Ekologie (vztahy v přírodě)

Příroda sestává ze živých i neživých složek. Mezi živé složky přírody patří organizmy: rostliny, živočichové, houby, mikroorganizmy aj. Mezi neživé složky přírody náleží např. vzduch, voda či horniny a minerály (nerosty). Půda sestává jak ze živých součástí (organizmy, které zde žijí), tak z neživých (úlomky hornin, humus, voda, plyny aj.).

Ucelené součásti přírody se označují jako ekosystémy. Ekosystémy lze rozdělovat např. na suchozemské (les, louka) a vodní (rybník, jezero). Velké a dlouhodobě stálé ekosystémy se označují jako biomy.

Ekologie se zabývá vztahy v přírodě. Zkoumá vztahy mezi organizmy navzájem i mezi organizmy a prostředím. Termín ekologie často bývá nesprávně používán pro ochranářské aktivity a tvorbu životního prostředí. Nejde o jedno a to samé. Přehled o ekologii a souvislostech v přírodě však může být předpokladem pro ochranu životního prostředí: ví se, co a jakým způsobem chránit.

Ekosystémy

Ucelené součásti přírody se označují jako ekosystémy. Ty obsahují živé i neživé složky.

Přirozené ekosystémy vznikají (víceméně) bez zásahu člověka (např. tropický deštný les, korálové útesy, přirozený lesní porost). Naopak umělé ekosystémy musí člověk udržovat a dodávat do nich energii (např. hnojení, orba a osévání pole, sečení či spásání louky). Bez zásahu člověka by se umělé ekosystémy postupně změnily v přírodní.

Ekosystémy jsou různě stabilní, neboli snášejí jen určitou míru narušení. Postupně se vyvíjejí, to se označuje jako sukcese (např. hromada zeminy postupně zaroste bylinami, keři, nastěhují se sem živočichové aj.). V ekosystémech může být různá biodiverzita neboli různorodost skupin/druhů organizmů.

Pro ekosystémy je důležitá i přítomnost „mrtvé“ organické hmoty: např. staré dřevo či výkaly živočichů poskytují podmínky pro život množství organizmů a podílejí se na koloběhu živin.

Organizmy a jejich prostředí

Organizmy jsou přizpůsobené na určité podmínky (adaptace) a snášejí jen jejich určité rozpětí (ekologická valence). Organizmy snášející jen úzký rozsah podmínek se považují za bioindikátory (např. mnohé lišejníky rostou jen v prostředí s čistým vzduchem).

Areál splňuje ekologické požadavky organizmu, je to území, kde se vyskytují jedinci určitých druhů. Organizmy mohou být na určitém místě původní (mít zde tzv. primární areál). Také mohou žít na místech, kde se původně nevyskytovaly (sekundární areál, např. u invazních organizmů, které se šíří na novém území a vytlačují původní druhy).

Potravní řetězce popisují, jak se látky a energie v přírodě přesouvají mezi organizmy. Obvykle mají 4–5 článků.

Na počátku potravních řetězců stojí producenti, což bývají fotosyntetizující organizmy. Díky fotosyntéze ukládají energii slunečního záření do chemických vazeb a vytvářejí organické látky bohaté na energii. Typickými producenty jsou zelené rostliny, řasy, protisté či sinice.

Producenty se živí konzumenti 1. řádu, což jsou obvykle býložraví (živící se rostlinami) či všežraví živočichové. Konzumenty 1. řádu žerou konzumenti 2. řádu (podobně dále s konzumenty dalších řádů). Na vrcholu potravních řetězců stojí masožraví vrcholoví predátoři.

Mrtvá těla všech účastníků potravního řetězce zpracovávají rozkladači (reducenti, dekompozitoři). Ti uvolňují různé látky zpět do prostředí, jsou tak k dispozici dalším organizmům. Mezi rozkladače typicky patří bakterie, houby či různí bezobratlí živočichové (např. larvy much).

Znázornění potravních řetězců je do určité míry zjednodušující: ve skutečnosti např. určitý živočich nežere jen jeden druh jiného živočicha (pro přesnější vyjádření potravních vztahů se využívají tzv. potravní sítě).

Určité látky důležité pro život podléhají složitým koloběhům (cyklům). Mezi tyto látky (prvky) patří zejména uhlík (C), dusík (N), fosfor (P) a síra (S).

Následující tabulka uvádí výskyt prvků uhlíku a dusíku a návazné procesy.

Koloběhy uhlíku a dusíku přibližují i následující schémata:

Síra (S) se uvolňuje z hornin či je spojena se sopečnou činností. V živých organizmech je součástí některých aminokyselin. Je obsažena i ve fosilních palivech. Z nich se obvykle při zpracování odstraňuje, aby se její oxidy neuvolňovaly do ovzduší.

Fosfor (P) je zásadní mj. pro rostliny. V malé koncentraci je v mořské vodě, získává se zejména z hornin (např. apatitu) či guána (trusu mořských ptáků).

Koloběh vody (\mathrm{H_2O}) je spojen se změnami jejího skupenství.

Abiotické podmínky (faktory) prostředí souvisejí s neživou přírodou. Ovlivňují živé organizmy.

Světlo

Viditelné světlo je zdrojem energie pro fotosyntézu, ale též obecně slouží k orientaci či komunikaci organizmů. Světlo organizmy vnímají světločivnými buňkami či zrakem. To u živočichů souvisí např. s přítomností určitého zbarvení (mj. výstražného či maskovacího), rostliny na své pestře zbarvené části mohou lákat např. opylovače.

