DEFINIIA I OBIECTUL DE STUDIU AL ECOLOGIEI Potrivit definiiei date de Stugren, ecologia reprezint tiina interaciunii dintre organisme i a interaciunii materiei vii cu scoara terestr, a schimbrii numrului de indivizi i masei vii n natur, a productivitii biologice i a relaiilor omului cu natura. Termenul de ecologie provine de la grecescul oicos cas, gospodrire, economie i logos vorbire, tiin. Ecologia a fost definit pentru prima dat, ca obiect al cunoaterii, de ctre zoologul german E. Haeckel, ca tiina despre gospodrirea naturii, producerea, circulaia i distribuia substanei organice n natur. Mai trziu, tot el definea ecologia astfel totalitatea relaiilor animalului att cu mediul su anorganic, ct i cu cel organic, n primul rnd relaiile de prietenie i dumnie fa de acele animale i plante cu care el ajunge n contact direct sau indirect. Definirea n timp a unor noiuni, precum biocenoz (de ctre Mobius), ecosistem (Tansley), dezvoltarea ciberneticii, informaticii, au permis precizarea i delimitarea domeniului de cercetare a biologiei la sistemul ecologic supraindividual ncadrat n mediul su abiotic. Astfel nct, ecologia apare ca o tiin a organizrii i productivitii sistemelor biologice supraindividuale. Eugen Odum definete ecologia ca tiin a ecosistemelor. Botnariuc i Vdineanu consider c ecologia este o tiin a sistemelor supraindividuale de organizare a materiei vii (populaie, biocenoz, biosfer) integrate n mediul lor abiotic. Toat problematica ecologiei moderne ca tiin, graviteaz n jurul noiunii de ecosistem (unitatea funcional fundamental a ecosferei format din comunitatea biotic biocenoza, inclus n mediul su abiotic biotop). n funcie de amploarea studiului ecologic se poate alctui o piramid de percepie pornind de la uniti mici, care sunt integrate n uniti mai mari i mai complexe. Astfel, ecologia cuprinde n domeniul su urmtoarele nivele: Populaia complexe de indivizi conspecifici care ocup acelai habitat Biocenoza sisteme de populaii asociate cu biotopul lor, ce alctuiesc ecosistemul Complexe de biocenoze biomuri Biosfera ansamblul materiei vii planetare integrate n ecosfer. Ecologia studiaz individul ca unitate vital integrat nivelului superior de organizare, studiaz individul ca element al unei populaii integrate unui ecosistem. Locul ecologiei printre alte tiine Ecologia este o tiin pluridisciplinar, sintetic, care prin specificul ei, este legat de alte discipline biologice i nebiologice. Cele mai strnse legturi le are cu tiinele biologice care studiaz structuri i procese de nivel individual i infraorganismic, a cror dezvoltare reprezint punctul de plecare n cercetarea ecologic. Ecologia cuprinde n sfera sa de cercetare studiul tuturor sistemelor biologice supraindividuale, inclusiv biocenozele i biosfera, delimitnd astfel un domeniu propriu i specific de cercetare. Ecologia studiaz structura populaiei i modul cum i ndeplinete funcia de transfer a materiei, energiei i informaiei n cadrul ecosistemelor respective, avnd un cmp de cercetare bine delimitat. Relaiile funcionale dintre populaii i dintre acestea i mediul lor de via, constau n schimburi materiale, energetice i informaionale. Aceasta implic utilizarea conceptelor, datelor i metodelor din diferite domenii, precum: fizica, biochimia, fiziologia, informatica.

1

Ecologia i geografia studiaz aceleai fenomene fizice ale scoarei terestre dar de pe poziii diferite: n timp ce geografia este preocupat de interrelaiile vieii cu mediul abiotic (din punct de vedere al proceselor geomorfologice), ecologia studiaz aceste conexiuni din punct de vedere al substanei vii. Ecologia i geografia sunt legat printr-o tiin de grani ecotopologie tiina structurii, funciei i evoluiei unitilor elementare ale scoarei terestre. Geochimia studiaz distribuia i migraia elementelor chimice n nveliurile profunde i superficiale ale Terrei mbogind ecologia cu informaii privind condiiile chimice de existen a vieii pe Terra. Unii autori au confundat ecologia cu biogeografia tiina distribuiei vieuitoarelor n natur, ignornd faptul c arealul speciei este determinat pe lng cauzele climatice, de natur ecologic i de cauze istorice paleogeografice. Ecologia este nrudit i cu etologia tiina comportamentului animalelor, aceasta deriv din aceea c, comportamentul animalelor nu se manifest dect ntr-un mediu determinat i n raport cu el. De asemenea, ecologia are legturi strnse cu climatologia, geomorfologia, hidrologia, fizica, chimia (apei, solului, aerului). Dac ne referim la legturile ecologiei cu alte tiine, trebuie s avem n vedere faptul c aceste legturi au o trstur specific, caracteristic, determinat de punctul de vedere ecologic, n abordarea problemelor i n utlizarea diferitelor metode. De ex. un fiziolog al animalelor studiaz respiraia unui animal (lmurirea mecanismelor acestui proces, influena factorilor asupra sa, eficiena sa pentru activitatea organismului). Un ecolog studiaz respiraia animalelor prin metodele folosite de un fiziolog, dar rezultatele le raporteaz la rolul respiraiei n viaa unei populaii, adic se raporteaz la structura populaiei, dinamica ei spaio-temporal, n funcie de condiiile biotice i abiotice ale ecosistemului. Omul, interfereaz cu ecosistemele naturale, influennd structura i funcionarea lor, astfel nct ecologia prezint legturi i cu tiinele sociale, devenind baza teoretic a atitudinii i activitii omului n natur. Definirea unei tiine necesit i delimitarea sa de alte tiine care se ocup de aceeai form de micare a materiei. n cazul ecologiei, delimitarea sa de alte tiine biologice iese n eviden prin analiza nivelurilor de integrare ale sistemelor biologice. Fiecare sistem biologic este integrat n altul de rang superior, mai complex, guvernat de legi mai generale. Astfel, dac ne referim la materia vie, deosebim urmtoarele niveluri de integrare, de la inferior la superior: macromolecula, organitul celular, celula, esutul, organul, organismul, populaia, specia, comunitatea de specii (biocenoza), ecosistemul (biocenoz i biotop) i biosfera. Dintre aceste niveluri, ecologia studiaz nivelul organismului, al populaiei, speciei, biocenozei, ecosistemului, biosferei, respectiv interaciunea sistemelor biologice de pe aceste niveluri cu mediul lor. Nivelurile de organizare ale materiei vii sunt studiate i de alte tiine, dar sub alte aspecte. De ex. nivelul organismului este studiat i de morfologie, genetic, fiziologie, dar ecologia studiaz alte laturi ale acestui nivel. n timp ce morfologia studiaz rezultatele aciunii mediului asupra structurii organismelor, ecologia studiaz transformarea mediului prin reaciunea organismului i legile generale ale interaciunii dintre organism i mediu. Mult vreme ecologia a fost confundat cu noiunea ecologism i protecia mediului. Ecologia este o tiin teoretic, cu caracter aplicativ, care fundamenteaz msurile luate pentru utilizarea raional a resurselor planetei conform cu funcionarea materiei vii. Ecologismul este o micare n favoarea naturii, a crei problematic nu e tiinific, militnd pentru conservarea naturii, lupta mpotriva polurii, retehnologizarea unor industrii, crearea unora noi nepoluante. Dar lipsite de un fundament tiinific acestea nu sunt realiste. Protecia mediului reprezint reacia constant a omenirii fa de impactul exercitat de activitatea uman asupra mediului nconjurtor, axat pe 4 domenii de aciune gestionarea

2

raional a resurselor naturale, ocrotirea naturii, combaterea polurii, reconstrucia ecologic. Dar, aceste msuri pot fi viabile i durabile numai dac sunt fundamentate pe principii ecologice. Subdiviziunile ecologiei Ecologia are dou subdiviziuni: autecologia i sinecologia. Autecologia studiaz interrelaiile unei specii cu mediul ei, pornind de la individ, fr a lua n consideraie interrelaiile cu alte specii. Din acest studiu se obin informaii privind modul de adaptare al indivizilor la mediu, comportamentul acestora sub aciunea diferiilor factori de mediu, caracteristicile ciclurilor lor vitale n funcie de aceti factori. Sinecologia studiaz relaiile indivizilor tuturor speciilor dintr-o biocenoz cu mediul lor. De ex. studiul relaiilor multilaterale ale unei populaii de insecte, ce aparin unei singure specii, dintr-o livad reprezint un punct de vedere autecologic; n timp ce studiul relaiilor dintre pomii fructiferi, insecte, psri, sol, factori de mediu reprezint un punct de vedere sinecologic. Conform altui criteriu, cel taxonomic, ecologia se mparte n ecologia plantelor i animalelor, dar aceast mprire a fost abandonat, deoarece plantele i animalele reprezint un tot organic, cu o problematic identic i supuse acelorai legi de funcionalitate. Din punct de vedere al mediilor de via, exist trei subdiviziuni ale ecologiei: terestr, marin (oceanologie) i a apelor continentale (limnologie). Din punctul de vedere istoric, care privete ecologia de pe poziia evoluiei scoarei terestre, aceasta cuprinde: paleoecologia (a perioadelor vechi) i neoecologia (a perioadelor geologice noi). Istoricul ecologiei Ca n cazul majoritii tiinelor, ecologia ia natere naintea numelui su. Astfel, n epoca primitiv, dup ce omul preistoric s-a civilizat, a nceput s utilizeze focul i s-i modifice mediul de via n funcie de necesitile sale, el a nceput s acumuleze cunotine privind ecologia vieuitoarelor n timpul vntorii, al cutrii resurselor de hran, a unui adpost. Mai trziu, n antichitate apar primele nregistrri scrise ale cunotinelor empirice de ecologie, reflectate n operele lui Aristotel, Theophrast, Dioscoride, Plinius cel Btrn, Hipocrate., care cuprind date despre diferite plante i animale, interrelaiile dintre organisme i mediul lor de via. Evul Mediu se caracterizeaz printr-o stagnare a cercetrilor din toate domeniile biologice. Abia n timpul Renaterii apare n biologie o tendin preecologic, determinat de necesitatea de a pune ordine n uriaul material faptic acumulat de-a lungul timpului. n sec. 18, prin opera lui Buffon, istoria natural se orienteaz spre studiul legturii dintre organisme i mediul lor. n 1798 apare lucrarea lui Malthus Eseu despre populaie n care, acesta afirm c n timp ce populaia uman tinde s creasc exponenial, hrana nu crete dect n progresie aritmetic, ceea ce l-a determinat s afirme c reproducerea populaiei umane ar trebui s fie limitat i corelat cu producerea de hran. Franklin n lucrrile sale afirma c populaiile animale i vegetale se dezvolt pn cnd sunt limitate de lipsa hranei i a spaiului. n acest sens apare o prim formulare a principiului reglrii efectivelor populaionale dependente de densitate. Momentul apariiei ideilor eseniale ale ecologiei este legat de lucrrile lui Ch. Darwin, care descoper conexiunile complexe din natur, semnificaia lor evolutiv, caracterul lor dinamic i istoric, cuprinse de el n termenul metaforic de lupt pentru existen.

