Ekologie – Pravidla pro život na zemi

V posledních 38 epizodách rychlokurzu biologie jsme mluvili o tom, jak vytvořit organismus. Víte, co jsem se naučil během těchto 38 týdnů já? Dávat živé věci dohromady je těžké. Obsahují molekuly, které tvoří organely, shlukují se do buněk, které dohromady tvoří tkáně, ty tvoří orgány, a ty zase tvoří systém. Vědět tohle je nesmírně důležité, protože to ukazuje základní pravidla pro živé tvory na téhle planetě. Ale pořád je tu toho více. Pochopit, jak organismus funguje, je skvělé, ale neřekne nám to moc o tom, jaké místo zaujímá v našem světě. Proto potřebujeme ekologii, nauku o vztazích mezi všemi pozemšťany. Ekologie hledá vysvětlení, proč svět vypadá a funguje právě takto. Proč Jižní pól vypadá jinak než Kongo a proč komáři jsou všude, zatímco černí nosorožci prakticky vyhynuli. Stručná odpověď je: protože svět je přeplněn věcmi, živými i neživými, které mezi sebou neustále interagují každý den, od počátku života na této planetě. Ještě kratší odpověď je, že všechno živé a všechny věci se navzájem ovlivňují v závislosti na dvou věcech. Zkuste hádat, jaké to jsou. Mezitím se připravte, protože rychlokurz biologie se vydává na poslední cestu mimo tělo, a do celého světa. (veselá znělka) Mohli byste přemýšlet o všem živém - velkých bílých žralocích, řasách, bramborách - jako o molekulách, které na sebe reagují. Každý z organismů je docela malinký, podobně jako jedna molekula kyslíku, kterou potřebujeme pro vytvoření ATP pro pohon našeho těla. Sama toho moc neudělá. Pokud ale spojíte milion molekul kyslíku s jinými typy molekul, najednou se uvolní obrovské množství megawattů ATP, což oživí hromadu masa, jako jste vy. Stejný princip platí pro organismy. Dáte-li jednotlivé organismy dohromady, mohou se vzájemně ovlivňovat a vytvořit něco většího, než jen součet dílčích částí. Stejně jako má každý organismus hierarchii biologických systémů od molekul přes organely, buňky, tkáně až k orgánům, má i Země úrovně ekologického uspořádání. Když je banda příslušníků určitého druhu spolu na jednom místě a docela často se ovlivňují, mluvíme o populaci. Populační ekologové zkoumají, proč populace rostou nebo se zmenšují, podle toho, kde jsou. Když spolu žijí dvě nebo více populací jiného druhu, nazýváme to společenstvem. Ekologické společenstvo je jako být soused pana Rogerse, až na to, že my sousedy většinou nepožíráme. To je to, co druhy dělají, když spolu žijí, interagují. Někdy to znamená predaci, někdy spolupráci, někdy soutěžení o zdroje jako jsou jídlo, voda a životní prostor. Ekolog společenstev studuje, jak interakce mezi členy společenstva a jejich prostředím ovlivňuje počet jednotlivých druhů ve společenství. Úroveň výš nad společenstvy jsou ekosystémy, které jsou tvořeny skupinami organismů na daném místě a neživými částmi v jejich prostředí, např. půdou, vodou a vzduchem. Jestliže vezmeme soubor žijících věcí a umístíme je na místo se specifickou kombinací klimatu, půdní chemie a topografie, vytvoří se určitý ekosystém. Ale přemístěte je na úplně odlišné místo, a budou pracovat úplně jinými způsoby, až vytvoří nový ekosystém. Ekosystémová ekologie zkoumá, jak energie a látky putují ekosystémem a jak fyzické prostředí ovlivňuje věci, které v něm žijí. Lidé si často pletou ekosystémy s biomy. V biomu organismy používají podobné techniky adaptace na obecný soubor podmínek. Pastviny jsou příkladem biomu. Na Zemi existují celé desítky různých pastvin. V každé z nich organismy dělaly podobné evoluční ústupky pro všechny podmínky, které jsou všude stejné; třeba horká léta, chladné zimy nebo málo deště, ale pořád víc deště než v pouštích. Další biomy zahrnují tropické deštné lesy, tundry, pouště a oceány. Jedinou úrovní nad biomem je biosféra, která zahrnuje atmosféru a celou Zemi - všechno, co může být použito čímkoliv živým. Proč všechny tyto úrovně ekologické aktivity vypadají tak, jak vypadají? Proč některé organismy rádi žijí na jednom místě, a ne někde jinde? Co způsobuje, že se různé populace, společenstva, ekosystémy a biomy od sebe liší? Faktory určující vzhled místa, spadají do dvou různých kategorií: biotické (živé) a abiotické (neživé). Biotické faktory zahrnují predátory, stejně jako zvířecí či rostlinné konkurenty, nebo organismy vhodné k jídlu či přístřeší. Naproti tomu abiotické faktory jsou teplota, vlhkost, sluneční svit, nadmořská výška nebo prvky, které jsou v prostředí nezávisle na organismech, ale ovlivňují je stejně, jako je ovlivňují jiné živé organismy. Největší význam z těchto dvou kategorií mají ty esenciální. Ty, co jsou nejvíc potřeba, ale jen v určitém množství. Tyto požadavky souvisí s chemií. Například téměř všechny chemické reakce uvnitř živých těl jsou řízeny enzymy. To jsou katalyzátory skoro všeho, co se v našich tělech děje. Tyto enzymy jsou nejvíce účinné v určitém teplotním