logo logo_mu logo_fss
Obecná struktura ekosystému a potravních sítí
http://cemca.org/easynow/images/tropic.jpg Výsledek obrázku pro plch velký Výsledek obrázku pro
liška obecná Výsledek obrázku pro wolf Výsledek obrázku pro buk zmlazení

logo logo_mu logo_fss
Tok energie ekosystémem
ekosystém lze z pohledu termodynamiky chápat jako systém konající práci, který odebírá teplo
horkému rezervoáru (slunce, sluneční záření) a předává jej chladnému rezervoáru
při přechodu mezi trofickými stupni se velká část práceschopné energie přeměňuje v odpadní teplo
ztráty v rámci každé úrovně potravního řetězce 70 – 80% !!!
DŮSLEDKY???
http://images.tutorvista.com/content/environment/trophic-levels-food-chain.jpeg
Q

logo logo_mu logo_fss
Tok energie ekosystémem
Ztráty na úrovni každého trofického stupně omezují možnou délku potravních řetězců v daném
ekosystému.
Obvyklý počet trofický úrovní v ekosystému tak dosahuje 4-5 a je tedy určen energeticky: volná
energie se spotřebovává.
http://scienceaid.co.uk/biology/ecology/images/pyramids.png
Pokud dochází v ekosystému ke změnám v přísunu energie ve smyslu jejího růstu, zvyšuje se
pravděpodobnost vytvoření nového stupně potravního řetězce.

logo logo_mu logo_fss
Tok energie ekosystémem
důsledky ztrát energie…
globální trendy
…z každých 100 kalorií poživatelných plodin zkrmených zvířatům získáme pouze 30 kalorií ve formě
masa a mléka, což je 70 % ztráta…
…celá třetina světového úlovku ryb se nikdy nedostane lidem na talíř, většina se
promění v krmivo pro ryby, prasata a drůbež ve velkochovech…
…chov hospodářských zvířat využívá až 70 % veškeré zemědělské půdy a 30 procent suchozemského
povrchu, skoro dvě třetiny úrody potravin v Severní Americe a západní Evropě se spotřebují na
výrobu masa…
…dva hektary půdy uživí jednoho člověka konzumujícího maso, čtrnáct vegetariánů a padesát veganů...
Zdroje: Philip Lymbery, Farmageddon, Slutečná cena levného masa; zpráva FAO (zpráva vydaná
mezinárodní Organizací pro výživu a zemědělství)

logo logo_mu logo_fss
důsledky ztrát energie… lokální specifika
Foto: Pavel Rotter

logo logo_mu logo_fss
Tok energie a obecná struktura ekosystému
https://www.studyblue.com
Výsledek obrázku pro trophic structure of temperate forest ecosystem

Na tomto snímku jsou mimo primárních producentů zobrazeni už jen predátoři: predátor rostlin se
obecně označuje býložravec (herbivor), predátor živočichů masožravec (karnivor), predátor živočichů
i rostlin všežravec (omnivor)

logo logo_mu logo_fss
Struktura potravních sítí
Výsledek obrázku pro trophic structure of temperate forest ecosystem
terciální konzument (vrcholový predátor), může být zároveň i primárním konzumentem….
Výsledek obrázku pro fox eat apples
…život využívá existujících (potravinových) nik…
http://mrsdallas.weebly.com/unit-1.html

logo logo_mu logo_fss
Role v potravní síti
terciální konzument (vrcholový predátor), může být zároveň i primárním konzumentem….
Výsledek obrázku pro fox eat apples Výsledek obrázku pro wolfs eat fruit
…život využívá existujících (potravinových) nik…
Medvěd
60-80% potravy tvoří u populací medvědů v Evropě rostlinná složka
v oblasti s absencí volně žijících kopytníků (některé oblasti Řecka a Portugalska) tvoří vege
složka většinu potravy i u vlka
www.selmy.cz

logo logo_mu logo_fss
Role v potravní síti
…organismy využívají existujících (potravinových) nik…
…ale s ohledem na jejich potravní valence…
Rys
…plachá, samotářsky žijící šelma je ze tří velkých šelem nejmenší, loví proto menší kopytníky, jako
jsou srnci, méně jeleny, divoká prasata, hlodavce nebo lišky…
www.selmy.cz

logo logo_mu logo_fss
Ekologická valence
rozmezí podmínek prostředí (teplota, množství vody, velikost znečištění, hustota predátora,
konkurence), při které je příslušná populace schopná existovat)
Grafický model populační abundance druhu podél environmentálního gradientu (Kendeigh 1974, Cox &
Moore 1999).
https://is.muni.cz/el/1431/jaro2010/Z0005/18118868/book/valence.jpg

logo logo_mu logo_fss
Shelfordův zákon tolerance
Výsledek obrázku pro ekologická valence
Každý druh toleruje určité rozpětí libovolného faktoru a nejlépe v prostředí prospívá, působí-li
vnější vlivy v rozsahu optimálních hodnot.
•k určitým faktorům můžou mít organismy široké meze tolerance, k jiným naopak úzké
•
•druhy, které jsou k většině faktorů tolerantní, mívají i největší rozšíření
•
•pokud druh nemá optimální podmínky, co se týče jednoho faktoru, může se rozsah tolerance u
ostatních zúžit

logo logo_mu logo_fss
Ekologická valence
K čemu nám může být valence dobrá?
obecné určení tolerance druhu ke změně daného faktoru:
eury- existence druhu je možná v širokém rozmezí (generalisté)
steno- existence druhu je možná pouze v úzkém rozmezí (specialisté)
Výsledek obrázku pro ekologická valence
http://www.scritub.com/files/limba/croata%20sarbo%20croata/33_poze/image002.jpg
bioindikace
evoluční strategie
•

logo logo_mu logo_fss
Bioindikace
•využívá druhů stenoektních vůči určitému faktoru/rům prostředí
•
•druh organismu schopný snášet jen malé rozpětí faktorů prostředí; např. druh málo tolerantní ke
změnám teplot se nazývá stenotermní, druh vyžadující pouze určitý typ potravy stenofágní
•
Příklady
svraštělka javorová
je stenoekní vůči zvýšené koncentraci SO2 v ovzduší, v oblastech s vysokou
imisní zátěží vyhynula
lišejníky
podvojné organismy (houba + řasa nebo sinice), používané k bioindikaci
imisní zátěže, např. terčovník mnohoplodý (Xanthoria polycarpa)
indikuje nadbytečný vstup dusíku,
rod provazovka (Ushea) indikuje velmi
čistý vzduch
http://atlasposkozeni.mendelu.cz/lib/showpic.php?id=620&ww=fotogalerie&w=nahled Výsledek obrázku
pro xanthoria polycarpa Výsledek obrázku pro provazovka lišejník
Zdroje: Petr Anděl, Ekotoxikologie, bioindikace a biomonitoring; Wikipedia;
http://atlasposkozeni.mendelu.cz/

logo logo_mu logo_fss
Bioindikace
Příklady
bělomech sivý
Indikátor kyselých půd, akumulace surového humusu, indikátor podzolizace
lípa srdčitá
společně s lípou velkolistou reaguje na zvýšené koncentrace posypových
solí zimní údržby silnic nekrózami na listech šířícími se od kraje do středu
jiřička obecná
hustota hnízdění je parametrem, který může být využit k
bioindikaci antropogenního zatížení krajiny, především
ve vazbě na imise a spalování fosilních paliv
Výsledek obrázku pro bělomech sivý Výsledek obrázku pro lípa srdčitá biolib Výsledek
obrázku pro jiřička obecná
Zdroje: http://www.biolib.cz/
http://www.wildlifefotoforum.cz/

logo logo_mu logo_fss
Ekologická nika
Zobecnění konceptu ekologické valence nás může dovést k definování ekologické niky
Nika představuje rozmezí všech důležitých vlastností prostředí, v nichž mohou jedinci daného druhu
přežívat, růst a rozmnožovat se.
Ekologická nika je soubor všech ekologických valencí příslušného druhu.
Petr Anděl, Ekotoxikologie, bioindikace a biomonitoring
Výsledek obrázku pro ekologická nika

