1 Voda 2 Voda jako zdroj i stresor v nedostatku (limituje produkci, druhy o ni soupeří) voda modeluje povrch! xerické prostředí střední úroveň (druhy o ni soupeří, ale produkci příliš nelimituje, druhy nemají adaptace na sucho ani přemokření) mezické prostředí v nadbytku druhy mají adaptace na nadbytek vody v půdě (málo kyslíku: anoxia; patogeny apod.) mokřad tvoří celé prostředí druhy mají adaptace na život ve vodním sloupci vodní prostředí terestrické prostředí semiterestrické prostředí akvatické prostředí 3 Voda jako důležitá součást těla rostlin a živočichů pásovnice Venušina: 99% vody Wikipedia Tur domácí: 52-60% vody pstruh potoční: 75% vody Wikipedia poikilohydrické organizmy Haberlea rhodopensis (Gesneriaceae) rašeliník (mech) terčovka (lišejník) 4 Vries J. and Archibald J. (2018): New Phytologist Asano et al. (2019) Život začal v moři …. 5 … a opakovaně se tam vracel https://evolution.berkeley.edu/ 6 Povrch zemský Moře a oceány: 70,8 % Sladká voda: 2 % zemského povrchu Estuáry: ústí řek do moří Objemové podíly Oceány a moře 97,2 % Slané vody souší 0,0008 % Ledovce a věčný sníh 2,15 % Jezera, rybníky, nádrže 0,009 % Vodní toky 0,0001 % Podzemní voda 0,62 % Kapilární voda v půdě 0,005 % Voda v atmosféře 0,001 % Hydrosféra 7 HYDROLOGICKÝ CYKLUS Malý oběh vody se uskutečňuje pouze nad pevninou nebo pouze nad oceánem. Většina vypařené vody z pevniny padá pevninu a z oceánu do oceánu. Koloběh vody: ca 9-10 dní pobývá molekula vody v atmosféře (tj. spadne až 40x za rok) Velký oběh vody vzniká spojením malých oběhů a je to výměna vody mezi světadíly a oceány. recharge discharge 8 Roční úhrn srážek https://www.climate-charts.com/ Důležité ale je, tolik se vypaří evapotranspirací. Voda jako zdroj i stresor terestrické prostředí semiterestrické prostředí akvatické prostředí důležitost vodního režimu: hladina podzemní vody, sezónní změny v hladině vody a množství vody důležitost chemismu vody důležitost fyzikálních vlastností vody Periodické vody 66099 lepidurus%20apus6 Jarní záplavy a tání sněhu, zvýšení podzemní vody, deště Osídlují je živočichové s krátkým generačním cyklem a s diapauzou a vývojová stádia létavého hmyzu. Obojživelné rostliny: rukev obojživelná pobřežnice jednokvětá 11 Chemické vlastnosti vody salinita European Space Agency Odráží geologické podloží (moře, ale i slané prameny a jezera na souši), polohu, stáří moře, mořské proudy, estuarie … ionty tvořící 99% hmotnosti mořské soli: chloridy, sodík, sírany, hořčík, vápník, draslík. vyšší salinita = vyšší osmotický tlak … proto jsou potřeba adaptace, zejména u mořských obratlovců, protože ti vznikli ve sladkých vodách mořská ryba sladkovodní ryba ztrácí vodu osmózou, pijí mořskou vodu, vylučují sůl, tvoří málo moči, která je mírně slaná. získávají vodu osmózou, nepijí, přijímají sůl žábrami, tvoří hodně hypotonické moči diadromní migrace (migrace mezi sladkou a mořskou vodou) katadromní migrace (migrace ze sladké do mořské vody za účelem rozmnožování) anadromní migrace (migrace z mořské vody do sladké za účelem rozmnožování) amphidromní migrace (migrace mezi sladkou a mořskou vodou během života ale ne za účelem rozmnožování) … ale co ryby, které se vyskytují v obou prostředích? Takových druhů je málo. Buď jsou euryhalinní a dokáží přepínat mezi fyziologickými režimy (mají různé typy buněk), za cenu pomalejšího růstu, nebo jsou tažné (cyklicky euryhalinní) a v průběhu ontogenetického vývoje přepínají z hyperosmotické osmoregulace na hypoosmotickou. 