3

El evideniaz rolul important al conexiunilor indirecte, mediate, dintre specii i dintre ele i mediul abiotic, subliniind importana conexiunilor biologice fa de rolul factorilor abiotici n procesul evoluiei. Darwin descoper i demonstreaz importana raporturilor numerice dintre speciile unei regiuni, importana schimbrii componenei unei asociaii (prin introducerea sau eliminarea unor specii) pentru evoluia ulterioar a speciilor. La 7 ani de la apariia Originii speciilor, Haeckel introduce i definete termenul de ecologie. Spre sfritul secolului 19, nceputul sec. 20, sub imboldul ideilor evoluioniste i al problemelor practice legate de dezvoltarea agriculturii, silviculturii, zootehniei se dezvolt cercetri care marcheaz perioada descriptiv a ecologiei, care duce la acumularea unui bogat material faptic. n aceast perioad cercetrile s-au axat pe cunoaterea factorilor fizici, autecologie i sinecologie. Acum au fost introdui termenii de: biocenoz (Mbius), autecologie i sinecologie (Schrter). n aceast perioad s-au acumulat informaii privind asociaiile vegetale i animale studiate n mare msur separat, sunt descrise structura i succesiunea vegetaiei, modul de asociere al plantelor n comuniti, bazele ecologice ale rspndirii plantelor, legtura dintre succesiunile ecologice i clim. n 1910, Johnson introduce termenul de ni ecologic unitate de distribuie a speciilor n funcie de hran i de factorii abiotici. Gleason i Cowles elaboreaz studii privind dinamica i evoluia populaiilor. n 1916, Clements introduce noiunea de climax - ca stadiul final al succesiunii asociaiilor vegetale, acesta fiind fondatorul colii geobotanice americane. Shelford, Adams, Elton, Forbes, Thieneman, Nuaman studiaz comunitile animale punnd accent pe legtura lor cu plantele pe seama crora triesc direct sau indirect. Forel fondeaz limnologia, iar Muray i Hsort pun bazele oceanologiei, tiin dezvoltat de Petersen care studiaz zona bentonic marin limitrof Danemarcei. Elton n lucrarea sa Animal ecology definete bazele tiinifice ale ecologiei, prezentnd comunitile de organisme din perspectiva structurii i funciei, explicnd abundena i modul de distribuie al speciilor n natur. Un rol important n dezvoltarea ecologiei ca tiin l-a avut Hutchinson, care s-a preocupat de circuitul substanelor prin ecosistem i de bioenergetica comunitilor biotice. Dar punctul principal n cristalizarea ecologiei ca tiin a fost introducerea conceptului de ecosistem de ctre Tansley n 1935, astfel nct ecologia capt un obiect concret de studiu, definit prin dou componente eseniale: biocenoza i biotopul. Odat cu ptrunderea cercetrilor populaionale n diferite domenii ale biologiei, Pearl i Reed, redescoper ecuaia logistic a lui Verhulst, care reprezint modelul matematic al creterii populaiei umane ntr-un spaiu limitat. n tiina evoluiei se elaboreaz tot mai profund ideea c populaia reprezint obiectul seleciei i purttorul material al evoluiei. Se instaureaz ceea ce Mayr a denumit gndire populaional. n aceast perioad este abordat studiul ecologic complex al populaiilor, cercetrile din aceast direcie artnd c populaia are o structur spaio-temporal, ca i structura pe sexe, vrste, c populaia reprezint o entitate, un sistem, cu o anumit organizare i ndeplinete anumite funcii n biocenoz. n acest sens, ecosistemul este conceput ca o entitate structuralfuncional, dinamic i productiv, capabil s fixeze, s transforme i s acumuleze energia radiaiilor solare sub form de substan organic a vieuitoarelor biocenozei. n acest sens, Juday este primul care realizeaz cercetri privind energetica ecosistemelor, studiind bugetul energetic al lacului Mendota (S.U.A). Rezultatele obinute de Lindeman n urma studiilor privind fluxul energetic n lacul Cedar-Bong (S.U.A.) i raporturile energetice ntre nivelele trofice, reprezint azi, un model al cercetrilor consacrate energeticii ecosistemelor.

4

Dezvoltarea teoriei generale a sistemelor (Bertalanffy, Botnariuc, Needham), a ciberneticii, teoriei informaiei au atras atenia asupra problemelor modului de organizare i funcionare a materiei vii. Astfel nct, s-a dovedit c toate sistemele biologice de orice nivel de organizare i complexitate ar fi, nu sunt doar structurale, funcionale, energetice, dar sunt organizate i funcioneaz dup principii cibernetice, sunt autoreglabile i au caracter informaional. Aceast etap marcheaz n cercetarea ecologic trecerea de la perioada descriptiv la cea dinamic, ce caracterizeaz ecologia modern, tranziie marcat de apariia, n 1957, a lucrrii lui Eugen Odum Fundamental of Ecology, n care se pune accentul pe calitatea de sistem, proprie comunitilor biotice i pe aspectul energetic al acestora. Sub influena gndirii sistemice se afirm n domeniul ecologiei terestre colile lui Sukacev, Whittaker, Tischler, scoala de la Zurich-Montpellier, iar n domeniul ecologiei acvative scoala de limnologie a lui Winberg. Dup 1962, anul apariiei crii lui Rachel Carson, Silent Spring, prin care se semnaleaz degradarea naturii, ecologia i ecologii se implic n aciunile legate de protecia mediului. Dup anii 60, se dezvolt ecologismul ca micare pentru schimbarea mentalitii oamenilor n favoarea naturii i apar micri ecologiste i partide ecologice. Astfel, n ecologia contemporan se afirm dou curente: 1. unul promovat de ecologia academic dezvoltat n catedrele universitare preocupate de descifrarea mecanismelor ecologice din diferite medii de via mai puin cunoscute; 2. altul al ecologiei aplicate, preocupat de dezvoltarea unor probleme ieite din sfera tiinific, devenite o preocupare pentru om (exploatarea raional i pe termen lung a resurselor regenerabile, prevenirea polurii, crora li se caut soluii de rezolvare durabile). n acest sens, ecologia devine o tiin complex care absoarbe majoritatea problemelor din domeniul biologiei actuale, care genereaz restructurri radicale n comunitatea tiinific contemporan. Istoricul ecologiei n Romnia n Romnia, meritul de a fi pus bazele ecologiei, ca tiin i revine lui G. Antipa, elev al lui Haeckel, care a aplicat n mod creator ideile evoluiei n cercetrile sale hidrobiologice asupra zonei inundabile i Deltei Dunrii. Pentru prima dat n biologia romneasc el pune problema cauzelor care determin productivitatea biologic a zonei inundabile, abordnd astfel, problema structurii i funcionrii biocenozelor n general. Ion Borcea iniiaz studiului ecologic al elfului din litoralul romnesc al Mrii Negre i nfiineaz staiunea de cercetri marine de la Agigea. Tradiia ecologic fondat de Antipa i Borcea este continuat de coala Limnologic a lui Botnariuc i Vdineanu. Emil Racovi s-a remarcat prin lucrrile sale n care a fost preocupat de problemele evoluionismului, dezvoltnd concepia sa despre echilibrul biologic. Lupta ntre fiarele slbatice, ntre animalele carnivore i cele ierbivore care le servesc drept hran, nu reuete s schimbe faa pmntului, din contr, ea are o aciune mai mult conservatoare, cci rezultatul ei de cpetenie este stabilirea echilibrului biologic. nc de pe atunci, Racovi a neles coninutul i sensul biologic al conexiunilor dintre specii i caracterul autoreglabil al stabilitii lor, dar i fragilitatea acestui echilibru n faa impactului activitii umane i importana sa pentru omenire.

5

Echilibrul biologic natural este astzi pe cale s dispar din ce n ce mai complet i din ce n ce mai repede, cci dezechilibrul provocat de activitatea speciei omeneti e prea brusc, prea ntins i prea grozav ca s fie stvilit din nou prin autoreglareDe vor merge treburile aa, fr ca s intervin vreo schimbare n tactica lui Homo insapiens putem s-i cntm de pe acum prohodul. Racovi este ntemeietorul primului Institut de speologie din lume la Cluj, punnd bazele biospeologiei ca tiin. Cercetrile sale au fost continuate de C. Mota i Tr. Orghidan. Ecologia animalelor terestre a fost fondat la noi de Alex Popovici Bznoanu, care a avut contribuii importante privind ecologia unor specii de animale; el este cel care nfiineaz Staiunea zoologic de la Sinaia, punnd la dispoziia cercettorilor mijloacele de investigaie a vieii n mediul montan. Cel care a pus bazele studierii covorului vegetal al rii noastre i al asociaiilor vegetale a fost Al. Borza, ntemeietorul cercetrii geobotanice romneti, adoptnd metodologia lui Braun Blanquet. Tr. Svulescu abordeaz studiul bolilor plantelor din punct de vedere ecologic i creeaz Scoala romneasc de fitopatologie i micologie. Apariia i dezvoltarea ecologiei n Romnia este legat de organizarea primului Congres al naturalitilor, la Cluj de ctre Bznoanu, sub preedenia lui Racovi, crendu-se, astfel, Comisia Monumentelor Naturii sub egida Academiei Romne. n 1930 a fost promulgat prima lege de ocrotire a monumentelor naturii, iar n 1935 a fost nfiinat prima rezervaie tiinific de la noi Parcul Naional Retezat. n 1957 apare prima revist cu tematic ecologic din Romnia Ocrotirea Naturii, devenit azi Ocrotirea Naturii i a Mediului nconjurtor. ncepnd cu anii 50, cercetri ecologice se desfoar n numeroase centre universitare din ar, institute de cercetare, studii care privesc att regnul animal, ct i cel vegetal. Metode de studiu n ecologie Ca tiin de sintez a fenomenelor i proceselor biologice i nebiologice, ecologia utilizeaz metodele tiinelor particulare: meteorologia, hidrografia, fizica, chimia. Observaia este realizat n laborator i permite formarea unei imagini aproximative asupra fenomenelor, contribuind la stabilirea factorilor de influen; experimentul prin care se cunosc intimitile procesului, reacia organismului la aciunea conjugat a factorilor ecologici. Experimentul ecologic reclam reproducerea n condiii de laborator a unui numr mare de factori de mediu i operarea cu colectiviti de organisme, aspect greu de realizat. n teren experimentul ecologic dureaz foarte mult, ani. Evaluarea cantitativ a fenomenelor i proceselor din ecosisteme necesit aplicarea procedeelor statistice i a modelrii matematice, mai ales n problemele de ecologie sistemic. tiinele apeleaz la modele matematice, fizice, grafice pentru analiza fenomenelor reale. n ecologie se utilizeaz modelele verbale i grafice, cele mai multe fiind reprezentri matematice ale fenomenelor naturale. Tentativele de a pune n ecuaie fenomenele din natur astfel nct s se prevad evoluia lor, dei interesante prin ele nsele nu corespund realitii. Metoda tipologic permite aprecierea ansamblului, a unui anumit tip de sistem (populaie, biocenoz) fcnd abstracie de particularitile individuale sau apreciind individul mijlocit, prin ansamblu. n acest sens, ecologia caut s stabileasc anumite tipuri de ecosisteme potrivit trsturilor generale ale acestora, abstractiznd esenialul.

