tri osnovna tipa odgovora na okolišne uvjete

• UVJETI OKOLIŠA (EKOLOŠKI FAKTORI) - fizičke i kemijske značajke okoliša kao što je temperatura i vlažnost, a u vodenom okolišu osmotski tlak ili pH

• ekstremni, grubi, stresni, benigni??

Tri osnovna tipa odgovora na okolišne uvjete

S-preživljavanje; G-rast; R-reprodukcija

• OKOLIŠNI IZVORI, suprotno od uvjeta, su konzumirani od organizama za rast i reprodukciju

• hrana, svjetlost, hranjive tvari, prostor…

• razgraničenje između uvjeta i izvora jedino egzistira za određene organizme

• Organizmi su u kompeticiji za izvore u okolišu

• Biološki procesi na staničnom nivou su osjetljivi na okolišne uvjete i mogu samo djelovati unutar relativno uskog temperaturnog raspona, pH i osmolarnosti

• Održavanje relativno konstantnog ravnotežnog stanja u varijabilnom vanjskom okolišu, pri stalnom unosu, pretvorbi i iznosu tvari i energije -homeostaza

• Od najjednostavnijih organizama do najsloženijih (sisavci)

• putem fizioloških mehanizama ili pomoću strategija ponašanja (gmazovi)

EKOLOŠKA VALENCIJA – raspon tolerancije neke vrste prema određenom faktoru okoliša (temperatura, vlaga, pH, salinitet, osvijetljenost)

• Ekološki optimum (razmnožavanje u uvjetima blizu optimalnih)

• Ekološki minimum• Ekološki maksimum• Vrste sa širokom ek.valencijom (eurivalentne

vrste) su široko rasprostranjene/uska ek.valencija (stenovalentne vrste)

• Jaja pastrve

EKOLOŠKA NIŠA• Položaj neke vrste u ekosustavu• Ekološka niša odražava potrebe koje vrsta

ima u svom okolišu• Predstavlja zbroj svih faktora koji u okolišu

utječu na rast, preživljavanje i reprodukciju • Za opisivanje kako organizam živi!• “Šume su niša djetliću” – pogrešno!• STANIŠTE – fizički okoliš u kojem

organizam živi; stanište sadrži mnogo niša!

Ekološka niša gujavice

• Organizmi mogu mijenjati nišu tijekom razvoja (pr smeđa krastača)

• Vrste s uskom i širokom ekološkom nišom

• N-dimenzionalni prostor

Temperatura kao ekološki faktor

• Mikroklima je klima u kojoj živi pojedini organizam

• Za pojedinačni organizam mikroklima može biti važnija od makroklime

• Temperatura, kao ekološki faktor, postavlja granice u životu uopće. Svaka vrsta uspijeva u relativno uskom temperaturnom rasponu koji je karakterističan za pojedinu vrstu i po tome se one međusobno vrlo razlikuju.

• Apsolutni ekološki minimum oko -273° C, a maksimum oko 100° C

• Najširu temperaturnu amplitudu imaju niži organizmi, bakterije i alge, spore, pupovi..

• TERMOFILI – organizmi čiji je optimum životne aktivnosti prilagođen uvjetima visokih temperatura (oblići, ličinke mnogih kukaca, modrozelene alge..)

• KRIOFILI – organizmi koji podnose niske temperature (oblići, praživotinje, dugoživci) – ANABIOZA, ekofiziološka pojava zaustavljanja svih životnih procesa organizma

• „toplokrvni“ i „hladnokrvni“ organizmi; homeotermni i poikilotermni organizmi

• ektotermni i endotermni organizmi Endotermi reguliraju svoju tjelesnu temperaturu proizvodeći toplinu unutar svog vlastitog tijela, dok se ektotermi oslanjaju na vanjske izvore topline.

• Ektotermi i endotermi razlikuju se u rasponu u kojem mogu održavati konstantu tjelesnu temperaturu

• Ektotermi - ne reguliraju tjelesnu temperaturu putem metaboličke aktivnosti

• Endotermi - aktivno reguliraju tjelesnu temperaturu putem metaboličke aktivnosti

• sisavci i ptice

• Ektotermi mogu održavati visoku temperaturu nekih dijelova tijela

• Podjela na ektoterme i endoterme nije apsolutna! (zmije, ribe, leptiri…)

• sposobnost mnogih ektoterma da reguliraju temperaturu jako je niska

• ektotermi su donekle uvijek ovisni o vanjskom izvoru topline

• Homeostazija - sposobnost jedinke da održava konstantne unutrašnje uvjete, usprkos variranju vanjskog okoliša

• Endotermi – izolacijski materijal; krzno, masnoća, perje,kontrola protoka krvi, zrak

Sezonske promjene u debljini krzna u nekih arktičkih životinja i životinja sjevernog podneblja

Deblje, bijelo zimsko krzno i tamnije, ljetno krzno arktičke lisice

Endotermi i klimatska pravila:

• 1. Bergmanovo pravilo - Predstavnici iste vrste endoterma koji žive u hladnijim krajevima su u pravilu krupniji

• 2. Alenovo pravilo - Sisavci koji žive u hladnijim krajevima pokazuju tendenciju smanjivanja tjelesnih nastavaka, osobito ušiju i repa, ali isto tako i vrata i udova, u usporedbi sa životinjama iz toplijih krajeva

• 3. Glogerovo pravilo - Intezitet pigmentacije kod endoterma raste s temperaturom i vlažnošću

Utjecaj visokih temperatura

• Inaktivacija enzima

• Disbalans komponenti metabolizma

• Dehidracija!

• Mehanizmi hlađenja (ptice-gologlava roda,klokani, pustinjske kornjače)

• Znojenje, dahtanje

Utjecaj niskih temperatura

• Smrzavanje, formiranje kristala!!