15 pH Důležitý faktor, stejně jako v půdě (minulá přednáška). Ale co je to vlastně pH? Je to kauzální nebo spíš zprostředkovaně kauzální faktor? pH = - log (H+) v půdě a ve vodě semiterestrického prostředí (minulá přednáška) v akvatickém prostředí -mobilizace Al, případně Fe v půdě -změna formy dusíku - ovlivnění příjmu kationtů - jako v půdě: rozpustnost kovů, změna forem dusíku, ovlivnění příjmu kationtů - navíc: ovlivnění chemosenzorických funkcí vodních živočichů - uhličitanová rovnováha Stejně jako u půdy: bazifilní a acidofilní organizmy; stenoiontní a euryiontní organizmy; vztah pH a diverzity 16 mořská voda: pH 8,1-8,3 Vyšší salinita = vyšší pH 17 chemické látky jako zdroje uhlík Rostliny (cévnaté rostliny, řasy): potřebují oxid uhličitý jako zdroj pro fotosyntézu; v terestrickém prostředí jej získávají z ovzduší, v akvatickém z vody Pozor! Uhličitanová rovnováha! jen málo rostlin umí využít HCO3- pro fotosyntézu! Nedostatek volného CO2. www.co2akvaristika.cz wikipedia Elodea canadensis Je možná limitace oxidem uhličitým! Akvaristé znají … 18 uhlík živočichové: neumí fotosyntetizovat, ale jsou z 95% tvořeny organickými (uhlíkatými) látkami. Uhlík přijímají konzumací rostlin, a v akvatickém prostředí ve velké míře i přijímáním rozpuštěného organického uhlíku (dissolved organic carbon: DOC) Jsou to organické sloučeniny a částice o velikosti 0.22-0.7 µm, často organické kyseliny vznikající rozkladem odumřelých rostlin a živočichů, jak přímo ve vodě, tak i na souši (splachy) nebo v sedimentech pod vodním sloupcem. DOC váže 662 gigatun uhlíku (861 je lesích; 600 v rašelině; podobná hodnota v atmosféře) microbiální smyčka (loop) 19 rozpuštěné živiny (dusík, fosfor, draslík) - zdroj pro růst (produkci) rostlin, a sekundárně i pro živočichy oligotrofní vody: chudé N, P, K. Malá produktivita = málo řas, řídká vegetace (parožnatky), pomalé přibývání usazenin na dně (sedimentů), dobrá průhlednost, dostatek kyslíku. Extrémně neúživné vody se označují jako ultraoligotrofní. mezotrofní: mírně zvýšené množství živin, bujnější, druhově bohatší vegetace eutrofní: hodně živin, velká produktivita (hlavně řasy a sinice – vodní květ), nedostatek kyslíku (v noci, kdy řasy dýchají), toxiny sinic živinami bohaté až toxické sedimenty. Vyšší stupně eutrofie se označují polytrofie a hypertrofie. dystrofní: ultraoligotrofní voda, která je kyselá a zakalená (neprůhledná). Zakalení způsobují huminové kyseliny (rozpuštěný organický uhlík), které se usazují na dně.. Ohrožené, s řadou vzácných druhů (rašeliništní jezírka). Produkce malá. -gradient N, P, K, případně minerálů, ve vodonosných vrstvách nebo - -čas: vývoj od mladých po stará jezera nebo - -gradient znečištění vod lidskými aktivitami (proces eutrofizace) weebly.com dystrofní jezírko kyslík Je kyslík zdroj? Setkáte se s různou odpovědí v různých učebnicích. Kyslík je nezbytný pro život rostlin i živočichů (dýchání), rostliny jej zároveň produkují při fotosyntéze jako odpadní produkt; potřebují víc uhlíku vyrobit než „prodýchat“ (viz světelný kompenzační bod v přednášce o světle). Proč by neměl být zdrojem v pravém slova smyslu? (a)je nevyčerpatelný (b)nelimituje produktivitu (c) Platí to ale i v akvatických ekosystémech? Ne zcela; kyslíku může být nedostatek v eutrofních vodách (krátkodobě) nebo v podzemních vodách a může limitovat výskyt některých druhů. Nejpřesnější označení je tedy že nedostatek kyslíku je stresující faktor (stresor). stopové prvky: síra, mangan, železo, bor, hořčík …. v nadbytku se jejich vliv mění na toxický (jsou tedy zdroji i stresory) sirovodík (H2S): vzniká u dna stojatých vod (a) redukcí síranů při nepřístupu kyslíku; (b) odnímání kyslíku ze síranů bakteriemi. Je toxický, jde tedy o stresor metan (CH4): skleníkový plyn; vzniká redukcí oxidu uhličitého při nedostatku kyslíku, na procesu se podílí metanogenní bakterie. Většinou je pro organismy toxický (stresor), ale metanotrofní bakterie využívají metan jako zdroj uhlíku. těžké kovy, organické znečišťující látky: toxický efekt hormony, léčiva: narušují biologické vlastnosti vodních organismů aminokyseliny, bílkoviny: