Organismernas miljö
Organismerna och miljön
Abiotiska faktorer – påverkar organismerna, konsumeras inte
• Vatten
• Syretillgång: aerobi/anaerobi
• Temperatur
• Salthalt
• pH
Resurser – konsumeras eller utnyttjas av organismerna
Håkan Rydin
Evolutionsbiologiskt centrum
Växtekologi
Vatten
• Både resurs och miljöfaktor
• Alla organismer behöver vatten – Varför och till vad?
• Stillastående vatten ⇒ syrebrist
Anpassningar till syrebrist
• Våtmarksväxter har aerenkym (transporterar syre till
rötterna)
• Spindlar som tar med luftbubbla under vatten
• Anaerob metabolism (tex Arkéer som bildar metan)
pH
•
•
•
•
•
•
•
Vatten
Syre
Näringstillgång
Ljus
Utrymme
Boplatser (tex fågelholkar)
Föda
... och många fler...
Vatten
Anpassningar till torka
• Vilostadier: sporer, frön, cystor...
• Avdunstningsskydd
• klyvöppningar reglerar vattenförlust
• hoprullade blad (minskad yta)
• hårda läderartade blad som inte vissnar
• vaxhinna
• håriga blad
• små
• Välutvecklad rotsystem
• Lagring av vatten (succulenter)
• Snabb livscykel när vatten finns (ökenväxter)
• Ovanjordiska delar försvinner under torrperiod
Temperatur
• Viktigt för många växters förekomst
• Olika arter toleranta mot högt och lågt pH
• Direkt effekt på biologiska processer
• Troligen mer ovanligt att arter kräver högt eller lågt pH
• Indirekt effekt genom uttorkning
• Högt pH i områden med hög kalkhalt i marken
• Storskalig variation (latitud påverkar instrålning)
• Påverkar markprocesser
• Viktig variation i mikroskala
• Mycket högt pH ⇒ fosfat blir otillgängligt ⇒ näringsbrist
• Mindre variation i akvatiska än terrestra ekosystem
Mer om detta i föreläsningen Vegetation, mark och klimat
H Rydin: Organismerna och miljön
1
Temperatur
Mikroklimat
Q10 = 2 för många biologiska processer
Hastigheten fördubblas om temperaturen ökar med 10 ºC
Stora skillnader på några centimeters avstånd
Ricklefs 2.25
Temperatur
Ricklefs 9.5b
Salthalt
• Öppet hav: saltvatten, > 3% salthalt
• Östersjön: brackvatten, 0,5 – 3 %
• Sjöar: sötvatten, < 0,5%
Anpassningar till hög temperatur
• Avdunstning sänker temperatur
• Beteenden för att undvika eller söka upp varma platser
Anpassningar handlar om osmoreglering
• Växter: Uttorkning viktigare än temperaturen
Färre arter av alger och djur i Östersjön än i Atlanten
• Varför?
Anpassningar till låg temperatur
• Många växter tål infrysning (fryspunktssänkning genom
höjd sockerhalt)
Mer om detta på Klubban!
• Vilostadier: Sporer, frön, cystor...
• Djur: Vinterdvala, flyttning
Ljus
Att mäta ljusinstrålning
• Fotosyntes: 6CO2 + 6H20 + solljus → 6O2 + C6H12O6
• Klorofyll upptagsspektrum: 400 – 700 nm
Sensor som fångar fotoner
inom 400-700 nm (quantum sensor)
PPFD = photosynthetic photon flux density =
antal fotoner inom 400 – 700 nm per yta och tidsenhet
(μmol m-2 s-1)
Vanliga värden:
Öppen mark, ljus dag: PPFD ≥ 1000 μmol m-2 s-1
Under trädtäcke: PPFD = 1 - 100 μmol m-2 s-1
Ricklefs 2.17
H Rydin: Organismerna och miljön
Testa med mätare i pausen!
utomhus............
inne släckt belysning.......
inne tänd belysning.........
