Evolutia Sistemelor Biologice-Nicolae Botnariuc 9-40

8/13/2019 Evolutia Sistemelor Biologice-Nicolae Botnariuc 9-40

http://slidepdf.com/reader/full/evolutia-sistemelor-biologice-nicolae-botnariuc-9-40 1/32

PARTEA I

I. Capitol introductivsistemele biologice: insugiri, organizare ierarhici

1'1' Preeizarea notiunilor gi a modului de abordare a problemelor

Ecologia este o sJiinta sistemicd, avdnd rn baza conceptuald teoria sistemicdconform cdreia irrtreaga naturS, inclusiv rdata este reprezentata prin sistemeierarhizate' o prim5. consecinla metodologicS irnportantaeste faptul cd in problemaprioritard a nreror noastre, cea a rera,tiilor via{a - mediu, acesta din urmi nureprezintS' ceva omogen, amorf ci el constd dintr-un ansamblu de sistemeierar-hiizate ,si trebirie abordat ca atare.

sistemul ca unitate organizatoricS. a materiei poate fi definit ca fiind unansamblu de elemente legate artre ele prin cone>duni intr-un irrtreg. comportareaunui sistern ca un tot, ca un intreg, fa-ta de sistemele irrconjur:f,toare {mediul)rezulta din fapttrl ci legdturiie qi interacfiunile dintre elementele componente aresistemului dat sunt mai tari, mai trainice, dec6.t intreracfiunile cu sistemeieinconjurdtoare.Schimburlle de substan{A sau/qi de energie

pentru existenfa gi funcfionarea fiecdml sistem. elein definirea a trei categorii de sisteme:o sisteme izolate - IErd schimb de materie gi energie cu

Asemenea sisteme nu edstd in realitate. EIe sunt doarteoretic.

o sisteme inehise la care are loc doar schimbui de energie cu mediul-un vas cu apd inchis ermetic, va pierde c5.ldura lenergiJtermicd.) dacdtemperatura apei este mai mare dec5.t a mediului in care se afl5.vasul' sau apa se va inc5.lzi daca temperatura rnediuiui este mairidicatd decat a apei. Nici asemenea sisteme nu existi in natura darpot fi create experimental.o sisteme deschise la care are loc atat schimbul de substanfa cat gi deenergie cu mediul inconjur5tor. Toate sistemele reale existente innaturi sunt sisteme deschise"

Din punct de veder-e termodinamic sistemele reale (deschise) se pot afla inuna din urmdtoarele trei stdri:1' echilibnt tenrrodinamic caracterizat prtn lipsa oricd1ri flux materialqi energetic, disparitia oricS.rui gradient termic sau chimic. sistemuleste inert. Entropia ajunge la valoare maxim5 gi cleci nu mai are locproducere de entropie.

cu mediul fiind esendialereprezintA criteriul de bazd

mediul.postuiate



Z. aproape de echilibrul terurodinamic, cu tendinfi eitre acesta' Cu

alte cuvinte, sistemul in aceastS" stare nu este complet inert (starea I)'

Existd gradienli (termici, chimici sau de aItS naturi), dar slabi' astfel

incat dacd" permit condtliile (constr6-ngerile) in care se afld" sistemul' eI

tinde sa treacS. la starea I, Ia starea de echilibru termodinamic' sA

devina inert. Starea cdtre care tinde sistemul poart6 numele deatractor.

3. departe de echilibrul termodinamic, atat termic cd.t qi chimic. Aceste

sisteme, in evolulia lor nu tind c5"tre starea I sau a II-a' cu condi{ia

existen[ei unui continuu aflux de energie din mediul ambiant aceste

sisteme tind (atractor) citre un nou regim dinamic, completdiferit de primele doui sti.ri: tind si se depdrteze de echilibrultermodinamic. Cum se produce acest proces se va arita mai depar[e

in acesti categoie intrf, toate sistemele biologice gi nu numai-

sistemele aflate in starea 'a III-a in aparenfi. contrazic le$ile

terurodinamicii (v- mai departe)'

1.2. insuEiri ale sistemelor biologice

in 1g67 pentm prima data am prezentat o serie de insuqiri importante aie

sistemelor biologice. in rd.stimpul scurs, cercetS.ri din diferite domenii au dus la

cunoaqterea mai aprofundatS, a sistemelor dinamice, la relevarea de fenomene

gi insuqiri noi, de mare importan 5. pentm inlelegerea corectd" a modului de

organizare a sistemelor biologice, aclinamicii lor strctural-func{ionale, a

evolufiei lor. Aceste progrese ne oblige sA reludm qi sA completdm ansamblul

insuqirilor generale ale sisitemelor biologice'

1. Caracterul istoricOrice sistem reai fie lipsit de via[5, fie viu are o istorie. Un cristal,

are o istorie constAnd in procesul de cristalizare al substanlelor care ilcompun. Dar spre a explica structura lui actuali, nu este obiigatoriu sd-

i cunoaqtem istoria, ci doar insugiriie atomilor sau ale moleculelor ce-l

alcdtuiesc.

pentru a infelege qi a explica structura qi func[ionareaunui

sistem biologic, trebuie s5-i cunoaqtem istoria. De pild5" spre a explica

omologia membrelor unor mamifere (de ex. a unui cal 9i a unui liliac)este necesar s5 le cunoastem istoria, care arat5, c5 aceast6 omologie este

rezultatul descenden{ei dintr-un strdmoq comun al tuturor vertebratelor,foarte indep5rtat in timp geologic. Prin urmare, structura actuald a

mamiferelor este rezultetul istoric aI structurii formei inifiale (de

origine) a vertebratelor.Acestd caracteristicS. a sistemelor bioiogice scoate Ia ivealI o altA

insugire imPortantd.



capacitate informalional5 hotdratoare in procesul de integrare aor€anismelor in mediul lor de viat6, permite organizarea sociali.influenleazi rela-tiile intra- qi interspecifice, relafiile cu resursele mediuluiqi conditiile de viatA.

4. Integralitatea sistemelor biologice.Constd" in faptul cd deqi oricare sistem biologic (o celuld, unorganism pluricelular, o populafle, o biocenozd) este alcStuit dinnumeroase pdrli componente (subsisteme), el se comportS" ca un intreg, caun tot, fa 5 de factorii mediului, menlinAndu-qi existenfa de sinestd.tdtoare. Faptul se datoreazS. interdependenfei p5rlilor sistemului,conexiunilor dintre ele. Integralitatea apare ca rezultat al diferen[ierii si

- specializdrti structural-funcfionale a pArfilor componente. Cu cAt aceastAdiferenliere va fi mai avansatA, cu cAt p5.r-tiie vor fi mai specializate inindeplinirea unor anumite funcdii in via{a intregului, cu at6.t dependenla

lor reciprocS" va fi mai mare, independenfa ("libertatea") fiac5"rei pdrli va fimai mic5, iar integralitatea sistemului va fi mai accentuatA.Examinarea fenomenului integralitSlii aratd c5" insugirile intregului

nu pot fi reduse la insugirile pirfilor lui componente gi nici la sumaacestor insuqiri. O pasS"re are insuqirea de a zbura, insuqire pe care nuo are nici una din p5r[ile (organele) ei componente qi nici suma acestora.RezultS. cd un sistem bioiogic (qi nu numai) nu este un sistem aditiv, elnu rezultS" din simpla insumare a p5"rftlor (subsistemelor). Mai mult,rezultd cA din punct de vedere atAt structural cAt gi funclionai p5.r,tiiecomponente ale sistemului sunt subordonate fa 5" de funcliile intregului.

Rezultatul conexiunilor dintre pdrtile componente, deci a organizerii 1or,este aparifia unor tr5.s5"turi emergente, noi, ale intregului, pe care nu leposedd nici una din pdr.ti luatd izolat.

Din cele spuse rezult5. qi un ait aspect important. Pdrtjle componenteale sistemului, integrate in sistem manifestd insuqiri noi pe care nu levAdesc in afara sistemului. De pild5, apa liberd are anumite insuqiri, darintegratS. intr-o celuld manifestd. /capdtd alte insuqiri de "cristal lichid' alecltri proprietS,fi nu mai depind numai de propria-i stmcturS., ci qi de ceaa macromoieculelor adiacente. Un animal oarecare se comportd intr-un felcAnd este izolat (in captivitate) qi altfel cAnd este in libertate, integrat in

popula{ia qi biocenoza lui fireascd.Aceste constatS"ri au o mare importanf5" metodologicd: studiul unuisistem nu poate fi corect dec6"t linAnd seama de integralitatea lui qi decondifiile mediului. Cu alte cuvinte analiz,a p5.rfilor ]ui componente vatrebui ldcutS" nu izolat ci linAnd seama de integrarea lor in sistem, deinteracliunile lor, de funcfiile lor in intregul din care fac parte, cu altecuvinte este necesarS, o abordare sistemicd (holist5., integralisti).

Integralitatea nu este la fel de dezvoltatd la toate sistemele biologice.Este cea mai pronunfati la organismele individuale, mai pulin pronunlatdla popula{ii qi, mai pufin pronun{at5 Ia biocenoze (ecosisteme).

L2



5. Autoreglarea.Sistemele biologice funclioneazd pe principii cibernetice, cu alte

cuvinte pe baz\" de feed-back, prin care ieqirile din sistem (rdspunsurilesistemului) in{luenfeaz5. intr-o mdsurd mai mare sau mai micd intr5rile.Feed-back-ul poate fi negativ sau pozitiv. Feed-back-ul negativ are efect

stabilizator al sistemului: el reduce efectele perturbS.rilor, arlicd depis,ireaunui anurnit prag al variafiei parametrilor de stare ai sistemului. Unmodel simplu al acestui fel de feed-back este un termostat programatpentru men{inerea unei anumite temperaturi. O uqoard dep6qire a ei(perturbare) duce la intreruperea. curentuiui electric (intrdri de energie).CAnd scdclerea temperaturii depS"qeste un prag minim, curentul esteconectat etc. Impoftant de subliniat ci feed-back-ul negativ nu men{ineparametrul (in exemplul dat temperatura) la o valoare fixd, ci prinoscilafii in jurul valorii programate.

Feed-back-ul pozitiv determind creqterea intrdrilor. Putem constmiun dispozitiv in care creqterea temperaturii s5. duc5. la cregtereaintensitA .ii curentului electric de intrare. L5"sat in voia lui acest procesduce la autodistrugerea (autonegarea) sistemului, deci la schimbarearadicald a stArii lui. In sistemele biologice feed-back-ul pozitirr adesea estecupla.t cu feed-back-uri negative care inpiedicS destabllizarea. in sistemelebiologice funclionezd concomitent un mare numdr de feed-back-uri. Laorganismeie individuale parametrii mediului intern (la om - cantitatea desaruri din sange, concentralia de glucide, presiunea s6.ngelui, pH,eliminarea de sAruri, temperatura corpului etc.) oscileazd., se interfereazd"qi se suprapun in diferite feluri" De subliniat cd in timp ce la organismeleindividuale existS" structuri, organe specializate care asigur5 func{ionare

feed-back-ului (organe de sim , sistemul umoral, sistemul nervos) lasistemele supraindividuale (populafii, biocenoze integrate in ecosisteme) nuexistd asemenea organe sau structuri specialwate. La ecosisteme insugirileunui sistem cibernetic qi deci qi autocontrolul "... rezultS" in mod pasiv dinorganizarea iargd" qi complexA, descentralizatd a sistemului. Interactiuneacicluriior materiale qi a fluxurilor de energie, sub control informafional,genereazS" feed-back-uri autoorganizante f5rd a necesita stn-rcturi decontrol distincte" (Patten qi Odum, 1981, p. 888).

Impoftant de refinut este faptul c5" existenta qi semnifica{ia evo}utivda autoregiSrii sistemelor biologice nu pot fi inlelese dacd sunt privite doarca niste insugiri intrinseci. Din acest punct de vedere poate

fi ldmurit,eventual doar mecanismul autoreglSrii. Semnificalia deplinS" a autoregldriigi insS"qi a aparifiei qi evolufiei ei reiese doar raportAnd autoreglarea Iaconditiile de existen 5 (rnediul) aie sistemului. Autoreglarea, stmctural gimai ales funcfional, se produce in funcfte de variatia condifiilor de mediu,in aSa fel lncAt si permitS" menlinerea (supravieluirea) sistemului, incondilii prin excelentd" variabile ale mediului.