Nika je tedy určitý abstraktní prostor, který popisuje valence příslušného druhu vůči všem faktorům
prostředí. Konstrukce takového mnohorozměrného prostoru je sice teoreticky možná, ale velmi těžko
realizovatelná. V praxi se proto častěji mluví o určitém výseku (subprostoru) celkové niky: např.
velmi důležitá je potravní nika shrnující nároky organismu na potravu.
Niky jednotlivých druhů se více, či méně překrývají, často se například diskutuje opět o překryvu
potravních nik a to i ve vztahu k evolučním strategiím k získávání potravy (specialisté,
generalisté, viz dále).

logo logo_mu logo_fss
Ekologická nika
Zobecnění konceptu ekologické valence nás může dovést k definování ekologické niky
Nika představuje rozmezí všech důležitých vlastností prostředí, v nichž mohou jedinci daného druhu
přežívat, růst a rozmnožovat se.
Ekologická nika je soubor všech ekologických valencí příslušného druhu.
Petr Anděl, Ekotoxikologie, bioindikace a biomonitoring
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d1/Ecological_niche.png

Na obrázku vidíme překryv nik dvou druhů. Dejme tomu, že se jedná o potravní niky: kruh vyznačený
tmavším odstínem příslušné barvy udává tzv. fundamentální niku, jedná se o niku, kterou by daný
organismus zaujal, pokud by nebyl nijak omezován jinými organismy. Písmeny Y a Z jsou pak označeny
tzv. realizované niky Realizované niky představují niky, které druh v daném prostředí skutečně
zaujme.
Standardně se udává, že fundamentální nika je větší, než realizovaná, taková konstrukce však
vychází čistě z kompetičního pohledu, symbiotické interakce mezi organismy ovšem můžou (pro určité
faktory prostředí) vést i k rozšíření nik realizovaných nad rámec fundamentálních.
Pokud nějaký druh vymře (i lokálně), zůstane po něm prázdná nika. Tato nika může, ale nemusí být
obsazena jiným druhem. Příkladem ve střední Evropě může být nika odpovídající vlkovi. Tam, kde byl
vlk vyhuben, došlo k přemnožení jelení a srnčí zvěře, jejíž realizovanou niku přestal vlk omezovat.
V oblastech, kde byl znovu vysazen rys, mohl predací menších živočichů převzít část niky vlka.
Jelena však rys prakticky nemůže ohrozit.

logo logo_mu logo_fss
Pochopení evolučních strategií
(potravní) generalisté, specialisté a překryv ekologických nik
Generalisté
 - široký okruh potravních zdrojů
 - potrava se lépe vyhledává
 - neinvestují do přizpůsobení na
zacházení s potravou
Specialisté
- úzký okruh potravních zdrojů
- náročnější vyhledávání kořisti
- investice do specializovaných
orgánů ke zpracování potravy

Výsledek obrázku pro ecological niche

logo logo_mu logo_fss
Pochopení evolučních strategií
specializace vede ke zmenšení překryvu ekologických nik, a proto omezuje konkurenci
příklady: čáp černý a čáp bílý si potravně nekonkurují, protože mají odlišné potravní niky (čáp
bílý loví drobné obratlovce a hmyz v otevřené krajině; čáp černý – lesní, loví převážně vodní
živočichy)
potravní nika poštolky a lasice se překrývá,
 přesto je konkurence nízká
– nika se nepřekrývá časově
ani prostorově
Výsledek obrázku pro čáp černý
zdroj: http://www.janmiklin.cz/

Dlouhodobá koexistence konkurujících si druhů může vést k úplnému oddělení nik: severoamerické
sýkory jsou vždy maximálně
dvě pohromadě, zatímco v Evropě jich může být až pět. Rozdíl je vysvětlován tím, že se evropské
druhy nacházejí v pokročilejším stádiu vývoje a tudíž jsou rozdíly mezi druhy větší – menší překryv
nik.

logo logo_mu logo_fss
Pochopení evolučních strategií
specializace vede ke zmenšení překryvu ekologických nik, a proto omezuje konkurenci
•omezení konkurence zvyšuje stabilitu                                        příslušných trofických
sítí
•
•specializace vede ke vzniku nových druhů
proč tedy existuje generalismus?
Výsledek obrázku pro darwinovy pěnkavy
Darwinovy pěnkavy a evoluce, viz článek prof. Petra v poznámce

