NOŢIUNEA DE SISTEM

Domeniul de studiu al ecologiei îl constituie sistemele biologice supraindividuale şi mediul lor.– Sistemele biologice supraindividuale sunt reprezentate de populaţii, biocenoze, biomuri şi biosferă.– Mediul de viaţă reprezintă ansamblul componentelor materiale sau sistemele abiotice care influenţează existenţa şi funcţionarea sistemelor biologice. Sistemul reprezintă un ansamblu de elemente identice sau diferite, unite într-un întreg prin conexiuni şi interacţiuni (spaţiale, temporale şi interacţiuni între elementele care le compun).Sistemele izolate sunt sistemele care nu schimbă materie şi energie cu mediul înconjurător. În natură practic astfel de sisteme nu există. Sistemele închise reprezintă sistemele care realizează schimburi de energie cu mediul dar nu şi schimb de materie. Sistemele închise sunt create de către om. Nu există sisteme biologice închise. Sistemele deschise fac schimburi permanente de materie şi energie cu mediul înconjurător.– sisteme deschise cu autoreglare care aparţin materiei vii şi– sisteme deschise fără autoreglare care aparţin materiei nevii.

PROPRIETĂŢILE GENERALE ALE SISTEMELOR BIOLOGICE

• caracter istoric• caracter informaţional• integralitate• echilibru dinamic• funcţionarea pe baza unui program• autoreglare• heterogenitate• autoorganizare• autoreproducere

CARACTERUL ISTORIC

• Caracterul istoric se referă la ideea de evoluţie, adică la faptul că însuşirile structurale şifuncţionale ale sistemelor s-au format în timp.• Starea actuală a oricărui sistem viu - de la minuscula celulă la marile biocenoze – reprezintă rezultatul unei istorii plină de evenimente, istorie care s-a desfăşurat de-a lungul a milioane de ani.• Datorită acestui fapt, pentru a înţelege structura şi modul de funcţionare al unui organism trebuie cunoscute originea şi evoluţia lui anterioară.

CARACTERUL ISTORIC

•Sistemele biologice au capacitatea de a recepţiona, de a prelucra, de a acumula informaţiile primite din mediu şi de a le transmite altor sisteme. Informaţia se clasifică: – În funcţie de criteriul ontologic (al existenţei în sine, obiective) informaţia poate fi:• informaţie structurală – care reflectă structura şi organizarea biosistemului,• informaţie circulantă – care se transmite prin intermediul semnalelor şi a mesagerilor fizici sau chimici.– În funcţie de criteriul funcţional se disting:• informaţii de menţinere a structurii şi organizării sistemului,• informaţii care servesc procesului de multiplicare,• informaţii de diferenţiere în organogeneză,• informaţia de adaptare la mediu.•Căile de transmitere a informaţiilor sunt:– căi fizice (sunete, culori, etc.),– căi chimice (mirosuri, substanţe chimice sau apă)– căi fiziologice (comportamente, gesturi sau alte activităţi).•Modul de transmitere a informaţiei este propriu fiecărui nivel de organizare a materiei vii. Astfel, la organisme, transmiterea informaţiei se realizează prin intermediul acizilor nucleici, iar la populaţii transmiterea informaţiei se face pe baza structurii şi modului de funcţionare a acesteia. •Cantitatea informaţiei depinde de nivelul de organizare al sistemului. Aceasta creşte continuu de la nivelurile inferioare spre cele superioare.

INTEGRALITATEA

• Fiecare sistem biologic este delimitat faţă de alte sisteme biologice şi se comportă ca un întreg datorită conexiunilor existente între componentele lui.• Însuşirile sistemelor biologice nu se reduc la însumarea însuşirilor părţilor din care sunt formate. Orice organism vegetal sau animal este alcătuit din numeroase organe cu structuri şi funcţii diferite. Între organe există conexiuni şi interacţiuni. Fiecare organ îndeplineşte funcţia specifică numai în cazul organismului luat ca întreg şi nu separat.• De exemplu funcţiile de nutriţie, de relaţie şi reproducere nu pot fi îndeplinite decât de organismul luat ca întreg şi nu de fiecare organ luat separat.• Datorită conexiunilor care există între elementele componente ale unui sistem, lipsa unuia dintre acestea (a subsistemelor componente) poate conduce la disfuncţionalităţi în funcţionarea sistemului respectiv, care în final pot duce chiar la distrugerea sistemului.