6

ORGANIZAREA SISTEMIC A MATERIEI VII NOIUNEA DE SISTEM Sistemul este un ansamblu de elemente identice sau diferite, unite ntr-un ntreg prin conexiuni i interaciuni. Deci, un sistem apare ca un ansamblu organizat, alctuit astfel nct conexiunile i funciile elementelor componente concur la meninerea i ndeplinirea funciilor ntregului. Atomii, moleculele, celulele, plantele, animalele, pdurea, mlatina, planeta, fiecare n parte, reprezint un sistem. Dup relaiile cu mediul nconjurtor sistemele sunt izolate, nchise i deschise. Sistemele izolate nu au schimburi de energie i materie cu mediul nconjurtor. n natur astfel de sisteme nu exist, ele sunt postulate teoretic, i reprezint o stare ideal de sistem. Sistemele nchise realizeaz doar schimburi de energie cu mediul nconjurtor, nu i de materie. Ex. Un vas cu ap nchis ermetic ntreine schimburi de energie cu mediul: primete energie dac temperatura mediului e mai mare dect cea din vas i cedeaz energie daca temperatura lichidului e mai mare dect cea a mediului. Vasul nchis ermetic nu primete i nici nu cedeaz materie. n natur nu exist sisteme absolut nchise, cu excepia celor create de om. Sistemele deschise realizeaz schimburi permanente de materie i energie cu mediul nconjurtor. Natura nconjurtoare posed o diversitate de sisteme deschise, vii i nevii. Sistemele vii sunt sisteme biologice, iar cele nevii aparin materiei lipsite de via i sunt sisteme nebiologice. O stnc, un lac, o plant, un animal, o populaie a unei specii, o biocenoz sunt exemple de sisteme deschise. Ex. Planta ca sistem biologic, primete materie prin soluiile minerale din sol i CO2 luat din atmosfer, prin frunze, i cedeaz materie prin transpiraie, gutaie, substane eliminate prin rdcinile din sol, iar de frunze n atmosfer. Planta primete energie prin radiaia solar i o cedeaz mediului sub form de cldur sau energie chimic, cnd este consumat de un animal erbivor. Lacul pierde o parte din ap prin evaporare, infiltraie, scurgere, consum biologic i primete alt ap prin precipitaii, izvoare. El primete energie n timpul zilei de la soare i cedeaz energia n timpul nopii. Sistemele biologice se deosebesc de cele nebiologice printr-o serie de nsuiri, unele cu o mare importan ecologic: caracter istoric, caracter informaional, integralitatea, echilibrul dinamic, programul, autoreglarea, heterogenitatea. Caracterul istoric Sistemele biologice au un caracter istoric, adic nsuirile structurale i funcionale sunt rezultatul evoluiei lor n timp, deci a istoriei lor, n sensul propriu al cuvntului. De ex. Pentru a explica structura, modul de funcionare al unui organism, al unei populaii noi, trebuie s studiem originea lor, evoluia istoric a speciei din care fac parte. Caracterul informaional Sistemele biologice sunt sisteme informaionale, capabile s recepioneze, s acumuleze, s prelucreze informaii din mediu, i la rndul lor s transmit informaii ctre alte sisteme. Informaia este un mesaj format dintr-o succesiune de semnale diferite ca natur. Un organism, o populaie poate recepiona i transmite informaii pe ci fizice (sunete, culori), chimice (mirosuri, substane chimice din sol, ap), fiziologice (comportamente, gesturi).

7

Cantitatea de informaie a unui sistem biologic depinde de gradul su de organizare. Cu ct organizarea sa este mai avansat, cu att sistemul este mai difereniat, deci cu ct gradul de probabilitate al sistemului este mai mic i cantitatea de informaie coninut este mai mare. n cursul evoluiei sistemelor biologice se manifest tendina acestora de a realiza nu cantitatea maxim de informaie, ci cantitatea optim pentru asigurarea persistenei sistemului. Un alt aspect important al caracterului informaional al sistemelor biologice l reprezint fidelitatea informaiei recepionate sau transmise, trstur esenial pentru meninerea speciilor, ca i a altor sisteme biologice. Un mijloc frecvent de asigurare a fidelitii const n repetarea informaiei, fenomen numit redundan. Tendina general a sistemelor biologice este de a realiza redundana optim care s asigure fidelitatea necesar cu minimum de pierderi. Cu toate mijloacele elaborate de sistemele biologice, nu se realizeaz o fidelitate absolut nici n recepionarea , nici n transmiterea informaiei. Acest lucru nu este ntmpltor, putem spune c este un ru necesar. Ex. Suprapopulaia are efecte duntoare asupra populaiei, ducnd la slbirea ei, pierderea indivizilor. Dar ea poate determina o emigrare a lor, ocuparea de noi teritorii, ntemeierea unor noi populaii, deci extinderea, diferenierea, evoluia prosper a speciei. Integralitatea Sistemele biologice nu se pot reduce la suma nsuirilor prilor componente. Sistemul integrator prezint nsuiri noi, proprii, pe care nu le regsim la prile lui componente. Ex. O populaie are nsuiri noi fa de cele ale indivizilor si: longevitate nedefinit, o anumit structur pe sexe, vrste, densitate, structur genetic, dinamic, dispersie, energetic, etc. O biocenoz are nsuiri diferite fa de cele ale populaiilor componente: productivitatea biologic, lanurile trofice, reeaua trofic, cicluri trofice. O plant este format din mai multe organe (rdcin, tulpin, frunze, flori) fiecare cu o anumit structur i ndeplinind anumite funcii. Fiecare organ luat separat nu are nsuirea ntregului, funciile de nutriie, relaie, reproducere nu pot fi ndeplinite dect de organismul luat ca ntreg, nu de fiecare organ luat separat. Aceste nsuiri noi ale sistemului integrator apar ca rezultat al conexiunilor dintre prile lui componente. Cu ct prile componente sunt mai difereniate, mai specializate n ndeplinirea unor funcii n viaa ntregului, cu att interdependena lor va fi mai mare, organizarea sistemului mai complex, integralitatea mai pronunat, iar trsturile noi ale sistemului mai pregnante. Ex. Un ecosistem acvatic format din bacterii, plante, molute, peti degradeaz mult mai repede fenolul dect bacteriile singure dei, dintre aceste grupe de organisme numai bacteriile sunt capabile s degradeze acest compus toxic. Explicaia st n conexiunile care apar ntre speciile componente: plantele furnizeaz oxigenul necesar activitii bacteriilor, animalele, prin cataboliii lor, furnizeaz elementele biogene (fosfor, azot, sulf) necesare activitii vitale a bacteriilor. Relaiile de simbioz dintre alge i ciuperci au dat natere unui grup de organisme noi lichenii, cu nsuiri cu totul diferite fa de alge i ciuperci. O alt consecin a integralitii este aceea c un element component al ntregului, integrat n sistem are alte nsuiri dect n afara ntregului, sau n cadrul unui nou sistem. Ex. Un roztor n captivitate, n tensiunea stresului este mai rezistent la pesticide dect atunci cnd este integrat n biocenoza sa. O populaie a unei specii integrate ntr-un ecosistem se deosebete de alte populaii ale aceleai specii integrate n alt ecosistem. Diferenele reies din conexiunile diferite ale populaiei cu hrana, factorii abiotici, dumanii din cele dou ecosisteme.

8

Echilibrul dinamic este starea caracteristic sistemelor biologice de a ntreine un schimb permanent de materie, energie i informaie cu sistemele nconjurtoare. La sistemele lipsite de via aceste relaii duc la dezorganizarea sistemului. Ex. O stnc, n contact cu mediul este treptat dezagregat i transformat n pietri i nisip. Conservarea acestor sisteme depinde de gradul de izolare fa de sistemele nconjurtoare. Sistemele biologice au capacitatea de a transforma condiiile mediului n condiiile lor proprii. Astfel, n timp ce unele elemente se dezintegreaz, elibereaz energia folosit n sistem, fiind nlocuite pe baza substanelor i a energiei venite din exterior. Deci, sistemele biologice au capacitate de autorenoire, care reprezint premisa dezvoltrii i a evoluiei. n timp ce sistemele nebiologice evolueaz n sensul creterii entropiei, al dezorganizrii i al realizrii echilibrului termodinamic, cele biologice au capacitatea de a compensa creterea entropiei i a o depi. Deci, au un caracter antientropic, ceea ce permite sporirea cantitii de substan organic, deci creterea productivitii. Programul Toate sistemele biologice sunt sisteme cu program. Aceast trstur este legat de faptul c organizarea sistemelor biologice este de aa fel nct trsturile lor morfologice, funcionale, comportamentale nu sunt rigide, fixe, ci se pot schimba ntre anumite limite, astfel nct sistemul poate realiza stri diferite. Astfel nct o stare posibil a unui sistem reprezint un program al sistemului, n limitele permise de organizarea sa. Pentru c sistemele biologice sunt ierarhizate, n fiecare sistem exist o ierarhie de programe. n aceast ierarhie, se disting trei categorii de programe: 1. programe pentru sine reprezentnd strile unor structuri i funcii care asigur autoconservarea sistemului. Ex. Programele care asigur nutriia i aprarea indivizilor sau populaiilor reprezint programe pentru sine ale sistemelor individuale i populaionale. 2. programele inferioare strile realizabile ale subsistemelor sistemului. Ex. Programele celulare, tisulare integrate ntr-un organism; programele indivizilor n cadrul unei populaii. 3. programele superioare strile unui sistem care asigur existena sistemului superior n care este integrat. Ex. Trsturile structurale, funcionale, comportamentale ale indivizilor, asigurnd reproducerea lor reprezint realizarea programelor superioare care asigur supravieuirea populaiei, speciei. Autoreglarea este comun tuturor sistemelor biologice i reprezint un mecanism cibernetic. Informaiile sunt culese de receptori, ajung la un centru de comand, unde sunt selectate i se elaboreaz rspunsul cel mai potrivit pentru conservarea sistemului. De la centrul de comand pornete dispoziia ctre efector care execut comanda primit, constituind rspunsul sistemului fa de informaiile recepionate. Rspunsul dat de efector este comunicat receptorului pe cale invers i comparat cu comanda primit. Dac rspunsul nu corespunde cerinelor sistemului, se emite o nou comand, se obine un nou rspuns, i are loc o nou comparaie. Calea de transmitere a informaiei de la receptor la efector se numete conexiune direct, iar cea de la efector la receptor conexiune invers (feedback). Conexiunea invers este de dou tipuri: negativ i pozitiv. n cazul conexiunii inverse pozitive, semnalele venite de la efector ctre receptor i apoi ctre centrul de comand duc la intensificarea efectului, autonegarea i autodistrugerea sistemului.. Acest efect este prentmpinat prin intervenia altui sistem care s opreasc, la un moment dat, aciunea conexiunii inverse pozitive.

9

Conexiunea invers negativ face ca rspunsurile unui sistem la schimbrile de mediu s nu fie ntmpltoare, adic ele reprezint modificri cu valoare imediat fa de modificrile de moment ale factorilor care acioneaz asupra sistemului. Sistemele biologice au mecanisme proprii de autocontrol, fiecare parametru este controlat pe mai multe ci. Ex. Scderea temperaturii mediului ambiant face ca animalele s ia msuri de contracarare, de conservare a integritii sale. Un animal homeoterm va contracara scderea temperaturii prin modificarea mecansimului fiziologic de termoreglare. Informaiile privind scderea temperaturii mediului sunt culese de receptori, i transmise la creier unde se afl centrii termoreglrii. La acest centru informaiile privind scderea temperaturii sunt aduse i de snge, care vine de la periferie. Centrul de comand din creier emite impulsuri nervoase care comand contracia vaselor de snge din piele, micornd pierderea de cldur. Evitnd pierderea de cldur, prul se zbrlete, iar aerul aflat n spaiile firelor de pr devine un bun izolator termic, oprind degajarea de cldur. Muchii realizeaz contracii cu menirea de a regla temperatura corpului. Metabolismul se intensific. Aceste pri ale mecanismului fiziologic intr n aciune pe rnd, sau toate odat n funcie de comanda elaborat de centrul nervos. Dac acest mecanism devine insuficient, atunci animalul recurge la alte mecanisme: construirea unui adpost, gruparea cu ali indivizi pentru a compensa pierderile de cldur. Datorit capacitii de autoreglare, sistemele biologice au un comportament finalizat n sensul asigurrii, persistenei integralitii sistemului dat i a echilibrului dinamic. Heterogenitatea Fiecare sistem biologic, indiferent de rang este format din elemente diferite i posed o diversitate intern. Elementele componente nu sunt independente, ntre ele apar corelaii indispensabile existenei i integritii sistemului. n cadrul sistemelor biologice individuale exist corelaii ntre organe; n cadrul celor populaionale exist conexiuni ntre sexe, prini i descendeni; n cele biocenotice exist corelaii ntre populaii. Corelaiile duc la creterea eficienei autocontrolului sistemului i a stabilitii sale, implicit a gradului de incertitudine n structura sa. Prin urmare, exist un anumit grad de heterogenitate optim ctre care tinde orice sistem biologic, i care asigur cel mai bine meninerea lui n condiiile concrete ale existenei sale. n concluzie, innd cont de nsuirile sistemelor biologice, putem afirma c: sistemele biologice sunt sisteme deschise, informaionale; datorit modului lor de organizare au capacitatea de autoconservare, autoreproducere, autoreglare i autodezvoltare de la forme simple spre cele complexe; au un comportament antientropic i finalizat care le asigur stabilitatea n relaiile lor cu alte sisteme.

