KURZUS: Környezetvédelem

MODUL: II. modul: A környezetvédelem ökológiai alapjai

5. lecke: A környezeti tényezők hatása az élőlényekre

|  | Cél: A lecke célja, hogy a hallgató a populációknak a környezeti tényezők hatására kialakult jellemzőinek megismerésével a tananyag további moduljaiban megértse és felismerje az élővilág, mint környezeti elem változásainak mozgatórugóit.
| Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha képes
| felrajzolni a fiatalodó, a stabil és az öregedő populációk korfáját, ábráról felismerni és azonosítani a túlélési program három típusát, felírni a populációk egyedszámának alakulását leíró mérleg egyenletet, felrajzolni az exponenciális és a logisztikus populációnövekedés görbéjét, és elmagyarázni a kettő közti különbséget, definiálni a környezet eltartóképességét, összehasonlítani az r-stratégista és a K-stratégista élőlények jellemzőit, felsorolni, jellemezni a populációk interspecifikus kölcsönhatásainak alaptípusait, és mindegyikre példát mondani, saját szavaival leírni a Gauze-féle kompetitív kizárás elvét, definiálni a diverzitás, a térszerkezet és a vertikális szerkezet fogalmát, megnevezni a tápláléklánc elemeit, saját szavaival elmagyarázni a szekuláris és a biotikus szukcesszió közti különbséget, saját szavaival elmagyarázni az elsődleges és a másodlagos szukcesszió folyamatát, a köztük lévő különbséget.
| Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 60 percre lesz szüksége.
| Kulcsfogalmak:
| populáció nagysága populáció sűrűsége túlélési program környezet eltartóképessége r-stratégista K-stratégista kompetíció Gauze-elv predáció parazitizmus mutualizmus kommenzalizmus amenzalizmus diverzitás térszerkezet vertikális szerkezet tápláléklánc táplálkozási hálózat producens (termelő) szervezet konzumens (fogyasztó) szervezet reducens (lebontó) szervezet aszpektus szekuláris szukcesszió biotikus szukcesszió elsődleges szukcesszió másodlagos szukcesszió.
| 1. A környezeti tényezők hatása az élőlényekre
| Elevenítse fel a 4. leckéjében az ökológiai környezeti tényezőkről tanultakat!
| Az abiotikus környezeti tényezők az ökológiai környezet élettelen fizikai, kémiai összetevői; klimatikus faktorok, talaj- és kőzettani jellemzők, domborzati viszonyok (lásd 4. lecke). Az élőlényekre nemcsak az abiotikus környezeti tényezők vannak hatással, hanem a velük egy területen élő fajtársaik (intraspecifikus kölcsönhatások) és az ott előforduló más fajba tartozó egyedek is (interspecifikus kölcsönhatások), azaz a biotikus környezeti tényezők. A kialakuló bonyolult kapcsolatrendszer szabályozza a populációk, életközösségek és végső soron az egész bioszféra működését. A környezeti tényezők hatása a populációk, társulások jellemzőin keresztül követhető nyomon.
| 1.1. A populációk csoporttulajdonságai
| Az 1. ábra segítségével jegyezze meg a populációk korfáinak három típusát! Rajzolja le ezeket jegyzetfüzetébe!
| A populációknak számos olyan tulajdonsága van, amely az egyedeken nem tanulmányozható, azaz csoporttulajdonság. Egy adott időpontban beszélhetünk a populáció nagyságáról (egyedszám) ill. adott területen a populáció sűrűségéről (denzitás). Ez utóbbi azt mutatja meg, hogy egységnyi területen vagy térfogatban hány egyed él.
| A populáció nagysága változó, a születések (natalitás), halálozások (mortalitás) száma, valamint a be- és kivándorlás (migráció) együttesen határozza meg. A populáció koreloszlását korfával jellemezhetjük (1. ábra). A korösszetétel alakulása (fiatalodó, stabil, öregedő) függ az egyedek élettartamától is. A populáció csoportjellemzői közé tartozik az ivararány is, ami szintén megjeleníthető a korfán. Változatlan környezetben a populációk a stabil koreloszlás felé tartanak. A stabil korcsoportszerkezet fajra jellemző, azt elsősorban az élőlény életmenet sajátosságai határozzák meg.
