kolgiai rendszerekEgy organizmus szervei, sejtjei egymssal szoros sszefggsben alaktjk az egyed letmkdseit. Az egy helyen l fajok egyedei kztt bonyolult kapcsolatrendszerek vannak. Elssorban a tpllkozsi kapcsolatok teszik lehetv egyes elemek krforgst.

A rendszerek komponensei az alkotelemek s az elemek kztt lejtszd folyamatok. A rendszer valamilyen formban kapcsolatban ll krnyezetvel. Anyagok, energia, informci jutnak a krnyezetbl a rendszerbe (input), a rendszer ezeket outputt alaktja.

nylt rendszer: anyag s energiacsert folytat krnyezetvel zrt rendszer: csupn energiacsere Az l rendszerek ltalban nylt rendszerek, lland energia s anyagbevitelre szorulnak krnyezetkbl a fennmaradsukhoz. Az l rendszerek tovbbi jellemzje a feedback (visszacsatols), az nszablyozs szksges felttele. Negatv feedback a folyamat eljelt megvltoztatja, a pozitv feedback a folyamatot ersti (cskken folyamat tovbbra is cskken, nvekv folyamat n).

A rendszerelmlet tudomny alaptjnak Ludwig von Bertalanffy magyar szrmazs biolgust tartjk. Az ltalnos rendszerelmlet szerint a Fld egy egymssal klcsnsen sszefgg rendszerekbl ll holisztikus (egysgesen mkd) rendszer. Hasonl megkzelts kpezi a Gaia hipotzis alapjt, amely szerint a Fld egy egysges l organizmus (a grg mitolgiban Gaia a Fldanya).

A modern kolgia a rendszerszemllet bevezetsvel alakult ki.

Szervezdsi szintek Az l rendszerek hierarchikus szervezdsek, tbb egymsba pl rendszerbl plnek fel. Pl. az l egyedek szervezdse: atomok, molekulk, sejtek, szervezet rendszertani hierarchia: populci, faj, nemzetsg, csald, rend, trzs kolgiai hierarchia: populci, biocnzis, koszisztma,

osztly,

bioszfra

Alapfogalmak s alapelvek Krnyezet s biotp Krnyezetnek nevezik mindazon fizikai s biotikus tnyezk egyttest, amelyek egy l rendszer mkdst valamilyen mdon befolysoljk. Az l rendszer mkdst befolysol egyes tnyezk a krnyezeti tnyezk. Biogn (l) s abiogn (lettelen) krnyezeti tnyezket klnbztetnek meg, amelyek szoros klcsnhatsban llnak egymssal. abiogn krnyezeti tnyez pl. a hmrsklet, a fny, a nedvessgtartalom, amelyet viszont a biogn tnyezk pl. nvnyzet, nagymrtkben befolysolhatnak.

Az a fizikai tr, amelyben egy populci l s a krnyezeti tnyezk rendszere, amelyek befolysoljk, kpezik a populci habitat-jt vagy lhelyt.

A krnyezeti tnyezk a kvetkez csoportokba sorolhatk: Kozmikus krnyezet (napsugrzs, kozmikus sugrzsok, kozmikus por, Hold vonzereje); Geofizikai krnyezet (gravitci, a Fld forgsa, mgneses tere, tektonikja, fldkreg sszettele s struktrja); Klimatikus krnyezet (hmrsklet s csapadk eloszlsa); Orogrfiai krnyezet (felszni formk); Edafikus krnyezet (talaj szerkezete s sszettele); Hidrolgiai krnyezet (vz jelenlte, hozzfrhetsge); Geokmiai krnyezet (a szubsztrtum (aljzat) vzben oldd elemei s vegyletei); Biocnotikus krnyezet (llnyek); Biokmiai krnyezet (l szervezetek ltal kibocstott anyagcseretermkek, amelyek ms llnyeket befolysolnak)

LIEBIG fle minimum trvny

Egy szervezet hozamt vagy biomasszjt az a tpanyag vagy erforrs hatrozza meg, amely a legkisebb koncentrciban van jelen az illet szervezet szksgleteihez viszonytva.

A tolerancia elveSHELFORD tolerancia trvnye Ahhoz, hogy egy llny letben maradjon egy adott krnyezetben, minden krnyezeti paramter az illet egyed trshatra kztt kell maradjon. Ha brmely paramter meghaladja a maximlis vagy minimlis trshatrt, az illet szervezet elpusztul.

