Zależności między organizmami: mutualizm, łańcuch pokarmowy i ekosystem
Podstawa programowa wymaga, żebyś umiał wyjaśnić znaczenie mutualizmu i komensalizmu, skutki konkurencji, zmiany liczebności w układzie zjadający–zjadany, przepływ energii i obieg węgla oraz azotu. Wymaga też analizy sieci pokarmowych i opisu sukcesji. Tak przygotujesz się do tej części matury z biologii na poziomie rozszerzonym.
Na maturze 2023–2026: w każdej z 4 sesji, zadań: 6.
W skrócie
najważniejsze w kilku zdaniach
Zależności nieantagonistyczne (mutualizm, komensalizm) przynoszą korzyść jednej lub obu stronom i nikomu nie szkodzą; antagonistyczne to konkurencja, drapieżnictwo i pasożytnictwo.
W układzie zjadający–zjadany liczebności populacji falują, a maksimum drapieżników pojawia się z opóźnieniem.
Łańcuch pokarmowy tworzą producenci, konsumenci kolejnych rzędów i destruenci; sieć pokarmowa łączy wiele łańcuchów.
Energia przepływa przez ekosystem w jedną stronę i na każdym poziomie ubywa jej około 90 %; pierwiastki krążą.
W obiegu azotu rolę mają bakterie wiążące N₂, nitryfikacyjne i denitryfikacyjne, a w obiegu węgla – fotosynteza i oddychanie.
Sukcesja to przemiana zbiorowiska w czasie, pierwotna lub wtórna, która kończy się zbiorowiskiem szczytowym.
Egzamin maturalny z biologii na poziomie rozszerzonym trwa 180 minut; za cały arkusz można uzyskać 60 punktów. Zadania są pogrupowane w wiązki wokół wspólnego materiału — tekstu, tabeli, wykresu, schematu lub opisu doświadczenia. Zadania zamknięte (wielokrotnego wyboru, prawda–fałsz, na dobieranie) dają około 30 % punktów, zadania otwarte (z luką, krótkiej odpowiedzi) — około 70 %. Zadania sprawdzają wymagania podstawy programowej z 2024 r.
Zależności między organizmami
Zależności dzielimy według skutków dla obu stron. W zależnościach nieantagonistycznych żadna strona nie ponosi szkody. Mutualizm przynosi korzyść obu partnerom: obligatoryjny jest konieczny do życia, na przykład w porostach, gdzie grzyb i fotosyntetyzujący partner tworzą jeden organizm, a fakultatywny jest korzystny, lecz partnerzy poradzą sobie osobno. Komensalizm korzysta jednej stronie, a drugiej nie szkodzi ani nie pomaga.
Konkurencja wewnątrzgatunkowa dotyczy osobników jednego gatunku i ogranicza zagęszczenie populacji, a międzygatunkowa – osobników różnych gatunków o podobnych wymaganiach. Jej skutkiem bywa wyparcie słabszego konkurenta albo zawężenie jego niszy, czyli przesunięcie się w inne warunki lub do innego pokarmu.
Zależność
Skutek dla stron
mutualizm (nieantagonistyczna)
korzyść obu stron
komensalizm (nieantagonistyczna)
korzyść jednej strony, druga bez zmian
konkurencja (antagonistyczna)
obie strony ograniczone przez ten sam zasób
drapieżnictwo (antagonistyczna)
korzyść zjadającego, śmierć zjadanego
pasożytnictwo (antagonistyczna)
korzyść pasożyta, szkoda żywiciela
Układ zjadający–zjadany i adaptacje
Gdy liczebność ofiar rośnie, drapieżnik ma więcej pożywienia, ale jego populacja rozmnaża się wolniej, więc wzrasta dopiero po pewnym czasie. Wtedy zjada coraz więcej ofiar i ich liczebność spada, a po niej – liczebność drapieżników. Na wykresie widać dwa przesunięte w czasie szczyty, które się powtarzają. Przebieg ten wynika z wzajemnej zależności, a nie z pory roku.
Drapieżniki, pasożyty i roślinożercy mają przystosowania do zdobywania pokarmu, na przykład szybkość, ostre zęby i pazury, haczyki przyczepne czy żuwaczki. Ofiary bronią się ucieczką, ukrywaniem się dzięki barwom ochronnym, barwami ostrzegawczymi, kolcami, toksynami oraz mimikrą, czyli podobieństwem do innego organizmu. Rośliny chronią się cierniami, twardymi tkankami i substancjami toksycznymi.