Genomy ptáků, kteří stáli u zrodu Darwinovy teorie přírodního výběru, nabídly pohled do tajů
evoluce
Loď Beagle s Charlesem Darwinem na palubě přistála u Galapág 15. září 1835. Mladý přírodovědec
rozhodně nepřekypoval nadšením. Nenašel tu jedinou aktivní sopku, ačkoli se na soptící vulkány jako
vynikající geolog těšil. Fauna ho neuchvátila. Jedinečné leguány mořské přizpůsobené životu ve vodě
označil v deníku za „ty nejhnusnější neohrabané ještěry“.
Ani ptáci ho moc nezajímali. Jejich lov a konzervaci přenechával do značné míry svému asistentovi
Symsi Covingtonovi. Přesto měla krátká návštěva Galapág, která skončila 20. října 1835, pro
Darwinovu následnou vědeckou dráhu rozhodující význam. A ptáci v tom sehráli klíčovou roli.
Po návratu do Anglie předal Darwin ptáky ulovené na Galapágách slavnému ornitologovi Johnu
Gouldovi. Byli mezi nimi i opeřenci, které Darwin označil předběžně jako kosy, „velké zobáky“,
vrány a pěnkavy. Gould v nich ale rozeznal skupinu blízce příbuzných pěvců náležejících ke dvanácti
různým druhům. Všechny byly blízce příbuzné jihoamerickým pěvcům. Gouldova zpráva vzbudila senzaci
a dostala se na titulní stránky novin.
Darwina donutila, aby se začal ptáky znovu zabývat. A došel k naprosto revolučnímu závěru, že se
jednotlivé druhy vyvinuly adaptací na podmínky panující na různých galapážských ostrovech. Tím
položil základ své teorie přírodního výběru, podle které přežívají v přírodě jedinci nejlépe
přizpůsobení aktuálním podmínkám.
Ptáci s velkými zobáky se adaptovali na louskání tvrdých plodů a semen. Ptáci s úzkými šídlovitými
zobáky se přizpůsobili k lovu hmyzu. Jeden druh pěvce zanesený na Galapágy větrem z pevniny tak dal
vzniknout několika různým druhům. V roce 1936 nazval britský ornitolog Percy Lowe tyto ptáky
souhrnně Darwinovy pěnkavy. Ornitologové pro ně vyhradili název pěnkavka, kterým dávají najevo, že
galapážští pěvci nemají s běžnými pěnkavami nic společného.
ALX1 – zobákový gen
Tým genetiků vedený Leifem Anderssonem z univerzity v Uppsale nyní přečetl kompletní dědičnou
informaci celkem 120 jedinců čtrnácti druhů galapážských pěnkavek a jednoho druhu pěnkavky z
blízkého Kokosového ostrova. Vzorky DNA nasbírali manželé Peter a Rosemary Grantovi, kteří studují
tyto ptáky na Galapágách už čtyřicet let. Výsledky publikované ve vědeckém časopise Nature
potvrdily, že se tito ptáci vyvinuli z jediného společného předka během jednoho milionu roků.
V DNA pěnkavek našli vědci úsek, který se lišil mezi druhy s různě tvarovanými zobáky. V této části
ptačí DNA se nachází gen označovaný jako ALX1. Obdobný gen je znám i z dědičné informace savců
včetně člověka, kde se podílí na formování obličeje. Pokud je gen poškozen mutací, rodí se děti s
těžkými defekty.
Jak ale ukázal výzkum genu ALX1 u pěnkavek, mírné proměny tohoto genu nevedou k defektům, ale
otevírají cestu k evoluci. Vědci předpokládají, že umírněné změny genu ALX1 se mohly během evoluce
člověka podílet na změnách obličejové části lebky a dnes se mohou například spolurozhodovat o
individuálních rysech našich tváří.
ALX1 zřejmě není jediný gen, který určuje tvar zobáku. Leif Andersson považuje za nejpozoruhodnější
zjištění, že ani příslušníci jednoho druhu pěnkavek nemají gen ALX1 úplně stejný.
V důsledku toho je u nich do jisté míry variabilní i tvar zobáku. Například u pěnkavky prostřední
pozorovali Peter a Rosemary Grantovi jedince s tlustšími i užšími zobáky. Jde o názorný příklad
toho, jak funguje evoluce. Pokud se změní životní podmínky tak, že to zvýhodní nositele určitého
znaku, třeba ptáky se silnějším zobákem schopné louskat tvrdá semena, pak tito ptáci ve zvýšené
míře přežívají a druh prodělává proměnu.
Galapágy vystavují pěnkavky podobným zkouškám poměrně často. Střídají se tu ničivá sucha se silnými
dešti vyvolanými klimatickým jevem El Niňo. Čas od času se probudí galapážské sopky. Krajinu pak
pokryje láva a sopečný popel. Manželé Grantovi zjistili, že v těchto těžkých dobách se dostávají do
výhody pěnkavky, kterým jejich zobák dovoluje konzumovat co nejrůznorodější potravu, od semen a
hmyzu až po nektar kaktusů. Grantovi toho byli svědky například v extrémně suchých rocích 1977,
1984 a 2004.
Zdatní mezidruhoví kříženci
Výzkum dědičné informace Darwinových pěnkav odhalil také další mechanismus, jakým probíhá evoluce.
Tím je výměna genů při vzájemném křížení příslušníků různých, ale přitom blízce příbuzných druhů. V
řadě případů jsou mezidruhoví kříženci neplodní. Kříženci různých druhů galapážských pěnkavek však
přivádějí na svět potomky s partnery z obou „rodičovských“ druhů.
Hybridi svým chováním sledují vzor druhu jednoho či druhého rodiče. Učí se od něj například zpěv. V
jejich buňkách se ale nachází směs genů dvou různých druhů. To se někdy ukazuje jako výhoda.
Grantovi pozorovali situace, kdy byli mezidruhoví kříženci dokonce plodnější a životaschopnější než
příslušníci rodičovských druhů.
Genetické analýzy nyní prokázaly, že k „výměně genů“ docházelo mezi různými druhy galapážských
pěnkavek během milionu let opakovaně. Vědcům to pomohlo rekonstruovat historii evoluce Darwinových
pěnkav. Určili, které druhy jsou evolučně staré a které vznikly teprve nedávno.
Z analýz DNA také vyplynulo, že druhové spektrum galapážských pěnkavek je pestřejší, než se dosud
ornitologům zdálo. Ptáci, kteří jsou na první pohled prakticky stejní a vědci je řadili k druhu
pěnkavky ostrozobé, tvoří ve skutečnosti tři geneticky zcela vyhraněné druhy. Podobně v sobě druh
pěnkavky kuželozobé skrývá dva zcela samostatné druhy. Darwinovy pěnkavy tak mají i po 180 letech k
zákonitostem evoluce stále co říci.
Autor je profesorem České zemědělské univerzity a pracuje ve Výzkumném ústavu živočišné výroby v
Praze - Uhříněvsi
LN, 18.2.2015
Jaroslav Petr

logo logo_mu logo_fss
Pochopení evolučních strategií
proč tedy existuje generalismus?
•jedna z odpovědí může vyplývat z Liebigova zákona minima: nedostatkový (limitující) zdroj určuje
další osud organismu/populace/ekosystému
•
•při změně environmentálních podmínek, což může zahrnovat např. abnormální průběh roku, roste
riziko zasažení příslušné populace s mírou její specializace
•
•historie nás rovněž poučuje o tom, že zaměření se na jeden zdroj obživy (či přímo na jednu
plodinu) vede dříve, či později ke katastrofě

Liebigův zákon minima
Jedná se o jedno ze základních ekologických pravidel, které bylo formulováno už v roce 1840. Říká,
že život a růst organismů je limitován tím prvkem (obecněji zdrojem), kterého je nedostatek (je v
minimu)^[1]. Například pro růst rostlin jsou nejdůležitějšími prvky N, P a K.^[2] Draslíku (K)
potřebují jen velice málo a v půdě ho je většinou dostatek, dusíku (N) je v mnoha oblastech díky
lidské činnosti dokonce nadbytek. Limitujícím prvkem pro rostliny je tedy ve většině společenstev
fosfor (P). Rostliny ho potřebují poměrně velké množství a v půdě (ani ve vodě) nebývá hojný
Irský bramborový hladomor
Peripetie orientace určitého celku na jeden produkt/plodinu/surovinu jasně demonstruje „bramborovy“
hladomor v Irsku v letech 1845–1849. Životní úroveň v Irsku i v době před bramborovym
hladomorem byla velmi nuzná, k čemuž nemalou měrou přispívalo postavení Irska v rámci Velké
Británie. Tři čtvrtiny půdy byly v majetku Angličanů, kteří na rozdíl od Irů byli protestanty.
Averze
většiny Angličanů vůči Irům měla však i další historické příčiny, z nichž mezi hlavní bezesporu
patřila snaha Irska získat nezávislost. Irské zemědělství bylo tehdy založeno v podstatě pouze na
pěstování brambor, navíc odrůdy pocházejících z jedné oblasti ve Střední Americe, což bylo spjato
s nízkou genetickou variabilitou a tedy náchylností těchto monokultur vůči vykyvům počasí
a škůdcům. Rok 1845 se ukázal jako kriticky, přes jeho slibny (z hlediska úrody brambor) začátek
se dostavilo období vydatnych dešťů a brambory napadla plíseň (jak jinak plíseň bramborová ‐
Phytophthora infestans), která znehodnotila okolo 90% vypěstovanych brambor. Díky vlažnému postoji
Velké Británie, za nímž stála jednak již zmíněná averze a také bezbřehá víra tehdejší politické
reprezentace v liberální kapitalismus, přerostly důsledky neúrody v katastrofální hladomor. Na
hladomor a jevy s ním spojené (šíření chorob) zemřelo okolo milionu lidí, další dva miliony v
následujícíh
letech zemi opustily. Odliv obyvatelstva pokračoval až do 20. století. Jako jediná evropská
země má Irsko dnes méně obyvatel (asi 4,2 milionu) než v roce 1840 (asi 8,2 milionu). Tento příklad
je chmurnou ukázkou toho, jak orientace na monokultury (která může mít různé přičiny), zvyšuje
riziko kolapsu.
Zdroj: Pavel Rotter, Stabilita ekologických systémů

logo logo_mu logo_fss
Pochopení evolučních strategií
Kde může být generalismus výhodnější strategií?
http://www.komenskeho66.cz/materialy/zemepis/obrazky/krajina_tajga2.jpg
http://images.nationalgeographic.com/wpf/media-live/photos/000/003/cache/mt-des-voeux_300_600x450.j
pg
tajga
tropický deštný les
souvislost s resiliencí a rezistencí