Tovbbi elvek trsulnak a tolerancia elvhez: Egy organizmus szles tolerancival rendelkezhet bizonyos tnyezvel szemben, mg szk tolerancival egy msik tnyezvel szemben. Azok az organizmusok, amelyek minden tnyezvel szemben szles tolerancival rendelkeznek, a legelterjedtebbek. Amikor egy bizonyos tnyez nem optimlis, a tolerancia szkl ms tnyezkre nzve is.

Pl. ha a talaj nitrogntartalma limitl, a szrazsggal szembeni tolerancia cskken. A trshatrok s az optimum tartomny egy fajon bell vltozik fldrajzi fekvs szerint. A helyileg alkalmazkodott vltozatokat kotpusnak nevezik.

Szervezdsi

szintek

A faj (latin species=flesg, fajta) az llnyek alapvet szervezdsi szintje, azon llnyek csoportjt jelenti, amelyek genetikailag elgg hasonlk egymssal ahhoz, hogy szaporodskpes utdokat hozzanak ltre. A faj egy adott terleten s idben populci formjban jelenik meg. A populcik elszigeteldse s kln utakon val fejldse az evolci egyik lehetsges mdja. Azonos fldrajzi terleten elfordul kt vagy tbb klnbz faj populcija kzssget, biocnzist hoz ltre. A populci s a biocnzis llnyekbl pl fel. A biocnzis az t krlvev fizikai tnyezkkel (biotp) alkotja az koszisztmt, amely tbb kevsb nll anyag s energia krforgssal rendelkezik. Bolyg szinten az koszisztmk sszessge alkotja a bioszfrt, amely magba foglalja az sszes llnyt, a talajt, vizeket, lgkrt.

A fajok jellemzi

Populcik kztti kapcsolatokHabitat s niche Egy organizmus, populci fizikai elfordulsi helye a habitt (lhely). Egy llny elfordulsi helynek lersakor beszlhetnk nyltvzi, vzparti, vzfenki, fves, erdei lhelyrl. A niche (e. nis) egy fajnak adott letkzssgben elfoglalt helyt illetve funkcijt jelli. Interspecifikus kapcsolatok A termszetben a klnbz fajok populcii kztt sokfle kapcsolat ltezik, amely a populcik egyedszmt tekintve lehet elnys, htrnyos vagy semleges egyik vagy mindkt fajra. Egyes esetekben, mint amilyen a mutualizmus s a kommenzalizmus, egyik fajnak sem kros a kapcsolat. A mutualizmus mindkt faj szmra elnys kapcsolatot jelent, pl. a gymlcsterm s nektrtermel nvnyek s a termst terjeszt illetve beporzst biztost llatfajok kztt.

Ms tpus klcsnhatsok negatvan hatnak az egyik vagy mindkt rsztvev fajra. Az interspecifikus kompetcit (versengs) az vltja ki, hogy bizonyos erforrs korltozott mennyisgben van jelen. A kt faj kztti versengs eredmnye lehet kompetitv exkluzi (kizrs), amikor az egyik (versenykpesebb) faj kiszortja a msikat. Mg a kompetci mindkt fajra negatv hatssal van, a predci csak az egyik faj szmra kedveztlen. Az olyan llatok, amelyek ms llatokkal tpllkoznak, mint az oroszln vagy a szncinege, ragadozk (predtorok), tpllkuk pedig a zskmnyllat. A zskmny elejtse a predci.

A parazitizmus a predci klnleges esete. A parazita szervezetek gyakran nagyon kismretek, s szoros kzelsgben lnek a gazdaszervezettel, ltalban nem puszttjk el a zskmnyt. Az ektoparazitk a gazdaszervezet kls felletn lnek (tetvek, bolhk, kullancsok, kullancslegyek), mg az endoparazitk a bels szervekben vagy a vrben (frgek, egysejtek).

A biocnzisok(populcik kzssge) vltoznak az idben, krnyezeti hatsok, eltntetik egy terlet elz vegetcijt, ezt kveten egy j benpesls jtszdik le. Ez a folyamat a szukcesszi. Csupasz szikln elszr baktriumok, algk, zuzmk jelennek meg (pionr kzssg), amelyek megvltoztatjk a sziklafelsznt, gy hogy ednyes nvnyek is megtelepednek, vgl pedig erd alakulhat ki a terleten (klimax kzssg).