Autoreglarea arat5 comportamentul activ al organismului fa[A deaceste varia[ii: el ale$e activ hrana, cauti. sau iqi construiegte addpostul,eviti duqmanii sau lupti. cu ei, apdri progenitura, alege locuri cu factoriabiotici favorabili.

IJ



6.

Deci, autoreglarea individualS sau supraindividuald aratd cdsistemele biologice nu sunt niqte entitifi pasive care doar suportd,influenfele mediuiui ambiant qi se muleazd" dupd" ele, ci se comportd. activprin selectarea qi chiar crearea acestor condilii, prin autoreglareaparametrilor interni in mod adecvat, neutraiizAnd (intre anumite limite)

consecinfele variabilit5[ii condifiilor. Mai mult chiar, organismele prinactivitatea lor modificd, deci intr-un fel creazd mediul in care trdiesc"insuqirile solului, chimismul apelor (inclusiv al celor oceanice), compozi{iachimicS a atmosferei etc. se datoreazd acestei activitdti.

Caracterul autopoieticCaracteml autopoietic al sistemelor biologice (termenul introdus de

Humberto Maturana) este capacitatea sistemelor biologice de a seautoreface, fie cd este vorba de regenerare,a unor componente uzate,deteriorate, pierdute, fie de autoreproducere, de producere a unororganisme similare. Repararea AND-ului, refacerea epiteliilor, inlocuireahematiilor, regenerarea unor organe (coada la qoparle, membre la crabi,refacerea lesuturilor rdnite) refacerea populaliilor din pu{ini indivizi saufondatori, restabilirea stmcturii ecosistemelor deteriorate (inire anumitclimite) etc. sunt tot atAtea exemple de autopoiezS.. Privite mai larg,autopoieza este rezultatul capacitAlii de autoorganlzrte a sistemelorbiologice, urrnare a conexiunilor func[ionale dintre componentelesistemului: componentele in interacliune sunt capabile sd producd (sdreproduci) aceeaqi relea de structuri qi procese care le-a dat naqtere 1or.

Comportament antientropieComportament antientropic al sistemelor biologice aflate departe de

echilitrru, cu tendinfS. de indepirtare de starea de echilibru este evidenliatde termodinamica sistemelor disipative, adic5" a sistemelor ce men{instabile fluxurile materiale qi energetice depar[e de echi]ibm, cu tendin{-ade maximizare a intrS"rilor de energie din mediu, energie ce este cheltuitS{disipatd) pentm menfinerea, dezvoltarea qi complexificarea structurilorsistemului.

Comportamentul antientropic al sistemelor biologice in aparenld"contrazice legile termodinamicii clasice.

Problema este deosebit de importantd pentm inlglegerea dezvoltArii

qi evoluliei gandirii qtiin[ifice"Cele dou5. legi ale termodinamicii clasice au fost descoperite insecolul al XX{ea de c5.tre Sadi Carnot (1824), Rudolf Clausius (1865) sj alfii.

kgea I-a este legea conseldrii energiei. tra aratd cd energia nu sepierde gi nu se creazd., ci doar poate trece dintr-o formd de energie in alta cade ex.: transformarea energiei termice in cea mecanici din maqinile cu abur.

kgea a II-a este legea entropiei. Ea ar-atA cd in orice transformare dcenergie o parte din ea se pierde pentru sistemul dat, sub formd de cildura(miqcarea dezordonatS. a moleculelor) nerecuperabild pentru sistemul dat. faptcare duce la creqterea entropiei, adicd Ia tendinfa sistemului citre dezordine,cd.tre echilibrul termodinamic (adicd spre starea I).

7.

L4



Descoperirea acestor legi a avut o mare importan-td.I'egea I-a a. permis infelegerea surselor de energie aie organismelor - rolulfotosintezei, rolul energetic al alimentelor care per:rnit menunereatemperaturii corpului, activitatea organismelor, rolul energetic atr proceselormetabolice.Ir$ea a II-a a permis inlelegerea proceseior

ce duc la scd.derea energieilibere qi la creqterea entropiei in organisme, aparifia diferi{ilor gradien{ichimici, electrici, din interiorul organismelor, a proceselor chimico-mecanice" cum este contr-acfia musculard etc.Dar aceste descoperiri, mai ale lagea a II-a au avut consecin{e mult maivaste. S-a instaurat un anumit mod de gAndire dupd care toate sistemele,intregul univers datoritS" cresterii continue de entropie tinde cd.tre stareade echilibru, cStre dezordine gi stagnare. s-a rispandit ideea mortiitermice a universului.Sub diferite forme ca de pildd a unor notiuni precum "echilibml ecologic","echilibrul naturii", acesta g6"ndire persistd qi astdzi, cieqi, dupd cum vom

vedea astfel de formule sunt false, ele nu corespund realitdtii(v. Caseta 1).

Caseta 1.

abSolute,,chiar daCf, observaliilc, empiriCe

I ' D,e#oiiarea, gtiln-teloi ,moderne *:e. nat"rii a, incbput,,in :Europb *-,.'Sataf .f "lxv X,vl uaata cu:nbnaqterea. PanS',atunci.,iittrp:,oa p.*i; un'mileni,u

"r'eiui

iMediu,:, sub ,influen[a,,,atotprrtemica ,a biseriCii a 6 - t1at,, gand#ia rnistiC5 si

ireve[afia diviaa sAu :Prin ,cercetarea: cSrtiloi peqrnise de, ,,lriserjca ,ale: caroi,,at'iElla[ii erau conSideratel:ca'adeveruri absoiule ,chilr a""f onoir*rariit,-,

",rnrri,-i.,.

i 'incepario din seccilble )fltl-)flv-, .odata cu oezvoiiarda en"nomicS;, apare o

:jnoua cla5e: sociata,'cea a trufgheriei. Froductie'manui;biurieia,,,a,e mdrfuri;1necesitatle ,tot mai mari ae materii, nrimel, ae',plete ae,Aesfu"ete.,,ae, circutaiielUbeie 'a 'marturilor Ei oamenilor.r ,impuneau :Cunoasieiea,,cat mai' buna:ajrealitAfii. Pe,,,ptan :fiiosoflc exponCniii acestbi noi,:.rnigcari,se: rioiCa,impotr.ivalgancirii Si a rnetodei scolastice.::Poale cel rnai repre#htaliv ganditoi: al, abestei

i.po"i "'i;;i, Roger ,eCton trzto-t2g+J. "ai. ""biil;u'l"et ',dii--';;el;"ta ,*i wout ,moa, AC ganOiie; irenuntaie la,sCof:"sti"a' no,tt mod:de ,Cerietaru a

il <11 lt:Il:laa:Ll:li : :E:t:iaLt:: :::(jt-:::::::I Ie :, :Contraz,iceau':.

natu,rii.llP,A$.i.al;-ordar,e.,,, X€,eta,'.,.Orln ,experirnent, qt ouseivatie-:i':seit'i:ffiune ,treptat,cu eforturi qi sacrificii ma , dar devine ,ir.,u.rsibil. S" :poate spune, ca''abiu irtsecolete,,x,v.;qli,.,i.tncepe.. epoCa....*"4efiX,,,e,,,.ae i i....$tiiiiprUi.,'*;turlt, :icr"etatir"se ,des{5$oard ih toatc ,dired{iile, 'astionolnic. ,geografie, mecanice,, ftzicA,chifiie, ca;qi,in domcniile: pr:incipale alo biologiei ,:;bolanicA, zoologie;:anatomie,nzioto$ie, meOicina. Se intreprihd temefaie e;r-peditti:OUCanO ta: aesCoperirea; deCdtie ni'a Arnericii,, a Indiei, Austra:lie etc: cu irnense: :rcsurse :naturale.

15



caract-eristica ese npiata, l a,, rnetodei de i Cercetarea ,,1" uJeu"ta *pnfficor,*util- *,i" i io; ;*hu".,'11"1.i1** n"r".' i;ffif ,.s* af si,n '", ;;:;;;care apoi, srnt analizate, sepaiat:'"'De''u;"1, aenumirea:::acestet epoci .ce,a,duratpana: in,secold mN, ae peiioaCl:anatiUce, Studiul arndnuntelor face,:sA sepiaida Oin vedere, ::t5', fie ignorat intreguli, sa ,, nb ignorale, : tcgdturrte,

interacqiunile per{ltor ComBonente,'Se,

instaureaz5: g6ndtfba: : teduc}ionisti;,insusirilc intregului'Sunt'reduse la cele,al* pfr'-titor.o*pOnunte sau lu "rr*a::;:::l::::;:::.in.:::l:acg516:...;..$elioaax.....$e

.Sa+a",tdl.....Oma*.'.,.CorelllliC.. .,1.i.4*s-,l s4et rastoar.na,vechea-,, ,teorie,.

-#sdnlit

g*o.*.trl.a a ,Iui Ahstotet Qi Plolemeu, ,a"ba:. care, ,eamfu6s1 ls1 '. c"a"trlr-funit''euluit;;1;;i.ar,11,1;Soirretet:,,,:$it:,::Celdta1r,,,,cor,, urit,:,,eeiie-- se: iotCsb in:, jurt,, plarretei,noas[re. ,CoperniC, ,OeZvotta noUa conceplic , hetiocentriCa d-*oo*trfua ,CaPemant.tt gi celelalte, pianete ate :sisGmului solar se,iotesc ,in iuruf Soarelui::;:.l::..:;:::]:::..Coneapgia;;.;tui;.;.;$b'''''''''''''''eniia:;contravenea'dclpmetor;bisehcii.ca,..u;.,,',foSt,.. t+.fffi;,,,,,,iar cei barrc au ineeiCat..:S.U..,,.,4€"#aiC.iii; ii..,6'o1'..:;peie...,1u .,5rdtit cu

l6



8. Caracterul fractal ai sistemelor biologice.Dup5" cum s-a ardtat mai inainte, condifia esen[iald a men{ineriisistemelor biologice este intredinerea continud. a fluxului cle energie prinsistem' in acest proces

un rolcheie

il are interfafa sistcm biotogicmediu ambiant, deci suprafafa de contact prin care se produc schimburilecu mediul. Din geometrie se qtie c5. intre cregterea volumului unui corp qicregterea suprafelei lui este o disproporfie: cAnd volumul creste la cubsuprafa{a creqte la pdtrat.

consecinlele biologice ale acestui fenomen sunt complexe. creqtereabiomasei (a taliei, volumului) organismelor impiicA amplificarea fluxrlui deenergie, a schimburilor' dar suprafa[a crescAnd mult mai incet devine, laun moment dat' un factor limitant al schimbuilor, se produce, ceea ce amputea numi un deficit de suprafafi.

Contradiclia ce apare intre suprafa 5 qi volum, clin punct de vederefunc{iona}, se poate rezolva pe doui cdi principale: prima $i cea rn:riimportanta constd in fragmentarea (fracfionarea) suprafetei, ceea ce ducela m6rirea ei fald de aceeagi biomasd; a doua cale consti in creqtereaschimburilor energetice cu mediul datoritd. fluidizirii acestuia.

intregul fenomen aI relatiilor func{ionale suprafatA - volum est.estudiat de geometria fractald (Mandelbrot, lgrr, 19gB), care arata cdraportul dintre suprafa 5 qi volum poate rdmane neschimbat, dacd odatdcu creqterea volumului (a biomasei) prin aparifia de pliuri, excrescenle,prin fragmentarea suprafelei se realizeazd. mArirea si ampli{icareaschimburilor prin interfafd"

11



9.

Acest fenomen iI constatS.m la toate nivelurile organizatorice alesistemelor biologice.

Toate organismele pluricelulare sunt fragmentate (fractalizate) incelule, care avd-nd volum mic, au interfata relativ mare qi deci un contacteficient cu alte celule, ceea ce permite schimburi eficiente cu mediul lor.

Suprafa[a de contact cu atmosfera qi cu ]umina a unei plante este maieficient6 daci e fragmentatS" in frunze deqi mici, dar multe, decAt dacd arfi reprezentatd prirrtr-o singurA suprafa[d mare. La multe plante acvaticefrunzrle submerse sunt fidate, ceea ce sporeqte interfala, deci captarealuminii qi schimbul material.