Čím víc na jih, tím vybíravější. Alespoň u hmyzu
Vybíravost v jídle je u organismů jednou ze základních popisných vlastností. Této „vybíravosti“ se
říká šířka potravní specializace, a pokud budeme mít na mysli například herbivorní hmyz, tedy hmyz
živící se rostlinami, tak se jedná o počet druhů rostlin, kterými je schopen se určitý druh
herbivora živit. Herbivorní hmyz je druhově nejpočetnější skupinou organismů a je velice užitečným
modelem studia potravní specializace. Vztah mezi hmyzem a rostlinami je jednou z nejdůležitějších
ekologických vazeb na naší planetě vůbec, protože představuje dominantní tok energie v ekosystému.
Mezi ekology se vedou mnohaleté spory o podobě této klíčové charakteristiky napříč druhy: zda se
jedná o širokou škálu od vybíravých druhů (specialisti) přes méně vybíravé až po ty, co žerou vše
(generalisti), nebo zda konzumenti spadají v podstatě jen do dvou kategorií (ti hodně vybíraví
a ti, co jí úplně vše). Mezi výzkumníky pro svou jednoduchost dosud převládal spíše černobílý
pohled.
Existuje přitom řada důvodů proč se vybíravostí druhů zabývat, například to jsou otázky konkurence
druhů s podobnou potravou či přežívání hodně vybíravých druhů v měnícím se prostředí (což je
důležité pro jejich ochranu). Poměr specialistů a generalistů je zase podstatný pro pochopení
evoluce a ekologie potravních sítí. Jeho znalost je zásadní pro ekosystémový management a obnovu,
to znamená pro řízenou péči o ekosystémy tak, aby vyváženost přírodního společenstva byla trvalá
a dynamická.
Mezi šířkou potravní specializace a zeměpisnou šířkou existuje zajímavý vztah, který se pokusila
popsat i nová studie, jež vyšla v lednu 2015 ve významném vědeckém časopise Proceedings of the
National Academy of Sciences (PNAS) a jejímž spoluautorem byl doc. Mgr. Pavel Drozd, Ph.D. v rámci
projektu GAČR 14-042583 s názvem „Proč mají tropické lesy více druhů hmyzích herbivorů
a parazitoidů než lesy mírného pásma?“.
Tato nová studie se od předešlých podobných studií liší ve dvou klíčových aspektech: šířka potravní
specializace byla nově vyjádřena jako fylogenetická vzdálenost mezi čeleděmi hostitelských rostlin,
na rozdíl od prostého výčtu taxonů. Především však pracovala s ohromným datovým souborem o více než
7 500 druzích herbivorního hmyzu a jeho interakcích s více než 2000 druhy rostlin ze 165 čeledí.
Tato data navíc pocházela ze 17 míst celého světa, od Kanady až po Brazílii, od Velké Británie až
po Japonsko či Papuu - Novou Guineu.
A na co vědci přišli? Rozložení specialistů a generalistů je kontinuální s nezanedbatelnou šedou
zónou, která by měla být brána v potaz. Toto rozložení platilo nejen pro housenky motýlů, hlavní
modelovou skupinu, ale také pro ostatní skupiny herbivorního hmyzu a dokonce i pro parazitoidy
housenek. Šířka potravní specializace má navíc poměrně zajímavý trend - čím více se blížíme
k tropům, tím stoupá poměr vybíravých druhů k nevybíravým. Všechny tyto informace jsou důležité
také pro odhady počtu druhů na Zemi.
Zdroj: http://www.osu.cz/index.php?kategorie=34510&id=13378

logo
Zranitelnost vyplývající z výstavby trofických struktur
Výsledek obrázku pro trophic structure of temperate forest ecosystem Výsledek obrázku pro trophic
structure of temperate forest ecosystem
V důsledku akumulace některých POPs v tukových tkáních stoupá koncentrace polutantu směrem k
vrcholu trofické pyramidy, proces se nazývá biobohacování.
Nejohroženější skupinou jsou z tohoto pohledu vrcholoví predátoři.

Biobohacování - výsledek procesů bioakumulace a biokoncentrace, při kterém tkáňová
koncentrace látky vzrůstá průchodem vice trofickými úrovněmi.

logo logo_mu logo_fss
Zranitelnost vyplývající z výstavby trofických struktur

Biobohacování - výsledek procesů bioakumulace a biokoncentrace, při kterém tkáňová
koncentrace látky vzrůstá průchodem vice trofickými úrovněmi.

logo logo_mu logo_fss
Negativní efekty šířené podél potravních sítí mohou mít značně komplexní a nepredikovatelné
důsledky… kombinace přímých a nepřímých vlivů
Zranitelnost vyplývající z výstavby trofických struktur
herbicidy
vyhubení určitých druhů hmyzu – potrava pro mláďata křepelek
vyhubení plevelů
plevele
Výrazný pokles početnosti křepelek
Výsledek obrázku pro křepelka polní

Biobohacování - výsledek procesů bioakumulace a biokoncentrace, při kterém tkáňová
koncentrace látky vzrůstá průchodem vice trofickými úrovněmi.

logo logo_mu logo_fss
Negativní efekty šířené podél potravních sítí mohou mít značně komplexní a nepredikovatelné
důsledky… kombinace přímých a nepřímých vlivů
Zranitelnost vyplývající z výstavby trofických struktur
Výstavba domů v okolí jezera a intenzifikace zemědělství
eutrofizace
rozvoj sinic -toxiny
změna ve druhové skladbě ryb
vymizení většiny druhů
přemnožení odolné ryby dorosomy dlouhoploutvé
jednostranná dieta avitaminóza vitamínu B1
poškození neuronů, ztráta pohybové koordinace, utopení
maso obsahuje velké množství enzymu thiaminázy – štěpí vitamín B1
hromadný úhyn aligátorů
Výsledek obrázku pro aligátor americký