Egy biocnzisban rsztvev fajok szma adja a fajdiverzitst. A terlet fldrajzi szlessge valamint izollt jellege befolysolja a fajdiverzitst. Trpusi kzssgekben pl. 600 madrfaj is lhet, mg hasonl mret sarki tundrn 20-30. Szigeteken a fajszm jval kisebb, mint a kontinensek belsejben. A biocnzisok stabilitsa, vagyis az a kpessge, hogy zavars utn regenerldik, sszefggsben lehet fajdiverzitsukkal, s a fajok kztti kapcsolatok szmval (komplexits).

A biodiverzits cskkense, fajok kihalsa korunk egyik legnagyobb krnyezeti problmja.

Az koszisztmk (biocnzis s biotpja)a bioszfra funkcionlis egysgei, heterogn felpts rendszerek, trbeli s idbeli hatrokkal. Az koszisztmban az let s krnyezete elvlaszthatatlan egysget alkotnak Az koszisztma kt alrendszert egyest, a biocnzist (biotikus) s a biotpot (abiotikus). Meghatrozott bels struktrval, bels anyagkrforgssal s biogeokmiai ciklussal rendelkezik. A funkcionlis szemllet szerint az koszisztmnak ngy f komponense van: abiotikus anyagok (tpanyagok) termelk fogyasztk s lebontk. a fauna sajtossgai sszefggsben vannak a flra sajtossgaival.

A biocnzis fajsszettele nagymrtkben fgg a biotp krnyezeti feltteleitl.

Hasonl biotpokban hasonl fajsszettel s letformaspektrummal rendelkez biocnzisok alakulnak ki. Ez klnsen tengeri koszisztmkban rvnyes. A biocnzis befolysolja a biotpot a talaj s vz geokmiai szerkezetnek megvltoztatsval s a mikroklma mdostsval.

A vegetci gykeresen megvltoztatja a talaj kmijt. Szraz terleteken egy-egy bokorcsoport termkeny szigetet kpez, mivel sszegyjti a vizet, finom struktrj talajt s svnyi anyagokat. A Duna Delta ndszigetei termkeny talajt koncentrlnak a ss aljzaton, amelyen szrazfldihez hasonl vegetci alakul ki.

A bioszfra (koszisztmk sszessge)az lvilg legmagasabb szervezdsi szintje. Magba foglalja az sszes vztestet, a lgkrt kb. 10 km-es magassgig, a fldkreg fels rszt nhny mteres mlysgig, s valamennyi llnyt ebben a trben. A napsugrzs eloszlsa a Fldn, valamint a vz s leveg globlis ramlsa alaktja ki a nagy ghajlati veket, ezek pedig meghatrozzk az llnykzssgek sszettelt. Elssorban a vegetci ltal meghatrozott, ghajlati vek szerint strukturld nagy kzssgek a biomok. Hasonl fizikai krnyezetben megtallhat llnyek hasonl alkalmazkodst s kls megjelenst mutatnak, mg ha nincsenek is kzeli rokonsgban, mint pl. az amerikai kontinensen a kaktuszok, Afrikban a kutyatejflk.

Hasonl ghajlati krlmnyek kztt hasonl megjelens nvnyi kzssgek jnnek ltre, biomokat kpezve. A kutatk 7-15 biomot klnbztetnek meg, az tmeneti znk besorolstl fggen. trpusi eserdk szavannk sivatagok mrskelt gvi fves terletek (sztyeppek) mrskelt gvi erdk tlevel erdk (tajga) tundrk

Ezek a biomok ghajlati veknek megfelelen tbb-kevesebb szablyossggal a fldrajzi szlessg vltozst kvetik. Emellett a hegyvidken egy sajtos zonci figyelhet meg, a tengerszintfeletti magassgnak megfelelen. Ezeknek a vegetcis veknek az elrendezdse hasonlt a szlessgi vekhez. A vizekben a rendelkezsre ll fny s hmrsklet, valamint a vz mozgsainak megfelel zonci jn ltre

Trpusi gh. v: az egyenlti gh. terleten eserdk alakultak ki, nvnyekben gazdag, llatvilga szegnyes.