Populációk különféle korfái
1. ábra
| Tanulmányozza a 2. ábrát, és magyarázza el a 3 túlélési program és hozzá tartozó halálozási ráták közti különbséget!
| Az egyes életkorokban más-más a túlélés esélye, a túlélési program (2. ábra) fajra jellemző sajátság. Három fő (elméleti) túlélési görbe típust különböztetünk meg. Az I. típus élete nagy részében a halálozás kicsi, míg öregkorban nagy (pl. ember), a II. típus esetén állandó a halálozási ráta (pl. egyes madarak, magbank a talajban), míg a III. típusnál fiatalkorban nagy a halandóság, később kicsi (pl. halak, rovarok, tengeri gerinctelenek).
A túlélési görbék típusai.
2. ábra
| A 3. ábra segítségével értelmezze az egyedek térbeli eloszlásának 3 fő típusát!
| Az egyedek térbeli eloszlása (diszpergáltsága) azt mutatja meg, hogy a populáció tagjai hogyan népesítik be a rendelkezésükre álló teret. A populációk térbeli eloszlásának három alaptípusa a szabályos (szegregált), a véletlenszerű (random) és a csoportosuló (aggregált) eloszlás (3. ábra).
Szabályos, véletlenszerű és csoportosuló eloszlás
3. ábra
| 1.2. Populációdinamika
| Jegyezze meg a populációk egyedszámának alakulását leíró mérleg-egyenletet!
| A populáció mérete (egyedszáma) időbeni változásaival a populációdinamika foglalkozik. A populáció egyedszámának (N) alakulását diszkrét időben (nem átfedő nemzedékeket feltételezve) az általános mérleg-egyenlettel jellemezhetjük:
| N t+1 = N t +B−D+I−E
| Azaz a populáció létszáma a következő időlépésre az aktuális egyedszámhoz (Nt) képest nő a születések számával (B), csökken a halálozások számával (D), nő a bevándorlók egyedszámával (I) és csökken a kivándorlók számával (E).
| A 4. ábra és az alábbi egyenlet segítségével értelmezze az exponenciális és a logisztikus populációnövekedési görbe közti különbséget! Rajzolja meg a két görbét! Jegyezze meg a környezet eltartóképességének fogalmát!
| Ha a populáció állandó ütemben szaporodik, korlátlan exponenciális növekedésről beszélünk:
| N t+1 =R⋅ N t (azaz N t = R t ⋅ N 0 ).
| Az R a nettó szaporodási ráta:
| ha R = 1 a populáció egyedszáma nem változik, ha R > 1 (exponenciálisan) nő, ha R < 1 (exponenciálisan) csökken.
| A korlátlan növekedés természetesen egyetlen populációra sem állhat fenn tartósan. Realisztikusabb feltételezés, hogy az egyedek szaporodási üteme - és a születési és halálozási ütem is - függ az egyedszámtól (4. ábra).
Az exponenciális és a logisztikus populációnövekedés görbéje
4. ábra
| A logisztikus modell azt feltételezi, hogy az egyedszám növekedésével csökken a populáció növekedési üteme. Az élettér csak korlátozott számú egyedet képes eltartani az adott populációból. Ha ennél magasabb a létszám, akkor a halálozás üteme meghaladja a születését. Hosszútávon a populáció nagysága egy egyensúlyi egyedszámhoz közelít, amelyet a környezet határoz meg. A környezet eltartóképessége (K) azt fejezi ki, hogy az adott élőhely összesen hány egyedet képes eltartani egy adott fajból hosszú távon.
| 1.3. Életmenet stratégiák
| Az 1. táblázat segítségével jegyezze meg az r- és a K-stratégista élőlények közötti különbségeket! Keressen példákat korábbi tanulmányaiból, mindennapi életéből a két típusra!
| Egy-egy élőhely meghódítására vagy megtartására különböző stratégiák alakultak ki az evolúció folyamán, amelyeket alapvetően két csoportba sorolunk (1. táblázat). Az r-stratégista populációk a szaporodóképességüket maximalizálva időszakosan foglalják el az élőhelyeket, míg a K-stratégista populációk lényegesen kevesebb utódot produkálnak, azonban stabilabban ki tudják használni a környezet eltartóképességét.