Na jezeře Griffin (USA, Florida) došlo v roce 1997 k náhlým úhynům stovek aligátorů. Zvířata se
vyznačovala letargií, narušením nervové koordinace, ztrácela schopnost pohybu a nakonec se ve vodě
utopila. Hledání příčin si vyžádalo 6 let práce multidisciplinárního výzkumného týmu…

logo logo_mu logo_fss
Mezidruhové interakce

Mutualismus, vzájemně prospěšný vztah, můžeme rozlišovat tzv. symbiózu, což je velmi těsné soužití,
kdy jsou oba partneři na sobě závislí, jedná se např. o lišejníky, nebo mykorrhizní symbiózu, mezi
partnery probíhá velmi těsná výměna látek, energie a informací, přerušení symbiotického vztahu by
vedlo k výraznému snížení fitness či smrti partnerů, symbióza bývá evolučně stbilní, volnější
prospěšné svazky mezi organismy bývají nazývány proto-kooperace či syntropie, mohou a nemusí být
evolučně stabilní
Komensalismus, jeden organismus má výhodu z přítomnosti druhého, ale druhý nijak neprofituje ani
nestrádá z přítomnosti prvního… sdružování hyen, šakalů nebo supů s velkými šelmami; divoká prasata
„převrací“ půdu a v ní ukryté larvy mohou sebrat pěvci, např. červenky; špačci se sdružují se stády
skotu nebo ovcí; volavky rusovlasé se sdružují se stády afrických kopytníků; bělokur rousný se
stády sobů; racci poletují a shánějí potravu za lodí nebo traktorem na poli
Neutralismus, organismy se vzájemně vůbec neovlivňují, s rozrůstajícím množstvím vědění o živé
přírodě se zdá stále obtížnější najít čistý neutralismus…
Kompetice, dva druhy si konkurují v důsledku překryvu ekologických nik, například potravních, jen
pokud by dva druhy sdílely naprosto stejnou niku, jeden musí zákonitě vyhynout, většinou druhy
pouze konkurenčně sdílejí části nik v rámci překryvu.
Predace, jeden druh slouží coby potrava jinému, jejich dynamika je ovšem vzájemně provázána, dle
druhu potravy rozlišujeme herbivory, karnivory a omnivory
oba (jak predátor, tak kořist) mají četné adaptace: predátor – zrak, sluch, pohyby, ústní orgány,
končetiny, kořist – ostny, tvrdý povrch těla, vysoká plodnost, zápachy, slizy, jedovaté exkrety,
akinéze, útěk, mimikry
Parazitismus, dočasné nebo trvalé soužití parazita a hostitele, hostitel soužitím strádá, parazit
menší než hostitel, někdy mezihostitelé vývojových stadií, endoparazit = vnitřní, ektoparazit =
vnější, hyperparazit = parazit parazita, poloparazit = např. jmelí bílé, částečně má živiny z
hostitelské dřeviny, ale je také schopno asimilace (fotosyntézy); komár, svalovec stočený,
trypanosoma spavičná přenášená mouchou tse-tse; klíště obecné, tasemnice, motolice jaterní

logo logo_mu logo_fss
Mezidruhové interakce
Vliv na fitness
Stará Darvinovská idea fitness (Spencer, 1852) je schopnost organismu prosadit se v daných
podmínkách prostředí a přenést tuto schopnost na potomky díky efektivní reprodukci, fitness je úzce
spojena s ideou přirozeného výběru (natural selection, NS).

Mutualismus, vzájemně prospěšný vztah, můžeme rozlišovat tzv. symbiózu, což je velmi těsné soužití,
kdy jsou oba partneři na sobě závislí, jedná se např. o lišejníky, nebo mykorrhizní symbiózu, mezi
partnery probíhá velmi těsná výměna látek, energie a informací, přerušení symbiotického vztahu by
vedlo k výraznému snížení fitness či smrti partnerů, symbióza bývá evolučně stbilní, volnější
prospěšné svazky mezi organismy bývají nazývány proto-kooperace či syntropie, mohou a nemusí být
evolučně stabilní
Komensalismus, jeden organismus má výhodu z přítomnosti druhého, ale druhý nijak neprofituje ani
nestrádá z přítomnosti prvního… sdružování hyen, šakalů nebo supů s velkými šelmami; divoká prasata
„převrací“ půdu a v ní ukryté larvy mohou sebrat pěvci, např. červenky; špačci se sdružují se stády
skotu nebo ovcí; volavky rusovlasé se sdružují se stády afrických kopytníků; bělokur rousný se
stády sobů; racci poletují a shánějí potravu za lodí nebo traktorem na poli
Neutralismus, organismy se vzájemně vůbec neovlivňují, s rozrůstajícím množstvím vědění o živé
přírodě se zdá stále obtížnější najít čistý neutralismus…
Kompetice, dva druhy si konkurují v důsledku překryvu ekologických nik, například potravních, jen
pokud by dva druhy sdílely naprosto stejnou niku, jeden musí zákonitě vyhynout, většinou druhy
pouze konkurenčně sdílejí části nik v rámci překryvu.
Predace, jeden druh slouží coby potrava jinému, jejich dynamika je ovšem vzájemně provázána, dle
druhu potravy rozlišujeme herbivory, karnivory a omnivory
oba (jak predátor, tak kořist) mají četné adaptace: predátor – zrak, sluch, pohyby, ústní orgány,
končetiny, kořist – ostny, tvrdý povrch těla, vysoká plodnost, zápachy, slizy, jedovaté exkrety,
akinéze, útěk, mimikry
Parazitismus, dočasné nebo trvalé soužití parazita a hostitele, hostitel soužitím strádá, parazit
menší než hostitel, někdy mezihostitelé vývojových stadií, endoparazit = vnitřní, ektoparazit =
vnější, hyperparazit = parazit parazita, poloparazit = např. jmelí bílé, částečně má živiny z
hostitelské dřeviny, ale je také schopno asimilace (fotosyntézy); komár, svalovec stočený,
trypanosoma spavičná přenášená mouchou tse-tse; klíště obecné, tasemnice, motolice jaterní

logo logo_fss
Důležitost vrcholových predátorů při utváření ekosystémů
Výsledek obrázku pro trophic structure of temperate forest ecosystem
každý článek trofické pyramidy může hrát stěžejní roli: vliv na
Ekosystém nelze vyjádřit jeho biomasou
Příklad: vlk jako doktor lesa
http://videacesky.cz/video/jak-vlci-meni-tok-rek
Výsledek obrázku pro canis lupus
zdroj: Fine Art America

vlk spoluutváří podobu celého ekosystému jednak tím, že ovlivňuje stavy zvěře (především divoká
prasata, jelení, srnčí) a to jak kvantitativně, tak kvalitativně (při lovu zpravidla vybírá slabší,
či nemocné kusy – působí tím jako pozitivní faktor v rámci přírodního výběru), jednak ovlivňuje
chování zvěře: např. zvěř se v nepřítomnosti predátora hromadně shromažďuje na místech zmlazení
lesa, jelikož vyhledává mladé stromky, v přítomnosti vlka taková situace nenastává, vlk způsobuje
rovnoměrnější pastvu zvěře v rámci lesního ekosystému, což je velmi důležité pro umožnění přirozené
obnovy lesa, přítomnost vlka rovněž bystří smysly zvěře, která se pak, k velké nemilosti některých
myslivců, stává hůře lovitelnou. Další detaily viz video na slidu.