Un ecosistem, de pildd un lac de form5" rotund5., are intefa{5. deschimb (ecoton) cu ecosistemele adiacente minim5.. Dac5. Iinia de "t5rm(interfata) devine sinuoasS,, interfala creqte fa 5 de suprafa{a lacului, iarschimburile cu ecosistemele adiacente se ,amplific5. Aceasta permitecreqterea diversitAlii stmcturale qi a productivitS.fii ecosistemului.

Fluidizarea mediului este o altd cale de rezolvare a problemei. Laanimale reofile, curenlii de apd" asiguri un pefinanent aport de resurse qimenlinere de condilii, compensAnd imposibilitatea cregterii suprafeqeicorpului datoritS" necesit5dilor de rezisten 5 Ia presiunea curentului.

Caracterul dinamic al sistemelor biologice.Este una dintre cele mai semnificative tr5"s5"turi. Constd in faptul cA

sistemul poate exista un timp nedefinit intr-o fazd. de relativd stabilitate"sau de aqa numit echilibru dinamlc (dupd expresia lui BertalanffyFlussgleichgewicht = echilibru curgetor). Adesea, in diferite lucr5ri acestlstare este denumitd "stare sta-tionard", termen nu tocmai potrivit pentru

cd in mod ideal ea presupune egalitatea intre intu€.rile in qi ieqirile dinsistem, ceea ce nu intAmplS in realitate qi aceasta din doud cauz,e: inprimul rAnd sistemele biologice functionAnd dup5. principii cibernet.ice, inele acfioneazd simultan numeroase feed-back-uri prin care se produceautocontrolul dif'eri[ilor parametrii ai sistemului avAnd ca efect stabilitatealor qi a sistemului prin oscilafii in Jun-rl unei valori-

in al doilea rAnd nici parametrii mediului in care existA sistemul nu suntconstanli ci oscilan$ periodic sau aperiodic - temperah-rra, lumina, umiditatea,chimismr-rl, sursele de hran5", rela$ile cu alte sisteme biologice etc.

Numeroase fapte arat5. c5, oscilaliile reprezinti un fenomen universal

atAt in lumea lipsitS" de via 5 cAt qi in cea biologicd(Epstein,

1983).De Ia

oscilalii de tipul pendulului, sau oscilalii in reacliile chimice (reacliaBelousov - Jabotrinsky) pand Ia rotalia PS"mAntului in jurrl axei sale qi inju1rl Soarelui, cu toate implicaliile acestor miqcdri, sunt oscilalii cu o

anumitS periodicitate. La r6,ndul lor sistemele biologice prin insS"qi naturaior ciberneticd, sunt sisteme oscilatorii. Ele menlin varialia periodicS. aparametriior lor de stare intre enumite limite. La nivel individual varialiaperiodica a intensitS"lii proceselor metabolice (anabolism - cataboiism), aconcentrafiei componen[ilor mediului intern, a temperaturii corpului etc-

La nivei popula[ional - dinamica numirului indiviziior qi a structuriigenetice gi numerice a trdsiturilor stmcturale ale populafiilor. $i la

18



nivelul ecosistemeior constatd.m acelaqi fenomen al caracterului oscilator,chial a unor parametrii esenfiali ai 1or. De pilda, in lacuri din ?JJnatemperata, in perioada de iamS (sub ghia 5.) descompunerea substanlerororganice duce ra acumularea de nutrienfi (N si p) astfel incat spreprimdvard ei ajung ra concentrafii maxime. caderea {morficarea)macrofiteior acvatice, ducela eliberarea unor insemnate cantitafi denutrienfi avand drept consecin{a creqterea rapidS. a fito_ gizooplanctonului: ecroziunea in mas5., periodicd., a unor insecte acvatice(chironomide, efemeroptere, trichoptere) duce la scaderea bnrscd a unorimportante surse de hrand pen.ru peqti; cercetdri recente (Loclge et ar.,1994) a procesului de reciclare a nutrien{ilor in pdcturile tropicale arata cdmineralizarea substan[elor organice de cdtre microorganisme qi preluareanutrienfilor de cdtre plante are un caracter puisator (osciiator) in funcliede cantitatea" de substanfE. organicd. qi de factori climatici, in primul rdndumiditatea,.

Toate acest.e procese, ra nivel individual, populafionar sau biocenotic(ecosistemic) reglate prin numeroase feeo-oact<-uri asigurd homeostazia(termen introdus de waiter cannon)r sistemelor biologice, capacitatea lorde a men[ine starea clinamicd relativ constantd, a structurii qi funcfiilorlor qi de a lezista in mod activ la varia{iile adesea imprevizibile aiemediului ambiant. poate qi mai important este faptul c5 aceieaqimecanisme cibernetice asigurd men{inerea orientSrii, a tendin{ei ini{iale aproceselor biologice' chiar dacS pe parcurs intervin diferite perturbari,fenomen pe care conrad waddington (1975) l-a denumit homeorhezi.(termen echivalent cu "stabilitatea homeodinamica,, a lui yates).Dup5. cum s-a aratat mai inainte, sistemele dinamice (sistemele biologice

aflate in starea a III-a), datoritd marii lor sensibi[teg au comportament-neliniar, care reprezinta consecin 5. a doud, mecanisme esenfiale: bifurca$iigi haos.

o Bifurcatiicomportamentul neliniar al sistemelor dinamice face ca traiectoriileevoiufiilor si fie practic imprevizibiie (mai ales pe termen lung) deoarecein dependen{d de condifiile iniliale (qi ele variauite) 9i urmare L depaqiriiunor limite de cdtre variafiile unor parametrii esenliaii ai sistemului(sau/qi a mediului) osciiatiile sistemului se ampliticd., devin aperiodice,eratice' in aparen{5" dezordonate. consecin{a

u"."io, fluctuafii esie tocmaimultiplicitatea cailor (traiectoriilor) posibile ale evolu.tiei ulterioare asistemului - fenomen denumit bifurcafie. Este imprevizibil care dintreaceste traiectorii va fi urmatl.

I Fenomenul homeostagiei a fost sesDat inainte, in mod independent de secenov gi de c.ernard' Termenul homeostazia semnificd men{inerea unei stdri a sistemului. Deoarece sistemelebiologice sunt sisterne dinamice, in continud schimbare qi varia{ie, yates (1993) propuneinlocuirea acestui termen prin cel de "stabilitate homeoclinamicd,, pentru a scoate in eviden 6.faptul cd este vorba de mentinerea proceselor, a traiectoriilor urmate de un complex dearametrii gi nu a rlnor stdri.

t9



Bifurcatia odat5. apirute. poate fi urmatS. de alte bifurcalii. in aceastd'

stare de instabilitate criticS" sistemul devine foarte sensibil la schimbdriale parametrllor medlului esentiali pentru menfinerea stmcturii ciclurilorcatatitice (v. mai departe) ale sistemului'

o Amplificarea oscilafillorAmplificarea oscilaliilor parametrilor de stare esenfiali face ca sist-emul

se intre intr-un regim dirramic, in aparenfa dezordonat, denumit haos'

Termenul aratA cA aparent este vorba de o stare de dezordine. Dar aceasta-i

doar aparen{a, d,eoarece la sistemele dinamice se instaleazS un haos

determinist, in sensul cl el are niqte legi (reguli) proprii, pe ca-re insj" nu ie

cunoas-tem in intregime datorita proceselor ce stau la tnza" haosului.Starea de haos reprezintS de fapt o faza (qi un mecanlsm) de

tranzitie cdtre o nou6 stare de echilibru dinarnic (de ordine) a sistemului.Starea de haos se caracteiweaz,S prlntr-o relativd dezordine care

determinS. creqterea entropiel qi prin faptul, men{ionat mai inainte' cd

evolufia viitoare a sistemului este practic imprevizibilS". Este o lege

general5. a evoluliei sistemelor aflate in starea a III-a, inclusiv a slstemelor

sociale. Faza de haos este depS,gitd, prin trecerea sisternului la un nouregim dinamic, la o noud ordine, la stmcturare de noi cicluri catalitice'cAnd se produce 9i scS"derea entropiei'

Datorltd caracterului neliniar aI sistemelor dinamice, trecerea la o

nou5" stare, la o nou5. ordine a sistemului se poate produce fie gradat, fie

rapid, in salt (Laszlo, 1987, Nicolis, 1992)'Cele spuse mat sus privind bifurcaliile qi haosul pot fi ilustrate prin

numeroase fapte din variate domenli. De pildd, intr-o popula[ie aparilia qi

mai ales calitatea mutafiilor ca sJ a recombinArilor $enetice suntimprev2ibile. Ele creazd- o mare diversitate de genotipuri fbifurcalii) care

fac imprevpibils traiectoria concretd ce va fi urmatd de populalie'TotodatS-, schimbarea unor parametri esen[iali ai mediului (biotic sallabiotic) poate duce la multiple cdi de evolu{ie a dinamicii popula-tiilor

dintr-un ecosistem.in Delta Dun5rii, irrtre gura de vS.rsare a brat.ului Sulina sj cea a

bralului Chilia se afld un $oH, Musura, incd larg deschis catre mare' Aici se

produce un pennanent s-i variabil amestec de ape s5::ate (intra in golf cAnd

bate vdntul dinspre est) qi ape dulci din Dundre. Faun4 este reprezentatA

printr-un amestec haotic de ap5. dulce sau/$i s5lat5,reprezenta:rd de fapt o

trarzitie catre un nou lac (o nouS stare de echillbm dinamic) ale cdruica:racteristici concrete sunt deocamdata imprevizibile.

Multe specii de dSunS.tori ai pddurilor sau culturilor persistS in mod

normal in aceste ecosisteme, d.inamica acestor populalii oscild"nd intreanumite limite ce permit coexisten[a d5.un5-torilor qi a resursei lor de

hrani (plantele atacate). Dar, la un moment dat din caru7'e practic

necunoscute 9i imprevizibile (posibil fluctualii ale numdrului parazililorsau/qi ale unor factori aLriotici) se produce o explozie demograficS" a

d5.unS.torilor (dinamicS haoticS.) av6.nd ca efect distmgerea propriilorresurse.

20



Dinamica unor epidemii are qi ea adesea caracter haotic. De pilda,urmd"rirea desf5.$ur5"rii epidenriilor de pojar manifesta oscilafii periodice,haotice, rezultat al comporlamentului neiiniar qi al sensibilitd"[ii la condifiiinifiale : o micd schimbare a numdr-ului de persoane infectate poateproduce efecte dezastmoase peste cateva saptS.mani (Bolker et a1., 1gg2).Problema stdrilor de haos are o importan-td deosebitdpentru cercetdriecoiogice deoarece dupd" cum spune Nicolis (lggz) analizo^" sistemelordinamice aratd ".-- existenfa limitelor intrinseci a monitorizarii gi prognozeistarii rriitoare a sistemelor supuse bifurcafiilor gi dinamicii haotice"Aceasta impune constrangeri severe utilitSlii modelelor numerice mari,fblosite curent in studiul efecteior antropogene asupra biotei,, (p. s1).

10' o ultimS" insuqire asupra cS,reia ne oprirn constd. in faptul cd sistemelebiologice con{in o ierarhie de programe. Fiziologul qi ciberneticianul Amosov{1965) defineqte programul ca "schimbarea posibila - viitoare - a sistemului,determinatd de structura lui" (p. 14).

Deoarece orice sistem biologicare numeroase std-ri posibile perrnise destructura gi organizarea lui inseamnS. cd are qi numeroase programe. Numarulprogramelor realizabile este limitat datorit6 faptului cd realizarea unui program

depincie de coreia{iile sistemuiui cu mediul sdu de viagd.: se poate realiza acelprogram pentm care existS- condifii potrivite. De pild5, o pasare iqi poateconstrui cuibul (realizarea unui program indispensabil reproducerii) numai dacd.gesegte in mediui inconjurd"tor locul qi materialele necesare.Deoarece sistemele biologice sunt sisteme ierarhizate (v.

sistem se pot distinge trei categ;orii de programe:a) programe proprii, sau programe "pentla sine". Ele constau ciin

structurile qi funcfiile (inclusiv comportamentele)

care asigurS" autoconservarea sistemului: apdrarea,consumul ei, digerarea etc.b) programe inferioare, sunt programele subsistemelor sistemului

dat. In cazwl unui organism acestea sunt programele celulelor,[esuturilor qi organelor compnnente.

c) programe superioare, sunt structurile, funcliile, comportamenteleunui sistem menite sI asigure existenfa sistemului superior,integrator, in cazul de fa|d a popula{iei, speciei. Astfel, toatetrdsiturile legate de reproducere sau inmullire reprezintdprogramele superioare - supravie{uirea popu}atiei, speciei.

in cazul schimbirii condiliilor de via f, primele se moclificd programelesuperioare- De ex.: animalele domestice, plantele cultivate, Ia care practic tofiparametrii structurali qi funclionali sunt modificati in sensul util omului.programele superioare (reproducerea, inmul[irea) sunt subordonate sistemuluisocial uman qi nu supraviefuirii speciei date, a c5rei persistenli este inlntregime controlatS" de om.

