Caracteristicile generale ale sistemelor biologice

Materia vie este organizată sub forma de sisteme biologice cu diferite grade de complexitate, care permite ierarhizarea acestora plecând de la criteriul universalităţii. Nivele de organizare ierarhică a materiei vii:

1. Nivelul individual, cuprinde biosistemele reprezentate de organismele animale sau vegetale, toţi indivizii biologici, indiferent de gradul lor de evoluţie. 2. Nivelul populaţional, ocupat de sistemele supraindividuale, populaţii de plante sau animale care aparţin aceleiaşi specii, sau care se confundă cu specia. 3. Nivelul biocenotic, reprezentat de comunităţi de plante şi animale (biocenoze), care se comportă ca sisteme biologice complexe. 4. Nivelul biomic, pe care se situează sisteme de o complexitate superioară (biomi), formate de asociaţii de biocenoze adiacente aflate în interacţiune. 5. Nivelul biosferei, reprezentat de ansamblul vieţii pe Pământ, adică de sistemul biosferei.

Sistemul biologic individual este reprezentat de individul biologic, organismul viu. Acesta este forma elementară şi universală de manifestare a vieţii. La nivelul acestui biosistem se manifestă metabolismul care este procesul prin care materia pătrunsă în organism este transformată în substanţă proprie necesara existentei, cresterii si dezvoltarii individului. In 1930 s-a realizat un studiu biochimic cu privire la transformarile diferitelor substante patrunse in organism. Datorită metodei stabilite de Stern şi Nanney, s-a reuşit urmărirea proceselor parcurse de anumiţi compuşi metabolici importanţi la nivelul organismului. Astfel, in urma acestor cercetari s-a ajuns la concluzia ca organismul nu este sub toate aspectele o entitate „statică”. Chiar şi celulele cu stabilitate recunoscută cum sunt cele nervoase sau musculare îşi reînnoiesc total majoritatea componentelor pe parcursul existenţei lor, utilizând alte molecule. La fel si aminoacizii îşi schimbă permanent atomii şi grupările chimice mici. Din acest motiv, organismul nu este „ceva definitiv”. El poate avea periodic o compoziţie complet diferită sub aspect micromolecular, fapt care se datorează manifestării metabolismului. Pentru a se evidenţia şi măsura intrările şi ieşirile de materie şi energie, Lavoisier a realizat un experiment studiind schimburile energetice si gazoase pe cobai. Concluzia a fost că prin metabolizarea unui mol de glucide, un organism animal produce aceeaşi cantitate de căldură (energie) şi dioxid de carbon (materie) şi necesită aceeaşi cantitate de oxigen pentru realizarea „arderii” metabolice ca şi în cazul combustiei la flacără a aceleiaşi cantităţi de glucide.

Sistemul populaţional Populaţia reprezintă un grup de indivizi aparţinând aceleiaşi specii care ocupă acelaşi areal. O specie poate fi reprezentată de cel puţin una ( caz în care populaţia şi specia se confundă), sau mai multe populaţii. Deşi populaţiile sunt unice într-un anumit sens, ele au caracteristici generale, diferite de ale indivizilor care intră în componenţa sa cum sunt anumite relaţii ce se stabilesc între indivizii aceleiaşi populaţii, o anumită structură a efectivului populaţiei (structura de sexe, structura de vârste), un mod de funcţionare specific, o anumită durată de activitate. La nivelul populaţiei se manifestă selecţia naturală şi deci adaptarea speciilor la fluctuaţiile factorilor de mediu.

Izolarea populaţiilor poate determina local apariţia unor caracteristici specifice care se pot dovedi utile pentru specie. La nivelul populaţiei se manifestă si tendinţa dispersiei indivizilor din zonele cu densitate crescută spre locaţii cu o mai mică densitate. O altă caracteristică a populaţiei este aşa numita capacitate de suport, care reprezintă media numărului maxim de indivizi pe care o populaţie îl poate atinge în anumite condiţii date. Efectele eredităţii şi evoluţiei populaţiei, sunt extrem de importante pentru activitatea umană de intervenţie în ecosistemele naturale sau artificiale.