logo
Regulace predátorem: princip zpětné vazby
Obecně se dá zpětná vazba definovat jako kruhové uspořádání kauzálně spojených prvků, v němž
prvotní příčina postupuje podél prvků smyčky, až poslední z nich přenese efekt na počáteční prvek
cyklu a zpětná vazba se tak uzavře.
http://www.cleanlanguage.co.uk/articles/content_images/%20Feedback-loops-6.gif
C:\Users\Silvamirator\Desktop\Doktorské studium\Moje přednáška\obrázky pro
přednášku\3.přednáška\blog april 6.jpg
pozitivní zpětná vazba je spjatá s divergencí
negativní zpětná vazba je spjatá s konvergencí
logo_mu logo_fss

logo
Regulace predátorem: princip zpětné vazby
logo_mu logo_fss http://amrita.vlab.co.in/userfiles/image1(6).jpg pred-prey
liška působí jako regulátor populace zajíce

logo
Regulace predátorem: princip zpětné vazby
logo_mu logo_fss
Vztah kořist-predátor můžeme graficky vyjádřit i jinak, než v závislosti na čase:
pred-prey diffeq24
druhý graf lépe vyjadřuje princip zpětné vazby

logo
Regulace predátorem: princip zpětné vazby
logo_mu logo_fss
cyklické kolísání populace zajíce měnivého a jeho predátora, rysa kanadského na obrovských územích
od Aljašky po Newfoundland je příkladem interakce predátor-kořist-prostředí

Možný výsledek koevoluce vztahu predátor-kořist
logo_mu logo_fss C:\Users\Silvamirator\Desktop\Doktorské studium\externí přednášky\přednáška pro
AG\obrázky\Zebra_in_the_Serengeti_Wildebeest_Migration.jpg
ekosystém savany v Serengeti
Výsledek obrázku pro acceleration of nitrogen cycling serengeti
jaký je vztah mezi zebrou a trávou? (herbivorem a primárním producentem)?

Možný výsledek koevoluce vztahu predátor-kořist
logo_mu logo_fss C:\Users\Silvamirator\Desktop\Doktorské studium\externí přednášky\přednáška pro
AG\obrázky\Zebra_in_the_Serengeti_Wildebeest_Migration.jpg logo
důsledky koevoluce predátora a kořisti?
Výsledek efektu závisí účinnosti recyklace uvolněného dusíku.

v ekosystému savany v Serengeti, byl pozorován fenomén optimalizace primární produkce při určité
míře spásání herbivory. V menším časovém horizontu bylo tento jev možno popsat zrušením apikální
dominance či mobilizací zásob u spásanych rostlin. Takovéto interpretace však nedokázaly vysvětlit
dlouhodobější přetrvání uvedeného jevu. To vedlo k formulaci grazing optimization hypothesis, která
svého času vzbudila značné kontroverze (např. Silvertown, 1982; Belsky, 1986). Jev je znázorněn na
horním obrázku Na ose x je vyneseno množství býložravci zkonzumované biomasy rostlin, na ose y
primární produkce rostlin, které byly vystaveny onomu spásání. Kupodivu pozorujeme lomenou
závislost. To znamená, že primární produkce nejdříve roste s intenzitou pastvy a jakmile tato
intenzita překročí určitou kritickou míru, opět
klesá. Lomené závislosti pozorujeme často v případech, kde se kombinují vlivy dvou protichůdných
faktorů. Je zřejmé, že spásání samo o sobě primární produkci snižuje: ubyvá biomasy a tedy i
jedinců, kteří by rostli. Druhy faktor souvisí právě s recyklací: herbivoři zde fungují stejně jako
dekompozitoři, s tím rozdílem, že vyhledávají i živé části rostlin. Zbytky potravy, které projdou
trávicím traktem, obsahují prvky v již přístupné formě. Stejně jako v případě rostlin a
dekompozitorů zde tedy existuje vztah nepřímého mutualismu. Sečtením obou těchto vlivů vznikne ona
křivka s vrcholem.
Tvar křivky a poloha vrcholu však závisí na kritickém parametru souvisejícím s recyklací: je jím
ztráta prvku během recyklačního cyklu. Pokud se podíváme na spodní obrázek, vidíme změny tvaru
křivky. Jakmile ztráta prvku během recyklace přeroste přes určitou mez, stimulaci primární produkce
pastvou již nepozorujeme (Loreau, 2010). Pokud je tedy recyklační cyklus neúčinný, může se projevit
pouze negativní efekt působení herbivora vztaženo k rostlině.
Zdroj: Pavel Rotter, Stabilita ekologických systémů.

Příklady symbióz, kooperací a facilitací
logo_mu logo_fss logo Fig. 9.15 Fundamental niches of Crops 1 and 2 when sole cropped and their
respective realized niches when intercropped.
usnadnění (symbióza) vede k jevu, kdy je realizovaná nika větší, než fundamentální, kompetice má
obrácený efekt (Vandermeer, 1989).
Interakce a vliv na vztah mezi fundamentální a realizovanou nikou

Příklady symbióz, kooperací a facilitací
logo_mu logo_fss logo
Fixace dusíku: probíhá v rámci různých vztahů
•v půdě volně žijící bakterie a sinice: volně žijici fixatoři vzdušneho dusiku jsou schopni za rok
fixovat 8 – 120 kg dusiku/ha (Prochazka a kol., 1998)
•nejčastěji zmiňovaným organismem v souvislosti s volně žijícími fixátory dusíku jsou gramnegativní
bakterie rodu Azotobacter, vyskytují se volně v půdě s vyšším obsahem organické hmoty
•je známo, že aplikace průmyslových N hnojiv potlačuje nitrogenásovou aktivitu v půdě a tedy
N2 fixační aktivitu těchto bakterií, naopak aplikace organických hnojiv (jako je hnůj, kompost
apod.), případně zaorávka slámy, zvyšuje výskyt těchto prospěšných bakterií v půdě a zvyšuje i
jejich aktivitu.
•
Výsledek obrázku pro azotobacter

Příklady symbióz, kooperací a facilitací
logo
Fixace dusíku: probíhá v rámci různých vztahů
•organismy žijící v mutualistickém vztahu s vyššími rostlinami jsou schopni ročně fixovat 45 – 400
kg N/ha (Prochazka a kol., 1998):
•některé půdní bakterie vytvářejí volný vztah, asociativní symbiózu (př. bakteriální rody
Azotobacter a Pseudomonas), kdy osidlují kořenové soustavy rostlin (nejčastěji tropických a
subtropických)
•
•dlouhou dobu známá a dobře prozkoumaná je symbióza bakterií dříve řazených do r. Rhizobium (v
širším pojetí) s rostlinami z cel. bobovitých (Fabaceae), ale i dalších čeledí U bobovitých má
schopnost takové symbiózy asi 90 % druhů, většinou bylin (fixační kapacita u některých rostlin muže
dosáhnout až 500–600 kg N.ha–1.rok–1)
•
•bakterie rodu Frankia jsou rovněž dusík fixující symbionti, ale žijí v symbióze s některými
dřevinami, např. olšemi, pro olše (Alnus) se bežně udává 80 kg N.ha–1.rok–1, u olše červené (A.
rubra) dosahují udávané hodnoty za optimálních podmínek 200–300 kg N.ha–1.rok–1.

Přemena molekulárního dusíku na amoniakální formu využívá enzym nitrogenázou (bílkovinný komplex s
atomy Fe a Mo), která katalyzuje redukci molekuly dusíku na amonný iont. Reakce je poměrně
energeticky náročná, na vytvoření 1 molu amonných iontu se spotřebuje asi 13,5 molu
adenosintrifosfátu (ATP) — molekul poskytujících energii (Sprentová 1987). Volně žijící bakterie
obvykle využívají jako zdroj energie přeměnu organických látek z prostredí, zatímco sinice
získávají energii fotosynteticky a některým bakteriím poskytují organické látky hostitelské
rostliny. Zatím známe dvě skupiny těchto symbióz, které se uskutečňují na kořenech rostlin.