Ierarhia programelor sistemelor biologice duce la concluzia importantd cdprogramele subsistemelor sunt coordonate qi subordonate programului superiordeqi prin specificul lor ele reprezintd. constrAngeri ce influenteazd modul siIimitele de realizare a programelor superioare.

1.3) la fiecare

unui organism

gAsirea hranei,

21



L.3. Organizarea ierarhici a slstemelor dinamlce

[n principiu, un sistem dat este alcS"tult din subsisteme Si la rAndul sAu

este un subsistem aI unui sistem mai vast (suprasistem). Se formeazd astfelsisteme de niveluri diferite care inpreun5 constitue o structurS ierarhizatS. Un

organism cuprinde o vastd ierarhie de subsisteme incepAnd de ia atomi,molecule simple, macromolecule, celule, tesuturi, organe, sisteme de organe. [,arAndul seu organismui este un subsistern al sistemului populaliei, iar aceastaeste este un subsistem al sistemului biocenotic.

1.3.1. Geneza ierarhiei

Un sistem de un nivel dat apare ca urrnare a modului de organizare (deci

a interac[iunilor autoreglate, materiale, energetice, infbrmafionale) intreelementele care il compun (subsisteme).

Se impune examinareaa dou5" aspecte importante:

i. Cum se produce evolufia sistemelor dintr-un nivel dat, deci firischimbarea nivelului (evolutia "pe orizontalS'") ?

in cadmi qnui nivel dat evolu-tia se produce prin creqterea numdmluielemerrtelor componente qi a conexiunilor dintre ele, ceea ce duce lacresJerea comple>dtAlil sistemului gi chiar la diferenlierl stmctural-functionale ale elementelor componente, dar firE schimbarea nivelului.

De pildi, evolu-tia atomilor elementelor chimice de la Hr (un protonqi un neutron) la Ue2. Stmcturile diferite aie atomilor determind insuqiridiferite ale elementelor chimice, dar nivelul rimAne acelaqi - atomic.

Nivelul molecular apare prin coneduni dintre diferili atomi (deci

sisteme d1n nivelul precedent). Sistemele nivelului molecular evolueazS"qi ele de la molecule simple (apa, aminoaclzii) la macromolecule, de

mare complexitate, ca amidonul, celuloza, proteine, acizi nucleici, lSrA a

schimba nivelul.Acelagi proces de creqtere a complexitS.lii sistemelor, f5"rd

schimbare de nivel ilgdsim serla evolutivS.

constatim la organisme (nivel individuai). $I aicide la procariote Ia eucariote unicelulare, apoi

pluricelulare - Plante animale nevertebrate, vertebrate - in cadmlaceluiagi nivel individual-

La nivelul populafiilor evolulia de la popula$ile relativ simple qi

omogene ale procariotelor, la populafii cu structuri diferenliate tot maicomplexe"

Z. Ttecerea de Ia 1n nivel la altut superior (evolu{ia "pe verticalS""}- Se

produce prin interacfiunea dintre sistemele nivelulul precedent-Aparitia organismelor rnonocelulare {procariotei se considerS. c6 a fost

rezultatul interaclignilor dintre macromolecule (nivel molecular)-

Interac-tiunea dintre organisme individuale a dus la formarea populaliilor.Condifia acestor transformiri, a acestei treceri de la un nivel

la altul superior este prezenfa unui flux contlnuu de energie, iarmecanismul transformdrii consti in forsrare de cicluri catalitice(autocatditice)

9ihipercicluri.

22



Ce reprezint5 aceste cicluri ?cercetdri experimentale au ardtat cd in prezen{a unui fluxcontinuu de energie, compuqi diferifi dintr-un nivel dat reac[ioneaz5intre ei (se stabilesc conexiuni), dand naqtere unor sisteme mai

complexe, autonome, cu structuri ordonate, cu comportament propriu.De pildd' un sistem chimic din trei tipuri de molecule (deci dir aceiaginivel, molecular) A" B, c, intre care reacfiile se pot produce in ambelesensuri A ++ B, B <+ C, c ++ A. DacS se introduce un flux continuu deenergie favorizdnd una dintre reacfii, de pildd A + etendinfa de desfdgurare a reacliei ciciice A + B _+ciclu autocatalitic (Laszlo, lgSZ).

+ B, atunci apareC -+ A - apare un

Intr-un ecosistem un nivel trofic, de pildd alge (fitoplancton) -+diferiti consumatorl + microorganisme reducatoare -) sdruri minerale -ralge, in care in prezen-ta unui flux continuu de energie solard seregenereaza fiecare verigd, reprezintd un ciclu catalitic.

in alumite condifli (temperatura, concentralii de substanle, fluxde energieJ ciclurile autocatalitice deja formate tind sd. interacfioneze. formS.nd hipercicluri.

Formarea de cicluri catalitice qi de hiperciclur:i constitue trecer-eaia un nivel nou, mal ridicat de organizare (autoorganizare) a sistemelordinamice- Noua stn-rctur5, la un nou nivel permite folosirea maieficientd a energiei. Prin unnare, trecerea de la un nivet Ia altulsuperior de organizare, prin hipercicluri catalitice, constitueprocesUl de ierarhizare prin autoorganizatea sistemului, ierarhizareaapare Ga o neeesitate' ca gi consecinfa ei - eregterea complexitifiistructurale 9i funcfionale a sistemului - urmare a cregterii energieireginute in sistem.

Daci aqa stau lucrurile, atunci in mod inevitabil, se ridic5 ointrebare: ctxn se face de se menlin formele simple ale viefi (procariote)concomitent qi al5turi cu formele inalt organizate ? De ce formele primitivenu dispar prin transformare in forme mal evoluate, mai complexe ? Cauza"persistenfei lor aldturi de formele evoluate constA in faptul cA formeleprimitive' ca Si cele evoluate (fungl, plante, animale) reprezintd verigi aleunor cicluri catalitice ale ecosistemului qi a ecosferei in intregul ei, av6ndfunclii complemetg". astfel incdt totalitatea verigilor constitue un sistem,neputdnd exista fuhfara acestuia.

1.4. Categoriile de ierarhii in lumea vie

Problema structurii ierarhiiior biologice este astdzi in preocuparea unuimare numdr de biologi. Citim cA{iva dintre autorii unora dintre lucrArile maiimporlante: odum (19b9, r988, 1999), Bertalanfff (1960), Zavadski (1961,1966), Botnariuc (1962, 198b, 1992), setrov (1921), Allen a. starr (19g2), Mayr{1982). Elciredge (1985), O'Neil et al. (1986), Laszlo OgBn2.

' o arn)jzd mai amdnunfitd gI criticd a difbritelor propuneri de ierarhii poate fi gasita in cartea\. Botnariuc "Evolufionisrnul in impas ?", Ed. Acad. Rom., 1992.

z)



BxaminAnd modul cum sunt prezentate qimrile ierarhice ia diferili autori,constat5m o mare diversitate de pareri, o anumitS. confuzie nomenclatoricS",lipsa unor criterii bine argumentate in alcdtuirea ierarhiiior, lipsa definiriinotiunilor fundamentale.

Astfel, nivelurile cuprinse in ierarhii, unii autori le numesc niveluri de

integrare, al[ii le numesc niveluri de arganizare. Dupd cum vomvedea mai

departe ele nu reprezintS" acelaqi lucm. AceastS" eroare provine din lipsa uneide{inilii clare a ceea ce reprezintl niveiurile de integrare gi de organizare. incele ce urmeazd vom incerca sd. clarificlm aceste neajunsuri

Ne oprim in continuare asupra a dou5" categorii de ierarhii: taxonomicd qi

organizatorice.

1.4.1. Ierarhia (ordinea) taxonomicd

l)eoarece aceastA ierarhie este de naturd cu totul difedtS, de cea

organizatoricS. este util mai intAl sA definim termenii qi noliuniie folosite"Tqxonomia (termen introdus de botanistul elvelian de Candolle) in

definilia lui Simpson (1962) este "... studiul teoretic al clasificdrii cuprinzindbazele €i, principiile, procedurile 9i regtdile" {p.1 1), cu alte cuvintetaxonomia este teoia gi practica clasificirii organismelor. Problema esen[iald ataxonomiei este elaborarea unei teorii privind categoriile (rangurile) taxonomicesi ordinea lor de subordonare (ierarhia taxonomicd"), care sA permitd o

clasificare naturald. (filogeneticl).

Caseta 2.

Sistematica se ocupi cu studiul diversitifii organisnelor 9i a relafiilordintre ele, mai ales a celor {ilogenetice. Prin urmare problema esen .iald a

sistematicii este descrierea qi denumirea tuturor organismelor (speciilor) actualcSi fosile gi incadrarea lor in taxoni de diferite ranguri ale ierarhiei taxonomice-

Numerogi biologi ("sistematicieni") ildesea folosesc ambii termeni(taxonomie qi sistematicd) ca sinonimi, ceea ce nu este tocmai corect.

24

I ,mafe,,,,,(lede ,,,ibtbria

' nimetird,.,..brn:$eneral5, .{hra,,:a,,,, .",,,,,,,,,,",,1,,,,

2, comune.

,PeneJe,,,:la:,, $fl*t$lli

niSme;



Ierarhia taxonomici este prin urrnare ierarhia (ordinea) categoriilortaxonomice de ranguri diferite: subspecie, specie, gen, familie, ordin, clasi,filum, regn. Ea opereaza cu doud no{iuni esen{iale: taxon gi categorie.

Taxonul este o unitate sistematicd anumitd, concretd deoarecare. De ex.: Amphibia este taxon de rangul clasei, Rarza esterangul genului, iar l?. rtdibunda este un taxon de rangul speciei"

un rangtaxon de

Categoria este o nofiune abstractd ce cuprinde toti taxonii de un anumitrang. Specia este categoria care cuprinde toate speciile, este specia in general,la fel curn de pildd" noliunea de scaun cuprinde toate feluriie de scaune.

Indiferent de teoria taxonomicd care std la baza unei clasificdri, principiutde alcd"tuire a ierarhiei taxonomice este gradul de inrudire intre taxoni, gradapreciat dupd criteriul similarit5{ii. Speciile unui gen, de pildd Drosophi}a(dipter) sau I'ants (pescdrrq) sunt mai asemdndtoare (deci rnai indeaproapeinrudite intre ele) decAt speciile altor genuri. De aici decurg doud consecinfe: inprimul r6.nd rezultS c5 taxonii superiori speciei (gen, familie etc.) sunt entitAliaditive, ele insumeazi speciile din care sunt alcd.tuite. in al doilea rAndrealitatea obiectivS" a taxonilor superiori speciei constA in realitatea gradului deinmdire a entitS-tilor ce le compun: Gradul de inrudire const5, in mod concretin cantitatea de gene comune a entitS.[ilor respectiv. e. Gradul de irrrudir:e("distanfa geneticd"") este o realitate obiectivd. Frafii intre ei sunt mai aproapeinrrdifi decdt cu veri "buni" sau cu veri mai indepd"rtafi.

