STRUCTURA ECOSISTEMELOR - structura trofica a ecosistemului

STRUCTURA ECOSISTEMELOR

Structura este o insusire esentiala, neseparabila de sisteme, ce reflecta in special anumite tipuri de relatii dintre elementele alcatuitoare.

Ecosistemele naturale care compun biosfera  prezinta structuri si functii extrem de complexe, adeseori greu de descifrat. Cele mai importante structuri sunt: spatiala, trofica si biochimica.

1. Structura trofica a ecosistemului

In cazul biocenozei, intre specii se stabilesc relatii di­ferite, dintre care relatiile privind hrana (relatiile trofice) ocupa un loc important. Speciile dintr-o biocenoza sunt depen­dente de hrana oferita de mediu (de baza trofica). Aceasta este constituita din cantitatea de substanta care patrunde si circu­la in interiorul sistemului realizand productia de biomasa.

Ansamblul de relatii trofice dintre speciile biocenozei constituie structura trofica a biocenozei.

Din punctul de vedere al modului de hranire, toate speciile unei biocenoze se impart in trei mari categorii functionale interdependente:

I. Producatorii primari sau speciile producatoare de substanta orga­nica din care fac parte in primul rand toate plantele verzi care, cu ajutorul clorofilei, convertesc energia solara in energia legaturilor chimice ale substantelor organice pe care le sintetizeaza din compusi anorganici ai biotopului (H₂O, CO₂, compusi cu azot, cu fosfor etc.). Din aceasta categorie mai fac parte bacteriile fotosintetizante si bacteriile chemosintetizante (sulfuroase, feruginoase).

II. Consumatorii reprezentati, prin toate animalele dintr-o biocenoza.

In functie de hrana consumata putem distinge:

1. consumatori primari sau consumatori de ordinul I, reprezentati prin animale fitofage, deci care se hranesc direct cu producatorii primari;

2. consumatori secundari sau de or­dinul II, reprezentati prin animale ce se hranesc cu cele fitofage;

3. consu­matori de ordinul III etc.

O pozitie aparte in categoria consumatorilor este ocupata de detrito­fagi, animale care se hranesc cu detritus organic (fragmente de material organic rezultat din faramitarea si descompunerea partiala a plantelor si animalelor moarte). Din aceasta grupare ecologica fac parte numeroase specii de viermi, rame, miriapode, crustacei, acarieni, insecte. Detritusul organic este alcatuit, in cea mai mare parte, din resturi vegetale care se descompun mai greu (celu­loza, lignina etc.).

O pozitie apropiata de a detritofagilor, din punctul de vedere al nutri­tiei, o ocupa animalele care se hranesc cu plante moarte (netransformate in detritus) si animalele necrofage Tot aici trebuie mentionat grupul saprofitelor - plante ce se hranesc cu resturi de plante (uneori si de animale) - din care fac parte, de pilda, ciupercile.

Toate aceste grupe, prin modul 1or de hranire, grabesc fragmentarea si descompunerea materialului organic vegetal sau animal.

III. Descompunatorii sunt reprezentati mai ales prin bacterii si fungi care degradeaza substantele organice provenite din cadavre, din excrete sau alte deseuri. Dupa mai multe etape succesive, fiecare etapa fiind determinata de anumite grupe de bacterii sau fungi, sunt eliberate elementele minerale continute in substantele organice. Acest proces poarta numele de mineralizare Intr-un fel, este reversul procesului de fotosinteza.

Gruparile de specii, despartite de producatorii primari prin acelasi numar de trepte si indeplinind aceeasi functie trofica, poarta numele de nivel trofic

Plantele verzi, deci producatorii primari, reprezinta primul nivel tro­fic. Consumatorii primari (animale fitofage) ca si detritofagii reprezinta al doilea nivel trofic, consumatorii secundari (de ordinul II) - al treilea nivel trofic etc. Speciile din niveluri trofice diferite, legate intre ele prin relatii de nutritie constituie lanturi trofice (fig. 1). Lanturile trofice reprezinta caile prin care se produce transferul de substanta si energie in orice ecosistem. Exemplu de lant trofic: iarba – iepuri – vulpi.