Łańcuchy pokarmowe i przepływ energii
Łańcuch pokarmowy zaczyna się od producentów, czyli autotrofów wytwarzających związki organiczne. Dalej stoją konsumenci pierwszego rzędu (roślinożercy), drugiego i kolejnych rzędów (mięsożercy). Łańcuch zamykają destruenci, zwani też reducentami, którzy mineralizują obumarłą materię. Producenci zajmują pierwszy poziom troficzny, roślinożercy – drugi, a każdy kolejny rząd konsumentów – o jeden wyższy. Sieć pokarmowa łączy wiele łańcuchów, bo większość gatunków zjada i bywa zjadana przez kilka innych.
Energia słoneczna wiązana przez producentów płynie w ekosystemie tylko w jedną stronę i nie wraca. Na każdym poziomie znaczna jej część rozprasza się jako ciepło i jest zużywana w oddychaniu, więc do następnego poziomu przechodzi mniej więcej jedna dziesiąta. Dlatego łańcuchy są krótkie, a biomasa i energia maleją ku szczytowi. Pierwiastki, w przeciwieństwie do energii, wracają do obiegu dzięki rozkładowi szczątków.
Obieg węgla i azotu
Węgiel wchodzi do organizmów jako CO₂ w fotosyntezie producentów i wraca do atmosfery w oddychaniu wszystkich organizmów, w rozkładzie szczątków oraz przy spalaniu paliw. Konsumenci otrzymują węgiel w pokarmie. Jego część zostaje na długo w osadach, torfie i paliwach kopalnych.
W obiegu azotu atmosferyczny N₂ jest dla większości organizmów niedostępny. Wiążą go bakterie, w tym bakterie brodawkowe żyjące w symbiozie z korzeniami roślin motylkowatych. Rośliny pobierają azot jako NH₄⁺ i NO₃⁻ i budują z niego białka, które trafiają dalej w łańcuchu pokarmowym. Szczątki ulegają amonifikacji, a powstałe jony amonowe bakterie nitryfikacyjne utleniają najpierw do azotynów (NO₂⁻), a potem do azotanów. Bakterie denitryfikacyjne redukują azotany z powrotem do N₂.
Proces
Przemiana
Organizmy
wiązanie azotu
N₂ → związki amonowe
bakterie, np. brodawkowe
nitryfikacja
NH₄⁺ → NO₃⁻
bakterie nitryfikacyjne
asymilacja
NO₃⁻ i NH₄⁺ → białka
rośliny
denitryfikacja
NO₃⁻ → N₂
bakterie denitryfikacyjne
Sukcesja ekologiczna
Sukcesja to kierunkowa przemiana ekosystemu w czasie, w której gatunki jednego zbiorowiska zastępują kolejne. Sukcesja pierwotna zaczyna się na terenie bez gleby, na przykład na świeżej skale lub po wycofaniu się lodowca: najpierw osiedlają się gatunki pionierskie, jak porosty i mchy, a one tworzą glebę. Sukcesja wtórna zachodzi tam, gdzie gleba została, na przykład na polu po wycofaniu uprawy. Przebieg kończy względnie stabilne zbiorowisko szczytowe.
Pojęcia
mutualizm
Zależność, z której korzystają obie strony; obligatoryjny jest konieczny do życia partnerów, fakultatywny – nie.
komensalizm
Zależność, z której korzysta jedna strona, a druga nie odnosi ani korzyści, ani szkody.
konkurencja międzygatunkowa
Rywalizacja osobników różnych gatunków o ten sam ograniczony zasób, np. pokarm, światło lub miejsce.
mimikra
Podobieństwo wyglądu jednego gatunku do drugiego, które daje mu korzyść, np. ochronę przed drapieżnikami lub łatwiejsze zdobycie pokarmu.
destruenci
Organizmy rozkładające szczątki organiczne do związków mineralnych, które wracają do obiegu materii.
poziom troficzny
Miejsce organizmu w łańcuchu pokarmowym określone przez sposób zdobywania energii, np. producenci i konsumenci kolejnych rzędów.
nitryfikacja
Utlenianie jonów amonowych do azotanów przez bakterie nitryfikacyjne.
sukcesja pierwotna
Przemiana zbiorowiska rozpoczynająca się na terenie bez gleby, od gatunków pionierskich.