ComparAnd, de cele mai multe ori pe bazd" de similaritate fenotipicA qimai rar pe baza cunoaqterii stmcturii genetice, distanlele genetice intregenurile unei familii cu cele dintre genurile altor familii (deci taxoni de acelaqiran$) se constatS. cE ele nici pe departe nu sunt egale, de aici concluzia cd.genurile din diferite llnii filetice, ca de altfel gi alti taxoni superiori nu suntechivalente intre

ele. Mai mult dac5" se compard distan-ta intre genuri, stabilitApe caractere fenotipite, cu cea stabilltS pe baza stmcturii genetice se constaticd nici aceste distan{e nu sunt echivalente. intre genul Homo qi genul par(cimpanzeul) distanla geneticS. este foarte micd, reprezentat5 doar pnn 2Vo dinnumdrul genelor, in timp ce distanla fenotipic5" este foarte mare. Dar are loc qifenomenul invers. La specii aga numite gemene, distanfa fenotipici este foartemic5, practic ele nu se deosebesc fenotipic, iar cea genetici este semnificativS.CercetS,ri recente (Henry, 1994) au stabilit cd la un mare num5.r de insecte(sunt citate 13 ordine qi peste 3O de familii) speciiie gemene nu se pot deosebimorfologic. Ele sunt izolate reproductiv, iar recunoaqterea reciprocd a sexelor sideci reproducerea se face pe baz,a doar a sunetelor (a "c6.ntecului" sexral)caracteristice fiec5.rei specii si inaudibile pentm altele.

Se desprinde conchtzia ci deqi gradul de inmdire qi deci existenfa unuirang anumit, superior speciel, este o realitate obiectivS", aprecierea lui de cdtrecercetdtori este in bund mdsurd subiectivA din lipsa unor criterii obiective qidin cunoaqterea insuficientd a realitd{ii.

Din analiza f,icuti ierarhiei taxonomice se pot desprinde c6"teva concluzii.in primul rAnd ierarhia taxonomici nu este o ierarhie a sistemelor,

pentru c5 taxonii superiori speciei (de la gen pand Ia filum qi regn) nu suntsisteme organizate.

25



in al doilea rdnd ierarhia taxonomicd este ierarhia categoriilor taxonomice,a gradelor de inrudire (distantd geneticS) d.intre ranguri.in al treilea rand distanfa genetici dintre categoriile superioare specieinefiind echivalentS, acestor categorii (gen, familie etc.) nu li se poate da odefinitie proprie, specifica. "Taxonul superior [speciei] este totalitatea speciiiorinrudite, separate de alte totaritd.ti printr-unhiatus,, (Mayr, r969). Acestitaxoni, superiori speciei, deci nu sunt echivalenfi int.re ei.in al patmlea rand singura categorie echivalentd ia toate gmpele estespecia' Motivele acestei pozilii aparte a speciei le vorn ,o.al. examinandierarhia organizatoricd (sistemicd)' dar de pe acum trebuie spus cd explica{iaacestui fapt stS in aceea cd in intreaga ierarhie taxonomicd specia (populafia),este singura entitate care este concomitent taxon qi sistem.in tabelul nr' I este prezentata o compara{ie a catorva insugiri alecomponentelor ierarhiei taxonomice qi ale celei sistemice. se constata cd. specia(respectiv popula{ia) este singura entitate care intruneqte toate insuqirile detaxon Si de sistem_

De subliniat si faptul cd evolulia este qi ea o insuqire de sistem, clar dupdcum vom vedea' mecanismele gi formele de desfiqurare ale ei diferd la sistemede niveluri diferite.

lbbelul nr. 1compara-tie intre insugiriie unitdlilor din ierarhia taxonomicd-si cele ale unitAfilor din ierarhia sistemicd

1.4.2. Ierarhia organizatoriei (sistemicd.l

Aceasta este ierarhia nivelurilor de organizare ale materiei vii, asistemelor biologice.Pentru a defini nofiunea de nivel de organizare a sistemelor biologice amadoptat cateva criterii' sistemele biologice Jintr-.r.r nlvel dat trebuie: sd fieechivalente din punct de vedere organizatortc: sd aib5. caracter universal, insensul cd" materia vie fiind orgarnzafi" in sisteme, un nivel de organizare trebuie

/.o

Nr.crL

rNSUgrRr DE STSTEM (1_8)gr DE TAXON

(e-ro)

coMpoNtrNTE am rpnamrffi@SUPRAINDIVIDUAIA

Clasd Ordin Familie Gen Specie(populaUe) Bio-cen:o?a Bio-sferdI Orqanizare

+ T T2. Qaracter informationa I + + tInteqralitate + + i4. Autocontrol+ + +5. Comportarnent finalizat + +Cl. Coryportament antientronic + + t

+7. pe ryitare spatiatd

+ T8. DvolufieT T t9. Inrrdire gene[icd intre

componentele unil^d tii f + + ? +..10. Caracter aditiv f T + +



sA cuprindd intreaga materie vie, f5.rd excepfie; sistemele fiecd.rui nivel trebuiesd. fie capabile de existen[d de sine st5tS.toare. Pe baza acestor criterii un nivelde organizare at materiei vii este un ansamblu de sisteme biologiceeehivalente, eu caracter de universalitate gi capabile de existenfd de sinesti.tdtoare (Botnariuc, 1992).

Recunoaqterea (identificarea) niveluriiorde organizare ale sistemelorbiologice este importanti cel pufin din dou5" puncte de vedere: biologic qi

epistemiologic.Din punct de vedere biologic nivelurile de orgar.dzare ale vietii,

reprezentAnd niqte realitS,fi obiective, permit abordarea unitard (sistemicd,hoiist5) a formelor de organizare qi a relaliilor atAt dintre ele cAt si cu mediulabiotic-

Din punct de vedere epistemiologic identificarea nivelurilor de organizareeste important5 pentru cd ele reprezintS" forme calitativ diferite a1e misclriibiologice, cu legi proprii, specifice fiecS"n-ri nivel. in adevdr sistemele fiecdruinivei organizatoric prezintl. trS"sdturi stmcturale qi funclionale proprii,interacfiuni gi contradicfii interne proprii, ce duc la aparitia de caracteristiciemergente, specifice niveluiui dat.

Pornind de la definilia datd distingem urmS.toar-ele ni.".elui de or:ganizar-e amateriei'"

: H:i:i ;:iT#:i:?',:;flTi"$::T,i:crividuare)'r nivelul biocenozei integrate in ecosistem,o nivelul biomului,

sisteme r'e bi"rilf:"'ufiT:""l'J ilf.flTilT"'":n1: ate insu si r*e si steme r or

bioiogice, descrise la inceputul capitolului.L.4.3. caracterizatea nivelurilor de organizare ale viefii

1. Nivelul individual este reprezentat prin organismele individuale. Elereprezintd forma elementari gi universald de existenfi gi organizare aviefii, in sensul c5. nu existS. viafd in afara organismelor.

Sistemele ce intr5. in alcituirea unui organism individual constitueierarhia somatici.. in structura acestei ierarhii intr5. entitS.ti incepAnd de lacele subatomice (ioni ai unor element-e chimice), ertomice, moleculare simple,macromoleculare (toate fiind sisteme nevii) mergAnd pdnd

la celule, organe,complexe de organe {sisteme biologice). AceastS. ierarhie somaticS., reprezentdndstructura ierarhicA a unui organism a cApAtat diverse denumiri: morfofiziologicd"(Botnariuc, 1967), constitutivd (Mayr, 1982), somaticd (tridreclge, 1985). De aicilnainte vom folosi denumirea de ierarhie somaticS- pentru aceastd- categorie.Constatdm deci cd in aceastl ierarhie sunt integrate (incluse in mod fizic)at6.t sisteme lipsite de viafi cf,t qi cele vii. De aici putem defini nivelurilede integrare ca reprezentAnd totalitatea sistemelor atdt nebiologice cd.t gibiologice, ierarhizate, cuprinse in structura unui organism.

O caracteristic1 importantd a ierarhiei somatice constA ln faptul cd intimp ce sistemele nevii ce intrA in alcdtuirea ei (ioni, atomi, molecule simple ca

27



Si macromolecule) pot exista qi in afara organismului (in mediul ambiant)sistemele vil ale acestel ierarhii nu pot exista de sine stititor in starenatgrali. Ele pot fi menfinute (eventual) in condi{ii experimentale (cuiturl de

celule, tesuturi) ri$uros controlate.procesul caracteristic aI sistemelor acestui nivel este metabolismul, proces

contradictoriu gi totodatS" unitar(anabolismul qi catabolismul deqi contradictorii

sunt inseparabile) care condilioneazd existenla organismelor. Sunt singurelesisteme din intreaga ierarhie, capabile de schimb material, energetic qi

informalional cu mediul inconjur5tor (abiotic qi biologic), ceea ce permiteintegrarea lor in acest mediu-

Integralitatea la acest nivel este cea mai pronunlat5., iar mecanismele de

autoreglare cele mai prompte gi eficiente. Ele permit ri.spunsuri active 9iadeevate la schimbirile mediului'

Existenla in timp a organismelor individuale este limitatA genetic.F-gncfias (rolul organismului in viafa populaliei) principaiS este

reproducerea, care asigur5 men-tinerea populafiei qi cS.reia il sunt subordonatetoate procesele dezvolt5rii individuale, ca gi cele fiziologice qi comportarnentale(Botnariuc" 1967, Williams, 1993).

"Evolu{ia" ia acest niv'el cons*.d in ontogenie (dezvoltare de la zigot lad"iviziune sau moar[e) qi care cuprinde dou5" etape: epigeneza sau dezvoltareaembrionarS, cu aparilia succesivd, de noi trdsituri ale individului qi fazapostembrionarS".

O ultimd tr5,s5.tur5 pe care o menfion5"m constd in variabilitateacaracterelor genetice qi fenotipice ale indivizllor, oferind materialul prin care

aclioneazd selecfia. Organismele sunt purtd.toare ale informatiei genetice care

reflect5. istoria popuia{iei (speciei) cSreia iI aparfin-

Din aceastS- caracteryzare rezuiti c5- sistemele organismale au o serie detrisituri emergente, proprii lor: metabolismul; existenla in timp iimitatdgenetic, ontogenia (epigeneza + dezvoltarea postembrionarSl; capacitatea de a

rdspunde adecvat la variafiile mediului (datoritd" capacitS.{ii de autoreglare);sursd a variabilite$i, material pentru seleclie.

Z. popglafia este sistemul supraindividuai, infraspecific, primui in qirrlierarhic capabil de a exista timp neciefinit (cat permit condiliile ecologice) de

sine std-tdtor (din punct de vedere reproductiv). Ca atare, popula-tia este formaelementarS. d.e edsten{5" a speciei, in sensul c5, o specfe ..poate exista fiind

reprezentat[ (in condifii naturale) cel pu[inprintr-o popuia[ie, cAnd' evident

specia se confundS. cu populalia respectiv5. Din aceastS" ca:uz.E" populalia 9ispecia reprezintS. acelaqi nivel de organizare-

populafia reprezinta, in consecinfd, unitatea elementard a evolufiei (in

sens strict) gi obiectul principal al selecfiei.Procesul caracteristic (contradic{ia interni) al popula[iei (speciei) it

reprezint6 relafiile intrapopulafionale (intraspecifice) contradictorii qi totodat6

3 Prin funcfie in{elegem rolul pe care-l indeplineqte un sistem in existenlacare este integrat. Ex.: plSminul are funcfia de respiratie a organismului;

producfie a hraneipentm intreaga biocenozd etc.

28

sistemului superior inplantele au func{ia de



unitare Si care determin5 organizarea qi funcfionarea slstemului ln cadrulecosistemului dat"

Integralitatea, degi mai slab pronun{at5" decAt la sistemele individuale sb:eaJizeazd" ca urrnare a diferenlierilor morfo-fiziologice qi comportamentalerntrapopulafionale (intre diferite grupdri din structura populafiei) ca qi prinrchirnb informafional intre indivizii componenfi, ceea

cedeterrnind

si:nterdependenfa, coeziunea lor.Atrtoregferea, qi ea, deqi mai pufin promptA qi e{icientd decAt la organismele

ndividuale se reafirrazA prin diverse feed-back-uri intr:apopqlalionale gi cu mediul-:nbiant (ecosistemul in care existS.). Autocontrolul privegte mai ale trd.siturile;nergente proprii ale populaliei: rata reproducerii, niveiul numeric al popula[iei,

::nsitatea" dinamica num5.n;lui in timp, stmctura pe vArste, raportul dintreiaxe.

tr.uncfia principalS a populatiei (rolul ei in ecosistem) derivd din faptul cEice popula{ie este o componentd a ciclurilor catalitice ale ecosistemului gi ca:iare reprezintA o veri$5 in transferui material (reciclarea sutrstanfelor),

:nergetic (folosirea, acumularea gi transfeml de energie) gi informa{ional--rceasti func{ie este realiz.atil in mod specific, caracteristic fiecArei populatiisoecii), fapt concretin-t prin aceea cA {iecar-e popr.r-lafie ocu-pd o niqd ecologicd

::oprie qi caracteristicS,.