Příklady symbióz, kooperací a facilitací
logo_mu logo_fss logo Výsledek obrázku pro frankia hlízky na kořenech rostlin
Zdroj: http://www.ueb.cas.cz/

Hlízky na kořenech olše. Žijí v nich symbiotické baktérie z rodu Frankia.

Figure 1 Common mycorrhizal network in a forest 400 x 400 px
•Vytváří půdní síť

•Umožňuje uvolňování prvků z organické i anorganické půdní hmoty
•
•Rozšiřuje aktivní plochu kořenů pro příjem vody a nutrientů
•
•Pravděpodobně zprostředkovává část komunikace mezi stromy
van der Heijden et al, 2015
Mykorrhizní symbióza

Nurse effect (nérs efekt)

Michal Jirouš | PhotoNature.cz
http://informationss.blog.cz
Mykorhizní symbióza
logo_mu logo_fss logo Scheme summarizing the main nutrient exchange processes in EM and AM
symbiosis.
zdroj: Bonfante, P. & Genre, A. Mechanisms underlying beneficial plant – fungus interactions
in mycorrhizal symbiosis. Nat. Commun. 1:48 doi: 10.1038 /ncomms1046 (2010).
•mobilita dusíku v půdě a mykorhiza
Výsledek obrázku pro spruce forests Zobrazit původní obrázek
AM
ECM

Michal Jirouš | PhotoNature.cz
http://informationss.blog.cz
Efekt chůvy
(Simard et al., 1997)
Funkční význam mykorhizy a posun k superorganismu…
•transport energií bohatých organických látek skrze mycelium do následující generace stromků v
zástinu
•
•může fungovat i mezidruhově
•
•mycelium představuje jakousi síť v rámci lesního ekosystému
•
Mykorhizní symbióza
logo_mu logo_fss logo
Zdroj: Gryndler a kol.

Michal Jirouš | PhotoNature.cz
http://informationss.blog.cz
Cyklus dusíku
logo_mu logo_fss logo
Zdroj: Záhora, 2012; http://web2.mendelu.cz/af_291_projekty2/vseo/print.php?page=4007&typ=html
http://web2.mendelu.cz/af_291_projekty2/vseo/files/150/12004.jpg

Dnes víme, že rostliny dokáží vstřebávat i jednoduché organické formy dusíku (Schimel a Bennett,
2004).

logo logo_mu logo_fss
Obecná struktura ekosystému a potravních sítí
http://cemca.org/easynow/images/tropic.jpg
producenti
konzumenti

logo logo_mu logo_fss
Z pyramidy kruh?
http://cemca.org/easynow/images/tropic.jpg
http://www.learner.org/courses/envsci/visual/img_med/energy_transfer.jpg

Zatímco tok energie systémem je otevřený, tok hmoty, zvláště limitujících prvků je uzavřený: velmi
důležitá je recyklace.

disipace energie
atmosféra
primární producenti
konzumenti
opad
zásoba dostupných živin
pedosféra
disipace energie
disipace energie
dva fundamentální principy utváření ekosystémů:
•využití volných zdrojů práceschopné energie
•
•recyklace důležitých prvků v rámci systému
Z pyramidy kruh?
logo logo_mu logo_fss

Ekosystém zajišťuje koloběh důležitých živin a jejich retenci (zadržení v ekosystému), destrukce
(degradace) ekosystému se pak projeví zvýšeným odnosem důležitých živin podpovrchovým odtokem, což
lze změřit na povodích, do nichž stéká voda z ekosystému.
Pro příklad temperátního lesního ekosystému bylo stanoveno, že dusík ve vhodné formě setrvá v půdě
v průměru 109 let, v biomase porostu 88 let, v opadu 5 let a v organismech rozkladačů několik málo
dní, načež převážně vstupuje zpět do porostní biomasy. V důsledku těsné recyklace pak zůstávají
zásoby dusíku v ekosystému po velmi dlouhou dobu (1815 let), jak již bylo zmíněno (Míchal, 1994).

•podmínky prostředí se na různých místech světa podstatně liší
•prostředí se liší mimo jiné v počtu a síle disturbancí
Výsledek obrázku pro tajga
Michal Jirouš | PhotoNature.cz
Výsledek obrázku pro tropický deštný les
http://informationss.blog.cz
Cesta k pochopení stability ekosystémů…
logo logo_mu logo_fss

http://informationss.blog.cz
frekvence disturbancí
•persistence: obecná schopnost systému udržet se v daném prostředí (přežít) v průběhu času
modified from Hobbs and Suding, 2009
Cesta k pochopení stability ekosystémů…
logo logo_mu logo_fss

http://informationss.blog.cz
frequency of perturbations
Výsledek obrázku pro tropický deštný les Výsledek obrázku pro tajga
stabilní podmínky, bohatý vstup energie: komplexní systém, komplikovaná struktura, bohatá potravní
síť, diferenciace nik, potravní specialismus, optimalizace toků
tropický deštný les
boreální les
výrazná sezonalita, variabilní vstup energie, extrémnost klimatu: jednoduchá struktura, jednoduchá
potravní síť, potravní generalismus simple structure, disturbance zahrnuty ve vývojovém
cyklu ekosystému
Cesta k pochopení stability ekosystémů…
•persistence: obecná schopnost systému udržet se v daném prostředí (přežít) v průběhu času

Michal Jirouš | PhotoNature.cz
http://informationss.blog.cz
frequency of perturbations
rezistence
resilience
Míra změny, které nastanou v systému po disturbanci, problém s měřením síly disturbance; často
používaná jako měřítko schopnosti komunity vzdorovat invazivnímu druhu.
Měřítko stability využívající čas, jaký systém potřebuje po disturbanci k návratu do původního
stavu. Rychlá odpověď systému znamená, že systém se rychle navrátí do svého rovnovážného stavu.
McCann 2000
Cesta k pochopení stability ekosystémů…
logo logo_mu logo_fss

Michal Jirouš | PhotoNature.cz
ekosystémová proměnná, popisující stav, nebo proces v ekosystému (např. biomasa, početnost
populace, produktivita, účinnost využití světla, efektivita recyklace, biodiversita)
Cesta k pochopení stability ekosystémů…
logo logo_mu logo_fss

Michal Jirouš | PhotoNature.cz
http://informationss.blog.cz
Ecosystem
variability
v empirických studiích může být problém s určením síly disturbance
Cesta k pochopení stability ekosystémů…
ekosystémová proměnná, popisující stav, nebo proces v ekosystému (např. biomasa, početnost
populace, produktivita, účinnost využití světla, efektivita recyklace, biodiversita)
logo logo_mu logo_fss