Zadanie z matury
źródło: CKE
Prawdziwe zadanie z arkusza CKE, słowo w słowo, z materiałem źródłowym. Rozwiąż je, zanim zajrzysz do wyjaśnienia.
Zadanie z arkusza CKEmatura
Matura 2024, biologia (poziom rozszerzony), zadanie 21.2
Zadanie 21.
Oddziaływania międzygatunkowe u roślin mogą mieć charakter antagonistyczny, np. gdy w suchym środowisku występuje konkurencja korzeni o wodę, lub nieantagonistyczny – polegający na wzajemnym wspomaganiu wzrostu.
Aby określić wpływ wzajemnego oddziaływania roślin jednorocznych i krzewów Ambrosia dumosa, przygotowano na pustyni następujące poletka doświadczalne:
• próba A – usunięto rośliny jednoroczne, a pozostawiono krzewy A. dumosa
• próba B – pozostawiono rośliny jednoroczne oraz krzewy A. dumosa
• próba C – pozostawiono rośliny jednoroczne, a usunięto krzewy A. dumosa.
Na poniższych ilustracjach przedstawiono próby: A, B i C.CKERośliny jednoroczne w obecności krzewów charakteryzowały się większym przyrostem biomasy, natomiast przyrost biomasy krzewów w obecności roślin zielnych był ograniczony.
Na podstawie: C.J. Krebs, Ecology: The Experimental Analysis of Distribution and Abundance, Harlow 2014.
Zadanie 21.2. (0–1 pkt)
Wyjaśnij, w jaki sposób rzucanie cienia przez krzewy A. dumosa wpływa pozytywnie na przyrost biomasy roślin jednorocznych w warunkach suszy. W odpowiedzi uwzględnij bilans wodny roślin.
Źródło: CKE, egzamin maturalny 2024, biologia, poziom rozszerzony (arkusz MBIP-R0-100-2405), zadanie 21.2. Rozwiązanie — według zasad oceniania CKE. · Arkusz na stronie CKE
Zasady oceniania CKE
poprawne wyjaśnienie, uwzględniające: • mechanizm – ograniczenie parowania wody z liści lub z podłoża i w związku z tym większą dostępność wody lub dwutlenku węgla dla mniejszych roślin jednorocznych ORAZ • skutek – wzrost intensywności fotosyntezy u roślin jednorocznych pozwalający na większy przyrost biomasy.1 pkt
odpowiedź niespełniająca wymagań na 1 pkt albo brak odpowiedzi.0 pkt
Rozwiązanie i przykładowe odpowiedzi według CKE
Przykładowe rozwiązania (CKE):
• Rośliny jednoroczne traciły w procesie transpiracji mniejszą ilość wody, która jest substratem fotosyntezy, a więc ten proces zachodził intensywniej.
• Zacienienie podłoża pozwoliło na utrzymanie wody w glebie, a więc rośliny jednoroczne zachowały dodatni bilans wodny, co umożliwiło prowadzenie fotosyntezy. Dodatkowo zacienienie rośliny obniża temperaturę jej liści i ogranicza w ten sposób fotooddychanie.
• Zacienienie roślin jednorocznych oraz podłoża przez krzewy stało się przyczyną ograniczenia parowania wody. Dlatego dla roślin jednorocznych ilość wody była wystarczająco duża, by mogły one intensywnie przeprowadzać fotosyntezę, co pozwoliło u nich na lepszy przyrost biomasy.
• Zacienienie rośliny wpływa korzystnie na jej bilans wodny, dzięki czemu utrzymuje ona otwarte aparaty szparkowe i może pobrać więcej dwutlenku węgla, wiązanego potem w procesie fotosyntezy.
• Ogranicza to straty wody podczas suszy, co pozwala roślinie na przeprowadzenie procesów metabolicznych, których substratem jest woda i które to przyczyniają się do przyrostu biomasy rośliny.
Wyjaśnienie od Kleksy
Polecenie wymaga wyjaśnienia „w jaki sposób” cień wpływa na przyrost biomasy i podpowiada, że chodzi o bilans wodny. Z materiału odczytaj, że rośliny jednoroczne rosną lepiej, gdy obok są krzewy, i że w wysuszonym środowisku woda jest czynnikiem ograniczającym.