Az életmenet stratégiák összehasonlítása
1. táblázat
| A természetes populációk között e két szélsőség között folyamatos átmenet van. Pl. az egyéves növények r stratégiájúak, ehhez képest az erdei fák K-stratégisták. Viszont az erdei fák között is vannak inkább a kontinuum r irányába állók (pl. nyár és nyírfajok: gyors növésű puhafák, amik hamar igen sok apró termést hoznak), és inkább a K végpont közelében levők (pl. tölgy, bükk: hosszú évtizedek után termőre forduló, de sokszor termő, lassú növekedésű kemény fák).
| 2. Populációk közötti kölcsönhatások
| Gyűjtse ki és jegyezze meg a populációk interspecifikus kölcsönhatásainak alaptípusait és azok jellemzőit! Keressen mindegyikre konkrét példákat korábbi tanulmányaiból, mindennapi ismereteiből! Jegyezze meg a Gauze-féle kompetitív kizárás elvét!
| A társulásokban és életközösségekben a populációk helyzetét, szaporodását döntően befolyásolják a közöttük kialakuló kapcsolatok, amelyek az egyes populációk számára lehetnek előnyösek (+), semlegesek (0) vagy hátrányosak (-). A valós társulásokban bonyolult kölcsönhatás-hálózatok működnek, amelyekben egy kölcsönhatás-típusban számos populáció vesz részt, egy adott populáció sokféle kölcsönhatástípusban szerepel egyszerre. Ha a kölcsönhatásban álló populációk egy fajba tartoznak, intraspecifikus kölcsönhatásról, ha különböző fajba, akkor interspecifikus kölcsönhatásról beszélünk. Az interspecifikus interakciók alaptípusai populáció-párokat tekintve a következők.
| (-,-) Kompetíció (versengés) esetén a korlátozott mennyiségben rendelkezésre álló források miatt a résztvevő partnerek egymás túlélő- és szaporodóképességét kedvezőtlenül befolyásolják. A Gauze-féle elv - kompetitív kizárás elve - kimondja, hogy azonos niche-ű populációk versengésben nem élhetnek tartósan együtt. (+,-) Predáció (ragadozás): olyan interakció, amelyben az egyik szervezet elfogyasztja a másikat. A zsákmány még életben van a fogyasztó támadásakor (ez elkülöníti a dögevéstől). A fogyasztó élete során több zsákmányt fogyaszt (ebben különbözik az élősködéstől). Tágabb - funkcionális - értelemben a növényevés is ide tartozik. (+,-) Parazitizmus (élősködés) esetén az egyik szervezet forrásainak jelentős részét a másik szervezetből veszi el úgy, hogy azt nem pusztítja el azonnal, bár idővel lecsökkentheti életképességét. Az élősködő élete során egy vagy néhány gazdaszervezetet fogyaszt. Parazitoidoknak nevezzük azokat a rovarokat, amelyeknél a kifejlett egyed szabadon élő (és pl. ragadozó), de petéjét egy másik élőlény testébe rakja. A lárva abban fejlődik ki, és annak anyagcseretermékeit fogyasztja, majd a bebábozódás idejére a "nevelőszülő" pusztulását okozza (pl. fürkészdarazsak és rokonaik hernyókba petéznek). (+,+) Mutualizmus (kölcsönös segítés): két populáció olyan együttműködése, amely mindkettő számára kedvező (nagyobb szaporulatához vezet és/vagy elősegíti a túlélést). Szerepe jóval nagyobb a természetben, mint azt korábban gondolták. Lehet lazább kapcsolat, amely nem igényli a két populáció egyedeinek tartós fizikai kapcsoltságát; míg a szimbiózis szoros együttélést feltételez. (+,0) Kommenzalizmus kölcsönhatás az egyik populációnak előnyös, a másikat nem befolyásolja. Típusai: asztalközösség: az