Jako pierwszy, termin "ekologia" wprowadził Haeckel. Ekologia jest nauką zajmującą się organizmami żywymi i otaczającym je środowiskiem oraz zależnościami między nimi występującymi. Ekologia obejmuje wszystkie żywe organizmy oraz środowisko zarówno biologiczne jak i fizyczne. Środowisko w którym żyją organizmy oddziałuje na nie poprzez występujące w nim różne czynniki. Czynniki te mogą być natury biotycznej i abiotycznej. Źródłem czynników biotycznych są organizmy żywe. Zespół czynników abiotycznych związany jest ze zmieniającymi się warunkami chemicznymi i fizycznymi w środowisku. Czynnikami abiotycznymi są :temperatura, wilgotność powietrza i podłoża, zasolenie i żyzność gleby, światło ,odczyn pH podłoża i wody oraz wiele innych.

Ekologię można podzielić na dwa działy : synekologię i autekologię. Synekologia bada interakcje dużych zespołów organizmów , np. populacji, biocenoz , z otaczającym je środowiskiem. Autekologia bada związki pomiędzy pojedynczym organizmem a otaczającym ją otoczeniem.

Najważniejsze pojęcia w ekologii.

Biosfera- obejmuje obszar , który zamieszkują wszystkie organizmy żywe, tzn. hydrosferę, atmosferę i litosferę.

Gatunek -podstawowa jednostka systematyczna. Gatunek jest zbiorem organizmów podobnych do siebie pod względem fizycznym i chemicznym, które mają zdolność do krzyżowania się między sobą i wydawania płodnego potomstwa.

Osobnik- jest pojedynczym przedstawicielem gatunku.

Populacja- stanowi zbiór osobników jednego gatunku żyjących w określonym środowisku np. populacja pstrągów określonym potoku.

Biocenoza- obejmuje grupę populacji , które zależne są od siebie pokarmowo i występują w jednym środowisku.

Ze względu na rodzaj pokarmu, jakim odżywiają się żywe organizmy dzielimy je na : producentów -rośliny, które same wytwarzają materię organiczną, konsumentów I rzędu- roślinożercy, konsumentów II rzędu- mięsożercy, konsumentów III rzędu- drapieżniki, IV rzędu- wielkie drapieżniki oraz destruenci- grzyby i bakterie wykorzystujące martwą materię jako źródło energii.

Ekosystem- stanowi go biocenoza pewnego obszaru wraz z określonym środowiskiem nieożywionym.

Biotop-stanowią czynniki abiotyczne wraz z wszystkimi osobnikami występującymi w danym ekosystemie. Te czynniki abiotyczne pozwalają na odróżnienie różnych biotopów od siebie.

Siedlisko- jest to pewna część środowiska , warunkowana poprzez czynniki związane z glebą.

Edafon- obejmuje zbiór organizmów glebożernych.

Nisza ekologiczna- obejmuje najbliższe środowisko organizmu, związane z jego licznymi potrzebami.

Czynniki antropologiczne- czynniki wywołane działalnością człowieka.

Gatunki synantropijne - gatunki które obecne są często w życiu człowieka np. szczury , niektóre owady.

Ekoton- stanowi przejściowa strefę pomiędzy dwiema biocenozami.

Gatunki endemiczne- występują w charakterystycznym dla siebie środowisku, np. kozice górskie.

Relikty -są to gatunki wymierające.

Charakterystyka populacji. Pojęcia zwiane z populacją to :rozrodczość , zagęszczenie, śmiertelność, struktura wiekowa i rozmieszczenie osobników w populacji .

Rozrodczością określa się zdolność do rozrodu wszystkich osobników populacji. Rozród zależny jest od wieku osobników oraz osiągnięcia przez nich dojrzałości płciowej. Rozrodczość obejmuje kiełkowanie, wylęganie, rodzenie i podział. Wyróżnia się rozrodczość potencjalną i ekologiczną. Rozrodczość potencjalna określa całkowitą możliwość rozrodu całej populacji i poszczególnego osobnika. Maksymalna rozrodczość nie jest z reguły osiągana, ze względu na niektóre czynniki ograniczające, np. konkurencja czy brak pokarmu. Rozrodczość ekologiczna określa rozrodczość jaka występuje w przyrodzie, czyli z uwzględnieniem czynników ograniczających.