Cień zmniejsza parowanie z gleby i z liści, więc roślina traci mniej wody. Lepszy bilans wodny pozwala dłużej utrzymać otwarte aparaty szparkowe, pobrać więcej CO₂ i prowadzić intensywniejszą fotosyntezę, a z niej bierze się przyrost biomasy.
Według zasad oceniania CKE: 1 punkt za wyjaśnienie, które łączy mechanizm – cień ogranicza parowanie wody z liści lub z podłoża, więc roślinom jednorocznym zostaje więcej wody albo dwutlenku węgla – ze skutkiem: wzrostem intensywności fotosyntezy, który pozwala na większy przyrost biomasy. Nie uznaje się odpowiedzi, które nie odnoszą się do zwiększenia intensywności fotosyntezy.
Przykładowa odpowiedź: w cieniu krzewów rośliny jednoroczne tracą mniej wody przez transpirację, mają lepszy bilans wodny, dłużej utrzymują otwarte aparaty szparkowe i intensywniej prowadzą fotosyntezę, dzięki czemu przybywa ich biomasy.
Zadanie z arkusza CKEmatura
Matura 2023, biologia (poziom rozszerzony), zadanie 16.1
Zadanie 16.
Wargatek czyściciel (Labroides dimidiatus) żywi się pasożytniczymi bezkręgowcami, które przebijają i rozrywają skórę oraz skrzela innych ryb. Wargatek jest dobrze widoczny w toni wodnej dzięki czarnemu pasowi biegnącemu od głowy do ogona oraz niebieskim plamom na tułowiu i na ogonie. Aby pozbyć się pasożytów, do wargatka czyściciela podpływają ryby z około 50 różnych gatunków. Wśród ryb zbliżających się do wargatka znajdują się także drapieżniki, które go nie atakują, ale pozwalają mu na usunięcie pasożytów.
Z wargatkiem współwystępuje inna ryba – aspidont (Aspidontus taeniatus) – która jest podobna morfologicznie do wargatka, ale prowadzi odmienny tryb życia. Gdy do aspidonta zbliży się większa ryba, ten szybko atakuje i odgryza jej kawałek płetwy bądź skóry, po czym ucieka do swojej kryjówki. Oba gatunki przedstawiono na poniższych ilustracjach.CKE
Na podstawie: T. Kaleta, Zachowanie się zwierząt. Zarys problematyki, Warszawa 2014; J. Morrissey i in., Introduction to the Biology of Marine Life, Sudbury 2009.
Zadanie 16.1. (0–1)
/1
Dokończ zdanie. Zaznacz właściwą odpowiedź spośród podanych.
Zależność między wargatkiem czyścicielem a rybą przez niego czyszczoną to
Źródło: CKE, egzamin maturalny 2023, biologia, poziom rozszerzony (arkusz MBIP-R0-100-2305), zadanie 16.1. Rozwiązanie — według zasad oceniania CKE. · Arkusz na stronie CKE
Odpowiedź według klucza CKE:A
Wyjaśnienie od Kleksy
Z materiału odczytaj, co zyskuje każda ze stron. Wargatek żywi się pasożytami, które zbiera z innych ryb, więc zdobywa pokarm. Czyszczona ryba traci pasożytów, które ranią skórę i skrzela.
Korzyść mają obie strony, więc jest to mutualizm (A). Komensalizm (B) wymagałby, żeby jedna strona nie miała żadnej korzyści. Drapieżnictwo (C) kończy się śmiercią zjadanego, a ryba czyszczona przeżywa. Pasożytnictwo (D) oznacza szkodę żywiciela, tymczasem tu ryba zyskuje.
Odpowiedź: A
Sprawdź się
sprawdzisz od razu
Zaznacz lub wpisz odpowiedź i sprawdź ją od razu: pod zadaniem zobaczysz wyjaśnienie. Jak ocenia CKE: za zadanie zamknięte — 1 albo 2 punkty, tylko za całkowicie poprawną odpowiedź; za zadanie otwarte — od 1 do 3 punktów według zasad oceniania opracowanych do tego zadania. Odpowiedź nieprecyzyjna albo kilka odpowiedzi, z których jedna jest błędna, nie daje punktu.
zadanie Kleksy
Zadanie 1. (0–1)
/1
Oceń prawdziwość poniższych stwierdzeń dotyczących ekosystemu.
Oceń prawdziwość poniższych stwierdzeń. Wybierz P, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
Energia zawarta w szczątkach rozłożonych przez destruentów wraca do producentów i jest ponownie wykorzystywana w fotosyntezie.