2
Ljus i havet
Ljusresponskurva
CO2-utbyte (mg CO2 g-1 s-1)
Bruttofotosyntes
NPmax
nettofotosyntes
vid ljusmättnad
Re
ra
spi
tion
0
-
Nettofotosyntes
Grönalg
• Växer ytligt
• Pigment som
hos landväxt
Rödalg
• Växer djupt
• Extra pigment
som utnyttjar
grönt ljus
ljusmättnad
+
mörkerrespiration
• Vågor kan ge reflexion, utsläckning av vissa våglängder
• Kompensationsdjup ≈1% av ljuset vid ytan, 15 m vid kust – 150 m ocean
1000
500
PPFD (μmol
m-2
s-1)
kompensationspunkt: ljus som krävs för att fotosyntesen ska
överstiga respirationen
Ricklefs 2.18a
Näringstillgång
• Kväve oftast den begränsande faktorn i terrestra miljöer
• Kvävets kretslopp viktigt. Påverkas av syretillgång som
påverkar olika mikrobiella processer
Skuggväxt (trolldruva)
Anpassning till ljusbrist
• Stora blad i flera lager – fångar mycket
ljus
• Tunna blad – effektivt gasutbyte
Ljusväxt (backtiman)
Anpassning till torka
• Små hoprullade blad – liten yta
• Håriga blad – minskar luftrörelser
Mer om detta på ekosystemavsnittet!
Ricklefs 2.18a
Näringstillgång
Anpassningar till låg kvävetillgång hos växter
• Mutualism med kvävefixerande mikroorganismer (tex
ärtväxter)
• Långsam tillväxt – minskar behov av N-upptag
• Varför är bladen gula innan de fälls på hösten?
• Varför är alens blad gröna när de fälls på hösten?
• Vintergröna blad används flera år – mindre N-förluster
Nisch och habitat – luddiga men användbara begrepp
Nisch
• Organismens sätt att utnyttja resurser och tåla abiotiska faktorer
• De abiotiska förhållanden som organismen klarar av att leva i
• Organismens roll i ett organismsamhälle, dess ”yrke”
• Formell definition utgår från toleranskurvor (exemplet gran/tall)
Habitat
• Miljön inom vilken en organism lever, tex barrskog, havsstrand
• Organismens plats i naturen, dess ”adress”
• Synonyma begrepp
Biotop: används ofta för fåglar
Ståndort: används för växter
Nisch och habitat kan appliceras på individ, population och art
H Rydin: Organismerna och miljön
3
Termer för att beskriva nischer
Ett exempel – gran och tall
Tillväxt, fitness
nischseparation
Tillväxt
Tillväxt
nischbredd
A-bred; B-smal
gran
gran
tall
art A
tall
art B
Markfuktighet
Näring
Resurs eller miljöfaktor (pH, N...)
nischöverlappning
Realiserad nisch
– dit arten är inskränkt genom konkurrens –
Fundamental nisch
– artens fysiologiska tolerans –
Fuktighet
tall
Fuktighet
Gran
hög
låg tillväxt
ingen tillväxt
Tall
gran
hög
mkt
hög
låg tillväxt
0
0
Näring
Näring
Torr
Barrskogar
Lavtallskog
Kalktallskog
Gräsrik
barrblandskog
Frisk
Lingontallskog,
ljung, kråkbär
Blåbärsgranskog
Våt
Fuktig
Tall-ljung-odon
Örtrik
blåbärsgranskog
Gran-ris-sumpskog
Gran-starrsumpskog
Organismer finns sällan i sin optimala miljö utan
där de tolererar miljön och där de inte är
utkonkurrerade
Lågörtsgranskog
Högörtsgranskog
Örtrik gransumpskog
Tallmosse
Låg
Näringstillgång
H Rydin: Organismerna och miljön
Avslutande visdomsord
Undvik uttrycket ”blåsippor trivs i granskog”
Vi vet inte om växter trivs
*
Hög
4