součást rozpuštěného organického uhlíku ostatní chemické látky: příklady vesmir.cz Fyzikální vlastnosti vody Hustota vody: 775x větší než hustota vzduchu; největší při 4°C (fyzikální anomálie vody) zamrzá odshora u dna 4°C, nezamrzá: přežití vodních organizmů přes zimu. Přežil díky tomu život na Zemi v extrémně zaledněném období pozdních starohor? wikipedia Význam v evoluci: větší hustota = větší nadlehčování; menší investice do oporných soustav, hmotnější organismy (plejtvák obrovský – 100 tun) http://www.wigry.win.pl/kwartalnik/nr36_zima10.gif Fyzikální vlastnosti vody Viskozita (vnitřní tření) vody: 100x větší než viskozita vzduchu, stejně jako hustota je vyšší při nižších teplotách. Ovlivňuje sezónní (teplotní) změny morfologie některých živočichů hrotnatka jezerní (Daphnia cucullata) Povrchové napětí: vzniká na rozhraní mezi tekutým a plynným prostředím v důsledku zvýšené soudržnosti molekul vody. Projevuje se jako tenká blanka která je prostředím pro neuston. http://www.blueanimalbio.com/bugs/kunchong/banchi/1/i15_Hydrometra_stagnorum.jpg epineustické druhy hyponeustické druhy Fyzikální vlastnosti vody Hydrostatický tlak Mechanický tlak: stlačitelné tělo, u obratlovců stlačitelné plíce a žebra (vorvaň, kareta), obrana proti embolii, absence plynového měchýře Změny rozpustnosti: vyšší rozpustnost CO2, rozpuštění karbonátů (kostra!) Fyzikální vlastnosti vody Světlo – zdroj! viz přednáška o světle kompenzační hladina eufotická vrstva afotická vrstva ohrožená šídlatka jezerní – když světlo dopadá až na dno Fyzikální vlastnosti vody Světlo: faktor „průhlednost“ -vegetace cévnatých rostlin (na vodní hladině i ve vodním sloupci) -plankton -rozpuštěný organický uhlík (včetně huminových kyselin) -výška slunce, vlastnosti hladiny www.vtei.cz Secciho deska Afotické prostředí pod zemí interstic větší, vodou vyplněné intersticiální prostory vodonosných vrstev adaptace na tmu: viz přednáška o světle stygon: společenstvo podzemních vod stygobiont: obyvatel podzemních vod Fyzikální vlastnosti vody Teplota - různé tolerance druhů k teplotě (teplota ovlivňuje fyziologické procesy, nízká nebo vysoká teplota může limitovat fotosyntézu) - ovlivňuje intenzitu kompetice (soupeření o zdroje a prostor) - ovlivňuje fyzikální vlastnosti vody a rychlost chemických procesů - teplota vody je stabilnější než teplota vzduchu Horsák et al. 2021 Hydr Processes Voda pufruje teplotu vody na prameništích Fyzikální vlastnosti vody Teplota eurytermní druhy Esox-lucius-2 polystenotermní druhy: úzká vazba na velkou teplotu oligostenotermní druhy: úzká vazba na nízkou teplotu Crenobia alpina Výsledek obrázku pro coral reefs http://nationalgeographic.com Teplotní stratifikace a cirkulace vody v nádržích mírného pásma Fyzikální vlastnosti vody https://docplayer.cz/27503184 termoklina Teplota Fyzikální vlastnosti vody Proudění wikipedia NASA mořské proudy: změny teploty, vynášení živin ze dna, migrace • umožňují migrace, i mezi mořem a sladkou vodou • změny koncnetrace živin od pramene k ústí • kolísající průtok • nestabilní dno • • jednosměrné proudění Sladké tekoucí vody Lotické vody: rychle proudící, peřejnaté, žijí zde rheobionti Lentické vody: pomalu proudící a „stojaté“, žijí zde limnobionti http://www.bishfish.co.nz/images/webbooks/riverseq450.jpg Horsák et al. Sladké tekoucí vody Adaptace na proudění Přichycení: slizové stopky řas a sinic, kořeny / rhizoidy vyšších rostlin (ve stojatých vodách redukovány nebo chybí), přisedlé formy živočichů – např. mlži (byssová vlákna) Úkryty, težké schránky, rourky wikipedia Liponeura eaufrance.fr Háčky, přísavky, tvar těla 36 rybí pásma Členění toku krenál ritrál potamál jemné organické sedimenty, hodně živin hrubé sedimenty, méň živin Členění nádrže příbřežní část = litorál; vzdálenější hlubší část = pelagiál