Węgiel związany w fotosyntezie przez rośliny sprzed milionów lat wraca do atmosfery jako CO₂ podczas spalania węgla kamiennego.
Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.
zadanie Kleksy
Zadanie 2. (0–1)
/1
Przyporządkuj procesom z obiegu azotu organizmy, które je prowadzą. Wybierz odpowiedź spośród A–E.
Organizmy
Abakterie nitryfikacyjne
Brośliny okrytozalążkowe
Cbakterie brodawkowe
Dbakterie denitryfikacyjne
Egrzyby saprotroficzne
Proces
1. wiązanie N₂ w związki amonowe w symbiozie z roślinami motylkowatymi
2. przemiana amoniaku w azotyny (NO₂⁻)
3. przekształcanie azotanów w glebie ubogiej w tlen w azot cząsteczkowy, który ulatnia się do atmosfery
Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.
zadanie Kleksy
Zadanie 3. (0–1)
/1
Dokończ zdanie. Wybierz odpowiedź A albo B oraz odpowiedź 1. albo 2.
W łańcuchu pokarmowym trawa → konik polny → żaba → bocian żaba jest konsumentem i zajmuje
Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.
zadanie Kleksy
Zadanie 4. (0–1)
/1
Podaj nazwę grupy organizmów wyróżnianej w łańcuchu pokarmowym, dzięki której opadłe jesienią liście w ciągu kilku miesięcy znikają z dna lasu, a zawarte w nich pierwiastki wracają do gleby.
Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.
Sukcesja pierwotna zaczyna się bez gleby, wtórna – z glebą.
Pytania i odpowiedzi
1.Jak odróżnić mutualizm obligatoryjny od fakultatywnego?+
Odp.:W mutualizmie obligatoryjnym partnerzy nie mogą żyć bez siebie, jak w porostach, gdzie grzyb i jego fotosyntetyzujący partner tworzą jedność. W fakultatywnym zyskują obaj, ale każdy z nich poradzi sobie samodzielnie, choć gorzej. W zadaniu szukaj informacji, czy któryś z partnerów występuje także osobno.
2.Dlaczego energia ubywa na kolejnych poziomach troficznych?+
Odp.:Znaczna część energii pokarmu jest zużywana w oddychaniu organizmu i rozpraszana jako ciepło, część wraca z odchodami do destruentów, a nie wszystkie tkanki są zjadane. Do następnego poziomu przechodzi mniej więcej jedna dziesiąta. Dlatego łańcuchy pokarmowe mają zwykle kilka ogniw.
3.Czym różni się łańcuch pokarmowy od sieci pokarmowej?+
Odp.:Łańcuch to jedna droga energii: producent, konsument pierwszego rzędu, drugiego rzędu i dalej. Sieć pokarmowa łączy wiele łańcuchów, bo ten sam gatunek może zjadać kilka innych i być zjadany przez kilka kolejnych. W analizie sieci sprawdzaj, co się stanie, gdy zniknie jedno ogniwo.
4.Jak wyjaśnić falowanie liczebności drapieżnika i ofiary?+
Odp.:Opisz kolejne kroki: wzrost liczebności ofiar zwiększa ilość pożywienia, drapieżniki rozmnażają się z opóźnieniem, wzrost ich liczby zmniejsza liczebność ofiar, a potem brak pokarmu zmniejsza liczebność drapieżników. Cykl się powtarza. Zwróć uwagę na przesunięcie w czasie między maksimami.
5.Czym różni się sukcesja pierwotna od wtórnej?+
Odp.:Pierwotna zachodzi na terenie bez gleby, na przykład na skale lub piasku po wycofaniu lodowca, i zaczyna się od gatunków pionierskich, które tworzą glebę. Wtórna zachodzi tam, gdzie gleba i nasiona już są, na przykład po pożarze lub porzuceniu pola, więc przebiega szybciej. Obie kończą się zbiorowiskiem szczytowym.
Serwis nie jest związany z Centralną Komisją Egzaminacyjną. Zadania oznaczone „CKE” pochodzą z arkuszy CKE; objaśnienia do nich i pozostałe zadania na stronie napisaliśmy sami.
Rozwiąż za darmo cały arkusz CKE z matury z biologii (poziom rozszerzony) z maja 2026 roku – 180 minut, jak na egzaminie. Po oddaniu zobaczysz wynik i to, w którym dziale tracisz punkty.