IERARHIA SISTEMELOR BIOLOGICE

10

Ierarhia sistemelor reprezint o trstur esenial a organizrii materiei, care rezult din definiia sistemului, c orice sistem este format din subsisteme, i la rndul su reprezint un element component al unui sistem mai cuprinztor. n ierarhia sistemic a materiei vii, trebuie deosebite nivelele de integrare de cele de organizare a materiei vii. Nivelele de integrare reprezint totalitatea sistemelor ierarhizate, cuprinse n alctuirea unui sistem biologic dat. Ex. Un organism pluricelular are integrat n el o ierarhie ntreag de sisteme, ncepnd cu cele subatomice, atomice, moleculare, macromoleculare, organite ale celulelor, celule, esuturi, organe, complexe de organe. Aici sunt ncadrate att sisteme nebiologice (atomi, molecule), ct i sisteme biologice (celule, esuturi). Nivelul de organizare al materiei vii este format din sisteme biologice echivalente unite prin trstura comun a universalitii. Universalitatea exprim nsuirea sistemului unui nivel de organizare de a cuprinde toat materia vie, fr excepie. Ex. esuturile i organele nu sunt nivele de organizare ale materiei vii, ci de integrare ale sistemelor biologice n ierarhia morfofiziologic. Neexistnd la toate organismele, aceste sisteme nu ndeplinesc criteriul universalitii i nu au o existen de sine stttoare. Conform definiiei sunt recunoscute azi patru niveluri de organizare ale materiei vii: individual, populaional (speciei), biocenotic i al biosferei. Nivelul individual are ca uniti reprezentative indivizii biologici, indiferent de complexitatea organizrii lor i reprezint forma elementar i universal de organizare a materiei vii. Legea specific sistemelor de nivel individual este metabolismul. Schimburile materiale i energetice cu mediul sunt hotrtoare n determinarea nsuirilor caracteristice organismelor: ereditatea, variabilitatea, excitabilitatea, micarea. Acestea permit integrarea indivizilor n mediul lor ambiant. Prin asimilaie i dezasimilaia indivizilor se asigur capacitatea biosistemelor din nivelele superioare de a acumula, transforma i transfera materia, energia i informaia. Nivelul populaional (speciei) este reprezentat de sisteme populaionale. Orice specie este reprezentat prin una sau mai multe populaii, astfel nct sistemele populaionale i cele ale speciei reprezint acelai nivel de organizare a materiei vii. Procesul fundamental caracteristic sistemelor populaionale l reprezint relaiile intraspecifice. Aceste relaii determin o anumit organizare a populaiei, deci o structur i o funcie proprie. Aceste trsturi se elaboreaz pe fondul relaiilor cu alte specii i cu factorii abiotici, i deci reprezint adaptri ale populaiilor (speciilor). Spre deosebire de indivizii biologici a cror durata de via este determinat genetic i este finit, durata de existen a unei populaii este determinat ecologic i este nedefinit, populaia putnd exista n succesiunea nentrerupt a generaiilor, atta timp ct sunt condiii potrivite. Deci, populaia apare ca sistemul cel mai elementar capabil de a exista timp nedefinit, n mod de sine stttor. Astfel, evoluia ca proces istoric care se desfoar n timp, apare ca o trstur a sistemelor populaionale. Populaia este obiectul i purttorul material al evoluiei, iar legile evoluiei sunt legi caracteristice sistemului populaional. Cea mai important dintre aceste legi este selecia natural. Deoarece efectul principal al seleciei este adaptarea speciilor, rezult c adaptarea este o caracteristic a populaiei. Una din funciile proprii ale populaiei este autoreproducerea. Din punct de vedere fiziologic, reproducerea este o trstur a indivizilor. O pereche de indivizi sau chiar un individ sunt suficieni pentru efectuarea procesului reproductiv. Dar din punct de vedere al supravieuirii populaiei i evoluiei ei din punct de vedere ecologic, unitatea reproductiv elementar este populaia, deoarece numai ea, n ansamblul su poate asigura organizarea, heterogenitatea i celelalte trsturi necesare meninerii i adaptrii ei.

11

n cadrul biocenozei, populaia are rolul de a fi verig n acumularea, transformarea i transferul de materie, energie i informaie. Aceste funcii complementare cu funciile celorlalte populaii din biocenoz asigur funcionarea biocenozei ca sistem. Nivelul biocenotic Cuprinde populaii ale unor specii diferite care n baza unor cerine comune fa de factorii de mediu ocup un biotop definit. Biocenoza i biotopul ei se intercondiioneaz alctuind un sistem mixt special ecosistemul. Integralitatea biocenozei este dat de diferenierea funcional a populaiilor coexistente n biotop. Relaiile interspecifice care nlnuiesc productorii, consumatorii i descompunatorii n procesul de hrnire reprezint condiia fundamental care-i confer biocenozei caracterul unitar. Prin relaiile dintre specii, precum i dintre acestea i factorii abiotici se constituie un mecanism care asigur homeostazia i productivitatea biologic a sistemului biocenotic. Nivelul biomic reprezint un complex de ecosisteme diferite, cu o mare extindere geografic n anumite zone climaterice de pe Glob. Trstura caracteristic biomului o reprezint covorul vegetal cu o anumit compoziie floristic i faunistic. Ex. Pdurea ecuatorial, savana, tundra, stepa, pdurea de foioase. n structura unui biom intr numeroase i variate ecosisteme: mlatini, lacuri, stncrii, ape curgtoare, caracterizate printr-o anumit structur floristic i faunistic. Condiiile climatice, structura solului sunt i ele caracteristice. ntre ecosistemele unui biom exist conexiuni, interaciuni, i deci interdependene (schimburi materiale, energetice, informaionale). La unii biomi cum este deertul, tundra oceanul, factorii fizici (precipitaii reduse n deert, temperaturi sczute de lung durat n tundr, mediul acvatic n biomul oceanului) sunt cei care controleaz biocenoza i determin caracteristicile i stabilitatea biomului. Nivelul biosferei este reprezentat de biosfer ca sistem biologic unic al planetei noastre. Biosfera ncadreaz toate biocenozele terestre, subterane, acvatice care constituie biomii. Conexiunea ntre biosfer i geosferele Terrei a dus la apariia sistemului ecologic -ecosfera. Biosfera aflat n limite relativ largi de 15-20 km n atmosfer, 3000 m adncime n litosfer i 11000 m n hidrosfer funcioneaz ca un ansamblu ce asigur circulaia materiei sub form de circuite (al carbonului, azotului, fosforului, calciului, sulfului). RELAIILE DINTRE SISTEMELE BIOLOGICE DIN NIVELE DIFERITE DE ORGANIZARE Sistemele de nivele diferite nu pot exista separat. Coexistena lor este obligatorie. Indivizii triesc integrai n populaii, care nu pot exista n afara biocenozei. Nu este doar o coexisten ci o permanent interaciune i condiionare reciproc, desfurat dup anumite legiti. Fiecare sistem funcioneaz conform programelor sale astfel nct s asigure autoconservarea sa i ndeplinirea funciilor care asigur existena i activitatea normal a sistemului ierarhic superior n care este integrat. Desfurarea metabolismului proces specific sistemelor individuale este determinat de trsturi specifice individului dat (specificul genotipului, a substanelor proteice). Aceasta face ca metabolismul unei alge s fie diferit de cel al unei ciuperci, pete, mamifer. Acest specific determin i modul propriu de funcionare a mecanismelor de autocontrol care asigur homeostazia organismului i caracterul adecvat al rspunsurilor sale. Rezultatul final este autoconservarea individului. Dar semnificaia biologic o vom nelege dac examinm

12

valoarea rspunsurilor (a comportamentului, funcionrii) individului n viaa sistemului ierarhic superior. Relaiile dintre individ i populaia (specia) din care face parte sunt contradictorii, n sensul c evenimentele ce se produc la un nivel i au o anumit semnificaie, pot s aib alt semnificaie pentru alt nivel. Rspunsurile, variaiile individuale adecvate pentru supravieuirea individului se pot dovedi dezavantajoase pentru populaie, iar alte variaii cu semnificaie negativ pentru existena individual se pot dovedi utile populaiei. Deci, variaiile individuale ale proceselor metabolice apar ca fiind obiectiv ntmpltoare din punct de vedere al valorii lor pentru populaia respectiv. Rspunsurile individuale sunt apreciate de legile speciei i anume de selecia natural: acele variaii care vor contribui cu succes la ndeplinirea funciei principale a individului n existena speciei reproducerea vor persista, vor fi pstrate, se vor generaliza n populaie prin creterea numrului descendenilor posesori ai acestor variaii, cele care se vor dovedi ineficiente n ndeplinirea acestei funcii vor fi eliminate mai devreme sau mai trziu. Deci, selecia (legea nivelului populaional) ca controla i va orienta desfurarea metabolismului n sensul util supravieuirii speciei.

MEDIUL I FACTORII DE MEDIU Ansamblul spaio-temporal al componentelor biotice i abiotice care influeneaz un sistem biologic formeaz mediul. Mediul este un sistem fr limite precise, un ansamblu funcional care determin activitatea unui sistem biologic. n biologie, geografie se utilizeaz i ali termeni precum: mediu ambiant, mediu nconjurtor, mediu ecologic, mediu de via, ambient sau environment. Orice element al mediului susceptibil de a aciona direct sau indirect asupra vietilor, cel puin ntr-o faz din ciclul de via i de a provoca o reacie reprezint un factor de mediu sau factor ecologic. Factorii ecologici se clasific n: factori abiotici, biotici i antropici. Factorii abiotici se mpart n: factori fizici climatici (temperatura, umezeala, aerului, precipitaii, vntul) i fizici neclimatici (factori edafici, factori acvatici). Energia solar i nutrienii sunt factori structurali eseniali n ecosistem pentru c intr n alctuirea biomasei. Ceilali factori nenutrieni, care nu particip la alctuirea biomasei alctuiesc condiiile de existen, care pot influena viaa favorizndu-o sau nu. n condiiile de existen sunt inclui factorii climatici (temperatura, umezeala aerului, presiunea atmosferic, vntul), factorii fizici neclimatici (chimismul apei, curenii apei, factorii edafici) i timpul. Timpul influeneaz mrimea arealului speciilor. Gndacul de Colorado ocupa n sec. 19 un areal limitat n partea central a Americii de Nord i se hrnea pe solanaceele slbatice. Cnd culturile s-au extins n zona sa de via, cartoful i-a oferit o hran bogat, determinnd creterea efectivelor populaionale. Arealul s-a extins n America de Nord, iar apoi prin transporturile n Europa a ajuns i aici. Astfel, timpul a avut un rol important n modificarea arealului i a posibilitilor de nmulire. Factorii biotici i abiotici au un caracter de factori limitani, prin aciunea lor limiteaz dezvoltarea biomasei din biosfer.. Legate de aciunea factorilor ecologici asupra organismelor s-au formulat trei legi n ecologie: legea minimului, a toleranei i aciunii combinate a factorilor.

