizmów żywych (składników biotycznych) współwystępujących na określonym obszarze, który wraz z abiotycznymi składnikami przyrody (tzw. biotopem) tworzy bardziej złożony układ ekologiczny, określany mianem ekosystemu (systemu ekologicznego). Gatunki tworzące biocenozą wykazują przystosowania do panujących na danym obszarze warunków środowiskowych i powiązane są ze sobą za pośrednictwem różnych zależności pokarmowych (troficznych) i interakcji międzygatunkowych. Organizmy żywe mogą pełnić w biocenozie rolę producentów pierwotnych (rośliny, glony, protisty autotroficzne, fotosyntetyzujące bakterie zielone i purpurowe, sinice), konsumentów I, II i III rzędu (zwierzęta, heterotroficzne protisty) i destruentów (reducentów) (bakterie, grzyby); organizmy te tworzą złożone łańcuchy i sieci pokarmowe (troficzne) określające strukturę troficzną biocenozy oraz warunkujące jej trwałe i stabilne funkcjonowanie. Cechą charakterystyczną biocenozy są również zachodzące w jej obrębie oddziaływania międzygatunkowe – antagonistyczne, neutralne i nieantagonistyczne (np. konkurencja, drapieżnictwo, pasożytnictwo, allelopatia, symbioza, komensalizm).Biocenoza stanowi układ ekologiczny charakteryzujący się dużą różnorodnością gatunkową, na którą składa się bogactwo gatunkowe (liczba gatunków współtworzących biocenozę) oraz względna liczebność gatunków (udział liczebności osobników każdego gatunku w łącznej liczbie osobników wchodzących w skład biocenozy). Bioróżnorodność biocenotyczna jest warunkowana głównie przez panujące na określonym obszarze warunki środowiskowe (np. nasłonecznienie, ilość i rozkład opadów atmosferycznych), położenie geograficzne, historię ewolucyjną, stopień zróżnicowania środowiska (występowanie licznych nisz ekologicznych), antagonistyczne oddziaływania międzygatunkowe (np. konkurencję), obecność gatunków dominujących i kluczowych (zwornikowych) oraz częstość występowania zdarzeń losowych (np. pożarów, osuwisk, wybuchów wulkanów). Różnorodność gatunkowa biocenozy wpływa na większą produkcję biomasy i wyższą odporność tego układu ekologicznego na zaburzenia pojawiające się w jej najbliższym otoczeniu (np. inwazje gatunków obcych).
Obieg azotu w ekosystemie. Źródło: shutterstock
Ekosystem (system ekologiczny, geobiocenoza)
Ekosystem (system ekologiczny, geobiocenoza) jest pełnym układem ekologicznym złożonym z organizmów żywych tworzących biocenozę (składników biotycznych) oraz oddziałujących na te organizmy i ściśle z nimi powiązanych elementów przyrody nieożywionej, czyli biotopu (składników abiotycznych), w obrębie którego zachodzi przepływ energii i krążenie materii (cykle biogeochemiczne). Organizmy tworzące ekosystem powiązane są za pośrednictwem złożonych zależności troficznych (pokarmowych) (łańcuchów i sieci pokarmowych) i różnych interakcji wewnątrz- i międzygatunkowych o charakterze antagonistycznym, neutralnym oraz nieantagonistycznym. Funkcjonalny element ekosystemu stanowią występujące w jego obrębie organizmy żywe pełniące rolę producentów pierwotnych (np. rośliny), konsumentów I rzędu (organizmy roślinożerne) oraz II i III rzędu (organizmy drapieżne) bądź destruentów (reducentów) (bakterie, grzyby). Element abiotyczny ekosystemu stanowi pula pierwiastków chemicznych zmagazynowana w związkach nieorganicznych i martwej materii organicznej. Zależności i oddziaływania występujące pomiędzy elementami ekosystemu w połączeniu z mechanizmami regulacyjnymi warunkują znaczną stabilność tego układu ekologicznego.Ekosystem jest układem ekologicznym, w którym zachodzi nieustanny przepływ energii oraz ciągłe krążenie pierwiastków i związków chemicznych pomiędzy biotycznymi i abiotycznymi składnikami przyrody (biocenozą i biotopem). Energia słoneczna docierająca do ekosystemu absorbowana jest przez producentów pierwotnych (np. rośliny) i przekształcana w procesie fotosyntezy w energię chemiczną magazynowaną w związkach organicznych. Stanowi ona źródło energii dla konsumentów I rzędu (roślinożerców) i żywiących się nimi drapieżników (konsumentów II i III rzędu). Energia ta wykorzystywana jest przez zwierzęta do napędzania wszystkich procesów życiowych, zaś jej pozostała część ulega rozproszeniu w postaci ciepła nie wracając ponownie do obiegu w ekosystemie. Prawidłowe funkcjonowanie tego układu ekologicznego zależy więc od stałego dopływu energii słonecznej. W odróżnieniu od energii pierwiastki i związki chemiczne krążą w zamkniętych cyklach biogeochemicznych. Pobierane w formie nieorganicznej przez organizmy autotroficzne, przekształcane są w złożone związki organiczne wykorzystywane jako pożywienie organizmów heterotroficznych i powracają do obiegu jako metabolity uboczne bądź produkty rozkładu martwych szczątków organicznych.