• Uništavanje stanične membrane

• Antifriz (šećeri)

• Drveće – gubi lišće

Promjene u koncentraciji glicerola (sa snižavanjem okolišne temperature), kao zaštita od smrzavanja, u nekih vrsta kukaca

ANABIOZA, KRIOBIOZA

Tardigrada

Skokun

Promjene ganglizida mozga zelene žabe (Rana esculenta) tijekom hibernacije

Ekstremne temperature

• Mnogi organizmi preživljavaju ekstremne temperature na način da ulaze u stanje mirovanja:

• NEAKTIVNOST – Sklanjanje u mikrostaništa za vrijeme nepovoljnih temperatura

• SMANJENJE METABOLIZMA• 1. TORPOR – Stanje sniženog metabolizma i tjelesne

temperature, koje traje kraće vrijeme (npr. tijekom noći)• 2. HIBERNACIJA – Stanje sniženog metabolizma koje

traje tijekom zimskih mjeseci (“antifrizi”)• 3. ESTIVACIJA - Stanje sniženog metabolizma koje traje

tijekom ljetnih mjeseci• 4. DIJAPAUZA – stanje mirovanja u kukaca bilo zimi

(reduciraju vodu iz tijela kako bi izbjegli smrzavanje, bilo ljeti (tijelo se potpuno isuši, ili izlučuju čahuru koja sprječava isušivanje)

• HIBERNACIJA – otkucaji srca, disanje, tjelesne funkcije…jako smanjeno!

• Buđenje životinje zahtijeva trošenje masnih rezervi i povišenje tjelesne temperature (pr šišmiši)

• Hibernacija se događa i zbog nedostatka hrane!

Šišmiši u hibernaciji

• 1949. god. – spermiji, smrzavanje u glicerolu

• Krioprotekcija – važnost u medicini (transplantacija organa! Preživljavanje, svemirska istraživanja, operacije srca…)

• Kako očuvati organe što duže?? Fascinantni primjeri iz prirode (model sisavaca koji hiberniraju! Evolucija!)

• Ušteda i do 90% energije! (vjeverice)

• Tjelesna temperatura 0° C, vraćanje u prvobitno stanje

• BIOKEMIJSKA KONTROLA SUPRESIJE SVIH METABOLIČKIH PROCESA (na svakih 10° C, 2x se mijenja metabolička stopa)

• REVERIBILNA FOSFORILACIJA PROTEINA – ključni mehanizam koji omogućava smanjivanje energetski skupih metaboličkih procesa

• Fosforilacija ključnih enzima: glikogen fosforilaza, fosfofruktokinaza, piruvatkinaza, piruvatdehidrogenaza..

• Na/K pumpa (Na/K ATP-aza) – značajno pada!

• SINTEZA PROTEINA! (ugrađivanje radioaktivnog leucina, in vivo uvjeti, SAMO 0,04% glavne vrijednosti aktivne vjeverice!)

• Inhibicija translacije,promjene u podjedinicama ribosoma• EKSPRESIJA GENA SPECIFIČNIH ZA

HIBERNACIJU??

Utjecaj temperature na razvitak organizama

• Temperaturni prag razvitka – najniža temperatura na kojoj se razvitak zaustavlja (u pravilu se ne poklapa s donjom letalnom temperaturom)

• Temperaturna konstanta – izražava ukupnu sumu toplotne energije koja je neophodna za odvijanje razvitka određenog razvojnog stadija ili ukupnog razvitka jedinke, bez obzira na kojoj se temperaturi razvoj događa (pravilo “sume topline” ili “sume efektivnih temperatura”)

• D (T – t0) = C• D – ukupno trajanje razvitka• T – temperatura na kojoj se razvitak odvija• t0 – temperaturni prag razvitka• C – termalna konstanta• Drugim riječima, produkt trajanja razvitka i

efektivne temperature (višak temperature iznad praga razvitka; T – t0) ima konstantnu vrijednost koja se naziva termalna konstanta

• Ako je poznata temperatura praga razvitka (t0), tada je moguće izračunati trajanje razvitka na različitim konstantnim temperaturama:

• D = C/(T – t0)

• Termalna konstanta može imati vrlo veliki praktični značaj jer omogućava procjenu brzine razvitka jedinki u danim uvjetima temperature. Odnos godišnje sume srednjih dnevnih efektivnih temperatura u danom području naprema vrijednosti termalne konstante dane vrste predstavlja indeks koji pokazuje da li se vrsta može održati u tom području i koliki broj generacija može dati tijekom godine

• Odnos godišnje sume srednjih dnevnih efektivnih temperatura određenog područja prema vrijednosti termičke konstante jedne vrste, predstavlja indeks koji pokazuje da li se vrsta može održati u tom području i koliko generacija može imati

• Utjecaj temperature na razmnožavanje:• Domaća muha: na temperaturi 22° C razvoj traje

20 dana, a na 30,6° 4 dana• Komarac Anopheles sp. Polaže jaja na

temperaturi od 12,8 do 16,7° C ali ne i na temperaturi od 4,4 do 12,2° C.

• Liebigovo pravilo minimuma (Liebig, 1840) –mogućnost opstanka i razvoja jedne vrste određeno je faktorom koji se nalazi najbliže minimumu, iako se svi ostali faktori mogu nalaziti u optimumu ili biti blizu njega

• Opće pravilo djelovanja ekoloških faktora (Thinemann, 1926)-brojnost jedne vrste na jednom mjestu određena je onim faktorom koji se u odnosu na razvojni stadij s najužom ekološkom valencijom najviše udaljava po količini i intenzitetu od optimuma (“Čvrstoću lanca određuje najslabija karika”)