FUNCŢIONAREA PE BAZA UNUI PROGRAM

•Trăsăturile sistemelor biologice nu sunt rigide ci se pot modifica între anumite limite, permiţând sistemului realizarea unor stări diferite.•Programul constă dintr-un set de reacţii ale sistemului la acţiunea anumitor condiţii de mediu. Un program reprezintă una dintre stările posibile ale unui sistem biologic rezultate în urma schimbărilor survenite în mediul cu care este în interacţiune. Deoarece orice sistem are mai multe stări posibile, înseamnă că are mai multe programe.•Pentru fiecare stare există un program propriu, iar în fiecare sistem există o ierarhie a programelor: – programe principale care urmăresc autoconservarea sistemului (de exemplu programele care asigură absorbţia apei, a elementelor nutritive şi sintetizarea substanţelor organice de către plante, procesele de respiraţie, reproducere, apărare); – programe „inferioare”, care se referă la subsistemele sistemului (de exemplu, în cadrul unui organism există programe pentru subsistemele componente-celule, ţesuturi-, programe pentru mitocondrii care au ca rezultat final respiraţia celulei. Programele de hrănire, defecaţie, respiraţie ale unei singure păsări reprezintă programe inferioare din punctul de vedere al nivelului ierarhic populaţional.); – programe „superioare” care asigură existenţa şi funcţionarea sistemului superior în care este integrat sistemul dat (de exemplu glandele sunt programate să asigure funcţionarea organismului, indivizii sunt programaţi să asigure perpetuarea speciilor; îngrijirea mătcii de către întregul grup de albine lucrătoare specializate, hrănirea puietului, curăţirea stupului reprezintă programe superioare pentru nivelul individual – albină)

AUTOREGLAREA

•În sistemele biologice se desfăşoară un număr important de procese metabolice, fiziologice, biochimice. Numai o anumită parte dintre aceste procese corespund menţinerii sistemului, astfel existenţa sistemului poate fi posibilă numai dacă sistemul poate să-şi controleze procesele sale interioare în funcţie de relaţiile sale cu mediul înconjurător.• Nici un sistem viu nu ar putea să-şi menţină identitatea dacă nu ar putea să se autoregleze.• Reglarea reprezintă procesul prin care orice sistem viu sau fără viaţă obţine şi îşi menţine o anumită stare la care singur nu ar putea ajunge în mod spontan.• Autoreglarea reprezintă un caz special de reglare care se autoîntreţine şi care se autocontrolează în fiecare moment.• Mediul poate să dezorganizeze sistemul. Pentru a se menţine un sistem biologic trebuie să-şi regleze procesele interioare, pentru asigurarea persistenţei sale în timp şi spaţiu, contracarând astfel acţiunile negative ale mediului.• Pentru asigurarea integralităţii şi echilibrului dinamic al sistemelor biologice se impune existenţa unor mecanisme de autoreglare.

Autoreglarea

Funcţionarea sistemelor biologice se realizează pe principiul sistemelor cibernetice. Sistemele biologice sunt considerate sisteme cibernetice, autoreglarea fiind comună tuturor sistemelor biologice.

Informaţiile sunt culese de către receptori.• Ele ajung la un centru de comandă unde sunt selectate şi se elaborează răspunsul cel mai bun pentru conservarea sistemului.• De la centrul de comandă informaţia este transmisă efectorului care execută comanda primită.• Răspunsul dat de efector este comunicat receptorului pe cale inversă şi comparat cu comanda primită. Dacă răspunsul nu corespunde cerinţelor sistemului se emite o nouă comandă, se obţine un alt răspuns şi are loc o nouă comparaţie.• Calea de transmitere a informaţiei de la receptor la efector se numeste conexiune directă.• Calea de transmitere a informaţiei de la efector la receptor poartă denumirea de conexiune inversă (feed-back).• Conexiunea directă este caracteristică reglării, iar conexiunea inversă este obligatorie pentru orice sistem cu autoreglare.

