1.1 Úvod
Člověk je přirozeně součástí biosféry, a v této souvislosti i ekosystémů. Avšak vzhledem ke své početnosti, schopnostem a aktivitám je významným činitelem, který může výrazně ovlivnit různé části biosféry, atmosféry i pedosféry, součásti ekosystémů, vzájemné vztahy a četnost populací různých živočichů a rostlin. Pokud má na planetě dlouhodobě úspěšně fungovat, měl by se snažit porozumět procesům a vztahům, do kterých zasahuje, nebo které ovlivňuje, nejen proto, aby je dokázal pro sebe efektivně využít, ale především proto, aby je neúmyslně neovlivňoval negativně, nebo je nevratně nenarušil.
Z tohoto důvodu je nutné chápat a rozumět fungování světa a živé přírody kolem sebe na různých hierarchických úrovních, které se mohou navzájem ovlivňovat a ve vztahu ke svému fungování jsou přirozeně propojené.
Nejnižší úroveň, která přímo zasahuje do fungování živých organismů a současně popisuje strukturu hmoty, je úroveň prvkového a chemického složení látek, popis chemických reakcí a podmínek, za kterých mohou probíhat, ať už v živých organismech, tak v prostředí, které tyto organismy obklopuje. Pochopit a poznat strukturu hmoty z tohoto pohledu pomáhá chápat, proč jsou různé živiny důležité pro životní procesy a porozumět tomu, jakým způsobem bude ovlivněn život organismů, jestliže těchto prvků, které tvoří základ chemického složení jejich těl a průběh jejich metabolismu, budou mít nedostatek.
Další úroveň je úrovní buněk, které jsou na jednu stranu nejjednodušší živou základní stavební součástí organismů, na druhou stranu i nejjednoduššími živými organismy. Pochopit strukturu a fungování buněk, porozumět základním procesům, ke kterým dochází ve všech živých buňkách, znamená porozumět základům, na kterých stojí fungování všech živých organismů. Základními procesy, ve své většině společnými všem živým organismům, jsou: Spotřeba energie pro vlastní životní procesy a udržení uspořádanosti organismu jako takového, výměna látek s okolím, dráždivost (schopnost reagovat na vnější prostředí a jeho změny), možnost nebo schopnost se těmto změnám přizpůsobit, schopnost rozmnožovat se, často i schopnost pohybu...
Úroveň vyšších organismů popisuje součinnost a specializaci buněk v mnohobuněčných organismech, principy přenosu chemických signálů mezi tkáněmi, pletivy a orgány, jakož i principy řízení procesů v organismu tak, aby navenek fungoval jako samostatná entita, schopná vnímat a reagovat na okolní prostředí.
Živé organismy ovšem přirozeně nefungují samy o sobě, nezávisle na jiných jedincích, ale tvoří součást populací, společenstev, v rámci vztahů v ekosystémech jsou součástí potravních řetězců a pyramid, ovlivňují své okolí, ať už živé nebo neživé - a současně mohou být tímto okolím ovlivňováni.
V planetárním měřítku pak existuje biosféra jako taková a v jejím rámci základní typy společenstev organismů, které fungují určitým způsobem - především v souvislosti s fungováním abiotického prostředí, které je ovlivňuje, daného především vzorcem klimatu a charakterem a dostupností základních podmínek, nutných pro život těchto oganismů.
Základním procesem který v rámci planety vede k udržení života, je ukládání energie slunečního záření (viditelné části spektra) do chemických vazeb organických látek, jako základních složek živé hmoty. Tento proces je založen na neustálém přísunu energie ze Slunce - tedy z prostředí mimo naši planetu - a spotřebováváním této energie pro životní procesy většiny zde žijících organismů. Fungování převážné většiny organismů a z nich se skládajících ekosystémů je tedy přímo závislé na energetickém zdroji mimo planetu.
Základním procesem, který umožňuje využívat energii slunečního záření a převést ji do formy (chemických vazeb) využitelné živými porganismy, je proces fotosyntézy, jenž propojuje tok energie (energie slunečního záření a chemických vazeb...) a koloběh prvků, jako základních stavebních jednotek hmoty.
Z chemických prvků mají nejvýznamnější úlohu tzv. biogenní prvky. Mezi hlavní biogenní prvky patří kyslík, uhlík a vodík, které tvoří 96,5 % živé hmoty a dále pak základní živiny,bez kterých je fungování živých organismů nemožné a kam patří N, P, K, Ca, Mg, Fe, S, Mn, Zn, Mo, Cu, Cl, Co, B.
Množství živé hmoty na Zemi (biomasy) se odhaduje na 1,15 * 1012 tun, avšak kdyby se tato hmota rozložila rovnoměrně po ploše celé Země, dosahovala by hloubky necelých 5 mm. Produkční možnosti ekosystémů, biomasa i biodiverzita jsou však na různých místech Země odlišné. Rozhodujícím činitelem ovlivňujícím diverzitu těchto podmínek je klima, především množství a rozložení srážek v průběhu roku a tím daná dostupnost vody, změny teplotních charakteristik v průběhu roku, extrémů, ovlivňujících možnosti přežívání a délku životního období organismů,možnost dostupnosti živin v závislosti na horninovém substrátu a tvorbě půdy. Směrem od rovníku k pólům rozlišujeme v podnebných či krajinných pásech vegetační pásy a ve směru od hladiny oceánů vzhůru výškové vegetační stupně, typické určitými klimatickými charakteristikami. Průběh podnebných pásů v rámci zemské šířky je narušen nerovnoměrným rozložením oceánů a pevnin, a prouděním mořských proudů a vzdušných mas měnících základní vzorec průběhu klimatických charakteristik a ovlivňujících teplotní a srážkový režim. Z tohoto důvodu rozlišujeme nejen dané vegetační pásy, ale i kontinentální a oceanický typ klimatu.
V biosféře hrají z hlediska možností tvorby biomasy, složitosti potravních řetězců a biodiverzity, hlavní úlohu autotrofní (fotosyntetické) organismy a to především rostliny. Na živočišnou složku biosféry připadá jen necelých 10 %, přičemž většina živých organismů žije ve světovém oceánu.
Současná struktura biosféry je produktem dlouhého vývoje mnohých různě složitých systémů, které postupně směřují k dosažení stavu dynamické přírodní rovnováhy a mění se současně v procesu přizpůsobení změněným okolním podmínkám. Živé organismy ovlivňují i neživé složky ekosystémů. Podílejí se na zvětrávání hornin a na tvorbě půd, čímž ovlivňují dostupnost živin a produkční možnosti ekosystémů jako takových. Rostlinstvo tlumí vítr a ovlivňuje odtok vody z krajiny, teplotní režim v krajině. V každém živém organismu, v každém ekosystému i na úrovni planety dochází k neustálému oběhu chemických prvků a látek a k převodům a přeměnám energie.