Biosfera (ekosfera, geobiosfera)
Biosfera (ekosfera, geobiosfera), jest sferą życia biologicznego (sferą biotyczną) obejmującą dolną warstwę atmosfery ziemskiej do wysokości ok. 10 km (troposferę), hydrosferę (wody powierzchniowe i podziemne kuli ziemskiej wraz z głębinami oceanów i gorącymi źródłami) oraz górną warstwę litosfery sięgającą głębokości kilku km (skorupę ziemską). Biosfera jest największym układem ekologicznym (makrosystemem ekologicznym) złożonym z wszystkich ekosystemów występujących na Ziemi i grupującym wszystkie gatunki organizmów żywych powiązanych wszelkimi rodzajami zależności pokarmowych, oddziaływań międzyosobniczych i gatunkowych. W obrębie biosfery, jako ekosystemu globalnego, odbywa się również ciągły przepływ energii (głównie energii promieniowania słonecznego i niewielkiej ilości energii pochodzącej z reakcji promieniotwórczych zachodzących w głębi Ziemi) i obieg pierwiastków i związków chemicznych w cyklach biogeochemicznych. Stabilność biosfery warunkowana jest przez mechanizmy regulacyjne (sprzężenia zwrotne) utrzymujące zjawiska i procesy zachodzące w jej obrębie w stanie zbliżonym do równowagi dynamicznej.Ekosystemy lądowe występujące na obszarach kuli ziemskiej odznaczających się zbliżonymi warunkami klimatycznymi (m.in. temperaturą powietrza, stopniem nasłonecznienia, ilością opadów atmosferycznych, rozkładem opadów w ciągu roku) grupowane są w większe układy ekologiczne (jednostki ekologiczne) określane mianem biomów bądź formacji biotycznych. Biomy stanowią fragmenty biosfery wyróżniające się typowymi warunkami środowiskowymi (abiotycznymi i biotycznymi) determinującymi wykształcenie się charakterystycznej pokrywy glebowej i szaty roślinnej oraz występowanie określonych gatunków zwierząt. Biomy lądowe obejmują ekosystemy leśne (np. wilgotne lasy równikowe, lasy podrównikowe zrzucające liście w porze suchej, lasy i zarośla twardolistne, lasy liściaste strefy umiarkowanej zrzucające liście na zimę, borealne lasy szpilkowe – tajga), ekosystemy trawiaste (np. stepy, sawanny), ekosystemy pustynne (np. pustynie i półpustynie gorące, pustynie i półpustynie chłodne), ekosystemy polarne (np. tundra) oraz ekosystemy wysokogórskie (np. paramo).
Rozmieszczenie biomów lądowych. Źródło: shutterstock
Bibliografia
- Jane B. Reece, Lisa E. Urry, Michael L. Cain, Steven A. Wasserman, Peter V. Minorsky, Robert B. Jackson; “Biologia Campbella ”; Dom Wydawniczy Rebis, Poznań 2020. ;
- Eldra Pearl Solomon, Linda R. Berg, Diana W. Martin, Claude A. Villee; “Biologia ”; Multico Oficyna Wydawnicza, Warszawa 1996.;
- Michael Begon, Colin R. Townsend, John L. Harper; “Ecology: From Individuals to Ecosystems”; Wiley-Blackwell, 2006.;
- Charles J. Krebs ; “Ekologia. Eksperymentalna analiza rozmieszczenia i liczebności”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2011.;
- Aulay Mackenzie, Andy S. Ball, Sonia R. Virdee; “Ekologia. Krótkie wykłady”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2015.;
- Grażyna Łabno ; “Ekologia. Słownik encyklopedyczny ”; Wydawnictwo Europa, Warszawa 2006;
- Zdzisława Otałęga (red. nacz.); “Encyklopedia biologiczna T. I, II, III, VII, VIII”; Agencja Publicystyczno-Wydawnicza Opres, Kraków 1998-1999.;
- F. Stuart Chapin III, Pamela A. Matson, Peter Vitousek ; “Principles of Terrestrial Ecosystem Ecology ”; Springer New York, 2011.;
- promil