egyik populáció a másik populáció aktivitása révén több tápanyagforráshoz jut (keselyűk-oroszlánok); dögevés: pl. keselyű, sakál stb., ahol (+, 0) a kapcsolat mind a dögevő és a dög, mind pedig a dögevő és a ragadozó populációja között; ürülékevés és az elhalt szerves anyag lebontása (dekompozíció) a legelterjedtebb (+,0) típusú kölcsönhatás. Bár kevésbé feltűnő, mégis rendkívül nagy élőlénysokaság vesz részt benne (gyűrűsférgek, ízeltlábúak, gombák, baktériumok stb.). mimikri (álcázás): a ragadozóját elkerülendő egy élőlény az evolúció során olyan alakot ölt, ami nagyon hasonlít egy másik fajra, amit a ragadozó kerül (pl. egyes zengőlegyek darázskülleműek). A kópiaként szolgáló populáció számára semleges, a másolónak előnyös ez a módszer (0,+). (-,0) Amenzalizmus az egyik fél számára hátrányos, a másik számára közömbös interakció. Lehet egy szélsőségesen aszimmetrikus kompetíció, vagy a növényvilágban ismert számos allelopatikus kölcsönhatás is, amikor az egyik növénypopuláció termékei (bomlástermékei, kiválasztott "méreganyagai") gátolják egy másik csírázását vagy növekedését. Egyes gombák olyan kémiai anyagokat (antibiotikumokat) termelnek, melyek baktériumölő hatásúak (baktericidek), ekkor antibiózisról beszélünk.
| 3. Életközösségek
| Jegyezze meg a diverzitás, a térszerkezet és a vertikális szerkezet fogalmát! Különítse el az 5. ábrán a trópusi esőerdők vertikális szintjeit!
| Egy életközösségben vagy biocönózisban számos növény-, állat- és mikrobiális populáció él együtt úgy, hogy viselkedéstípusaik többé-kevésbé összehangoltak. A biocönózisok nem különíthetők el élesen egymástól, kettő közötti a határzóna az ún. ökoton, ahol mindkét életközösség fajai előfordulhatnak, emellett előfordulnak olyan fajok is, amelyek egyik biocönózisra sem jellemzők. A társulások, életközösségek jellemző tulajdonságai a diverzitás és a térszerkezet.
| A diverzitás (sokféleség) a társulást alkotó populációk változatosságát fejezi ki. Minél több faj található a társulásban, annál nagyobb a diverzitás értéke, de nemcsak fajgazdagságot, hanem egyedszámbeli egyenetlenséget és életforma-gazdagságot is takar. Minden környezeti változás befolyásolja a sokféleséget, ezért a diverzitás vizsgálata sok információt ad az adott terület állapotáról. A csökkenés mindig a károsító hatásokat jelzi, fontos figyelmeztetés lehet. (Lásd még 15. lecke.)
| A térszerkezetet a társulásokat alkotó populációk térbeli elhelyezkedése jelenti. A társulásoknak meghatározott horizontális és vertikális elrendeződése van. A vertikális szerkezet a szintezettség; az egyes szintek az ott élő populációk alapján jól elkülöníthetők (5. ábra). A társulás fejlettségét a szintezettség is mutatja. A mérsékeltövi lombos erdőkben pl. öt szintet különböztetünk meg. A legmagasabb fák alkotják a lombkorona I-es szintet, az alacsonyabbak a lombkorona II-est, ezután következik a cserje-, a gyep- és a mohaszint. A horizontális elrendeződés az abiotikus faktorok alapján alakul ki. A horizontális szerkezetet a környezet populációk által érzékelt heterogenitása adja (pl. források egyenlőtlen eloszlása).
Trópusi esőerdők vertikális szintjei: mohaszint, gyepszint, alsó lombkoronaszint, középső lombkoronaszint, liánok, felső lombkoronaszint.