ECHILIBRUL DINAMIC

• Echilibrul dinamic reprezintă rezultatul autoreglării sistemelor vii.• Acesta se referă la faptul că sistemele biologice întreţin un permanent schimb de substanţă, energie şi informaţii cu sistemele înconjurătoare. Aceste însuşiri nu sunt caracteristice sistemelor nebiologice.• Sistemele biologice transformă condiţiile de mediu în propriile lor condiţii de viaţă. Sistemul biologic se află într-o permanentă schimbare şi transformare cu păstrarea integrităţii lui.• Prin echilibrul dinamic se realizează homeostazia (de la grecescul "homos" = asemănător, "stasis" = oprire), adică proprietatea organismelor vii de a-şi menţine în limite restrânse diferitele constante ale mediului intern (de exemplu organismul uman îşi menţine temperatura în jurul valorii de 36,4°C).

HETEROGENITATEA

•Fiecare sistem biologic este format din elemente diferite şi posedă odiversitate internă.•Între elementele componente ale sistemului există corelaţiiindispensabile existenţei şi integrităţii sistemului.•Cu cât sistemul este mai complex, cu atât corelaţiile sunt mainumeroase având ca efect creşterea eficienţei autocontrolului şistabilităţii sistemului.•Creşterea complexităţii înseamnă însă şi creşterea vulnerabilităţiisistemului, deteriorarea unui subsistem conducând la perturbări aleîntregului.•Modul de organizare a sistemelor biologice le conferă acestoracapacitatea de autoconservare, autoreproducere, autoreglare şiautodezvoltare.•Un sistem biologic prezintă un anumit grad de heterogenitate, oheterogenitate optimă, care asigură menţinerea acestuia în condiţiioptime şi care reprezintă strategia dezvoltării sale în condiţiile date.

AUTOORGANIZAREA• Autoorganizarea reprezintă capacitatea sistemului de a realiza prin acumularea de informaţie o anumită structură.

AUTOREPRODUCEREA• Autoreproducerea este mecanismul prin care sistemul generează un alt sistem cu configuraţie asemănătoare.

IERARHIA SISTEMELOR BIOLOGICE

•Nivelul de organizare este reprezentat de un ansamblu de sisteme biologice echivalente. Sistemele din natură posedă diferite niveluri de organizare. Orice sistem este alcătuit din subsisteme şi face parte dintr-un sistem mai complex (concepţia sistemică). •În funcţie de nivelurile de organizare sistemele se clasifică în:– sisteme prebiotice – acestea la rândul lor cuprind atât sistemele fizice cât şi sistemele chimice;– sisteme biotice sau biosistemele care cuprind întreaga materie vie;– sisteme suprabiotice care conţin sistemele sociale (o comunitate omenească, un stup de albine) şi sistemele tehnice (un spital, o întreprindere).•În cadrul materiei vii se întâlnesc următoarele niveluri de organizare care se caracterizează prin funcţii şi legi caracteristice şi specifice:– nivelul individual,– nivelul populaţional,– nivelul biocenotic,– nivelul biomic– biosfera.

Nivelul individual

• Nivelul individual are ca unităţi reprezentative indivizii biologici. Întreaga materie vie este constituită din indivizi. Nu există materie vie în afara nivelului individual.• Principalele caracteristici ale indivizilor biologici le reprezintă:– metabolismul – ereditatea– variabilitatea– reproducerea – dezvoltarea – excitabilitatea – mişcarea

Nivelul populaţional

•Nivelul populaţional sau al speciei are ca unităţi reprezentative populaţiile formate din indivizi care aparţin aceleiaşi specii şi care se găsesc într-o anumită perioadă de timp într-o zonă definită.•O populaţie nu include în mod necesar toţi indivizii unei specii, putând exista astfel populaţii numeroase pentru fiecare specie.• Specia reprezintă unitatea taxonomică fundamentală a lumii vii referindu-se la gruparea plantelor şi animalelor în funcţie de gradul lor de înrudire.•Indivizii care compun populaţia se diferenţiază între ei prin vârstă, sex, precocitate, dimensiuni, comportament. Existenţa lor este scurtă, ei ajung la maturitate, îmbătrânesc şi mor.• Populaţia se menţine ca sistem biologic atâta timp cât există condiţiile ecologice corespunzătoare cerinţelor ei.