ANALIZA: Geomorfologia climatica – caracteristici generale ANALIZA: Masivul gilau-muntele mare - elemente fizico-geografice

Fig. 1. Schema cea mai simpla a unui lant trofic complet (Odum, 1975)

Examinand structura lanturilor trofice constatam ca numarul verigilor de cele mai multe ori nu depaseste 5-6. Sunt doua cauze esentiale care limiteaza numarul verigilor din lanturile trofice: in primul rand, un consumator nu poate consuma hrana sa in intregime deoarece aceasta ar duce la propria sa pieire; existenta consumatorului este conditionata de posibilitatea de refacere a hranei. In al doilea rand, admi­tand ca din partea consumata in medie cam 9/10 sunt pierdute prin chel­tuieli energetice si doar 1/10 contri­buie la cresterea biomasei consumatorului dat care, deci, devine disponibila pentru veriga urmatoare. Apare clar ca, pe masura ce inaintam spre var­ful lantului trofic, animalele dispun de resurse tot mai putine, trebuie sa desfasoare o activitate tot mai intensa pentru a-si satisface necesitatile nutritive.

Structura trofica a ecosistemelor ne arata ca un animal carnivor sau omnivor, care se afla in varful piramidei trofice, pentru a trai in bune conditii trebuie sa exploreze un spatiu de circa o mie pana la un milion de ori mai mare, decat un producator primar. Pentru acest motiv numarul de indivizi vegetali pe unitatea de suprafata este covarsitor fata de numarul animalelor care se pot hrani pe seama vegetatiei.

Orice crestere a populatiilor de erbivore peste proportia legica admisa de piramida trofica duce la deteriorarea ecosistemelor prin distrugerea vegetatiei. In conditiile naturale un astfel de proces nu este posibil fiindca efectivele populatiilor de erbivore sunt supuse mai multor controale ecologice, intre care controlul prin carnivore joaca un rol important. Numarul carnivorelor de asemenea, nu poate creste peste masura fiindca ele s-ar afla in situatia de a-si distruge propria resursa alimentara. Controlul carnivorelor se realizeaza prin scaderea nasterilor si prin epidemii care elimina indivizii subalimentati.

Erbivorele domesticite sunt singurele animale scoase de sub controlul exercitat de reteaua trofica a ecosistemelor naturale. Inmultirea lor excesiva poate conduce, prin suprapasunat, la distrugerea ecosistemelor seminaturale (a pajistilor) prin fenomene de dezechilibru dintre productia vegetala, consumul ei sporit si micsorarea posibilitatilor de regenerare a vegetatiei. Rezultatul este degradarea biotopurilor respective, de regula prin eroziune, ca rezultat al suprapasunatului.

Lantu­rile trofice, cu cat sunt mai scurte, cu atat sunt mai productive.

Lanturile trofice nu sunt simple si nici izolate unele de altele. De exemplu, cele mai multe animale fitofage consuma diferite specii de plante si, la randul lor, cad prada diferitelor animale carnivore, facand parte, deci, din mai multe lanturi trofice. Astfel, lanturile trofice apar interconectate, alcatuind retelele trofice.

Structura trofica a ecosistemelor a fost descrisa pentru prima data cantitativ de catre ecologul englez ELTON (1927). Pentru acest motiv reprezentarea succesiva a nivelurilor trofice dintr-un ecosistem sub forma unei piramide se numeste in ecologie piramida trofica sau piramida eltoniana.

Fig. 2. Piramidele eltoniene (Strahler, 1974)

Astfel, numarul de indivizi descreste pe masura ce se trece de la producatori la consumatorii primari, secundari si tertiari.. Reprezentand grafic pe un sistem de axe rectangulare, pe ordonata notand nivelurile trofice iar pe abscisa numarul de indivizi, apare o piramida numita piramida numerica.

Daca se inregistreaza biomasa (cantitatea de substanta organica acumulata intr-o perioada de timp si existenta la un moment dat) nivelurilor trofice succe­sive, rezulta piramida biomaselor: producatorii (plantele verzi) cu biomasa cea mai mare urmati de consumatorii primari (erbivorele, fitofagii), consuma­torii secundari (carnivorele sau zoofagii de ordinul I) si cei tertiari (carnivorele sau zoofagii de ordinul II) sa fie cantitatea cea mai mica de biomasa.

Daca se ia in considerare energia potentiala existenta (stocata) la fiecare nivel trofic, rezulta piramida energiei sau piramida energetica, datorita pe de o parte pierderilor de biomasa precum si datorita pierderilor energetice (consumu­rilor) necesare pentru procurarea, consumarea si digerarea hranei (fig. 2)

2. Structura biochimica a ecosistemelor

Sub aspect biochimic, biocenoza se prezinta ca un sistem de canale prin care circula metaboliti de la un organism la altul, de la biocenoza la biotop. Cea mai mare parte din produsii metabolici circula prin reteaua trofica, iar o fractiune redusa este eliminata in biotop, de unde este receptionata selectiv de catre populatiile biocenozei.