Biocenoza sau comunitatea de plante şi animale Biocenoza este sistemul biologic supraindividual care presupune coexistenţa într-un anumit areal a unor populaţii diferite de plante, animale şi microorganisme, diferenţiate funcţional şi în acelaşi timp interdependente, la nivelul căruia se manifestă o caracteristică fundamentală şi anume, existenţa relaţiilor interspecifice. Biocenoza reprezintă componenta vie a ecosistemului. La nivelul biocenozei, ca rezultat al relaţiilor dintre specii sau populaţii ale diferitelor specii, se manifestă o altă caracteristică a acestui tip de sistem biologic şi anume productivitatea biologică. Biomul este o comunitate biotică caracterizată prin existenţa unor populaţii dominante de plante şi animale, trăiesc într-un anumit climat specific de regulă unor zone geografice mai extinse. Biomul poate fi privit ca o asociaţie de biocenoze adiacente din punct de vedere geografic ceea ce le conferă particularităţi distincte. Deoarece, iniţial definirea biomului a fost aceea de „formaţiuni (asociaţii) vegetale”, majoritatea biomilor sunt denumiţi după tipul vegetaţiei dominante. Influenţaţi de latitudinea şi altitudinea geografice, de temperatură şi regimul precipitaţiilor, biomii tereştri sunt diferiţi şi includ variate tipuri de păduri, întinderi ierboase (savana, stepă, tundră etc.) şi zone deşertice. Aceşti biomi includ de asemenea comunităţile specifice bazinelor acvatice incluse (lacuri, bălţi, mlaştini, zone umede). Deşi aceste asociaţii de ecosisteme s-au format în zone geografice distincte, există unele similarităţi ca urmare a selecţiei naturale. Diversitatea speciilor de animale, precum şi a speciilor vegetale subdominante, care sunt de regulă caracteristice fiecărui biom, este controlată de condiţiile de mediu şi de productivitatea vegetaţiei dominante. În general, diversitatea speciilor este mai mare dacă producţia primară netă este suficient de mare şi există condiţii favorabile de umiditate şi temperatură. Adaptarea speciilor şi specializarea nişelor trofice pot fi observate foarte bine la nivelul biomilor. Organismele care ocupă nişe trofice asemănătoare, în ecosisteme similare dar separate geografic, aparţin unor specii diferite care au dezvoltat însă adaptări similare, ca răspuns la modificarea similară a factorilor de mediu.

Principalele tipuri de biomi sunt următoarele: 1. Tundra arctică şi alpină. Tundra se caracterizeaza printr-o vegetaţie reprezentata de plante de talie mica. Suprafata solului este umedă si are o structură spongioasă, larg răspândit în jurul latitudinii nordice de 60 grade. În adâncime, solul este îngheţat permanent si astfel explică absenţa arborilor si arbustilor. Precipitaţiile şi procesul de evaporare au valori minime, iar în majoritatea zonelor temperatura medie în sezonul cald nu depăşeşte 100C. Chiar în sezonul umed, valoarea precipitaţiilor nu este mai mare de 25 mm, dar suprafaţa solului este deseori saturată cu apă datorită ratei extrem de scăzute a evapotranspiraţiei.

Diversitatea speciilor care populează tundra este scăzută. Plantele sunt reprezentate de câteva specii de arbuşti pitici, câteva specii de plante ierboase, specii de plante cu flori, muşchi şi licheni. Plantele cele mai caracteristice tundrei sunt lichenii. Mamiferele sunt reprezentate de ierbivore (renii, boul moscat) rozătoare, carnivore( vulpea arctică, ursul polar,lupii). Reptilele şi amfibienii sunt slab reprezentate sau lipsesc datorită temperaturilor scăzute.

2. Pădurile boreale de conifere. Sunt reprezentate de păduri umede şi reci de conifere (sau taiga) care se întind pe suprafeţe vaste, pe mai multe continente, între paralelele de 45 şi 57 grade latitudine nordică. Climatul este rece şi foarte rece cu un surplus de umezeală în timpul verii. Vegetaţia predominantă este reprezentată de diferite specii de conifere. Datorită ecranării energiei luminoase, plantele situate pe verticală la nivelul inferior sunt mai slab reprezentate. Solul pădurilor boreale este caracterizat de o litieră adâncă şi o descompunere lentă a materiei organice datorită temperaturilor scăzute, este un sol acid, cu un deficit de substanţe minerale datorită mineralizării lente şi a faptului ca apa din precipitaţii antrenează şi îndepărtează majoritatea mineralelor.

3. Pădurile de foioase din zonele temperate. Climatul este moderat cu arbori cu frunze căzătoare. Datorită condiţiilor climatice favorabile, suprafata acestor paduri a fost mult redusa ca urmare a intervenţiei umane prin transformarea lor în zone agricole sau zone urbane. Plantele aflate la nivelurile inferioare coronamentului arborilor sunt bine dezvoltate şi diversificate ca specii. De asemenea, fauna este bine reprezentată de ierbivore, carnivore şi unele specii de reptile şi amfibieni. Solul este relativ fertil cu o litieră subţire, datorită procesului rapid de descompunere a materiei organice.