•Stabilita v prostoru a čase
Michal Jirouš | PhotoNature.cz
http://informationss.blog.cz
Výsledek obrázku pro boreal forest succession Výsledek obrázku pro fire png
čas
oheň
oheň
Dramatické změny v některých systémových proměnných mohou být součástí dynamiky systému, jako
odpověď na povahu prostředí. Pokud bychom takový systém pozorovali po dostatečně dlouhý čas, mohli
bychom vysledovat specifické opakující se rysy v dynamice systému.
Cesta k pochopení stability ekosystémů…
logo logo_mu logo_fss

mozaika a dynamika boreálních lesů
Michal Jirouš | PhotoNature.cz
http://informationss.blog.cz
Full-size image (80 K)
•přirozená struktura boreálního lesa sestává z vývojových zrn různého stáří
•k propuknutí požáru jsou nejvíce náchylná zrna s největší zásobou nekromasy
•požár iniciuje fázi obnovy v přestárlých zrnech s velkým množstvím nekromasy
•mozaikovitá struktura ekosystému zaručuje, že požár nezasáhne velké území
http://www.nationalparkstraveler.com/files/storyphotos/YELL-88_Fires_GV.jpg?0
velké požáry jsou méně pravděpodobné, než malé (požáry individuálních zrn) s ohledem na
mozaikovitou strukturu lesa
Cesta k pochopení stability ekosystémů…

http://informationss.blog.cz
Výsledek obrázku
http://www.pacificbirds.org
Cesta k pochopení stability ekosystémů…
mozaika a dynamika boreálních lesů
logo logo_mu logo_fss

Michal Jirouš | PhotoNature.cz
http://informationss.blog.cz
•mozaikovitá dynamika udržuje systém stabilní na větším měřítku a zamezuje příchodu velkoplošného
kolapsu (velkého požáru)
•
•homogenizace struktury narušuje stabilitu a vede k možnosti propuknutí velkého požáru schopného
hluboce změnit strukturu systému na větším měřítku
•
•příklad poskytuje situace v Yellowstone national park USA, kde správa parku dlouhodobě hasila malé
požáry ve víře, že tím prospívá ekosystému, což však vedlo k tomu, že došlo k homogenizaci
struktury, kdy převládla zrna s velkým množství nekromasy (Pickett, 1985)
•
•důsledkem  byl obrovský požár, který území zachvátil v roce 1988
C:\Users\Silvamirator\Desktop\Doktorské studium\Moje přednáška\obrázky pro
přednášku\2.přednáška\Crown Fire Elk.jpg
Cesta k pochopení stability ekosystémů…
mozaika a dynamika boreálních lesů

nejen boreální lesy mají mozaikovitou strukturu
Michal Jirouš | PhotoNature.cz
http://informationss.blog.cz
•maximální plocha stejného vývojového stádia je pro přirozené horské lesy v ČR 0,5 ha a pro smíšené
lesy nižších vegetačních stupňů je ještě menší (Košulič, 2010)
•mozaikovitá struktura obecně umožňuje koexistenci r a K stratégů
•mozaikovitá struktura tak poskytuje možnost pro ko-existenci raně sukcesních a pozdně sukcesních
druhů, a proto mění časovou osu sukcese zahrnutím prostorové heterogenity
•lesy napříč kontinenty se však liší velikostí vývojových zrn v prostorové mozaice, obecně boreální
lesy mají zrna větší, temperátní a tropické pak vykazují jemnější strukturu mozaiky
•V literatuře se často uvádí výraz ploška (patches) místo výrazu zrno
•
•
•
•
•
Full-size image (80 K) Full-size image (80 K)
Cesta k pochopení stability ekosystémů…
logo logo_mu logo_fss

•the r-strategy species typically exploit the environment with no differenciated niches, and
produce many offspring, each of which has a relatively low probability of surviving to adulthood,
primary colonisers are typically r-strategists
•The K-strategy species always occupies enviroment with well differenciated niches, they are well
adapt to specific environment condition and are typical for mature ecosystem

•mozaikovitá struktura je také většinou spojena s větší biodiverzitou v porovnání s homogenní
strukturou
Michal Jirouš | PhotoNature.cz
http://informationss.blog.cz
Cesta k pochopení stability ekosystémů…
logo logo_mu logo_fss

•Vztah stability a biodiverzity
Michal Jirouš | PhotoNature.cz
http://informationss.blog.cz
modelová studie:
•
•model cyklické sukcese ForClim (Bugmann, 1996)
•
•kvantitativní popis populační dynamiky dřevin
•
•model zahrnuje konkurenci o světlo zprostředkovanou faktory prostředí (teplota, vlhkost, Navai)
•
•model byl validován podél klimatického gradientu v Švýcarsku a Německu
•
•simulace 2000 let sukcese porostu
Morin, 2011
logo

one essential service provided by biodiversity is to stabilize the overall abundance of an
assemblage of organisms that provides a particular ecosystem service or function, thereby making it
less vulnerable to fluctuations in the abundances of individual populations; this phenomenon, or
components of it, has been characterized using a variety of terms (e.g. statistical averaging,
portfolio effect, covariance effect, insurance hypothesis and stabilizing effect (Thibaut and
Connolly, 2013)

Michal Jirouš | PhotoNature.cz
http://informationss.blog.cz
Morin, 2011
•Vztah stability a biodiverzity
logo

one essential service provided by biodiversity is to stabilize the overall abundance of an
assemblage of organisms that provides a particular ecosystem service or function, thereby making it
less vulnerable to fluctuations in the abundances of individual populations; this phenomenon, or
components of it, has been characterized using a variety of terms (e.g. statistical averaging,
portfolio effect, covariance effect, insurance hypothesis and stabilizing effect (Thibaut and
Connolly, 2013)

Michal Jirouš | PhotoNature.cz
http://informationss.blog.cz
Morin, 2011
výsledek z modelové studie:
•
•pozitivní efekt větší biodiverzita na průměrnou produktivitu
•
•pozitivní efekt biodiverzity na stabilitu na ekosystémové, nikoliv na populační, úrovni
•
stabilita měřena jako inverzní funkce variability produktivity
•Vztah stability a biodiverzity
logo logo_mu logo_fss

http://informationss.blog.cz
•biodiverzita zvyšuje stabilitu na ekosystémové úrovni
•
•výsledky simulační studie jsou stejné jako výsledky polních experimentů BIODEPTH (EU) a Ceder
Creek experiment (USA) s trávami
•
•
http://www.nature.com/scitable/content/ne0000/ne0000/ne0000/ne0000/17064132/f3_cleland_ksm.jpg
Tilman et al. 2006
Figure 1
Morin et al. 2014
EU: velké množství experimentálních ploch v různých podmínkách
USA: dlouhodobý experiment
výsledky simulační studie
výsledky studií s trávami
podobné vztahy byly získány i s uvážením funkční diverzity
•
logo logo_mu logo_fss
•Vztah stability a biodiverzity

Michal Jirouš | PhotoNature.cz
http://informationss.blog.cz
asynchronita v odpovědi druhu na fluktuace prostředí (Yachi and Loreau, 1999)
růst stability s biodiverzitou
Conceptual diagram showing how increasing diversity can stabilize ecosystem functioning
•
•s určitými fluktuacemi prostředí je třeba vždy počítat
•
•vede k průměrně větší produktivitě a stabilitě
•
different response of species
Cesta k pochopení stability ekosystémů…

logo logo_mu logo_fss
Zdroje informací:
Petr Anděl, Ekotoxikologie, bioindikace a biomonitoring
Pavel Rotter, Stabilita ekologických systémů
Josef Lhotský, Úvod do studia symbiotických interakcí mikroorganismů
Igor Míchal, Ekologická stabilita
Stanislav Rozsypal, Přehled biologie
Begeon, Harper, Townsend, Ekologie: Jedinci, populace, společenstva
Michel Loreau, From populations to ecosystem
1.
1.
1.