SPECIA

•Speciile pot fi clasificate după modul de suprapunere a habitatelor în:– specii alopatrice – habitate izolate,– specii simpatrice – acelaşi habitat;– specii parapatrice – habitate adiacente. •Caracteristicile principale ale populaţiilor sunt relaţiil intraspecifice:– diviziunea activităţii indivizilor,– concurenţa pentru hrană şi factori abiotici,– reproducerea.•Relaţiile din interiorul unei populaţii constituie elementul esenţial de autocontrol şi echilibru dinamic.

NIVELUL BIOCENOTIC

•Nivelul biocenotic are ca elemente constitutive biocenozele. – Biocenoza este mediul viu, format din ansamblul de vietuitoare intrecare exista legaturi de interdependenta – Biotopul este mediul fara viata, compus din substante dizolvate simaterii in suspensie, in care traiesc vietuitoarele. – Biocenoza împreună cu biotopul caracteristic ei formează ecosistemul. – Ecosistemul sau sistemul ecologic este unitatea structurala şifuncţională fundamentală a mediului, accesibila analizei, cu autonomierelativa fata de elementele vecine. – Ecosistemul este de fapt rezultatul asocierii dintre biotop şi biocenoză,între care există o permanentă interacţiune, materializată printr-untransfer continuu de energie şi materie. – În biocenoză pe lângă relaţiile intraspecifice cu efect direct, existănumeroase alte relaţii interspecifice care integrează populaţia în sistem.• Relaţiile interspecifice trofice se referă la relaţiile legate de hrană. – Fiecare specie prin indivizii săi biologici reprezintă o verigă în transferulşi transformarea substanţelor şi energiei în ecosistem. – Relaţiile trofice există şi între speciile aceluiaşi nivel trofic. Între ele nuexistă schimb de substanţă şi energie, dar apare competiţia pentrusursele de hrană, de lumină, spaţiu.

NIVELUL BIOMIC

•Nivelul biomic se referă la o grupare de biocenoze de pe o suprafaţă relativ mare a Terrei.•Biomul ca nivel de organizare este format din biocenoze aproximativ asemănătoare sau diferite între care există relaţii biotice complexe.•Biomul (ecobiomul) reprezintă o mare unitate structurală, funcţională şi informaţională a ecosferei.•Totalitatea ecobiomurilor planetei formează ecosfera.•Din punctul de vedere al sistemelor (vii sau nevii), ecosfera poate fi împărţită în:– troposferă– biosferă

Troposfera

• Troposfera reprezintă substratul abiotic al Terrei şi este constituită din – litosferă – hidrosferă – atmosferă

Litosfera

• Litosfera reprezintă învelişul solid situat la suprafaţa Pământului cu o grosime cuprinsă între 0 şi 30 kilometri pe continente şi între 0 şi 10 km la fundul oceanelor.

LITOSFERA

Troposfera

Troposfera

HIDROSFERA

• Hidrosfera reprezintă învelişul de apă lichidă şi solidă al Pământului.• Volumul total de apă care se găseşte în ecosferă (exceptând apa carese găseşte în organisme şi substanţele solide) este de aproximativ1370•106 km3 împărţită astfel:– mari şi oceane (apă sărată) 1330×106 km3 (97,15%);– apă dulce 38×106 km3 (2,85%).• Apa dulce este reprezentată de:– gheaţa polară şi de altitudine 29 336 000 km3 (77,420%);– râuri 1 200 km3 (0,003%);– lacuri cu apă dulce 125 000 km3 (0,328%);– lacuri cu apă sărată 105 000 km3 (0,274%);– atmosferă (vapori) 13 000 km3 (0,034%);– umiditatea solului 67 000 km3 (0,175%);– ape subterane (adâncime <800 m) 4 175 000 km3 (10,881%);– ape subterane (adâncime 800 – 4000 km) 4 176 000 km3 (10,882%).