13

Legea minimului formulat de Liebig n 1840, la origine era formulat astfel: Creterea plantelor este limitat de elemente a cror concentraie este inferioar unei valori minime sub care sinteza nu mai are loc. Ex. Borul dei este un element rar n sol, el este indispensabil dezvoltrii plantelor. n lipsa lui creterea plantelor nceteaz, chiar dac li se furnizeaz alte elemente utile. n deert lipsesc plante i animale, dei exist un fond de elemente biogene suficient. Dar cantitatea de ap insuficient este factorul rspunztor pentru biomasa redus. Astfel, absena unui factor util este din punct de vedere ecologic mai important dect prezena minimului de elemente biogene din mediu. Se vorbete astfel, de legea factorilor limitani, conform creia, un factor devine limitant cnd lipsete total sau se afl ntr-o cantitate sub minimul critic sau cnd depete nivelul maxim tolerabil. Ex. Coninutul apei de mare n fosfai joac rol de factor limitant reglnd abundena fitoplanctonului. Legea toleranei (Shelford, 1913) potrivit creia dezvoltarea substanei vii este posibil numai ntre anumite limite de concentraie ale factorilor. Aceste limite variaz de la pessimum ecologic, care poate fi concentraia minim sau maxim a factorilor la optimul ecologic. Prin toleran ecologic se nelege capacitatea organismului de a suporta variaii mai mari sau mai mici ale factorilor ecologici. Prin valen ecologic se nelege mrimea variaiilor factorilor ecologici care permit existena unui organism. n funcie de valena ecologic o specie poate popula medii caracterizate prin variaii mai mari sau mai mici ale factorilor ecologici. Astfel, specia stenobiont nu poate suporta dect variaii limitate ale factorilor ecologici. n schimb specia euribiont suport variaii mari i are valene ecologice mari. Dac aceste noiuni sunt aplicate la temperatur, salinitate, hran vom califica speciile respective ca: stenoterme/euriterme, stenohaline/eurihaline, stenofage/eurifage. ntr-un mediu n care unul din factorii de mediu prezint variaii mari, flora i fauna vor fi srace n specii, dar dotate cu valene ecologice mari. Ex. n apele salmastre caracterizate prin variaii mari n salinitate sunt cteva specii eurihaline reprezentate prin numr mare de indivizi. n acest mediu speciile stenohaline originare fie din apele marine, fie din cele dulci vor fi eliminate. Valena ecologic poate varia la una i aceeai specie n funcie de stadiul de dezvoltare. Ex. Crabii aduli pot suporta ariditatea plajelor n timp ce larvele lor sunt planctonice, ducnd o via strict marin. Smna chiparosului e foarte sensibil la ariditate i cantiti mari de ap, dar planta matur suport bine att seceta ct i inundaia. Chiar n stadiu de adult exist variaii ale valenei ecologice n funcie de sex sau de unele stadii critice. Ex. Crustaceii, reptilele, mamiferele sunt sensibile n timpul nprlirii. Legea interaciunii factorilor Formulat de Taylor n 1930, potrivit creia organismul se dezvolt n funcie de aciunea combinat a tuturor factorilor. n prezent formularea acestei legi a fost modificat n sensul interaciunii permanente a factorilor limitani, dintre care unul sau altul devin precumpnitori n anumite condiii i etape de via. n deert, principalul factor limitant este apa, iar n regiunile polare frigul. Interaciunea dintre doi sau mai muli factori de mediu poate modifica limitele de toleran fa de aceti factori. Ex. Orhideele tropicale cultivate n sere se dezvolt mai bine la soare dect la umbr, dac stau la o temperatur mai mare. n natur se dezvolt la umbr, pentru c nu pot suporta nclzirea radiaiei solare directe. Dei clasificarea factorilor ecologici n factori biotici i abiotici este simpl, ea este arbitrar pentru c uneori este dificil s se ncadreze un factor ntr-o anumit categorie. Temperatura este un factor abiotic, dar poate fi modificat de prezena vieuitoarelor. Ex.

14

Studiindu-se albinele s-a constatat c dac temperatura mediului scade la 13 0C, albinele se agit i ridic temperatura stupului la 25-300C, astfel nct microclimatul stupului este mai stabil dect cel exterior. Exist numeroase sisteme de clasificare dup criterii diferite a factorilor ecologici. Clasificarea lui Mondchasky ine seama de reaciile vieuitoarelor supuse acestor factori, ia n considerare gradul de perfecionare al adaptrii organismelor la aceti factori. El mparte factorii ecologici n trei categorii: factori periodici primari, factori periodici secundari i factori neperiodici. Factorii periodici primari au o periodicitate regulat zilnic, lunar, anotimpual, anual. Aceti factori sunt o consecin a rotaiei regulate a Terrei n jurul axei sale de revoluie, n jurul soarelui sau a succesiunii fazelor lunare. Temperatura, lumina, ritmul mareelor sunt exemple de factori primari. Aceti factori determin existena zonelor climatice terestre intervenind n ariile de rspndire ale speciilor. Factorii primari au roluri importante, cu excepia unor medii particulare de via (cavernicol, abisal) unde variaiile lor sunt nule sau foarte mici. Factorii periodici secundari sunt o consecin a variaiilor factorilor primari avnd o periodicitate regulat. Umiditatea aerului este un factor secundar legat de temperatur. n regiunile tropicale sau cele cu climat musonic cderea precipitaiilor se supune unei periodiciti eoliene sau sezoniere. Hrana vegetal este un factor secundar legat de ciclul de vegetaie. Pentru prdtori, parazii modificarea przii sau gazdelor reprezint un factor secundar pentru c variaiile numerice ale populaiilor lor au un caracter periodic. n mediul acvatic, coninutul n O2, srurile minerale, transparena apei, circulaia pe orizontal i vertical, viteza de curgere sunt factori periodici secundari. Factorii periodici secundari au o vechime mai mic, la aceti factori vieuitoarele s-au adaptat pentru puin timp i sunt mai puin precise, dar diversificate i slab ancorate n patrimoniul ereditar. Factorii neperiodici nu exist n habitatul unui organism, apar brusc astfel nct vietile nu au timp s se adapteze datorit caracterului fortuit. n aceast categorie intr att factori climatici (vnt, furtuni, incendii, inundaii), dar i forme de activitate uman (factori antropici), aciunea speciilor prdtoare sau parazite. Aceast absen a reaciilor adaptative fa de factorii neperiodici ofer o baz metodelor de lupt contra duntorilor. Se tie c repetarea unor tratamente cu unele fungicide, insecticide timp ndelungat a permis apariia unor rase rezistente pentru c tratamentele s-au transformat din factori neperiodici n periodici secundari la care au aprut reacii adaptative. Interaciunile dintre organisme i mediu au anumite particulariti enunate de Raymond Pearl. Aceste interaciuni se caracterizeaz prin: specificitate, reciprocitate, continuitate i indisolubilitate. Specificitatea interaciunile care se realizeaz ntre diferite grupe de organisme i mediu sunt diferite. ntr-un fel reacioneaz o amib i altfel un vertebrat la acelai factor de mediu. Reciprocitatea aceste interaciuni sunt cu dublu sens: mediul influeneaz organismele i organismele influeneaz mediul abiotic. Continuitatea interaciunile dintre organisme i mediu sunt continue, dei pot suferi modificri n timp n funcie de intensitatea lor. Ex. Plantele n stadiu de smn sau animalele n diapauz au funciile metabolice lente. Unele nematode n stare de anabioz pot fi supuse unor temperaturi mai mari de 1000C sau sub 0 absolut pentru ca aduse treptat la condiiile normale, s-i recapete viaa. La microscopul electronic s-a observat c n stare de anabioz celulele i coninutul nucleului par dezorganizate, cu elementele contractate, ceea ce

15

a determinat pe unii s considere c n acest stadiu interaciunile dintre organism i mediu se suspend. Indisolubilitate relaiile dintre organism i mediu nu pot fi suspendate fr ca cele dou elemente legate prin aceste legturi s nu dispar sau s nu se modifice.

ECOSISTEMUL Ecosfera reprezint ansamblul tuturor vietilor de pe planet care ocup un anumit spaiu. Componentele anorganice i organice ale ecosferei nu sunt izolate n spaiu. Pe orice suprafa a scoarei terestre materia vie se ntreptrunde cu materia nevie, astfel nct rezult o combinaie de sisteme biologice i anorganice care reprezint uniti funcionale de transfer a energiei numite ecosisteme. Ecosistemele sunt uniti structural-funcionale fundamentale ale ecosferei, cu un tip determinat al interaciunii componentelor organice i anorganice, cu o configuraie energetic proprie, care asigur desfurarea ciclurilor bio-geochimice i transformrile energetice ntr-un fragment dat al scoarei terestre. Biotopul reprezint o ntindere mai mult sau mai puin delimitat care conine resurse suficiente pentru meninerea vieii. n literatura ecologic adesea se confund noiunea de biotop cu cea de habitat. Habitatul reprezint locul unde triete o specie, iar biotopul locul care gzduiete o biocenoz. Habitatul are un sens restrns autecologic, iar biotopul are un sens mai larg sinecologic. Biocenoza i biotopul sunt elemente nedesprite care se influeneaz reciproc producnd un sistem stabil denumit, n 1935 de Tansley, ecosistem. Conceptul de ecosistem a fost prezentat iniial de Forbes (1877) cu termenul de microcosmos, Friedericks (1930) utiliza termenul de holocenoz. Thieneman n 1939 folosea termenul de biosistem, iar ecologii rui pe cel de biogeocenoz. Ecosistemul prezint o omogenitate din punct de vedere topografic, climatic, botanic, zoologic, pedologic, hidrologic, geochimic. Schimburile de materie i energie dintre constitueni se fac cu o intensitate caracteristic. Din punct de vedere termodinamic este stabil n timp i deschis. Constituenii care intr sunt:energia solar, elementele minerale, apa, iar cei care ies sunt O2, CO2, gaze, cldura, compuii humici, substanele biogene. Majoritatea ecosistemelor sunt rezultatul unor transformri realizate n decursul unei evoluii i o consecin a unor procese de adaptare dintre specii i mediul ambiant. Ecosistemele sunt dotate cu autoreglare i rezist cel puin ntre anumite limite modificrilor mediului ambiant i variaiilor brute ale densitii populaiilor componente. STRUCTURA TROFIC A ECOSISTEMULUI n funcionarea unui ecosistem complet exist urmtoarele etape n circulaia substanelor i n transferul energiei: 1. recepionarea energiei 2. producerea de materie organic de ctre productori 3. consumul materiei organice de ctre consumatori i elaborarea de substane noi, proprii lor 4. descompunerea materiei vii n compui organici diferii 5. transformarea acestor compui n substane asimilabile de ctre productor