3. Biocenoza integrate cu resursele primare gi cu condi{ii (v. 5.2.I). tneaz'd' un sistem mixt - ecosistemul - sistemul supraindividual elementar- aoabil sd" asigure reciclarea substanfelor. Aceast6 insuqire este urrnarea::lcesului caracteristic, contradictoriu qi unitar al ecosisternului: rela[iile::lerspecifice (conexiunile stmctural funcfionale dintre poputa{ii heterospecifice),

-

-.atii inesen 5 complementare

funcfional(producd.tori

primari, consumatori.-:scompunStori).Aceste conexiuni interspecifice determind integralitatea biocenozei gi a

.;-.:regului ecosistem, ca qi funclionarea autocontrolului stdrilor sale qi a::.{eselor (homestazia gi homeorheza). Mai mult ecosistemul, prin numeroase. :C-back-uri negative qi pozitive exercitd. controlul asupra intregii ierarhii:ganizatorice.

Dcosistemul reprezinti mediul care genereazi selecfia naturald gi in.are se desfi.Eoari, evolufia populafiilor.

Dup5" cum rezultd din aceastd caracterizare sumard tr5"s5,turile emergente., biocenozei integrate in ecosistem sunt relafiile interspecifice gi consecinfa

: directd", reciclarea substan[elor, deci regenerarea resurselor primare qi: -:'zarea unei producfii biologice. in sfd"rqit, selecfia natural5 qi evolu[ia:' ::iatiilor reprezintS" gl ele fenomene caracteristice nivelului biocenoticr: _ sistemic).

Ecoiogii care urrneazS" iinia de g6,ndire reducfionistS, a lui Gleason contesti--::gralitatea ecosistemului ca qi existenfa la acest nivel a unor trds5turi'::.:rgente.

Dar existd qi pdreri apropiate de pozilia adoptat5 in aceastS. carte (ex.:"-."-:ntine gi May Cathleen L., 1996).

29



4. Biomul este alcdtuit dintr-un complex de ecosisteme diferite, are o

ma-re extindere geograficd, in anumite zorre climaterice ale globului. Tfd"sAturacaracteristicS" a biomului o reprezintS. covorul vegetal cu o anumit6 structurdtaxonomic5- gi mai ales prin formele de via[5. ale plantelor (biomorfen) ca qi o

structur5 caracteristici a faunei.CAteva exemple de biomi: pidurea ecuatorialS., savana, pS.durea de foioase"

taigaua (pddurea de conifere), tundra, stepa etc. ExaminAnd oricare din biomiimenfionafi putem constata c5" in structura lor intrd. numeroase qi variateecosisteme, ca mlaqtini, lacuri, ape curg5toare de diferite m5"rimi, stAncdrii etc"trle sunt dominate de o anumita stmcturS a covomlui vegetal gi evident cu o

anumitd" faun5.. Deasemenea, condiliile climatice, structura solului sunt qi elecaracteristice. intre ecosistemele unui biom existd conexiuni, interacliuni qideci interdependen{e (schimburi materiaie. energetice qi informationale). La uniibiomi, cum este degertul, tundra, oceanul, factorii fizici (precipitalii reduse indeqerl, temperaturi scdzute de lungi duratS, in tundr6, mediul acvatic inbiomul oceanului) sunt cei c€ controleazA biocenoza in bun5" mdsurS. Si

determinS" caracteristicile gi stabilitatea intregului biom.incadrarea biomului in ierarhia organizatoricS" a sistemelor biologice este

inci problematicA- Atata timp cAt nu cunoaqtern destui de bine modul deorgarrlzarq mecanismele de func{ionare, interrelaliile ecosistemelor componente,modalitdlile ior de integrare, existenla gi mecanismele autocontrolului, loculbiomului in ierarhia organizatoricd r5"mAne incert.

{5" Biosferas este sistemul biologic global al Terrei, care prin stmctura sa

biologicA capteazd" energia solar5. o acumuleazd sub forma compuqilor orgarrici,interacliorteazA cu cmsta terestrS" qi alte geosfere, influenf6nd structura

acestoraqi

determinAndfluxurile materiale (circuitele biogeochimice globale) qi

energetice de pe Terra. DesfSqurarea acestor procese este descrisS in toatemanualele de ecologie, de aceea nu ne oprim asupra 1or. Problema care neintereseazA in contextul acestei cdrfi este dacd- biosfera (in sensul iuiVernadsky) sau ecosfera (in sensul lui Cole) este un sistem organizat cefuncfioneaz5" pe principii cibemetice qi deci dac5. este justificatd incadrarea luiin ierarhia orgarizatoricA (sistemic5-) a materiei vii.

in aceast5 privinld un rol important il are ipoteza Gaia, formulatA qidezvoltat5 de l-ovelock (1979). Numele acestei ipoteze a fost inspirat dinmitologia greacd Gaeia este zeila PdmAntului. Automl ipotezei afirm5. cd "...

a Formcle de via.fd ale plantelor hiomorfe) sunt grupSri de plante adesea neinrudite direct intreele, avAnd stmcturi adaptive asemdndtoare. Ex.; epifitele ce populeazd coronamentul pddurilortropicale Ei care prezintd un larg spectm taxonomic; cactaceele Ei unele specii de euforbiacee autulpini suculente; perifitonul alcdtuit din variate specii de a-lge ce folosesc alte plante submerseca suport qI care addposteqte Ei o fauni caracteristicd etc.5 Tennenul a fost introdus de E. Suess (1875) cuprinzdnd in el pelicula vie a Pdmdntului, decitotalitatea viefii pe planetd. Confinutul nofiunii in sensul ei modern a fost definit qi aprofundatde V. I. Vernadsky U926), cuprirzdnd in el atAt viefuitoarele cAt Ei factorii abiotici cu careinteracfioneazA, qi pe care-i influenfeazd (pdrti de atmosferd, hidrosferd, geosferdl.

Pentm cd este de fapt un ecosistern planetar, care ca orice ecosistem este mixt fbiologicqi abiotic) Cole {1958) a propus termenul de ecosferi, pe care-l vom folosi Ei noi paralel culiosferd.

30



biosfera este o entitate autoreglabilS., avAnd capacitatea de a menfinesdn5toas5 planeta noastrd. prin controlarea medlulul chimic qi fizic" " prinurrnare biosfera este un slstem cibernetic planetar, care prin numeroase feed-back-uri controleaz5 amploarea varialiilor temperaturii, men{ine relativconstantA compozi-tia sJ proporfiile gazelor din atmosferd, componfia chlmici aapelor aceanice, structura qi insugirile solului"

Prin aceste mecanisme este asiguratS. homeostazia gi homeorheza ecosferei"Care sunt argumentele in sprijinul ipotezei Gaia ? Dovezi directe

hotdrd"toare nt-t sunt. Dar, e>dst5" imporlante dovezi indirecte. Vom prezentaunele din ele.

Compozi{ia atrnosferei PdrnAntului cu 2lVo oxigen, din punct de vederechimic este foarte instabild, oxigenul fiind foarte reactiv qi concentralia lui arputea s5" scad5. prin comLrinarea cu mineralele crustei Pd"mAntului. Totugi,concentra{ia de ZIVo se men-tine, dup5. diferite studii, timp de cca. 4OO milioaneani. Mai mult, calculele gi experimentele aratA cd dac5 ea ar cregte la 2SVoorganismele practic ar arde, iar dacd ar scS"dea la lSVo majoritatea formelor vii

ar dispare. Viala prin fotosirftez.d qi consumul de oxigen in respirafie (oxiddri)mentine constant6 aceastA concentrafie.In crlrsul proceselor de minera-lizare a, su-bstan{elor organice se produce

amoniac (NH=), prin activitatea a numeroase microorganisme. Fdrd acestcompus pH-ul solului si al apelor ar sc5.dea, mediul ar deveni acid, impropriupentru majoritatea organismelor edafice qi acvatlce.

Compozilia chimicS" a apelor oceanice, ca qi a celor continentale estedeasemeni rezultatul activitS.fii biologice.

Un argument important in favoarea ipotezei Gaia il reprezintS. comparaliacompozi{iei atmosferei PSmdntului cu viafa pe el cu cea a planetelor Marte qiVenus gi cum ar

fiaceastS" cornpozitJe pe

Terra fdrd vla{d. Rezultatele acesteicomparalii sunt redate in Tabelul nr. 2.

Tabelul w. 2

TPRRAREAI-T,

TERRA FARAVIA?A

MARTE VENUS

caz {%) o,03 98 95 98

N (7,) 79 1,9 2,7 1,9

Oz (7ol 2L URME o,13 URME

T OC (MEDIE LA SUPRAFATA) +13 +29o (t5o) -53 +477

Prin urrnare, ecosfera este un urlag sistem cibernetic, care iqi controleazA"parametrii esen{iali. Condiliile de viatd qi men-tinerea lor se datoreazd activitd"fiibiologice. Deci, includerea biosferei in vArful ierarhiei organizatorice asistemelor biologice apare ca justificatS", cu atAt mai mult cu cAt lucrd,rirecente tind sd" o confirme prin cercetS.ri care descifreazi mecanismele globalede autocontrol (Lenton, 1998).

31



1.4.3.1. Unele insusiri ale ierarhiei organizatorice ca intreg

1. Caracterul obligatoriu al coeristenfei sistemelor din niveluri dlferitede organizate. In adevdr, organismele individuale conspecifice igi duc existenla9i activitatea normal5 in cadrui popula{iei respective, ele reprezentAndsubsisteme ale acesteia din urmd..

La rAndul ei fiecare populafie este un subsistem al unei biocenozeintegrate in ecosistem. in acest cadru ea reprezintS. o verigd integrat5 inciclurile cataiitice ale ecosistemului, cicluri care asigurd desfd.qurarea proceselorde transfer materia.I, energetic qi informafional in afara cdrora populafia nupoate exista.

2. Retafiile dintre sistemele din niveluri diferite.DupA cum s-a arS"tat mai inainte (1.4.2.1) sistemele fiecarui nivel au legi,

procese, contradictii caracteristice, au trd"sAturi emergente proprii fiecdrui niveldin ierarhia organizatoricS. DatoritS acestor trdsdturi qi a coexistenleiobligatorii, intre sistemele din niveluri diferite se stabilesc relafii care nu suntcele mai armonioase cum s-ar putea crede la prima vedere, din contra, rela{iiledin'ure organismele individuale gi populatia cS"reia ii aparfin, ca qi relaiiilepopulatie-biocenozd" au caracter contradictoriu qi totodatS. unitar. Contradicfiaconst5 in faptul cd un eveniment produs Ia un nivel dat, cu o anumit5semnifica[ie pentm sistemele acelui nivel, poate avea o semnificafie cu totuldiferitd, chiar contrarle, pentn-r sistemele altui nivel. Caracterul unitar aIacestor relafii constd in faptul cd rezultatul lor permite coexistenla sistemelordin niveluri diferite - condilia structural-funclional6 a intregii ierarhii.

Acest fel de rela{ii pot fi ilustrate prin numeroase exemple. Vom men{iona

doar unele fapte"O varialie (indiferent de natura ei) sau chiar o trdsdturd permanenetdmorfologicd,, fiziologicS" sau comporlamentai5, poate fi dS.und.toare sau utili. indiferite grade unor organisme individuale, dar utild respectiv ddundtoarepopulafiei. De pildd, la multe specii de insecte acvatice (efemeroptere ,

chironomide) adullii nu se hrinesc (afagia), au aparatul bucai atrofiat, tubuldigestiv nefunc{ionai, via[a acestor adulli este foar[e scurtd. (de la cAteva ore lacAteva zile) qi dupd reproducere rnasculli mor, iar femelele mor indat6 dup6depunerea oud.lor. Evident, aceste trdsdturi sunt contrare "intereselor'individuale (cel pulin din punctul nostm de vedere) dar ele inlesnescsincronizarea ecloziunii in mas5, a adullilor, qi prin aceasta inlesnesc intAlnirealntre sexe. impiedicS. dispersarea prea mare a adulfilor datorit5" vAntului, saudistrugerea lor ln rnasd de cdtre consumatori diferifi gi deci sunt utilemenlinerii populaliei in ecosistemul dat.

in relatiile dintre carnivore qi victimele lor din punct de vedere individualrelafia este + , dar din punct de vedere populalional, rela-tia devine + +deoarece rApitorul contribuie la menfinerea popula-tiei victimei irrtr-o stare perfectd.