Szavanna: a nedves szavannkat szraz erdk bortjk, a szraz idszak fl vig tart, facsoportok s fves trszintek vltjk egymst. A fves szavannn egyltaln nincs fa.

A zonlis sivatagok nvny s llatvilga nagyon gyr, nincs sszefgg nvnytakar, kaktuszok, agav, jukka, kgy, skorpi

A termodinamika folyamattpusai: reverzibilisek azok a folyamatok, amelyekben bekvetkezett vltozsok eltnnek, ha a folyamat eljele megvltozik; irreverzibilisek azok a folyamatok, amelyekben trtnt vltozsok nem tnnek el, ha a folyamat fordtott irnyban megy vgbe. A bioszfrban minden vals fizikai-kmiai jelensg energia s anyagmennyisg nvekedssel vagy vesztssel jr, gy az kolgiai folyamatok irreverzibilisek.

A produktivits egy l rendszer kpessge:

a biomassza nvelse idelis krlmnyek kztt. A produkci adott krlmnyek kztt megvalsul biomassza nvekeds.

Elsdleges termels A fotoszintzis sorn ellltott teljes szervesanyag mennyisget brutt primr produkcinak nevezik. A tulajdonkppeni biomasszanvekeds, amely nem tartalmazza a termels ellltsi kltsgeit, a lgzs sorn elhasznlt szerves anyagot, a nett primr termels. A bioszfra teljes nvnyvilga a napsugrzs energijnak 0,16-0,18%t hasznlja fel.

Msodlagos termels A fogyaszt szervezetek az elsdleges termels sorn ellltott szerves anyagot felhasznlva sajt biomasszatermelst vgeznek, ez a msodlagos termels. A msodlagos termels mennyisgileg az elsdleges termelstl fgg, s ennek csak tredkt teszi ki. Trpusi eserdkben a msodlagos termels az elsdleges termels 1/25-t teszi ki, a heterotrf szervezetek biomasszja 1/500-1/700 rsze a fitomassznak. Ms krlmnyek kztt, pl. egyes desviz tavakban szekunder produkci meghaladhatja a primer produkcit, a tba bemosd szerves trmelk kvetkeztben. A msodlagos termels szervezdst az Elton-fle vagy szmpiramis szemllteti. E modellben a termelktl a cscsragadoz szervezetek fel haladva az egyedszm s a biomassza mennyisge cskken

TpllklncokAz anyag s energia ramlsa az koszisztmban a tpllklncon keresztl valsul meg. A legegyszerbb tpllklncok kt elembl, termel s fogyaszt szervezetbl tevdnek ssze. Leggyakrabban azonban a tpllklnc legalbb hrom elembl: termelbl, elsdleges fogyasztbl s msodlagos fogyasztbl pl fel. A trofikus lnc nem lehet vgtelenl hossz, mivel az elemek szmt korltozza a rendelkezsre ll (termel ltal ltrehozott) biomassza mennyisge. A tpllklnc hosszsga n, amennyiben bsges a tpanyagknlat. A tpllklncoknak ngy f tpust klntik el: nvnyev (herbivor) trmelkev (detritivor) bakterivor parazita tpllklncok. A tpllklncok rvn egy biocnzis valamennyi rsztvevje egy tfog tpllkhlzat rsze. Ezrt a biocnzis valamely rszt rint hatsok az egsz kzssg szintjn rezhetek, minden elem minden ms alkotelemmel (l s lettelen) sszefggsben van.

A szn krforgsa A vzgz utn a szndioxid tallhat a legnagyobb mennyisgben a lgkrben. Szn nagy mennyisgben tallhat a fldkregben svnyi energiaforrs formjban. A szerves szn krforgsa a lgkr s a felszn kztti anyagmozgst jelenti. Emberi beavatkozs nlkl a krforgs egyes llomsain ugyanannyi szn halmozdna fel, mint amennyi kibocstsra kerlne. Egy egyszer plda: egy nvny lete sorn annyi szndioxidot kt meg, mint amennyit elhalst kveten kibocst. Az svnyi energiaforrsok felsznre hozatala s elgetse arnytalan mennyisg szenet juttat a termszetes krforgsba. A szndioxid - tbblet a legnagyobb arnyban a lgkrben halmozdik fel. A szn-dioxidot megktni kpes erdsgeket (eserdket) viszont az ember folyamatosan puszttja.