Zagęszczenie określa liczebność populacji, podaje ile osobników przypada na jednostkę powierzchni. Zagęszczenie nie jest wartością stałą. Czynnikiem wywołującym te zmiany w ciągu roku może być zmienność pór roku występująca w klimacie umiarkowanym. Czasem wzrost zagęszczenia zachodzi w sposób cykliczny, jak ma to miejsce u niektórych owadów. Nagły przyrost ilości osobników w populacji określamy mianem gradacji. Natomiast zmiany w zagęszczeniu populacji określone są jako fluktuacje. Istnieją dwie metody obliczanie zagęszczenia. Jedna z nich- metoda bezwzględna , polega na policzeniu osobników w danej jednostce powierzchni. Liczenie osobników ułatwia ich obrączkowanie lub znakowanie. Druga metoda- względna, polega na zebraniu danych które odnosi się do jednostki czasu a nie powierzchni.

Śmiertelność jest przeciwstawna do rozrodczości i związana jest z umieraniem osobników w populacji. Czynniki wpływające na śmiertelność to m.in. głód ( brak pokarmu), choroby, starość, drapieżnictwo i kanibalizm.

Struktura wiekowa mówi o liczbie osobników w trzech kategoriach wiekowych, tzn. w wieku reprodukcyjnym, przedreprodukcyjnym i poreprodukcyjnym. W zależności od procentowego udziału tych grup wyróżniamy populacje : ustabilizowane, w fazie rozwoju lub fazie wymierania.

Rozmieszczenie osobników w populacji dotyczy ich przestrzennego usytuowania. Rozmieszczenie może mieć charakter losowy, skupiskowy i uporządkowany. Interakcje między osobnikami populacji i miedzy całymi populacjami mogą być korzystne lub niekorzystne. Jedynie naturalizm jest zjawiskiem neutralnym , którym populacje żyją w różnych niszach ekologicznych i nie wpływają na siebie w żaden sposób.

Do stosunków niekorzystnych-antagonistycznych zalicza się : konkurencję , amensalzim, allelopatię, pasożytnictwo i drapieżnictwo. Konkurencja ma miejsce , gdy populacje zamieszkują wspólne środowisko i w związku z tym muszą konkurować między sobą o dostęp światła, pokarm czy terytorium. Konkurencja miedzy zwierzętami dotyczy przede wszystkim dostępu do wody i pokarmu a także do partnera seksualnego. Konkurencja u zwierząt jest aktywna i może prowadzić do walk miedzy osobnikami. Rośliny natomiast współzawodniczą o wodę , dostęp światła i terytorium. Amensalizm jest zjawiskiem wypierania jednego gatunku wywołane aktywnością życiową drugiego gatunku. Gatunek wypierany jest neutralny dla dominującego. Allelopatia to korzystny lub szkodliwy wpływ substancji wydzielanych przez rośliny. Substancje te z reguły wydzielane są do podłoża i zahamowują lub przyspieszają wzrost innych roślin. Z tego względu alloepatię dzielimy na dodatnia np. współżycie rośliny łubinu i ziemniaka oraz ujemną, np. niekorzystna interakcja dębu ze świerkiem. Pasożytnictwo ma miejsce gdy jeden organizm żyje kosztem drugiego ale nie powoduje jego śmierci. Do pasożytów zaliczmy m.in. wirusy, niektóre bakterie i grzyby, część robaków, niektóre pierwotniaki i owady. Drapieżnictwo- jest zjawiskiem w którym osobniki jednego gatunku- drapieżniki, zabijają i zjadają osobniki innych gatunków (ofiary ). Do drapieżników należą liczne ssaki, ptaki, niektóre owady, pajęczaki, czasem też jamochłony a także owadożerne rośliny.

Do oddziaływań nieantagonistycznych -korzystnych zalicza się : mutualizm, mikoryzę, komensalizm i protokooperację. Mutualizm jest ścisłą symbiozą, czyli współpracą pomiędzy dwoma gatunkami , która daje obu stronom korzyści. Organizmy mutualistyczne są uzależnione wzajemnie od siebie, nie mogą żyć samodzielnie. Mikoryza jest szczególnym przypadkiem symbiozy w której biorą udział rośliny i grzyby. Grzyby mogące swobodnie rozwijać się na korzeniach roślin dostarczają jej odżywczych substancji organicznych. Komensalizm jest rodzajem współżycia dwóch gatunków, przy czym jeden żyje kosztem drugiego, lecz nie wyrządza swojemu gospodarzowi żadnej szkody. Protokooperacja jest zjawiskiem współpracy dwóch gatunków, gdzie obydwie strony czerpią z tego korzyści. Jednak zależność ta nie jest tak ścisła jak w przypadku mutualizmu. W protokooperacji , po ustaniu współpracy miedzy gatunkami, organizmy mogą żyć niezależnie.