4. Zonele ierboase Biomul se caracterizeaza prin prezenţa şi abundenţa vegetaţiei ierboase înalte sau mai puţin înalte. În Europa şi Asia aceste zone poarta denumirea de stepă iar în America de Sud de pampas. Înainte de intervenţia omului, preeriile cu iarbă înaltă erau formate din specii de plante, care alcătuiau zone ierboase dense cu înălţimi cuprinse între 1,5 şi 2 metri. În zonele cu precipitaţii mai reduse, predomină o specie de numai câţiva centimetri înălţime numita„iarba bizonului”. Solul este de cele mai multe ori foarte fertil, cu o pondere mare a cernoziomurilor. În zonele mai uscate fertilitatea solurilor poate fi influenţată de salinitate. Fertilitatea acestor ecosisteme a determinat exploatarea unor mari întinderi pentru culturi agricole cerealiere, care suportă o umiditate mai scăzută. Mamiferele sunt reprezentate de ierbivore mici şi rozătoare, precum şi de ierbivore de talie mare şi diferite specii de carnivore. Multe din aceste specii sunt ameninţate de distrugerea habitatului datorită extinderii culturilor agricole iar câteva sunt chiar pe cale de dispariţie.

5. Deşertul. In aceasta zona vegetaţia este slaba şi dispersata alcătuită mai ales din specii de arbuşti. Cele mai importante biomuri deşertice sunt localizate între paralelele de 25 şi 35 grade latitudine nordică şi sudică, de regulă, în interiorul continentelor. Existenţa deşerturilor este condiţionată climatic şi se datorează curenţilor de aer descendenţi ce limitează formarea precipitaţiilor, care în cele mai multe zone deşertice nu depăşesc valoarea anuală de 25 milimetri.

În cazul în care precipitaţiile sunt aproape absente, vegetaţia poate lipsi în totalitate în unele zone deşertice. Acolo unde există, vegetaţia este reprezentată de arbuşti rezistenţi la secetă şi plante suculente capabile să păstreze apa, de genul cactuşilor. Mamiferele de desert sunt reprezentate de diferite reptile (soparle, serpi),si unele insecte.

6. Chaparral-ul (pădurea sclerofilă, sau zona cu vegetaţie săracă de tip mediteranean). Acest tip de biom este prezent în zone limitate între 32 şi 40 grade latitudine nordică şi sudică, pe coastele vestice ale continentelor. În aceste zone climatul este uscat, datorat zonei de subtropicale de înaltă presiune. Precipitaţiile sunt prezente mai ales în lunile de iarnă şi sunt datorate deplasării frontului polar şi asocierii acestuia cu furtunile cicloanelor de latitudine medie. Media anuală a precipitaţiilor este de 300 până la 750 milimetri pluviometrici, iar majoritatea acestor precipitaţii cad într-o perioadă scurtă de timp (2 - 4 luni). Vegetatia este reprezentata de specii de arbori şi arbuşti de talie redusă care nu îşi pierd frunzele în sezonul secetos. Climatul uscat nu facilitează descompunerea materiei organice în sol şi eliberarea mineralelor, ceea ce reduce mult fertilitatea solului şi deci nu permite plantelor să producă frunze noi la începutul sezonului. Frunzele plantelor sunt foarte rezistente la condiţiile de secetă. Speciile de plante reprezentative sunt măslinul, eucaliptul, acacia, pinul maritim, stejarul pitic şi specii asemănătoare Cele mai multe specii prezintă spini, cu rol de apărare împotriva ierbivorelor.

7. Savana tropicală. Savanele tropicale sunt zone ierboase în care se găsesc cu o densitate redusă arbori şi arbuşti rezistenţi la secetă cu inaltimi de aprox 10m . Din punct de vedere climatic aceste zone sunt caracterizate de un sezon umed şi un sezon secetos cu temperaturi ridicate pe tot parcursul anului. Savanele ocupă suprafeţe foarte mari în estul Africii, America de sud şi Australia. Vegetaţia acestora asigură sursa de hrană pentru o mare diversitate de animale ierbivore, pe seama cărora există o varietate crescută de specii carnivore.

8. Pădurile umede tropicale şi ecuatoriale. Acest tip de biom se întâlneşte într-o zonă largă în jurul Ecuatorului, în care temperatura şi umiditatea sunt relativ crescute pe tot parcursul anului. Precipitaţiile sunt mai mari de 2000 până la 2500 milimetri şi sunt de regulă prezente pe tot parcursul anului. Vegetaţia este foarte abundentă şi diversificată astfel încât un kilometru pătrat poate conţine până la 100 de specii diferite de arbori. Pentru comparaţie, pe aceeaşi suprafaţă, în zonele temperate există 3 sau 4 specii de arbori. Densitatea acestei păduri este mare, iar înălţimea arborilor este frecvent de 25-30 metri, unele specii având înălţimi de până la 40 metri. Pădurea umedă tropicală „ascunde” de asemenea o mare varietate de animale. Se presupune că 30 – 50% din toate speciile de animale de pe planetă se întâlnesc în acest tip de biom. Chiar mediul marin şi oceanic este considerat de către unii ecologi ca având în structura lui biomi cum ar fi: largul oceanului, zonele litorale, zonele bentale, ţărmurile stâncoase sau nisipoase, estuarele sau zonele mlăştinoase asociate mareelor.