Cand metabolitii sunt secretati de plante poarta denumirea de substante alelopatice,iar cand sunt secretati de animale, se numesc feromoni sau  alomoni.

Organismele ce sintetizeaza si elimina substante alelopatice se numesc emitatoare sau donatoare, iar cele care recepteaza acesti metaboliti se numesc receptoare sau acceptoare

In lumea vie exista mai multe tipuri de interactiuni biochimice, dintre care amintim:

a) Interactiuni biochimice in lumea plantelor superioare

Antagonismele se manifesta cand colinele secretate de unele plante superioare inhiba dezvoltarea altor plante superioare. De exemplu nucul (Juglans nigra) inhiba dezvoltarea cartofilor, tomatelor, lucernei etc., datorita juglonului (toxina) eliminat de partile verzi ale plantelor.

Se fac cercetari privind extragerea si sinteza pe scara larga a unor erbicide de origine vegetala (de la plante care contin coline) sau la crearea de soiuri de plante cultivate care sa elimine in mediu coline impotriva buruienilor.

Sinergismele reprezinta o stimulare reciproca a doua specii ce cresc impreuna. Colinele secretate de unele plante au efect pozitiv, stimulator asupra altora, cu care convietuiesc Exemplu: varza creste mai bine in amestec cu tomatele; gramineele cresc mai bine in amestec cu leguminoasele etc.

Actiunea sinergica se manifesta si prin profilaxia unilaterala sau reciproca fata de boli si daunatori. Exemplu: cultura intercalata de morcov cu praz impiedica depunerea oualor de musculita morcovului cat si a mustei cepei.

b) Interactiuni biochimice la animale

La animale, substantele metabolice secundare elaborate cu rol in relatiile intraspecifice se numesc feromoni, iar in relatiile interspecifice, alomoni. Acesti metaboliti indeplinesc diverse functii:

Feromonii de atractie a sexelor sunt bine studiati la insecte, asigurand intalnirea celor doua sexe in vederea reproducerii. Fenomenul este utilizat in lupta integrata (capcane feromonale).

Feromonii de marcare sunt utilizati pentru insemnarea puilor, a teritoriului, a surselor de hrana (ex.: la albine si furnici asigura accesul rapid al intregii colonii la aceste surse).

Feromonii de agregare sunt specifici unor insecte (lacuste, gandaci de scoarta), determinand formarea de colonii cu dimensiuni optime pentru reproducere si pentru folosirea hranei.

Feromonii de alarma determina reactii de aparare la ceilalti indivizi din populatia sa.

Alomonii au rol de aparare sau de atac impotriva altor specii. Exemplu: albine, viespi, serpi etc.

e) Interactiuni biochimice plante - animale fitofage

Intre plante (producatori primari) si animalele fitofage exista atat interrelatii trofice, cat si biochimice.

Plantele elaboreaza in procesul metabolic un numar mare de compusi toxici (alcaloizi, glicozizi, saponine etc.) cu rol in limitarea atacului fitofagilor. Fitofagii, la randul lor, elaboreaza produsi care neutralizeaza (antitoxine) metabolitii plantelor. Plantele elimina noi toxine si astfel, insectele fitofage acumuleaza gene care le fac rezistente fata de toxinele vegetale. Daca planta gazda si daunatorul convietuiesc in aceleasi ecosisteme se stabileste o stare de echilibru intre planta si fitofag Contactul unei plante cu un fitofag nou fata de care nu are mijloace de aparare poate duce la disparitia sa (ex.: vita de vie europeana cu filoxera Phyloxera vastatrix).        

Un alt mijloc chimic de aparare a plantelor contra daunatorilor fitofagi il reprezinta producerea de hormoni juvenili ai insectelor. Dupa cum se stie dezvoltarea unei insecte este controlata prin doua categorii de hormoni antagonisti : hormoni juvenili care mentin stadiul larvar si hormoni de naparlire (ecdizoni) care declanseaza naparlirile si determina dezvoltarea structurilor insectei adulte. Astfel, la unele ferigi (Polypodium vulgare) si gimnosperme (Taxus baccata) s-au descoperit cantitati de ecdizoni in cantitate mult mai mare decat la insecte. Acestia fitoecdizoni produc la insecte grave anomalii in crestere si dez­voltare, ducand in final la sterilitate si moarte prernatura. Plantele, mai ales gimnospermele, au elaborat un mijloc eficace de apa­rare, ca raspuns la pericolul pe care-1 reprezinta insectele. Probabil aceasta face ca gimnospermele sa nu fie consumate de prea multi fitofagi. Dar, unele insecte au reusit sa depaseasca aceasta bariera - fitohormoriii con­sumati fiind detoxificati in corpul larvelor.