16

Acest circuit nu cuprinde numai producia i moartea componentelor vii ale ecosistemului, ci i biotopul, care reprezint sediul acestor transformri. Legate de aceste funcii n structura ecosistemului exist urmtoarele componente: nevii i vii. Componentul neviu este biotopul totalitatea factorilor de mediu ntre care rolul esenial l au lumina i nutrienii. Componentele vii sunt: productori, consumatori, descompuntori i transformatori. Productorii sunt specii capabile a produce substan organic pornind de la substan anorganic, utiliznd o surs de energie nebiologic. Productorii sunt reprezentai de organismele autotrofe care acumuleaz energie potenial sub form chimic, prezent n substanele organice sintetizate (glucide, lipide, proteine). n ecosistemele terestre, sinteza substanelor organice pornind de la substane anorganice, n prezena luminii este realizat de macrofite (muchi, ferigi, gimnosperme, angiosperme). n mediul marin, funcia de producie o au microfitele reprezentate de algele microscopice, care alctuiesc fitoplanctonul i accesoriu de algele macroscopice (verzi, roii, brune) care triesc n bentosul litoral i la care se adaug cteva rare angiosperme. n apele dulci, productorii sunt fie algele, fie fanerogamele, fie ambele. n aceast categorie a productorilor sunt incluse i bacteriile sintetizante, cu activitate minor, dar n anumite medii speciale pot prezenta importan cantitativ. Aceste bacterii pot utiliza pentru activitatea lor, fie energia luminoas (fotosintez, mod de nutriie fototrof), fie energia eliberat n cursul reaciilor chimice oxidative la ntuneric (majoritatea bacteriilor care sunt capabile de chimiosintez, i au mod de via chimitrof). n categoria productorilor intr bacteriile fotolitotrofe (chimiolitotrofe) care folosesc n sintez substraturi anorganice oxidabile i bacteriile fotoorganotrofe (chimiorganotrofe) care folosesc substanele organice cu funcia de donori de energie. Bacteriile fotolitotrofe triesc n medii anorganice, i utilizeaz sulful redus, H2S ca donor de hidrogen. Sunt reprezentate prin dou grupuri: sulfobacterii roii (Thiocapsa, Chromatium, Thiosarcina) i sulfobacterii verzi (Chlorobacterium, Chlorocromatium). Clorofilele bacteriene absorb radiaia cu lungime de und apropiat de cea a radiaiilor infraroii, astfel nct bacteriile fac fotosintez n lumin sczut, apropiat de obscuritate, i care corespunde unei zone a spectrului neperceptibil de ctre om. Aceste bacterii triesc la adncimi mari, unde primesc radiaii care au trecut prin filtrul biologic reprezentat de algele de la suprafa. Capacitatea bacteriilor de a utiliza radiaiile infraroii asigur obinerea unui supliment din energia solar de pe Glob. Din suprapunerea spectrelor de absorbie ale diferitelor organisme fotosintetizante rezult c toate regiunile spectrului de lumin solar sunt utilizate n fotosintez. Astfel nct, rezult exist o relaie de complementaritate ntre fotosinteza bacterian i cea a algelor acvatice: Algele realizeaz fotosinteza n aerobioz la suprafaa apelor, absorbind radiaiile din regiunile albastre i roii ale spectrului, lsnd s treac pe cele din regiunea rou ndeprtat pn la infrarou preluate de bacteriile fototrofe n procesul de fotosintez anaerob, din zonele adnci ale apelor i de la suprafaa mlului. Bacterii chimiolitotrofe includ bacteriile autotrofe care obin energia necesar sintezelor i a altor manifestri vitale din reaciile de oxido-reducere folosind diferii donatori de electroni. Din aceast categorie fac parte urmtoarele grupe de bacterii: sulfobacteriile filamentoase (Thiotrix, Beggiatoa), bacilare (Thiobacillus) oxideaz diferite forme reduse de sulf (H2S, S sau tiosulfai); ferobacteriile de tipul Gallionella, Crenothrix oxideaz compuii fierului dizolvai din roci, de ap, ncrcate cu CO2;

17

bacterii nitrificatoare (nitritbacteriile de tipul Nitrosomonas, Nitrosococcus) care oxideaz NH3 la nitrii i nitratbacteriile de tipul Nitrobacter, Nitrocystis care oxideaz nitriii la nitrai); bacteriile metanogene i i-au energia din oxidarea anaerob a unor compui minerali sau organici simpli la metan.

Consumatorii la care predomin descompunerea i restructurarea moleculelor organice complexe n substan vie proprie. Acetia utilizeaz substanele complexe, sintetizate de autotrofe pe care le structureaz sau le descompun. n funcie de raportul fa de productori sunt: consumatori primari reprezentai de organisme care consum vegetale (fitofagi), iar pentru animale ierbivore. Sunt reprezentai de bacterii fitopatogene, ciuperci parazite pe plante, plante superioare parazite pe alte plante superioare, insecte, psri, mamifere fitofage (roztoare, psri granivore, copitate). n ap, consumatorii primari sunt crustacei, copepode, filopode, molute care se hrnesc cu fitoplancton, peti fitofagi. Consumatorii primari au funcia de punere n circulaie a hranei produs de plante i transformarea ei n hran animal, bacterian, fungic. consumatorii secundari subzist depinznd de fitofagi. Sunt reprezentai de: bacterii zoopatogene, ciuperci parazite pe animale, animale devoratoare de bacterii heterotrofe protozoarele, animale zoofage molute, cefalopode, rechini, peti rpitori, insecte rpitoare i parazite pe animale, pianjeni, viermi parazii, psri insectivore, amfibieni, reptile, mamifere carnivore. Devornd fitofagii, consumatorii secundari mpiedic pierderea prematur a energiei i distrugerea substanelor organice asigurnd creterea productivitii biosferei. consumatorii teriari sunt carnivore care se hrnesc cu consumatori secundari. Sunt organisme care nu cad prad dumanilor, nu sunt consumate de animale. Ex. tigrul, acvila, leul, ursul, precum i paraziii consumatorilor secundari. n grupa consumatorilor secundari i teriari exist prdtori care captureaz prada i o omoar nainte de a o consuma i paraziii care respect prada lor. n acest mod s-ar defini consumatori de ordinul IV, V, dar n ecosistem rareori exist lanuri trofice cu mai mult de 3-4 verigi de consumatori, deoarece consumatorii teriari utilizeaz ultimele resurse energetice ale substanelor vii. Saprofagele reprezint o categorie de consumatori aparte care se hrnesc cu materie organic moart fr a o transforma n materia anorganic. Din aceast categorie fac parte: necrofagele (se hrnesc cu cadavre), coprofagele (cu materii fecale), detritivorele (cu fragmente mici de materie organic n descompunere detritus). Detritivorele sunt organisme mici, triesc n sol i depind de litier. n aceast categorie intr i ciupercile mari de pe sol, trunchiurile copacilor n descompunere (iasca). Saprofagele au funcie specific, repun n circulaie substana care ar fi degradat de descompuntori. Saprofagele cad prad altor organisme ridicnd productivitatea biosferei, intensificnd circulaia materiei n natur. Descompuntorii sunt reprezentai de ciuperci i bacterii saprofite care determin descompunerea final a substanelor organice din moartea plantelor i animalelor, asigurnd ntoarcerea n lumea mineral a elementelor biogene, coninute n materia organic. Descompunerea este rezultatul proceselor prin care bacteriile i ciupercile obin hrana, deci este o funcie vital. O celul bacterian sau miceliul unei ciuperci posed echipamente enzimatice care catalizeaz reacii chimice specifice. Aceste enzime sunt secretate n celule, eliminate n 18

mediu degradnd substratul organic. Unii produi de descompunere sunt utilizai ca hran de aceste organisme, alii rmn n mediu sau reprezint produi de excreie ai microorganismelor. O specie de descompuntor nu are n echipamentul enzimatic tot setul de enzime care mineralizeaz un substrat organic complex. n procesul de descompunere particip numeroase specii de microorganisme, care intervin succesiv n diferite etape ale descompunerii. n final, substratul organic poate fi complet degradat (mineralizat). Nu toate substanele organice sunt descompuse n acelai ritm. Zaharurile i proteinele sunt descompuse uor, altele (celuloza, chitina, lignina) se descompun mai greu. Bacteriile i ciupercile pot conlucra n procesul de descompunere sau pot alterna n aceast aciune de scindare a materiei organice complexe. Bacteriile au un rol important n descompunerea produilor organici de natur animal, dar n descompunerea celulozei i a lemnului mai eficiente sunt ciupercile. n ecosistemele terestre descompunerea are loc n dou etape: descompunerea parial i rapid a materiei organice moarte, care se acumuleaz n sol cu formarea humusului (complex de substane organice greu putrescibil, rezistent la aciunea descompuntorilor) mineralizarea lent a humusului (descompunerea substanelor organice n substane minerale). n afara funciei de repunere a circulaiei materiei n ecosistem, descompuntorii pot avea i funcii secundare. Consumai de alte organisme sunt o rezerv de energie n ecosistem. O alt funcie este aceea c pot modifica mediul n care triesc, punnd n libertate diferite substane care acioneaz specific asupra creterii i dezvoltrii altor organisme din biocenoz. Aceste substane exocrine i ectocrine numite i hormoni mediali pot avea efecte inhibatoare asupra altor organisme aa cum sunt streptomicina, penicilina antibiotice sau stimulatoare vitamine, hormoni de cretere (tiamina, histidina, biotina). Astfel, descompuntorii intervin n mecanismele de coordonare a unitilor din ecosistem, reglarea numrului de vieti din biocenoze, explic mecanismul succesiunii speciilor i procesele de reglare i meninere a echilibrului biocenotic. Descompuntorii prezint urmtoarele caracteristici biologice: talie mic, biomas redus, numr mare de indivizi, metabolism intens, slab difereniere morfologic, mari deosebiri funcionale care le fac s acioneze succesiv n degradarea materiei organice. Activitatea lor este att de intens astfel nct n mediul terestru descompuntorii transform cantiti mai mari de energie potenial dect fitofagele i zoofagele la un loc. Transformatorii reprezint o categorie special de descompuntori. Cu mult timp n urm se considera c substanele organice i anorganice rezultate n urma aciunii descompuntorilor, care se afl n ape sau n sol sunt utilizate de organismele autotrofe. Mai trziu s-a constatat c ele reprezint o cantitate mic de hran, i muli produi de descompunere au rol important ca regulatori chimici dect ca hran. Preteniile productorilor privind nutrienii sunt foarte diferite. n ce privete sursa de azot, flagelatele verzi cresc bine cnd azotul e sub form de uree, acid uric, amoniac. Diatomea Nitschia din fitoplanctonul normal are nevoie de azot anorganic sub form de nitrai. Flagelatele intervin ntr-un anumit punct n circulaia azotului, neateptnd ca materialul organic s fie transformat n azotai. Nu toate substanele din activitatea descompuntorilor reprezint nutrieni pentru productori. n circulaia materiei ntre descompuntori i productori se interpune grupul funcional al transformatorilor care preiau produii de descompunere i i transform n nutrieni, care sunt compuii asimilabili de productori. Plantele verzi utilizeaz n special azotai i azotii, puin amoniac sub form de sruri de amoniu. n procesul de descompunere a substanelor organice cu azot, sub aciunea unor descompuntori, rezult cantiti mari de amoniac n urma procesului de amonificare. Amoniacul sub aciunea bacteriilor nitrificatoare (transformatori) este oxidat mai nti la acid 19