Změny intenzity světla vedou u živočichů k ovlivňování biorytmů, které souvisejí např. s rozmnožováním či migrací. Životní cyklus rostlin je ovlivněn délkou dne. Organizmy mají různé nároky na světlo: živočichové se nedostatku světla (to je spojeno např. s noční aktivitou či životem v podzemí) přizpůsobili např. odrazivou vrstvou za sítnicí, zvětšením očí, světélkováním (bioluminiscencí) či naopak nahrazením zraku jinými smysly.

UV záření má kratší vlnové délky a větší energii než viditelné záření, ničí proteiny a nukleové kyseliny. Organizmy se UV záření či nadbytku viditelného světla mohou bránit pomocí pigmentů (např. melanin u živočichů, karotenoidy u rostlin). U živočichů a hub je určitá míra UV záření nezbytná pro vznik vitaminu D.

Teplota

Teplo ze Slunce na Zemi přichází hlavně ve formě viditelného světla a infračerveného záření. Teplota je dána počasím a klimatem místa, v němž organizmy žijí. Suchozemské rostliny udržují teplotu svých těl pomocí odevzdávání a vypařování vody (transpirace). Živočichové mohou být ektotermní (jejich teplota je závislá na teplotě prostředí) či endotermní (udržují si stálou tělesnou teplotu). Stálá tělesná teplota je typická pro ptáky a savce. Ti v chladnější oblastech mívají kratší tělní přívěsky, aby o teplo nepřicházeli (to popisuje Allenovo pravidlo).

Vzduch

Živé organizmy ovlivňuje chemické složení vzduchu (což je svázáno se zásadními biochemickými procesy: fotosyntézou a buněčným dýcháním), ale také jeho teplota, tlak či proudění. Rostliny vzduch využívají např. k přenosu pylu či diaspor (plodů, semen). Někteří živočichové mohou vzduchem aktivně létat, živočichové či jiné organizmy se mohou nechat pasivně přenášet (tzv. vzdušný plankton).

Voda

Voda je součástí životního prostředí, je obsažena také v organizmech samotných. Ve vodě bývají rozpuštěné minerální látky (obsah solí se označuje jako salinita) či plyny. Povrchové napětí vody někteří bezobratlí živočichové využívají k pohybu po hladině. Rostliny mohou mít různé nároky na vodu, u těch žijících v suchém prostředí mnohdy bývá vyvinuta sukulence (tvoří si zásoby vody ve ztlustlých orgánech, zabraňují ztrátám vody pomocí CAM fotosyntézy). Živočichové se dostupnosti vody přizpůsobují např. určitým množstvím potních žláz či průběhem vylučování. U živočichů pohybujících se ve vodě se v rámci evoluce nezávisle vyvíjel hydrodynamický tvar těla.

Chemické látky

Makrobiogenní prvky jsou ve velkém množství nezbytné pro život (C, H, O, N, P, S). V menším množství organizmy vyžadují prvky oligobiogenní a stopové. Přítomnost určitých chemických prvků přeneseně souvisí s kyselostí/zásaditostí prostředí (pH).

Biotické faktory souvisejí s tím, jak se živé organizmy ovlivňují navzájem.

Více jedinců určitého druhu tvoří populaci. Velikost populací je dána natalitou (porodností) a mortalitou (úmrtností). Velikosti populací mohou kolísat v čase (např. zvětšení populace kořisti vede ke zvětšení populace predátora). Růst populace je obvykle omezen podmínkami prostředí. Populace může mít určitý rozptyl (rozmístění jedinců v prostoru). Populace mohou migrovat neboli se dvoucestně přesouvat na delší vzdálenosti.

Více populací v určitém prostoru tvoří společenstvo (biocenózu). Ekologická nika je soubor všech faktorů prostředí působících na organizmus. Opuštěná ekologická nika může být obsazena jiným organizmem s podobnými nároky.

Vnitrodruhové vztahy

Vnitrodruhové vztahy existují mezi jedinci stejného druhu. Jedinci mohou napodobovat své chování, soutěžit o pohlavní partnery či si vymezovat teritorium. Konkurence vzniká zejména u větších populací, kdy jedinci bojují o zdroje.

Mezidruhové vztahy

Predace je potravní vztah, kdy predátor (dravec) zabíjí svou kořist. Mezi různými druhy organizmů může existovat i kompetice (konkurence).

Jako symbióza se v biologii označuje jakýkoli úzký mezidruhový vztah, nehledě na jeho (ne)výhodnost pro zúčastněné strany. Organizmy mohou na symbióze být zcela či částečně závislí. Dále uvádíme typy symbiózy dle výhodnosti pro zúčastněné organizmy (+ znamená výhodnost pro zúčasněný organizmus, − nevýhodnost, 0 víceméně bez ovlivnění).

• mutualizmus (+/+) – Např. rostlina a její opylovač, sasanka plášťová a rak poustevníček, člověk a jeho střevní mikrobiom.
• komenzálizmus (+/0) – Např. štírek, který je přenášený mouchou, epifytické rostliny žijící přichycené na stromech.
• parazitizmus (+/−)
  • U živočichů se rozlišují vnější parazité (např. klíště, komár sající krev) a vnitřní parazité (např. motolice, tasemnice, roup).
  • Parazitoidi zabíjejí svého hostitele, např. larvy lumka vyvíjející se v larvách pilořitek.
  • U rostlin se klasicky rozlišují poloparazité, kteří sami fotosyntetizují (např. jmelí) a berou hostiteli vodu a minerální látky. Úplní parazité (holoparazité) jsou na svém hostiteli aspoň po část života zcela závislí (např. podbílek šupinatý parazitující na kořenech rostlin, kokotice evropská jakožto stonkový parazit, hlístník hnízdák parazitující na houbách).