5. ábra
| 4. Táplálkozási hálózatok
| Gyűjtse ki a táplálékláncot alkotó különféle szervezeteket! Keressen rájuk példákat középiskolai tanulmányaiból, mindennapi életéből! Tanulmányozza a 6., 7. és 8. ábrát a tápláléklánc és a táplálkozási hálózatok megértéséhez! Gondolkozzon el rajta, hogy miért csökken az egyedszám és nő a testméret a piramison felfelé haladva!
| Az életközösségekben a táplálkozási kapcsolatok bonyolult rendszere alkotja a táplálékláncokat. A táplálékláncok a növények szervesanyag-produkciójára épülnek, a heterotróf szervezetek csak ezt tudják felhasználni. A táplálékláncon belüli szerepük alapján beszélhetünk producens (termelő), konzumens (fogyasztó) és reducens vagy dekomponáló (lebontó) szervezetekről.
| A tápláléklánc szemléletes ábrázolási módja az Elton-piramis, amely utal az egyes szintek tömeg- és egyedszámára is. Elton eredetileg növényevőkre épülő táplálékláncra írta le (6. ábra). A táplálékláncoknak több típusa ismert, a 6. ábra jobb oldalán a parazita láncot mutatjuk be.
Táplálékláncok egyedszám-piramisai
Növényevő lánc: T: termelők, N: növényevők, R: ragadozók, Cs: csúcsragadozók. Parazita lánc: G: gazdák, P: paraziták.
6. ábra
| Egy biocönózisban élő, különböző populációk tagjai a táplálkozás során különféle növényeket és állatokat fogyasztanak, és ők is több más populáció számára jelentenek táplálékot, így bonyolult táplálkozási hálózatok alakulnak ki (7. ábra). Különösen fontos az, hogy hány ponton kapcsolódnak össze az egyes táplálékláncok, a konnektivitási (kapcsolódási) pontok számától függ a biocönózis stabilitása. A táplálkozási kapcsolatok változnak, a táplálékul szolgáló és a fogyasztó szervezetek egymástól függenek, kapcsolatuk a szabályozási mechanizmusok alapja.
Egy tengeri táplálékhálózat
7. ábra
| 5. Társulások változása
| Jegyezze meg a szekuláris, a biotikus, az elsődleges és a másodlagos szukcesszió fogalmát ill. jelenségét! Tanulmányozza a 8. ábrát és az 1. képet az elsődleges szukcesszió folyamatának megértéséhez!
| Az élőlényközösségek folyamatosan változnak részben ciklikusan, részben pedig valamilyen trend szerint. Az évszakok változásával kapcsolatos szezonális ritmus az aszpektus, amely évente ismétlődik. A különböző aszpektusokat eltérő fajok megjelenése jelzi. Az aszpektusok kialakulását főleg a fény- és hőmérsékleti viszonyok határozzák meg. A szabályos ciklikus változások mellett megfigyelhető a közösségek szabálytalan fluktuációja (ingadozás) is, ami az egyes évek eltérő időjárásának vagy egyes biotikus kölcsönhatásoknak (pl. kártevők elszaporodása) tulajdonítható.
| A növénytársulások egymás után következését szukcessziónak nevezzük. Az előidéző hatás szerint beszélünk természetes és emberi beavatkozásra létrejövő szukcesszióról.
| A természetes szukcessziónak időléptéke szerint két típusa van:
| a szekuláris szukcesszió földtörténeti időskálán (ezer-millió évek) zajlik, hajtóereje a klíma változása, esetlegesen evolúciós változások (fajkeletkezések); a biotikus szukcesszió kisebb időskálán megy végbe, általában a lokális élőhelyi környezet megváltozása indukálja.
| Ha a szukcesszió az élet csíráit teljesen nélkülöző felszínen (pl. bányákból kitermelt meddőkőzet) indul el, elsődleges (primer) szukcessziónak nevezzük (8. ábra, 1. kép). Benne a betelepedésnek (kolonizáció) kiemelten fontos szerep jut, éppen ezért lassabb is, mint a másodlagos szukcesszió, amely egy korábban már élőlényközösséget hordozó, de annak pusztulásakor lecsupaszodó felszínen zajlik, ezért a pusztulást túlélő növények és állatok ill. azok kitartó képletei (a talaj magbank-készlete, hagymák, gyöktörzsek, peték, bábok stb.) játsszák a fő szerepet, a kolonizáció kevésbé fontos.