azotos, proces n care intervin nitritbacteriile, iar n cea de-a doua faz n acid azotic sub aciunea nitratbacteriilor. Aceti acizi intr n reacie cu bazele din sol care conin K, Na, Mg i rezult nitrii i nitrai asimilabili de ctre productori., reprezentnd principalii nutrieni care conin ca element biogen azotul. n urma unor procese anaerobe din degradarea substanelor organice sub aciunea descompuntorilor rezult H2S, S2, ali compui redui ai sulfului, care nu pot fi asimilai de plantele autotrofe. Aceti compui sub aciunea oxidativ a transformatorilor trec n compui oxidai pn la acid sulfuric, care mpreun cu bazele din sol formeaz sulfai, asimilai de plante. O serie de microorganisme intervin ca transformatori n procesul de mineralizare a compuilor organici ai fosforului i trecerea lor n sruri ale acidului fosforic care sunt asimilabile. Aceste grupe funcionale sunt cuprinse n procesul unic de circulaie a substanelor prin biosfer care se numesc cicluri trofice. Ciclul trofic include ca verigi i substanele abiotice ale mediului fizic (combinaii minerale care reprezint materialul iniial n biosinteza substanelor organice). Interaciunea componentelor structural-funcionale ale ecosistemului Din punct de vedere structural un ecosistem este alctuit din componeni nevii (lumina, nutrienii) i vii care formeaz biocenoza. ntr-un ciclu trofic din ecosistem se desfoar urmtoarele procese funcionale: producia n care intervin lumina, nutrienii i productorii; consumul n care intervin fitofagele, ierbivorele, paraziii, saprofagele, detritivore; descompunerea n care intervin diferite tipuri de organisme i transformarea, n care microorganismele redau produciei nutrienii i repun n circulaie materia din ecosistem. Unele organisme pot avea funcii duble n ecosistem: descompuntorii sunt i consumatori, unii transformatori (nitrobacteriile, sulfobacteriile) sunt i productori, bacteriile fixatoare de azot sunt i consumatoare, unele organisme (Euglena) pot fi succesiv i productor i consumator. Din punct de vedere funcional, ntr-un ecosistem se distinge o component autotrof i alta heterotrof. Cea autotrof este reprezentat de productori, care folosesc energia luminoas i sintetizeaz substan vie din substane simple anorganice. Cea heterotrof este reprezentat de consumatori, descompuntori i transformatori care utilizeaz substanele organice complexe sintetizate de autotrofi pe care le structureaz sau le descompun. Diferitele organisme din biocenoz pot avea activitate separat n spaiu, fiind etajate. n ecosistemele terestre i acvatice productorii ocup etajele superioare, unde este disponibil lumina, n timp ce consumatorii i transformatorii au activitate maxim n etajele inferioare, n soluri, sedimente, unde se acumuleaz materia organic. Componentele structurale vie i nevie se afl n relaii reciproce, influenndu-se reciproc. Biotopul influeneaz biocenoza, i biocenoza influeneaz i modific biotopul. Din punct de vedere al componentelor majore, ecosistemele se clasific n: ecosisteme complete i incomplete. Cele complete prezint toate categoriile de componeni (productori, consumatori, descompuntori, transformatori). Ex. pdure, lac. n cele incomplete lipsesc anumite categorii de componeni. Ex. n zona abisal a mrilor, nu exist productori, hrana vie vine sub forma resturilor de plante i animale czute de la suprafa. n mediul cavernicol, datorit lipsei luminii nu exist productori. Aici hrana i are originea n dejeciile chiropterelor, n frunzele aduse de vnt, substanele organice dizolvate n ap.

20

Sunt i ecosisteme din care lipsesc consumatorii: stadiile incipiente ale comunitilor planctonice, nainte de a aprea zooplanctonul. Aici exist productori (fitoplanctonul) reprezentai de alge microscopice. Acest stadiu este de scurt durat, pentru c dup productori apar i celelalte categorii de grupe funcionale de organisme. Dup origine, ecosistemele sunt: spontane (naturale) care au aprut spontan, prin lupta pentru existen a fiinelor vii, datorit forelor constructive ale naturii. Ex. pdure veche de munte, pajite cu alge pluricelulare, recif de corali. antropizate (antropogene, artificiale) formate datorit interveniei omului. Ex. livad, podgorie, un lan, un loc ruderal. Dup natura biotopului, ecosistemele sunt: terestre i acvatice (care se mpart n ecosisteme marine, i de ape interioare continentale). Deosebirile ntre ecosistemele terestre i cele acvatice constau n faptul c sunt populate cu specii diferite. Pe continente, autotrofele sunt reprezentate de plantele mari macrofite, iar n ape cea mai mare parte a productorilor este reprezentat de fitoplancton. Componentele ecologice sunt similare, iar n condiii de iluminare suficient i de nutrieni, att algele microscopice, ct i macrofitele pot produce aceeai cantitate de protoplasm vie ntr-o unitate de timp dat. Ambele tipuri de productori susin cte o serie similar de consumatori i descompuntori.

Interaciunile dintre componentele structurale i funcionale ale ecosistemului

CONEXIUNILE TROFICE N CADRUL ECOSISTEMULUI

21

Terra reprezint un sistem nchis, n care prile componente se afl n interaciuni evolund spre un echilibru termodinamic. Apariia vieii a reprezentat un fenomen planetar, marcnd nceputul unei noi ere n circulaia materiei i transferurile energetice. Circuitul biologic al materiei se desfoar n interiorul ecosistemului, pentru c aici exist condiii specifice, att din punct de vedere al structurii i funcionrii biocenozei, ct i n ce privete condiiile abiotice. n desfurarea acestor cicluri biologice ale materiei, procesele de baz sunt cele metabolice, individuale ale organismelor care aparin diferitelor specii. Sinteza materiei vii, cu acumularea energiei pe de o parte i degradarea i utilizarea energiei eliberate sunt procese specifice i coordonate. Astfel nct, n acest proces sunt implicate serii diferite de organisme care ndeplinesc funcii specifice. ntre aceste organisme se stabilesc conexiuni trofice care formeaz structura trofic a ecosistemului. Elementele de baz ale acestei structuri sunt: nivelul trofic, lanul trofic, reeaua trofic, industria cheie i nia ecologic. Nivelul trofic este format din totalitatea organismelor care ndeplinesc n biocenoz aceeai funcie trofic i se despart de productorii primari prin acelai numr de trepte. Ex. Plantele verzi productoare de materie organic reprezint primul nivel trofic. Consumatorii primari reprezentani prin organismele fitofage reprezint al doilea nivel trofic, consumatorii teriari, reprezentai de carnivore al treilea nivel trofic. De regul, nr. nivelurilor trofice dintro biocenoz nu este mai mic de trei. Fiecare nivel trofic produce o anumit cantitate de substan organic, materializat n substan vie denumit biomas. Nivelul trofic urmtor nu consum dect o parte din ce produce cel anterior, astfel nct cantitatea de substan i energie pus la dispoziie de un nivel trofic, nivelului trofic urmtor scade foarte repede, astfel nct la un moment dat dup 3-4-5 trepte, organismele de pe nivelurile trofice superioare trebuie s cheltuiasc mult energie pentru procurarea hranei, astfel nct nu mai pot compensa pierderea de energie. Producia maxim este realizat de organismele de pe primul nivel trofic, care asigur energia pentru meninerea unui anumit nr. i mas de fitofagi, care vor susine un nr. mai redus i o biomas mai mic de carnivore. Cnd producia primar scade, ecosistemul se dezechilibreaz. Relaiile cantitative dintre nivelurile trofice formeaz grafic piramidele ecologice, care cuprind n trepte nr. indivizilor, biomasa lor i energia.

Nivelurile trofice ntr-un ecosistem terestru i acvatic Piramidele numerice sau eltoniene au fost introduse n tiin de Ch. Elton (1927). Acestea redau relaiile cantitative dintre nivelurile trofice din biocenoz i reprezint o piramid

22

a numerelor. Numrul de indivizi de pe un nivel trofic este dependent de nr. de indivizi de pe alt nivel trofic. Ex. n mediul acvatic, productorii primari sunt algele planctonice, reprezentate prin nr. mare de indivizi, longevitate mic i ritm de reproducere intens. n celelalte niveluri trofice care se succed, nr. de indivizi scade treptat, talia i longevitatea cresc, iar ritmul de reproducere este lent. ntr-o pdure de molid, nr. productorilor este mai mic dect al insectelor fitofage, iar nivelurile trofice urmtoare corespund scadent numeric spre consumatorii teriari. Similar este i situaia unui ecosistem lacustru, unde nr. productorilor este mic (plante emerse, submerse) n comparaie cu nr. animalelor fitofage. De la acest nivel trofic, nr. consumatorilor scade progresiv spre consumatorii de vrf.

Piramidele numerice ntr-un ecosistem terestru (A) i acvatic (B) Piramidele de biomas exprim greutatea indivizilor de pe diferite niveluri trofice. Fiecare nivel trofic nmagazineaz o anumit cantitate de biomas. Ex. n ecosistemele terestre i cele acvatice cu macrofite, ca productori primari, biomasa productorilor este cea mai mare, i scade treptat spre vrful piramidei. n lacuri, oceane, unde algele reprezint baza piramidei, se constat c biomasa productorilor este mai mic dect biomasa tuturor consumatorilor. i totui, ntreaga biocenoz se bazeaz trofic pe activitatea de sintez a materiei organice realizat de productori, i aceasta datorit capacitii rapide de rennoire a biomasei productorilor, care se nmulesc mai repede, n comparaie cu cei de pe nivelurile trofice superioare. Astfel productorii pot susine un nr. mare de consumatori, care depesc prin biomasa lor pe cea a productorilor. Piramidele de numr i de biomas nu au valoare descriptiv mare, deoarce n ele se acord acceai importan tuturor indivizilor indiferent de talie, greutate. Nu se ine seama de factorul timp, biomasa msurat este acumulat n cetva zile (n cazul fitoplanctonului) sau n cteva sptmni, luni (ntr-o pdure). Piramidele de energie evideniaz cel mai bine prezena cantitativ a organismelor n ecosistem. Raporturile ntre nivelurile trofice sunt exprimate prin producie n kcal. Aceste piramide in cont de factorul timp pentru c n ele se reprezint grafic productivitatea (cantitatea de energie acumulat pe unitatea de suprafa, n unitatea de timp).

23

Piramidele de biomas ntr-un ecosistem terestru (a) i unul acvatic (b) Piramidele de biotop au n vedere activitatea de explorare a teritoriului pentru cutarea hranei de ctre animalele zoofage. Acest model al piramidei cu vrful n jos evidenieaz faptul c nr. de biotopuri n care este activ o specie este mai mic pe niveluri trofice inferioare i mai mare pe niveluri trofice superioare. Ex. Speciile fitofage sunt ataate trofic de un singur ecosistem, unde gsesc hran suficient pentru a supravieui i a se reproduce. Speciile zoofage, mai ales consumatorii teriari, trebuie s parcurg distane din ce n ce mai mari pentru a-i procura hrana. Ele depesc limitele biotopului specific i ptrund n mai multe biotopuri. ntre nivelurile trofice ale unei biocenoze exist o nlnuire a fenomenelor nutriionale. Indivizii de pe un nivel trofic sunt consumai de cei de pe alt nivel trofic. Fiecare grup devine surs de hran pentru alt grup de organisme, rezultnd lanurile trofice. Lanurile trofice Seriile de organisme din cadrul unui ecosistem care sunt succesiv consumate i consum la rndul lor formeaz un lan trofic. Acesta reprezint calea prin care se realizeaz transferul de substan i energie n ecosistem. n funcie de baza trofic, n natur exist urmtoarele tipuri fundamentale de lanuri trofice: 1. lanuri trofice fitofage (prad-prdtor) sunt formate din 5-6 verigi trofice, la originea lor stau productorii primari autotrofi (macrofite, alge microscopice), care devin prad pentru animalele fitofage, dup care urmeaz 2-3 grupe de animale zoofage. Ex. ntr-o pdure: frunzele unui arbore afide coccinelide pienjeni psri insectivore psri rpitoare (mamifere rpitoare). ntr-o livad: mrul-cariul mrului ciocnitoarea pestri mare uliul psrilor. ntr-o balt sau lac: alge-crustacei (cladocere, copepode), puiet de pete peti rpitori - psri ihtiofage (omul). Pe traiectul acestor lanuri trofice are loc o descretere a nr. de indivizi pentru fiecare verig, concomitent cu creterea taliei lor. Substana organic sub form de hran trece de la plante la animale fitofage, i de la acestea la cele zoofage. Consumatorii fitofagi prelucreaz un volum mare de biomas vegetal pe care o transform n biomas animal, cu coninut mai mare de energie. Aceasta trece mai departe n organismul carnivorelor pn la consumatorii teriari. Consumatorii nu pun n circulaie toat biomasa speciilor, o parte devine mas organic moart care intr n sfera de activitate a organismelor detritivore, necrofage, saprofage.

