Koloběhy látek a potravní vztahy

Potravní řetězce popisují, jak se látky a energie v přírodě přesouvají mezi organizmy. Obvykle mají 4–5 článků.

Na počátku potravních řetězců stojí producenti, což bývají fotosyntetizující organizmy. Díky fotosyntéze ukládají energii slunečního záření do chemických vazeb a vytvářejí organické látky bohaté na energii. Typickými producenty jsou zelené rostliny, řasy, sinice či někteří protisté.

Producenty se živí konzumenti 1. řádu, což jsou obvykle býložraví (živící se rostlinami) či všežraví živočichové. Konzumenty 1. řádu žerou konzumenti 2. řádu (podobně dále s konzumenty dalších řádů). Na vrcholu potravních řetězců stojí masožraví vrcholoví predátoři.

Mrtvá těla všech účastníků potravního řetězce zpracovávají rozkladači (dekompozitoři). Ti uvolňují různé látky zpět do prostředí, jsou tak k dispozici dalším organizmům. Mezi rozkladače typicky patří bakterie, houby či různí bezobratlí živočichové (např. larvy much).

Znázornění potravních řetězců je do určité míry zjednodušující: ve skutečnosti např. určitý živočich nežere jen jeden druh jiného živočicha (pro přesnější vyjádření potravních vztahů se využívají tzv. potravní sítě).

Rozkladači (dekompozitoři) se významně podílejí na koloběhu látek v přírodě. Rozkládají mrtvou organickou hmotu (mrtvé organizmy). Na rozkladu určité součásti přírody se obvykle podílí více druhů rozkladačů současně nebo ve vzájemné návaznosti.

Organická hmota je rozkladači zpracovávána na jednodušší látky. Tyto látky (živiny i minerální látky) se pak vracejí do prostředí a mohou je využít další organizmy. Mrtvá organická hmota (např. dřevo, těla živočichů) se díky rozkladačům v přírodě dlouhodobě nehromadí. Rozkladači se podílejí i na vzniku půd.

Příklady rozkladačů

Mezi typické rozkladače patří nezelené bakterie a houby. Živočichové se mohou živit mrtvou rostlinnou hmotou (např. žížala, stínka) či výkaly (třeba koprofágní brouci, např. hnojník obecný či chrobák velký). Mrchožrouti se živí většími mrtvými těly živočichů (takto se částečně živí např. orel mořský).

Nároky rozkladačů na prostředí

Houby, bakterie a bezobratlí živočichové jakožto rozkladači obvykle pro svou aktivitu potřebují vlhké prostředí. Zároveň je potřeba, aby se jim zpracovávané organizmy „nebránily“ – např. proti bakteriím a houbám dokáže zasáhnout imunitní systém živočichů. Mnozí rozkladači vyžadují kyslík, někteří se bez něj obejdou (anaerobní bakterie). Aktivita rozkladačů se snižuje při nízké teplotě (třeba během zimy).

Využití rozkladačů člověkem

Rozkladači (např. žížaly) mají význam při kompostování, v rámci něhož se organické zbytky (třeba z kuchyně, zahrady) přemění na živinami bohatý kompost. Ten se dá využít při pěstování rostlin.

Negativní působení rozkladačů

Rozkladači mohou člověku škodit: např. houby způsobují „plesnivění“ potravin (houba tedy „sní“ potravinu dříve, než to stihne udělat člověk) či rozklad (hnilobu) dřeva. Pro dřevěné konstrukce může být ohrožením i dřevokazný hmyz (např. červotoč).

Chemický prvek uhlík (\mathrm{C}) je zásadní pro život na Zemi. Je součástí organických látek v živých organizmech (např. sacharidů/cukrů, tuků, bílkovin).

Uhlík se také nachází v zemské kůře, např. jako minerál grafit nebo jako součást uhličitanu vápenatého (\mathrm{CaCO_3}, např. ve vápenci). Uhlík se v rámci organických látek nachází v zemním plynu, uhlí či ropě (z té se vyrábí např. benzín či nafta). Zemní plyn, uhlí a paliva vyrobená z ropy lze označit jako fosilní paliva.

V atmosféře je uhlík vázaný v plynném oxidu uhličitém (\mathrm{CO_2}).

Oxid uhličitý je skleníkový plyn. Zvětšování jeho množství v atmosféře vlivem lidské činnosti způsobuje klimatickou změnu. Proto je užitečné uvědomit si, jak se uhlík (jako součást oxidu uhličitého) dostává do atmosféry a z ní.

Fotosyntéza

Fotosyntézu provádějí zejména řasy/rostliny. Využívá se při ní oxid uhličitý a voda. Za účasti světla vznikají organické látky bohaté na energii a kyslík. Fotosyntéza tedy vede k odstraňování uhlíku z atmosféry a jeho ukládání do organické hmoty (např. do dřeva, do půdy).

Buněčné dýchání

Drtivá většina živých organizmů (včetně těch fotosyntetizujících) používá k získávání energie buněčné dýchání (přesněji aerobní respiraci). V rámci buněčného dýchání živiny reagují s kyslíkem, uvolňuje se využitelná energie, vzniká oxid uhličitý a voda.

Rozklad

Rozkladači získávají energii zpracováním látek z odumřelých organizmů. Pokud látky ve výsledku zpracují pomocí kvašení či buněčného dýchání, uvolňuje se oxid uhličitý. V případě tzv. anaerobní respirace („dýchání bez účasti kyslíku“) se může uvolňovat i methan (\mathrm{CH_4}), který je též skleníkovým plynem.

Další děje

• Oxid uhličitý se do určité míry může rozpouštět ve vodě, což vede k okyselování (acidifikaci) oceánů.
• Oxid uhličitý se dále dostává do atmosféry vlivem aktivity sopek (ve srovnání s lidskou činností se ho sopečnou činností uvolňuje asi 60× méně).

Činnost člověka a globální souvislosti

Člověk ke své činnosti potřebuje energii. Tu mnohdy získává spalováním biomasy nebo fosilních paliv (např. v průmyslu, dopravě, energetice). To vede k uvolňování oxidu uhličitého do atmosféry.

Na emisích oxidu uhličitého se dále podílí změny využití půdy a odlesňování (ekosystémy ztrácejí schopnost vázat uhlík, uvolňuje se uhlík nashromážděný v biomase). Odlesňování se týká např. tajgy či tropických lesů.

Oxid uhličitý vzniká i při zpracování některých surovin, např. pálení vápence na vápno/cement či při výrobě oceli.

Množství oxidu uhličitého v atmosféře se zvětšuje, tedy rychlost uvolňování převyšuje rychlost ukládání v přírodě.

Určité látky důležité pro život podléhají složitým koloběhům (cyklům). Mezi tyto látky (prvky) patří zejména uhlík (\mathrm{C}), dusík (\mathrm{N}), fosfor (\mathrm{P}) a síra (\mathrm{S}).

Následující tabulka uvádí výskyt prvků uhlíku a dusíku a návazné procesy.

Koloběhy uhlíku a dusíku přibližují i následující schémata:

Síra (\mathrm{S}) se uvolňuje z hornin či je spojena se sopečnou činností. V živých organizmech je součástí některých aminokyselin. Je obsažena i ve fosilních palivech. Z nich se obvykle při zpracování odstraňuje, aby se její oxidy neuvolňovaly do ovzduší.

Fosfor (\mathrm{P}) je zásadní mj. pro rostliny. V malé koncentraci je v mořské vodě, získává se zejména z hornin (např. apatitu) či guána (trusu mořských ptáků).

Koloběh vody (\mathrm{H_2O}) je spojen se změnami jejího skupenství.