Ekosystemy.

Według najprostszej klasyfikacji możemy wyróżnić ekosystemy lądowe i wodne. W skład ekosystemów lądowych wchodzą :pola, łąki, lasy, torfowiska i nieużytki rolne. Do ekosystemów wodnych zaliczamy oceany, morza, rzeki, jeziora, potoki, stawy a nawet kałuże.

Ekosystem leśny ma charakter warstwowy, wyróżniamy w nim drzewa wysokie i niskopienne, podszyt ( krzewy i zarośla ), runo leśne i ściółkę. W każdym piętrze roślinnym występują charakterystyczne dla niego gatunki zwierząt. Żywe organizmy w dany ekosystemie stanowią biocenozę. Bardzo często wiele gatunków zwierzą oraz roślin łańcuch troficzny. Łańcuchy troficzne ( pokarmowe ) dzieli się na łańcuchy spasania i detrytusowe. Łańcuch spasania ma miejsce , jeśli pierwszym jego ogniwem jest roślina zielona , natomiast w przypadku detrytusowego - martwa materia organiczna. Zapis i odczytywanie łańcucha pokarmowego może odbywać się na dwa sposoby. Zapis : zboże <-mysz <-lis<- kleszcz <-drobnoustroje określa , na które organizmy polują zwierzęta. Strzałka wskazująca na dane zwierze mówi że jest ono pokarmem dla zwierzęcia od którego ta strzałka odchodzi. Natomiast zapis : zboże-> mysz-> lis-> kleszcz-> drobnoustroje wskazuje na kierunek przepływu energii. Pokazane powyżej przykłady łańcuchów troficznych należą do łańcuchów detrytusowych.

Innym przykładem ekosystemu jest jezioro. Należy ono do ekosystemu wodnego i tworzy kilka warstw. Warstwami tymi są: litoral- warstwa przybrzeżna, pelagial ( toń wodna ), bentos ( warstwa przydenna ). W głębokich jeziorach i oceanach występuje jeszcze abysal- strefa głębinowa, rozciąga się ona od głębokości około 1000metrów w dół. Każda warstwa tego ekosystemu charakteryzuje się obecnością specyficznych gatunków.

Sukcesja ekologiczna - jest to zjawisko pojawiania się biocenozy, która wyparła poprzednią. Sukcesja zachodzi w sposób uporządkowany i nieodwracalny. Istnieją dwa rodzaje sukcesji- pierwotna i wtórna. Sukcesja pierwotna polega na wkraczaniu danej biocenozy na teren niezamieszkały przez żadną inna biocenozę. Dobrym przykładem może być sukcesja na mierzei Łebskiej. W kolejnych stadiach następuje wzrost innych gatunków roślin. W pierwszym etapie-zrost roślin pierwotnych ( sitowie ), w drugim- wzrost mchów z dominacja płonnika, trzeci etap- intensywny rozrost krzewinek typu : wrzos i wrzosiec, pierwsze drzewa nasienne ( sosna, brzoza brodawkowata ), etap czwarty- dominacja małego lasu sosnowego z runem bogatym w krzewinki i etap piąty- wilgotny bór nadmorski.

Sukcesja wtórna ma miejsce po różnego rodzaju katastrofach ekologicznych, np. pożar, wybuch wulkanu, w wyniku których uległa zniszczeniu biocenoza pierwotna. Z reguły sukcesja wtóra przebiega w szybszym tempie niż pierwotna.

Przykład sukcesji wtórnej po wyrębie żyznego lasu liściastego. Pierwszy etap: trwa od 1 do 3 lat i dominują w tym czasie rośliny jedno lub dwuletnie, np. starzec zwyczajny. Etap drugi przypada na 4 - 5 rok, charakteryzuje się wzrostem dużej ilości bylin, np. turzyca pigułkowata. Etap trzeci wypada około 6 roku , w tym czasie dominują krzewy , np. malina. Czwarty etap to już młody las liściasty a piąty jest już prawidłową biocenozą liściastego lasu.