Reproducerea sexuat5", predominantd" la plante gi animale este un procescostisitor suLr aspectul consumului material qi energetic gi asociat cunumeroase riscuri, duc6"nd la pierderi insemnate, chiar la creqterea mortalitdfii.Din punct de vedere al organismelor individuale ar fi deci avantajos sd se



reduce aceste cheltuieli qi riscuri, dar aceasta ar insemna scdderea ratei deinmulfire, scdderea numd.mlui popula .iei qi deci riscul de a nu face faldduqmanilor gi chiar al disparifiei. Asemenea risc este evitat prin eliminareatreptati in succesiunea generafiilor, a unor asemenea organisme qi menlinereacelor cu rata reproducerii care si asigure utilizarea "rafionald,, a resurselor qirezistentd"Ia riscurile intampinate, deci care sd. asigure menlinerea populatiei inecosistem' Dereglarea acestor procese duce la deregldri in funclionareaciclurilor catalitice ale ecosistemului. Este o lege foarte generald, inclusivaplicatd la societatea uman5.. FurLui, mita, coruplia fdcute in interese personalesunt dd"undtoare societS"{ii care elaboreazd" legi de combatere a acestora.

3. Ierarhia controlului.Pentru l5murirea acestei trS"sdturi trebuie sd finem seama de un faptesenfial: orice popula{ie, cu organismele ce o compun este o componenta astructurii unei biocenoze integrate intr-un ecosistem qi func{iorrcaza ca o verigdin stmctura ciclurilor catalitice (ciclurilor trofice)' ale acestuia.

in u."."*Tecalitate de verigS" func{ional5 ea intri in stmctura unui nivel trofic impreundcu alte populatii ale altor specii" De pildd, intr-un lac o specie de aEeplanctcnicS intrd ln stmctura nivelului producitorilor primar-i lrnpreuna cumulte alte populatii ale diferitelor specii de alge sau/qi de macrolite acr,,atice.Toate aceste specii indeplinesc, in esen 5., funcfia de producitori primari, deqifiecare o reahzeazl" in modul s5.u propriu (cantitativ qi calitativ), cu alte cuvinteaceste specii sunt redundante. Prin urmare populalia datd este concomitentsistemul ce integreazd indivini ce o compun si la rAndul ei este integratd casubsistem, ca o verigl in structura func[ional5. (in primul r6nd re{eaua troficd,dar nu numai).

trroducdtorii primari se afl5. sub presiunea continua a verigii urm5toaredin ciclul trofic - fltofagii. Coexisten{a interactiunii acestor doud trepte trolice -producd"tori primari qi consumatorii lor - duce la coadaptarea lor - fitofagii suntadaptali si consume plantele, iar populaliite acestora sunt adaptate sd. semenfind, fhcAnd fafl. presiunii consumatorilor prin diferite adaptlri morfo-fiziologice qi comporlamentale ale organismelor individuale, printr-o anumit5ratd de cregtere a populafiei, o anumiti prolificitate, densitate etc. Aceleagireialii le putem constata intre populafiile de fitofagi qi carnivorele care triiescpe seama lor. Prin urmare func[ionarea oricS.rei populafii in cadrul cicluriiorcatalitice reprezintd mecanismul esenfial prin care ecosistemul controleazdstmctura qi funcfionarea populafiilor componente,

astfel incdt sd se asigurereciclarea cAt mai eficientS" a substan[elor.Si privim mai de aproape acest mecanism.Ecosistemul prin stmctura ciclurilor sale cataiitice qi prin condiliile

abiotice reprezintS" un factor de constrd.ngere "de sus" pentm populatiilecomponente.

6 Nopunea de "lan[ trofic" presupune existenfa a doud. capete, ca qi cand procesul de transfermaterial ar fi liniar, c6-rrd in realitate procesul este ciclic (asigura reclctarea substanfelor),integrand gi factorii biotopului (resursele acestuia). De aceea credem cd este mai corect safolosim termenul de

cicluritroftce

sau cicluri catalitice in loc cle lanturi troffce.

aaJJ



Aqa cum o celulA integmtd intr-un organism pluricelular are mult maipuline grade de libertate in compara{ie cu un organism monocelular ce existdde sine stdt6tor, tot aga o populalie integratS. intr-un ciclu sau in refeauaciclurilor catalitice a ecosistemului are grade de libertate constrAnse decorelafiile cu alte verigi ale ciclului. Dac5. de pildd, la o populalie apare

tendinfa de creqtere neobiqnuitd a numSrului, aceasta va fi frAnatA princreqterea presiunii consumatorilor ei, prin scdderea resurselor disponibite, astfelincdt, in mod normal nivelul numeric al popula{iei se menline prin oscilatii injurrl unei valori medii.

Sistemele biologice funcliond"nd dup5" principii cibernetice este firesc cA laconstrAngerile "de sus in jos" apare rd,spunsul populatiilor, rdspuns carereprezintd constrAngerile "de jos in strs", constAnd in faptul cA flecare populalieca qi indivDii ei componenli au anumite iimite de toleranf5 a varia{iei atAt acondiliilor abiotice (varia{ia cantitativS qi calitativd a resurselor, varia 1aparametrilor fizici, chimici) cAt qi a factorilor biotici (presiunea consumatorilor,cantitatea qi calitatea hranei etc.). Aceste limite sunt impuse de structuragenetic6 a indivizilor componenli ca qi a populatiilor, de trS"sdtuile lor morfo-fiziologice qi comportamentale, deci de mecanismele intrinseci ale popula{iilorrespective.

JinAnd seama de aceste rela[ii ierarhice in desfdqurarea controluiui, devineclar conlinutul afirmaliei fdcute mai inainte cA un eveniment produs la unnivel dat cu o anumitS" semnifica{ie pentru sistemele acelui nivel, poate avea osemnificalie cu totul diferitS. pentru sistemele nivelului superior, integrator.Acest fapt a.re importante implicafii atAt metodologice cAt qi conceptuale. Dinpunct de vedere metodologic apare clar cd" descrierea unui fenomen sau procesaI unui sistem de un nivel dat, numai in termenii acelui nivei, este doar o

descriere, care cel muit relevS" mecanismele acelui fenomen sau proces.Semnificafia iui deplinS. apare numai examin6"ndu-l prin prisma rolului lui inexistenla qi funcfionarea sistemu]ui superior, integrator, care impr-irn5. sensulevoluliei subsistemelor. Prin urmare pentru irrlelegerea completA a semnificafieifenomenului sau procesului dat, trebuie s5"-l e><aminAm "trecdndu-I" prin intreagaierarhie, de la indivizi, prin populalie s1 pane h biocenozd integratd in ecosistem.

Din punct de vedere conceptual rezulti cI abordarea problemelor, pornindde Ia recunoaqterea structurii ierarhice a sistemelor biologice reprezintA bazateoreticA a cercetdrilor atAt ecologice (cu toate implicaliile vaste ale lor privindmediul gi dinamica acestuia) cAt qi evolufioniste.

4. Seara spafio-temporali a proceselor este un alt factor important decare trebuie [inut semd in cercetarea proceselor ce se desfd"qoard in sistemeleierarhiei organizatorice.

La organismele individuale singurele sisteme biologice capabile deschimburi materiale qi energetice cu mediul, rS"spunsuriie la varialia resurselorgi a condifiilor sunt cele mai rapide, mai prompte, datorit5" mecanismelor decontrol mai eficiente la acest nivel.

R6spunsurile popula{iei, prin schimbarea structurii sale genetice, pevArste, sexe, a dinamicii acestor structuri, a dinamicii numdrului etc. suntmult mai lente. Dacd de pildd un organism individual, din diferite cau?,e

34



interne sau externe nu se reproduce sau din contra produce un numd.rneobiqnuit- de mare de indivizi, sau piere din diferite moiive, aceasta nu vaafecta popula[ia: varia[ia individual5 va fi "resorbit5." de sistemul populafionalfira' a influenfa structura qi rata proceselor populafionale. pentm ca asemeneaschimbd"ri sd se producd variafia parametrilor mediului trebuie s5. af-ecteze unnumdr semnificativ de indivizi ai popula{iei date, trebuie ca modificareaparametrilor mediului sd. fie de duratd. mai lungd, sd se men[ind. insuccesiunea generaliilor.

De pild5, dacd la un organism apare o mutalie intr-un fei sau altul utilaorganismului respectiv' pentru ca ea s5. devind un caracter populalional eatrebuie si se generalizeze in populatie, ceea ce se produce doar in succesiuneageneraliilor si presupune menlinerea condifiilor in care ea s-a dovedit a fi utilI.altfel va fi elirninat5 prin procesul selec[iei.

La nivelul biocenozei (al ecosistemului) finAnd seama de complexitateastructurii, a specificului mecanismelor de control mai pulin prompte,r6spunsuriie

la varialia factorilor briotopuiui sau a modific6rilor ce pot interveniIn structura sau funclionarea unor populalii sunt qi mai lente, aclesea cu unmare decalaj in timp qi spafiu" Numeroase fapte pot ilustra aceastd. afirmatie.

Introduceri de specii strS"ine intr-un ecosistem nou pentru eie, repre zintdvastA categorie de fapte (trlton, 1958) care arat5. cd. o asemenea schimbarestmctura biocenozei adesea se soldeazd cu o transforma.re catrastrofalastructura qi funclionarea ecosistemului decalatd cu ani de nle fatdmomentui introducerii.

Poate una din cele mai profunde qi catastrofale schimbdri cunoscute estecea a ecosistemului lacului Victoria (Africa) in urma introducerii incepdnd dinanii '50 a specii Lates

niloticus un mare r5-pitor originar din Nit, care poateajunge la 27okg greutate (IUCN Bull. vol. t7 nr. t-s, T-9, t9g6; Kaufman,1992)- Lacui Qste renumit prin excepfionala bogifie a ihtiofaunei (cca. BOOspeciiT cele mai multe endemice din familia Cichlidae, cle mare valoare ca sursaaiimentarS pentru populafia umand numeroasd in ,juml lacului qi oinestimabilS" valoare qtiin{ificd, mai ales in problernele specialiei). introclucereas-a f5"cut cu inten{ia de a. imbogS.fii resursele alimentare produse cle biocenozalacului. Timp de peste doud decenii specia introdus5 nu a produs schimbdrisemnificative. Dar in anii '8O s-a produs o proliferare rapidd a rdpitorului carea dus in scurtd weme la disparifia unui mare numdr, de fapt a majoritd.tii,speciilor de cichlide endemice. astfel

incAt in prezent rS.pitorul supravie{uieqtedatorit5" canibalismului - iqi m5"nAnc5" propriul puiet. Dar consecintele suntmult mai complexe: s-a schimbat intreaga structuri a biocenozei, a apdmtfenomenul eutrofizd"rii cu erplozii ale speciilor fitoplanctonice, cu toateimplica{iile procesului de eutrofizare. Deci, rdspunsul ecosistemului laintroducerea unui rdpitor a necesitat mai mult cle cioud_ decenii.

Un alt exemplu: instalarea plantelor plutitoare intr-un lac - fenomen frecventin zona innundabil5 qi Delta Dundrii. Plantele plutitoare prin frurzele lor (Ttapa

i Estimarea numdrului speciilor cle Cichlidae din lacul Victoria diferd la diferifi autori. Dupd

Nancy Chege (1995) ar fi 4OO specii.

-Oin?n

de

35



natans, specii de nuferi etc.) acoperi suprafa{a apei. t a inceput nu se intAmpl5nimic deosebit. Dar cdnd extinderea lor spafial5 ajunge semnificattvd. pentmsuprafa{a laculut sall cAnd Eung sd il acopere in Artregime, se schimb5 sjproduclia biologicd" a laculul: in apa rmbrltS" nu se mai dezvoltd. fitoplanctonul qi

dlspar majoritatea speciilor zooplanctonului. Rrfine macrofite (mai ales

Ceratophylfizrz) supravieluiesc in aceste ape. Descompunerile substanfei organicecontinud, se instaleazS. condilii de hipoxie sj anoxie etc- Dai aceastd invadare alacului de c5tre piante plutitoare, in funcfte qi de condiliile locale (addpost fa-tA de

vdnt, ad6ncimea apei, curenlii din lac qi care traverseazd lacul, circulaliaambarcatiunilor etc.) necesitA ani de zile.

pe 15nge scara temporalS de care ne-am ocupat pAn5. acum 9i care se

modificd in ierarhia organizatoricA - de la individ la ecosistem, procesele se

desfdsoar6 gi in spa[iu ceea ce implicS luarea in considerare Si a sciriispafiale.