rozmezí. Když se hodně ochladí, zpomalí se chemické reakce v těle. Naopak velmi vysoké teploty změní podobu enzymů a sníží jejich efektivitu. Teplota je jeden z hlavních faktorů, které určují, proč zvířata žijí na různých místech. Když se podíváte na místa na Zemi s největší biodiverzitou, nebo jinak rozmanité, zjistíte, že jsou to místa, kde je teplota v ideální rozsahu pro funkci enzymů. Co dál? Všichni musí jíst, nebo přinejmenším pokud jste zvíře nebo houba nebo jiný heterotrof. Asi byste řekli, že i jídlo hraje důležitou roli. Vlastně jsou to rostliny a jiní autotrofové jako sinice, kteří jsou základem skoro všech potravních řetězců. Ale i oni musejí být živeni. A tak se znovu vracíme k chemii. Klíčovou ingrediencí rostlin, potřebnou k fotosyntéze, je voda, kterou i my potřebujeme ke spálení ATP, udržování homeostáze v našich tělech, a tak podobně. Snaha zajistit si jídlo je v samé podstatě jen potřeba zajistit si vodu. Jaké překvapení! Na vodě a teplotě záleží organismům nejvíce. Z tohoto důvodu se na ně zaměřují i ekologové zkoumající, proč organismy preferují jedno místo před druhým. Tyto faktory dohromady definují každý biom na planetě. Tak třeba kaktus Saguaro se naučil žít na Sonorské poušti v Severní Americe, kde je extrémní teplo a kde velmi málo prší. Sonorská poušť je plná zvířat a rostlin, kteří, stejně jako Saguaro, dokáží čelit horku a extrémnímu suchu. Kdybyste tato zvířata dali do Amazonského deštného pralesa, je pro ně sice dostatečně horký, ale moc vlhký. Všechno, co žije v biomu, je nakonec ovlivněno množstvím vody a jaká je tam teplota. A také tito obyvatelé ovlivňují, jak bude biom vypadat. Tomu se říká fyziognomie. Teď se podíváme, jaké různé biomy se ve světě vyskytují. Na naší planetě existují místa, kde příšerně prší, okolo 300 centimetrů za rok, a jsou pořádně teplá (průměrně 25°C až 30°C), což, pokud se ptáte mě, je počasí na plavky. Tyto biomy se nazývají tropické deštné lesy, jsou obykle těsně u rovníku a mají neuvěřitelně vysokou biodiverzitu, protože všichni si chtějí užít kousek toho sladkého tropického ráje. Na úplně opačné straně spektra máme tundry, které jsou hlavně nad polárním kruhem v Antarktidě, nebo na vrcholu některých hor. Tundra je typická málem srážek a teplotami hodně pod nulou. Co tam tedy žije? Nic moc, pár mechů a játrovek, možná i pár druhů trav, nějací ptáci a hrstka savců. To samé platí pro pouště, kde je malý úhrn srážek a velmi vysoké teploty. Kvůli nedostatku vody zde, stejně jako v tundře, nejsou velké rostliny. A kde je málo rostlin, je i málo jiných organismů, i když teploty mají blízko k ideálu mnohých živých bytostí. Mezi těmito třemi extrémy jsou biomy, které mají více či méně vody v kombinaci s vyšší či nižší teplotou. To jsou mírné biomy. Zahrnují stepi mírného pásu, jaké můžete najít v severoamerické prérii, listnaté lesy mírného pásu, nalézající se téměř po celé Evropě a Severní Americe, a také tajgy nebo jehličnaté lesy, jenž se vyskytují po Kanadě, severním Rusku, a Skandinávii. Pokud všechny tyhle průměrné biomy mají většinu času mírné teploty, pak je to dostupnost vody, která je odlišuje od ostatních. Některé z biomů mají hodně stromů. A jak víme, stromy potřebují hodně vody. Kdybyste se vyskytli v lese mírného pásu, buďte si jisti, že konkrétní ekosystém dostává slušné množství srážek. Karbonský prales nás naučil, že shluk stromů mění krajinu okolo, podnebí, ale také geologii daného biomu. Pokud v biomu nejsou stromy, pravděpodobně to znamená, že mají na svůj vkus málo srážek. Bez stromů se sluneční světlo snadno dostane k půdě, na trávu a jiné malé rostliny, což vede ke vzniku ekosystémů stepí mírného pásu. Kde je tráva, jsou i zvířata, jako třeba bizon, vidloroh a jiní kopytníci, jejichž trávicí ústrojí jsou velké kvasné sudy, které zpracovávají celý den celulózu. Když máte kopytníky, máte i dravce. Tato zvířata jsou dost odlišná od zvířat z lesů mírného pásu. Biomy jsou odlišné, protože se liší rostliny, úhrny srážek i teploty. Samozřejmě existují i podvodní biomy. Vždyť je taky Země ze tří čtvrtin pokrytá vodou. Snadná dostupnost vody v oceánech umožňuje, aby se mořské biomy lišily v teplotě, tlaku, obsahu kyslíku, v množství dostupného světla a podobně. Díky ekologii víme, že způsob, jakým svět funguje, může být většinou vysvětlen teplotou a vodou, ale to je jen začátek, přátelé. Ano, možná konec Biologie 101. Vždy budeme mít tento čas, který jsme strávili s láskou a učením. Ale je tolik dalších věcí, které můžeme společně objevovat. Jak živé bytosti ovlivňují klima, chemické složení atmosféry, dokonce i geologii naší planety. Jak se navzájem ovlivňují? Nebo možná ještě důležitější, jak my, lidé, ovlivňujeme tyto věci? Co můžeme udělat jinak, abychom si pojistili, že budeme moct dál existovat? Nová etapa společného objevování naší planety nás čeká už příští týden!