24

2. lanuri trofice detritivore - exist n toate ecosistemele i au la baz detritusul, care este consumat de organismele detritivore. Urmtoarea verig este reprezentat de un animal zoofag. Astfel de lanuri exist n orizontul organic al pajitilor, cel din litiera pdurii, pe fundul apelor cu depozite organice. Ex. ntr-un lac: nmol cu detritus organic larve chiromonide pltic pete rpitor-om; n orizontul organic al pajitilor: detritus rme crti.

3. lanuri trofice necrofage i saprofage. Lanul necrofagelor este format din animale care se hrnesc cu plante netransformate n detritus sau din animale care se hrnesc cu cadavrele altor animale. Ex. Cu plante moarte se hrnesc termite i coleoptere; cu cadavrele animalelor se hrnesc larvele unor insecte (diptere), unele specii de crustacei, peti, psri, mamifere (hiene). Lanul saprofagelor este format din bacterii i ciuperci care se hrnesc cu resturi de plante i animale. Cu ciupercile mari se hrnesc larve de insecte, insecte adulte, unele gasteropode (limax), unele mamifere (omul, porcul). Ciupercile i bacteriile prin activitatea nutriional produc mineralizarea organismelor moarte, eliberndu-se elementele minerale utilizate din nou de ctre plante. 4. lanuri trofice bacterivore au ca surs de hran biomasa bacteriilor i sunt consumate de alte vieuitoare.

25

Ex. n bli: bacterii din plancton- parameci-pureci de ap; n sol: bacterii din capilarele solului-protozoare; n biomul abisal, bacteriile chimiosintetizante reprezint sursa de hran primar a animalelor abisale. 5. lanuri trofice parazitice sunt numeroase i diversificate. Acestea pot fi ectoparazitice, endoparazitice sau o combinaie a celor dou. Lanurile trofice pot fi formate din dou verigi (Lucern-cuscut; tutun-virusul mozaicului tutunului; rdcina arborilor-muma pdurii), trei verigi (plant-insect fitofag-virus). n natur exist i lanuri trofice parazitice lungi, acestea funcioneaz prin parazitarea succesiv a unei specii de ctre o alt specie. Nr. indivizilor pe specie scade spre veriga final, iar talia indivizilor descrete. Ex. Unele specii de mute depun ou pe omizi. Larvele ieite din ou ptrund n corpul omizilor, parazitndu-le. Unele specii de himenoptere depun ou pe larvele mutelor parazite pe omizi. Din aceste ou ies larve care paraziteaz larvele de mute, rezultnd astfel hiperparazitismul.

6. lanuri trofice zoofage sunt lanuri trofice de plante i animale carnivore, a cror surs de hran sunt animalele mici (viermi, insecte, microcrustacei). Aici relaia este urmtoarea: animalul este hrana, iar planta consumatorul. Plantele carnivore i sintetizeaz singure substana organic, prin fotosintez, dar datorit cantitilor reduse de substane minerale, n special azotoase s-au adaptat la prinderea insectelor, din corpul crora i extrag substanele necesare dezvoltrii normale. Acestea i-au modificat conformaia organelor (frunzelor) pentru prinderea insectelor: urne, plnii, peri glandulari lipicioi. Aceste organe sunt sensibile la excitaiile fizice i chimice, iar glandele lor digestive secret enzime care degradeaz substanele organice complexe n substane organice simple, asimilabile de ctre plante. Ex. La marginea mlatinilor cu substrat turbos: microcrustacei-otrelul de balt; n perniele muchiului de turb: insecte-roua cerului. Ciupercile prdtoare prezint adaptri speciale pentru capturarea animalelor vii: filamente miceliene lipicioase, hife miceliene anastomozate, inele capcan formate de-a lungul filamentelor miceliene. Unele specii de ciuperci din sol, au filamente lipicioase, de care se lipesc insectele mici, ciuperca trimite n corpul przii haustori, prin care absoarbe tot coninutul.. Exist ciuperci care 26

atac viermii cilindrici din sol, pe care i rein prin anastomozarea filamentelor miceliene, care ptrund n corpul animalului, unde diger i absorb tot coninutul. Alte ciuperci au sisteme ingenioase de capturare a przii: pe traiectul filamentelor miceliene formeaz inele prin curbarea unor ramuri scurte, n care ptrund nematozii. Chiar dac reuete s se desprind de inel, filamentele miceliene ptrund n corpul su unde i consum coninutul. Reeaua trofic n ecosistem lanurile trofice nu sunt izolate, ele interconexeaz. Unele specii sunt active n mai multe lanuri trofice realiznd puncte de contact ntre ele. Interconexiunea lanurilor trofice configureaz reeaua trofic a ecosistemului. Reeaua trofic este un sistem dinamic, care reflect organizarea fluxului de substan i energie. Punctele de contact dintre lanurile trofice funcioneaz ca noduri asigurnd stabilitatea reelei trofice. Numrul de noduri din reea corespunde cu abundena speciilor polifage din biocenoz. n afar de speciile omnivore, aceast funcie este ndeplinit i de carnivore, care controleaz numeroase lanuri trofice din biocenoz. Ex. Psrile rpitoare de noapte (bufnia, cucuveaua, huhurezul), sunt polifage, activnd pe mai multe planuri, se hrnesc numai cu animale vii (oareci, obolani, psri) pe care le prind singure. Huhurezul este inclus n peste 30 de lanuri trofice care constituie reeaua trofic a ecosistemelor forestiere. Prezena acestui prdtor de vrf n cadrul reelei trofice joac un rol important n reglarea numeric a tuturor populaiilor de roztoare. Reelele trofice ale biocenozelor au puncte de contact cu alte biocenoze. Reeaua trofic a unei biocenoze de balt ntr n contact cu reeaua trofic a unei biocenoze terestre. Legtura dintre reelele trofice, care uneori sunt foarte diferite este realizat de animale care sunt active n dou sau mai multe reele trofice. Ex. Strcii sunt psri ichtiofage, i procur hrana (petii) din mediul acvatic, i cuibresc pe uscat, deci n alt ecosistem. Uliul de balt vneaz psri de balt i realizeaz contactul trofic dintre cele dou biocenoze care aparin la dou ecosisteme diferite. Libelula se hrnete att cu insecte de balt, ct i cu insecte terestre. Cu insecte din mediul acvatic i terestru, inclusiv cu libelule se hrnesc i psrile insectivore, care aparin ecosistemelor terestre. Acestea, la rndul lor cad prad psrilor rpitoare, care sunt consumatori teriari.

27

Deci, lanurile trofice depesc limitele ecosistemului i realizeaz legturi cu alte structuri trofice, care aparin altor tipuri de ecosisteme. Aceste legturi ntre reelele trofice ale ecosistemlor sunt foarte importante, deoarece prin ele se asigur migraia biogeochimic a atomilor elementelor chimice care reunesc biocenoze ndeprtate i diferite ntre ele. Industria cheie reprezint grupa de animale cu cea mai mare greutate de pe un nivel trofic. Aceste specii au ca funcii importante n ecosistem - transformarea biomasei vegetale n biomas animal. De existena lor depind zoofagele i saprofagele. n ecosistemele terestre, lcustele, roztoarele pot reprezenta industria cheie, iar n mri i oceane aceast funcie este ndeplinit de copepode. Nia ecologic Aceste termen a fost utilizat pentru prima oar de Grinnell i dezvoltat de Ch. Elton. Nia ecologic definete poziia unei specii n reeaua trofic, funcia sa n ecosistem i locul su n habitat. Nia ecologic precizeaz poziia funcional a unui organism n ecosistem, care rezult din adaptrile structurale, fiziologice i de comportament ale organismului respectiv. Nia ecologic se mparte n: ni de habitat i ni trofic. Nia de habitat reprezint locul n spaiul ecosistemului n care poate fi gsit animalul respectiv, deci dup expresia lui Odum, poate fi definit ca adresa organismului. Nia trofic reprezint modul de nutriie, relaiile trofice cu celelalte specii din biocenoz, i locul n care animalul i dobndete hrana, adic profesiunea organismului. Cele dou componente ale niei coincid. Ex. Gndacul mare al molidului triete i se hrnete pe molid. Alteori dou specii pot coexista n aceleai biotop, dar pot avea nie ecologice diferite. Ex. n zona litoral a lacurilor i blilor pot exista plante acvatice, gasteropode, hirundinee, insecte de ap. Dei au acelai habitat, aceste specii au nie trofice diferite. Plantele sunt productori, gasteropodele consumatori primari, insectele de ap consumatori secundari, hirundineele parazii temporari. Unele specii au nie trofice largi, putnd consuma multe specii de pe nivelurile trofice inferioare. Ex. Unele lepidoptere (Limantria dispar) sunt specii polifage, ce atac numeroi arbori din grupa foioaselor. Alte specii sunt monofage, cum este fluturele alb al verzei, care triete pe varz i ocup o ni ecologic strict. Toate animalele eurifage au nie ecologice mari, n timp ce stenofagele (specializate pe anumite plante i animale) au nie ecologice stricte. Natura i ntinderea nielor ecologice depind de caracterele biologice ale speciei. Acest principiu este cunoscut ca principiul aciunii i a fost formulat de Tischler. Ex. Uliul are aripi scurte i coad lung. Nia sa ecologic este situat n pdure i are ntindere restrns. oimul cltor are aripi lungi, nguste i ascuite, iar nia sa ecologic este reprezentat de cmpiile ntinse, deschise. Cunoaterea nielor ecologice prezint importan n explicarea fenomenului de competiie interspecific, repartiie geografic. Relaiile de antagonism dintre dou specii sunt mai acute cu ct niele lor ecologice sunt mai apropiate. La limit se admite c aceste specii nu pot coabita, una dintre ele este eliminat. Aceast constatare a fost dat ca lege cunoscut n ecologie ca principiul lui Gausse (principiul excluderii competitive). Dac se reprezint ntinderile nielor ecologice la dou specii prin 2 variabile x i y, atunci ntre cele 2 nie ecologice exist 4 posibiliti de raporturi spaiale ntre ele: cele dou nie sunt separate cele dou nie se suprapun parial i au o parte comun cele dou nie sunt juxtapuse 28

una dintre nie este inclus n cealalt. Atunci cnd dou specii sunt alopatrice (cu arii de rspndire distincte), niele lor ecologice pot fi separate sau cel mult se pot acoperi parial. n acest caz, separarea geografic este suficient pentru a mpiedica competiia. Cnd speciile sunt simpatrice (coabiteaz n acelai biotop), niele lor ecologice se suprapun parial, pot fi juxtapuse, sau una din ele este cuprins n cealalt. Hutchinson definete o ni potenial i una real. Nia potenial reprezint ansamblul condiiilor de mediu necesare speciei, corespunztoare expansiunii maxime pe care o poate atinge specia respectiv n absena competiiei altor specii. Nia real reprezint poriunea din cea potenial care este ocupat n biotop. n fenomenul de competiie specia cea mai specializat, cu nia ecologic cea mai strict domin i elimin pe celelalte, pentru c stenofagele utilizeaz