'"r*i-- -t

O omid5, in dependen 5 de dimensiunile ei maxime, isj poate desdvarqi ciclul

vietii, pend la impupare, pe un arbore sau doar pe o nmur5" cu cAteva frunze. Opopulalie de omizi a unei specii de fluturi, poate irrvada un irrtreg cAmp cultivatsau sute sj chiar mii de hectare ale unui ecosistern forestier. I-4. fel, o pereche de

p5s5ri grarrivore iqi poate satisface nevoiie de trranS. pe suprafala unei livezi, pe

cand popula{ia respectl'E e r6spdnditS" pe intinderi mult mai vaste. Dar pe spa$ulmare al popula{iei, ea poate fi raspanditA in diferite moduri (uniform, intAmpl5tor,g11pat), iar acest5 dispersie nu este ceva fix, ci are o dinamicd" a ei, in dependentide numeros.i factori abiotici qi biologici.

Din acest examen rezrtltl cA procesele din sistemele biologice ierarhizatese des{hgoard la scara spafio-temporalS. diferitS, caracteristic5 sistemelor

fiecirui niveL qi flecdrei specil, in dependen 5 de ponlia ei Pe scarafilogenetic5

gi in ciclurile trofice ale ecosistemuiui.Luarea in considerare a scS,rii spalio-temporale este indispensabild pentm

o corect6 orgar1z:Lre a cercetdrii structurli qi funcfion5"rii ecosistemelor qi a

dinamicii acestora. Programarea cercetS"rilor - de la metodele de prelevare gi

repartizarea prelevdrilor in spaliu qi timp trebuie sd" se baz'eze pe cunoaqtereascd.rii spafio-temporale a proceselor la sistemele biologice din ierarhiaorganizatoric[ din ecosistemul observat. Este consecin{a necesard a abordAriisistemice (integratiste, holiste) a problemelor esen[iale ale ecologiel.

I.4"3.2.Interactiunea intre ierarhia organizatoricA (sistemicd) qi cea taxonomicS--

problema interac{iunii celor dou5 ierarhii este importantA pentruinlelegerea procesulul evolutiv. Eldredge, coautorul teoriei evoluliei intermitente(1g72l s-a aplecat mai mult asupra relaliilor dintre ierarhia taxonomicS"(genealogica, in terminologia lui) qi cea organizatoricS" (ecologice sau economicdla Eldredge). Modut de abordare qi rezultatele lui Eldredge fiind diferite de ale

noastre m5 opresc, pe scur[, asupra lor.in tabelul de mai Jos prezentdm structura celor dou5. ierarhii (Eldrege,

1985), in care cea ecologice (economicS.) este in dou[. variante.

36



Tabelul nr. 3

Dupi cum spune Eldredge, ierarhia genealogicS. este aicdtuit5 pe dou5criterii: pe de o parte capacitatea de reproducere gi de inmulfire a entitdlilorfiecdmi nivel (cu excepfia taxonilor monofiletici), iar pe de alta, capacitatea depS.strare, de transmitere qi de imprimare a informafiei. Ierarhia eco]ogic5(economicd) cuprinde entitdfi care au rol in schimburile materiale gi energetice.Interacfiunea calor dou5. ierarhii, dupA cllm spune Eldredge, cletermind. procesulevolutiv. AceastS interacfiune se produce prin organisme individ.de, singlraentitate comuni ambelor giruri ierarhice. Acest5 pozifie a organismului, cade altfel intreaga stmcturd a ierarhiilor, se bazeazA pe ideea separd.riigermenului de soma: prin celuiele germinale organismul face parte dln qirulgenealogic, iar prin soma. din cel ecologic. Nici o altd entitate, dupd pdierea luiEldredge (1985) nu este comunS" ambelor giruri.

in cele dou6 qiruri, evident unele aspectesunt forfate.Separarea dintre soma gi gerrnen la nivelul celulei nu este posibild

reproducerea qi inmul-tirea nu este a cromosomilor ci a celulei intregi. La fel c1eforfatA este sepaftrrea demului de popula{ie. Demul este o populafie locali carepoate fi o parte a unei populalii mai mari dintr-un ecosistem. Se consideri(doar teoretlc) c5. in cadml demului panmtxia este mai accentuata- Darsepararea lui de populafie, de ierarhia ecologicd., presupune cd demul nu are gifuncfie ecologici, nu participd la transfeml material gi energetic din ecosistem,ceea ce este greqit. Mai mult, introducerea demului in ierarhia genealogicd. decia unei entitd"fi cu reproducere bisexuatd exclute de la bun inceput participareala procesul evolutiv a specillor agame ca qi cum ele nu existd..

Acest fei de a in{elege legS"tura dintre cele dou5 ierarhii in versiunea luiEldredge din 1985, se deosebegte esenlial de punctul nostm de vedere dupd.cum vom vedea mai departe. De altfel, in lucrdri mai recente Eldredge (1992,a, b) igi schimbi punctul de vedere: "am schimbat intm-cAtva modul deabordare a legS"turilor intre sistemele economic qi genealogic din natur€."(Eldredge, 1992, a, pag.1).Schimbarea constd., intre altele, in disparifiapopula{iei din ierarhia ecologicA gi inlocuirea ei cu nofiunea de avatarspecificAnd cd demul qi avatami reprezintd aceeagi entitate, sunt alcdtuite dinaceleaqi organisme, avataml reprezentAnd activitatea ecologici qi cd "...avem la

Ierarhla genealogici Ierarhla ecologlci I(economicil

Ierarhla ecologlci II{economlcilTaxoni monofiletici

Specii

DemuriOrganisme

Crornosomi

Gene

Biote regionaie

Biocenoze

PopulafiiOrganisme

Celule

Molecule

Biosferd

EcosistemePopulafii

Organisme

Celule

Molecule

JI



IDRARHIA ECOIPGICA

Ierarhia genealogici

Taxoni monofiletici

Specii

DemuriOrganisme

Linie gerrninalS"

IERARHIA GDNEAIOGICA

Tabelul nr. 4

Ierarhia ecologici

Biosferd.

Ecosistem

Avatare

OrganismSoma

Fi{. nr.

in altd. Iucrare (Eldredge, 7992, b) apar dou5 variante ambele diferind de

cea din f985. If redim in pagina precedent5. Dup5. cum lesne se vede,

variantele se deosebesc atat intre ele cAt qi fald de cea din 1985. Nu intrAm inanaliz.a mai aprofundat5 a ezitArilor evidente ale automlui. RemarcAm doaracceptarea ideii cd pe lAngd organisme cele doud ierarhii sunt legate qi prindeme (respectiv avatare), deqi disparifia populaliei gi inlocuirea ei cu doud

no{.iuni ce practic nu diferS intre ele este evident for.tata.in nglra nr. 2 este reprezentat schematic punctul nostru de vedere

privind aceast5 interacliune (Botnariuc, 1985). Am pornit de la comparareainsugirilor entitS.lilor ierarhiei taxonomice gi ale celei sistemice (v. Tabelul nr.

i). Din aceast6 comparalie rezultd faptul cA numai specia (popula-tia) este

singura componentd. comund celor dou5" ierarhii pentru cd numai ea este

concomitent taxon qi sistem. Ca atare specia (popula{ia) este cea care face

legdtura intre cele douA ierarhii.

38



BIOSFERA(ecosfera)

BIOCENOZA(ecosistem)

SPECIE

POPULATTE

ORGANISM

-uJEllJF

5sE<fi

r.u

F(fa<aiNs4#stLL+oqH

uJccfJUJ

z

O

ozoxF

ICC

E.lrl

coloNll

FAMILII

tsAGFIEGAR|

SISTEMEDE ORGANE

AI

ORGANE

+TESUTURI

otrEfik-ilF=6g

--tu+l

<trTYJEd

z

+CELULE

V..AGREGATE DE MOLECULEIMOLECULE

AATOMI

Fig. nr. 2. Relaliile ierarhice in lurnea vie



cum ftulon€za ace$e bgalurr? Idremtunle hhdD€dn@ slrntersp€cllle dln .adrul mul mslstem sut exllfu de Edate. Dln pmct dcredeft al $trddcattel lor pentru relailtl€ dintrc cele dole letuh,r, ele pot fiimFd4jr€ in doua @tegod': bgatrrl gmealogtcc, cofttind in esnta tuntansn'lterea inlomalel g€neuc€ de la a$endeng la dewndenti ldectinrmpopulalromlc su rntmsFdncel

illegahn ccorogrce (&ml ov, re76).

concnu le dh amb€le categofil'mlltcA

trcl rccese: t@sferul de sutNtaiA,de mergle 9l dc

'nfomge,deo*bhdu-se insn pnn ponalerea retanld a

prccesloi rr legatunle genealoEl€ rclul caenlral il are fllhl inforrmllomlgenetic, unldrrccgonar - de la stdmo$ la dewndm , dcat st el m unsubstrat @tedal (acizll nucletcu tt €nergeuc, ce insn au u @l subordonartrdsferolut r.fomattorEr- De menliomt cd rstufml tnforuloml Dodtc areaioc nu numai in trrsbnn sei Fopulai,t de la a$enden la d€sendenJt, ci stintre populalr dferite ale acelclasi slEcn tr4lnd ln ecoslsbme dtferlte (a$anunnta metaprpulalel tl htre .d. pc o cale su alta, sc rcduc slxmbul dc

Pe .Merite ctl poate awa ioc llfuferul de gene nt Intmpecttlc.Conen@rb ecologrc (ln csenF 6te hrba de conodunr hreBr€dncel.updnd aceleagl trei Prces ca al .onexluitle e€nearogrce, dar h cle ohl deprrm ordtn rc 1nc tEsfcrulut mbnd 9t edergetic des6guEt in cadrulsttu tunl tmllce {ctdDnb d rctclclc trcflce) alc ecoslstemulur dai. Acesrttusfer csie $l el lrtdlrecllotul: ftctclNa substantolor s prcduce lntotde.unade la hant.otuloat{ la mnsumator \.i nu inreB. Dh conrE, tEnsicrul dchbl@Ue hreNpeclil.a se prcduce in mbele sensut, a1 ( de la luna.onslmati la onsumator .tt sl hrerc. hfomatia mlogrci esre |mnsmlsa pe.ar foarte €nate: pnn substdtcle conslmate ca h]aa, pulntode dc energle

.dt Fl de l.fo@ le. pdn substdte .hhrce elimimte in mediu de cftre drlerlteorgar smc, pitn comportaoeok etc. Dacd linem sema defaptele stablite ln ultlm wme tffsfetul tnterepednc al inlomlei gen€riceprh vlrusun, pnn ddstrnde, pnn aclzl nuclelcr llbcn in dlfentc medil. .ste multmal lntcns sl rlspandlt dc cat s mdca panl nu demult.

Trdsfcrul bldlmllonal .1 hlomalrei e.ologlce tnrersp€ctfie are m rcle&nldl In encbnla tGnsfcrolul mt dal 9l mergetlc {deplstma lrlaet,apama et.) Irnucntrand pe a.€3ta cale ptucesul selec[e,, cm duc€ ]aadaptara reclpmA cf.volufla sp$Xlor Sl la dferenlterea dc nol specll SIcresterea blodtvereltitit. Cu ,it€ cuvhte s p@tc spune ca letutLta tdonomlcaeste ge.neEti tn ht€norul temrhier organlzatorLe ln €drul eoslstmulul. Dar

hncuoff .lclurrlor etalltrc ale e.oslsrmulul. nodncdnd ml mult eu fialpulln deshgurea tmsferulut, @llrar@ cnutai,lor lje n asEf:. Prin acGif.ed-lEck $te susthut conttnuu Dmesul evolutlv,

Evolutia Sistemelor Biologice-Nicolae Botnariuc 9-40

Documents

Transcript of Evolutia Sistemelor Biologice-Nicolae Botnariuc 9-40