Odpowiednie warunki klimatyczne i glebowe stabilizują ekosystem, powodując zatrzymanie sukcesji. Kierunek sukcesji jest uzależniony od tych warunków. W klimacie ciepłym przeważają gleby wapienne, natomiast w klimacie zimniejszym- gleby kwaśne. W rozprzestrzenianiu się roślin w czasie sukcesji bardzo przydatny jest wiatr , który rozsiewa nasiona roślin i zarodniki grzybów. Bardzo pomocne są także owady, niektóre ptaki i ssaki. Wiatr może także "rzeźbić" kształt drzew. Po zakończeniu sukcesji biocenoza osiąga stadium klimaksu , w którym przyrost biomasy jest stały ale zachodzi w wolnym tempie.

Obieg pierwiastków w przyrodzie.

Cykl azotowy. Azot jest bardzo ważnym pierwiastkiem biogennym. Stanowi substrat do budowy wielu istotnych związków organicznych, np. aminokwasów, białek, kwasów nukleinowych i zasad azotowych. Azot występuje w postaci cząsteczkowej w powietrzu ( około 78 % ) lecz jest on mało reaktywny- trudno ulega reakcjom biochemicznym. Źródłem przyswajalnego azotu - tlenków azotu ( NO3- ) są wyładowania atmosferyczne. Tlenki azotu są pobierane przez rośliny, które wbudowują azot w związki organiczne. Azot jest także wydalany przez zwierzęta , w postaci produktów metabolizmu białek- amoniaku, mocznika i kwasu moczowego. W uwalnianiu azotu z obumarłych szczątków organicznych biorą udział bakterie gnilne wydzielające amoniak. Amoniak jest utleniany do NO2-przez specyficzne gatunki bakterii z rodzaju Nitrosomonas oraz do NO3- dzięki działaniu bakterii z rodzaju Nitrobacter. W przyrodzie występują gatunki bakterii mające zdolność pobierania azotu atmosferycznego, należą do nich rodzaj Azotobakter i Clostridium. Żyjące w symbiozie z roślinami motylkowymi mikroorganizmy z rodzaju Rhizobium, pobierają azot atmosferyczny, z którego syntetyzują aminokwasy.

Ekologiczne formy roślin. Wielorakość form roślinnych związana jest z różnymi warunkami klimatycznymi, w których one żyją. Należą do nich hydrofity, higrofity, kserofity, mezofity, tropofity, epifity i rośliny mięsożerne.

Hydrofity to rośliny wodne, zanurzone lub pływające po jej powierzchni. Liście tych roślin posiadają aparaty szparkowe tylko na wynurzonej powierzchni blaszki, korzenie zaś są zredukowane. Typowymi roślinami wodnymi są : grążel żółty, pływacz, grzybień biały, moczarka kanadyjska, rogatek, wywłócznik oraz strzałka wodna , która wykazuje heterofilię. Higrofity- to rośliny żyjące w warunkach bardzo wilgotnych ( czasem 100% wilgotności ), typowych dla lasów tropikalnych. W warunkach klimatu umiarkowanego do roślin tych należą rośliny runa leśnego np. szczawik zajęczy i zawilec gajowy.

Kserofity to rośliny żyjące w środowisku bardzo suchym. Dzielą się ona na sukulenty i sklerofity. Sukulenty rosną w obszarach o niskich opadach atmosferycznych. Są one mięsiste i soczyste, wskutek gromadzenia dużych zapasów wody. Należą do nich przede wszystkim kaktusy. Sklerofity również rosną w terenach suchych , lecz mają one skórzastą sztywna budowę. Nie gromadzą w tkankach dużej ilości wody, lecz zapobiegają jej stratom poprzez regulacje procesów transpiracji. Mezofity są grupa pośrednią pomiędzy roślinami wodnymi a roślinami terenów suchych. Rosną przede wszystkim w klimacie umiarkowanym, wilgotnym. Tropofity są roślinami charakterystycznymi dla klimatu zmiennego umiarkowanego. Zmiany te spowodowane są następstwem pór roku. Epifity to rośliny rozwijające się na innych roślinach ( najczęściej na drzewach ) ale nie będące pasożytami np. jemioła, niektóre glony.

Rośliny owadożerne - rosną na podłożach ubogich w azot. Chwytają one owady i zjadają je w celu uzupełnienia niedoboru tego pierwiastka.