Elsődleges szukcesszió
8. ábra
Zátonyok benépesülése
1. kép

|  | Önellenőrző kérdések
| 1. Rajzolja le egy fiatalodó, egy stabil és egy öregedő populáció korfáját!
| 2. Párosítsa a túlélési görbék három alaptípusát az állításokkal! korfüggetlen, állandó halálozási ráta fiatal egyedeknek magas a halálozási rátája, a halálozási ráta a kor előrehaladtával csökken öreg korban nagy a halálozás esélye ilyen például a tengeri gerinctelenek túlélési görbéje ilyen például a szapora halak túlélési görbéje ilyen például a házikedvencek túlélési görbéje ilyen az ember túlélési görbéje ilyen például az énekesmadarak túlélési görbéje ilyen például a magok túlélési görbéje a magbankban
| 3. Írja fel a populációk egyedszámának alakulását leíró mérleg egyenletet!
| 4. Rajzolja fel az exponenciális növekedés modelljét!
| 5. Rajzolja fel a logisztikus növekedés modelljét!
| 6. Melyik modellre vonatkoznak az egyes kijelentések? A: exponenciális növekedés B: logisztikus növekedés korlátlan növekedés a növekedés üteme csökken, ahogy az egyedszám nő a növekedés üteme az egyedszámtól független konstans a modell végtelen forrást feltételez ebben a modellben meghatározott, véges készlet áll a populáció rendelkezésére az emberiség jelenlegi növekedése ilyen egy petri csészében növesztett baktériumok növekedése több hetes távlatban
| 7. Mit nevezünk a környezet eltartóképességének?
| 8. Melyik stratégiára jellemző (r vagy K)? magas a szaporodási rátájuk nagy méretűek az egyedek gyorsan növekednek az egyedek hamar ivaréretté válnak hosszú életűek ilyenek a muslicák az egyedek életükben többször szaporodnak egy szaporodás alkalmával kevés utód jön létre ilyen például a tölgyfa
| 9. Sorolja fel az interspecifikus kölcsönhatások típusait! Mindegyikre mondjon példát!
| 10. Melyik kölcsönhatásra igaz? Párosítsa az állításokat a kölcsönhatásokkal! a: amenzalizmus k: kommenzalizmus m: mutualizmus p: parazitizmus x: predáció v: versengés mindkét populáció számára előnyös (0,-) típusú az egyik populáció egyedei a másik egyedeit fogyasztják az egyik populáció tevékenységével a másik előnyhöz jut az egyik populáció egyedei a másik egyedein élősködnek a két populáció részben azonos forrásokon él, amely korlátozott mennyiségben áll rendelkezésre
| 11. Mit mond a Gauze-elv?
| 12. Definiálja a diverzitás fogalmát!
| 13. Mit értünk egy életközösség térszerkezetén?
| 14. Mit jelent életközösség vertikális szerkezete?
| 15. Melyek a tápláléklánc elemei?
| 16. Melyik fogalomra igaz? A: szekuláris szukcesszió B: biotikus szukcesszió lassú, időléptéke évezredes ilyen például egy felhagyott kaszáló beerdősülése ilyen volt például a jégkorszakok során erdőtűz után is ez játszódik le
| 17. Melyikre igaz az állítás? A: elsődleges szukcesszió B: másodlagos szukcesszió C: mindkettőre D: egyikre sem a nyers alapkőzeten alakul ki nem kell hozzá semmilyen mag vagy szaporítóképlet az első lépésben a növényzet csupán mohákból és zuzmókból áll sebessége függ az alapkőzet fajtájától ilyen játszódik el erdőtűz után a megtelepedő fajok bevándorlásból származnak az egyedek egy része helyi magbankból vagy túlélőképletekből származik