A nitrogn krforgsa Minden llny szervezete tartalmaz nitrognt, fontos alkotrsze a fehrjknek s az aminosavaknak. A levegbl nitrifikl baktriumok ktik meg, (pillangsok gygrgumiban lnek) a nitrognvegyleteket a nvnyek a talajbl felveszik. A vilgegyetemben a hidrogn, a hlium s a szn utn a leggyakoribb elem. A Fldn kevsb gyakori. Elemi llapotban a leveg 78%-a, a leggyakoribb gz az atmoszfrban. A nitrognsvnyok kzl a chilei saltrom (NaNO3) fordul el nagyobb mennyisgben.

A nitrogn krforgsban a legnagyobb mennyisget a leveg tartalmazza, s a nvnyek tbbsge kptelen kzvetlenl felhasznlni. Ezt csak a talajban lak nitrognkt baktrium fajok kpesek elvgezni. A nitrogn megktsbl ammnia ammniumvegyletekk, ill. a nitrifikl baktrium hatsra nitrtokk alakul t. Ezek mr vzben oldhat s a nvnyek szmra is felvehet tpllk. A nitrifikl baktriumok az ammniumvegyletek egy rszt nitritekk, majd nitrtokk alaktjk t. A fel nem hasznlt nitrtokat a baktriumok visszaalaktjk nitritekk, majd molekulris nitrognn, amely visszajut a levegbe.

Nitrognfixci: Gz halmazllapot (atmoszfrikus) nitrogn szerves nitrognn val talaktsa. Ezt a folyamatot a talajban vagy a gykrgmkben tallhat baktriumok vgzik. Mineralizci: sszetett szerves molekulk olyan kisebb egysgekk bontsa, melyeket mr kpesek felvenni a nvnyek. Nitrifikci: Oxign pl be egy nitrogntartalm vegyletbe. Denitrifikci: Nitrogn s oxign tartalm vegyletek redukcija (oxign eltvoltsa).

Nitrogn krforgs

Nitrogn krforgsa

Szja gykrgmi

Az emberi tevkenysg hatsa a nitrogn krforgsra Nitrogn-oxid forrsok Termikus NOx, amely a leveg nitrognjnek oxidcijval keletkezik. Ftanyag NOx, amely a tzelanyagok nitrogntartalm vegyleteinek oxidcijval jn ltre. Induklt NOx, amely az tmeneti termkknt kpzd HCN oxidcijban keletkezik.

FORRS

RELATV

MENNYISG (%)

Fosszilis tzelanyagok gse Biomassza gse Villmls Sztratoszfrikus folyamatok Ammnia oxidcija Talaj kibocsts

35-40 27-40 7-8 3-4 1,5-5 5-8

A NOx kros hatsai Savas es: a lgkrben lv kn- s nitrogn-oxidok nedves kilepedse a fldfelsznre. A vizeken, talajokon az lvilgon tl (nvnyek, llatok, emberek) a mvi krnyezetet (hidak, utak, pletek stb.) is krostja. Fstkd: jelents mrtk lgszennyezanyag-kibocsts s tartsan kedveztlen lgkri hgulsi viszonyok egyttes fennllsakor kialakul jelensg. Fstkd esetn a szennyez anyagok koncentrcija a levegminsgi hatrrtket tbbszrsen meghaladja. A NOx egszsgkrost hatsai Vzben lassan olddnak, ezrt az egsz lgzrendszerben megjelennek. A NO2 mr 300 g/m3 koncentrciban maradand krosodst okozhat (td-dma). Forgalmas utak mentn a fenti rtk tzszerese is elfordulhat.

Az NO2 (CO2, SO2) talakulsa a lgkrben

A foszfor krforgsa sorn a vz a foszftokat is kioldja a kzetekbl. A nvnyek a foszfort a szervetlen vegyletek vizes oldataibl veszik fel. Az llatok a nvnyi tpllkkal jutnak hozz. Az elpusztult llnyekbl pedig a baktriumok szabadtjk fel a foszfor tartalm szervetlen vegyleteket. A talajbl kimosott foszfor az desvizeken keresztl a tengerekbe kerl. A tengerek halaiba jutva a ragadoz madarak kzvettsvel jra kikerl a szrazfldre guano formjb