HIDROSFERA

ATMOSFERA

Atmosfera terestră reprezintă masa de aer care înconjoară Pământul pe ogrosime de 3000 km.Masa totală a atmosferei este de 2,5×1019 t din care 9/10 se află întroposferă (altitudine între 0-16 km), iar în stratosferă, la altitudini mai maride 48 km se găseşte o cantitate foarte mică din această masă.Atmosfera este formată dintr-un amestec fizic de gaze elementare, gazerare şi substanţe compuse. Aceste componente au un rol ecologicdeterminant care acţionează în mod constant pozitiv sau negativ asuprabiocenozelor.Compoziţia atmosferei se modifică în altitudine.Dintre toate componentele atmosferei azotul şi oxigenul sunt singureleelemente gazoase care există la toate altitudinile. În partea inferioară segăsesc sub formă de molecule, iar în stratul superior se găsesc în stareatomică.Componenţii majori au o concentraţie de peste 1% (N2 78%, O2 20,95%) şidetermină masa moleculară medie a aerului.Componenţii în concentraţii de ordinul ppm şi ppb sunt gaze şi formedisperse de lichide şi solide (aerosoli).

atmosfera

Ecosistemele majore de pe Terra

• In biomul terestru:– Tundrele (tundrele cu arbuşti, tundrele cu subarbuşti, tundrele mezofile, tundrele xerofile şi tundrele cu muşchi)– Pădurile (păduri de conifere subarctice şi subalpine, păduri cu frunze căzătoare de climat temperat şi păduri pluviale ecuatoriale)– Deşerturile (Sahara, Namib, deşerturile sud şi nord americane)– Savanele (africane, sud asiatice şi australiene)

• In biomul acvatic:– Ecosistemele lentice (lacuri naturale, bălţi, mlaştini, turbării,lagune, lacuri artificiale, eleşteie şi iazuri) – Ecositemele lotice (pârâurile, râurile şi fluviile) – Apele subterane (ape vadoase, ape juvenile, ape de zăcământ,ape fosile, ape geotermale şi ape freatice de mică adâncime)

Pădure de molid(în nordul Angliei)

Pădure de conifere(în Suedia)

Pădure de conifere(în Cehia)

ECOSISTEME

Peisaj de stepă din Câmpia Română

Pădure de cactuşi în Deşertul Sonora

Pădure de eucalipt

ECOSISTEME

ECOSISTEME

Deşert din Arabia Saudită

ECOSISTEME

BIOSFERA

• Biosfera este formată din totalitatea biocenozelor terestre, subterane, acvatice şi constituie învelişul viu al Pământului.• Biosfera reprezintă o parte a sistemului terestru în care se dezvoltă viaţa şi care include:– atmosfera – pedosfera – hidrosfera• Aceasta reprezintă un univers colectiv de organisme şi specii foarte variate care formează diversitatea ecosistemului.• Din punct de vedere geofizic, biosfera reprezintă un sistem ecologic global care conţine toate elementele vii precum şi interacţiunile acestora cu elemente ale litosferei (rocile), ale hidrosferei (apa) şi atmosferei (aerul).• Cu toate acestea termenul biosferă este utilizat cu înţelesuri mult mai restrânse. Geochimiştii definesc biosfera ca suma totală a organismelor vii (de obicei numite biomasă sau biotă de către biologi şi ecologi). În acest sens biosfera reprezintă una dintre cele patru componente ale unui model geochimic:– biosfera – litosfera – hidrosfera – atmosfera• Biosfera se caracterizează printr-o mare diversitate de organisme. Biosfera este considerata suma tuturor ecosistemelor.• Globul terestru este considerat un sistem viu unitar - conceptul de bază al unei părţi moderne a ecologiei numită "ecologia planetară“

FACTORII DE DEGRADARE AI BIOSFEREI

• Principalul factor de degradare a biosferei este reprezentat de poluarea naturala sau artificiala a mediului• In societatea primitiva, ciclurile de materie si energie nu erau perturbate, de aceea capacitatea de autoepurare a apelor, aerului si solului functiona perfect• Sursele de perturbare a ecosistemelor in societatea moderna sunt:– scaderea continua a diversitatii biocenozelor in mediile exploatate de om; – intreruperea circuitului materiei in natura, prin cresterea cantitatii dedeseuri nebiodegradabile – modificarea fluxului de energie, prin utilizrea energiei date de consumul stocurilor de carbune si petrol

Biosfera

Biosfera