Home > Documents > Ecologie şi Protecţia Mediului. [Ecology and Environmental Protection]

Ecologie şi Protecţia Mediului. [Ecology and Environmental Protection]

Date post: 09-Dec-2016
Category:
Author: voquynh
View: 227 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
Embed Size (px)
of 242 /242
Program postuniversitar de conversie profesională pentru cadrele didactice din mediul rural ECOLOGIE ŞI PROTECŢIA MEDIULUI Dan COGĂLNICEANU Specializarea BIOLOGIE Forma de învăţământ ID - semestrul IV 2007
Transcript
  • Toi copiii din mediul rural trebuie s mearg mai departe!

    Tu i poi ajuta!

    Toi copiii din mediul rural trebuie s mearg mai departe!

    Tu i poi ajuta!Program cofinanat de Guvernul Romniei, Banca Mondial i comunitile rurale.

    Unitatea de Management a Proiectului pentru nvmntul Rural

    Str. Spiru Haret nr. 10-12, etaj 2,sector 1, cod potal 010176, Bucureti

    Tel: 021 305 59 99Fax: 021 305 59 89

    http://rural.edu.roe-mail: [email protected]

    Ministerul Educaiei i Cercetrii

    ISBN 00 000-0-00000-0;ISBN 00 000-000-0-00000-0.

    EC

    OLO

    GIE

    I

    PR

    OT

    EC

    IA

    ME

    DIU

    LU

    ID

    an

    CO

    G

    LN

    ICE

    AN

    U

    Program postuniversitar de conversie profesionalpentru cadrele didactice din mediul rural

    ECOLOGIE I PROTECIA MEDIULUI

    Dan COGLNICEANU

    Specializarea BIOLOGIE

    Forma de nvmnt ID - semestrul IV

    20

    07

    2007

  • Ministerul Educaiei i Cercetrii Proiectul pentru nvmntul Rural

    BIOLOGIE

    Ecologie i Protecia Mediului

    Dan COGLNICEANU

    2007

  • 2007 Ministerul Educaiei i Cercetrii Proiectul pentru nvmntul Rural Nici o parte a acestei lucrri nu poate fi reprodus fr acordul scris al Ministerului Educaiei i Cercetrii

    ISBN 978-973-0-04811-7

  • Cuprins

    Proiectul pentru nvmnt Rural i

    CUPRINS Introducere...................................................................................................................... v-x Unitatea de nvare 1 Obiectivele unitii de nvare 1.......................................................................................... 1 Informaii generale despre evaluare .................................................................................... 1 1.1 Dezvoltarea ecologiei ca tiin ..................................................................................... 2 1.2 Problema metodologic ................................................................................................. 5 1.3 Teoria sistemelor aplicat n ecologie ........................................................................... 6 1.4 Caracterul antientropic al sistemelor vii ......................................................................... 8 1.5 Categorii ierarhice n lumea vie ..................................................................................... 9 1.6 Scara spaio-temporal................................................................................................ 15 Rspunsuri i comentarii la testele de autoevaluare ......................................................... 18 Bibliografie......................................................................................................................... 18 Lucrarea de verificare 1..................................................................................................... 19 Unitatea de nvare 2 Obiectivele unitii de nvare 2........................................................................................ 22 Informaii generale despre evaluare .................................................................................. 22 2.1 Populaia ca nivel de organizare.................................................................................. 23 2.2 Mrimea populaiei ...................................................................................................... 24 2.3 Structura pe vrste ...................................................................................................... 31 2.4 Distribuia n spaiu ...................................................................................................... 31 2.5 Dispersia...................................................................................................................... 34 2.6 Structura genetic ....................................................................................................... 37 Rspunsuri i comentarii la testele de autoevaluare ......................................................... 37 Bibliografie......................................................................................................................... 38 Unitatea de nvare 3 Obiectivele unitii de nvare 3........................................................................................ 39 Informaii generale despre evaluare .................................................................................. 40 3.1 Biotopul........................................................................................................................ 40 3.2 Legea toleranei........................................................................................................... 45 3.3 Clasificarea factorilor abiotici ....................................................................................... 47 3.4 Prezentarea comparativ a principalelor medii de via .............................................. 49 3.5 Biocenoza .................................................................................................................... 54 3.6 Nia ecologic ............................................................................................................. 55 3.7 Caracteristicile structurale ale biocenozei.................................................................... 61 3.8 Relaiile interspecifice .................................................................................................. 64 3.9 Structura trofic a biocenozei ...................................................................................... 66 Rspunsuri i comentarii la testele de autoevaluare ......................................................... 71 Bibliografie......................................................................................................................... 72 Lucrarea de verificare 2..................................................................................................... 73

  • Cuprins

    ii Proiectul pentru nvmnt Rural

    Unitatea de nvare 4 Obiectivele unitii de nvare 4 ........................................................................................77 Informaii generale despre evaluare...................................................................................78 4.1 Caracteristicile funcionale ale ecosistemului ...............................................................78 4.2 Funcia energetic a ecosistemului ..............................................................................80 4.2.1 Producia primar......................................................................................................82 4.2.2 Producia secundar .................................................................................................84 4.3 Caracterizarea fluxului de energie ...............................................................................87 4.4 Circuite biogeochimice .................................................................................................89 4.4.1 Circuitul hidrologic.....................................................................................................91 4.4.2 Circuitul carbonului ......................................................................................................... 92 4.5 Rolul funcional al speciilor din biocenoz....................................................................94 4.6 Succesiunea ecologic................................................................................................96 4.6.1 Caracterizare general..............................................................................................96 4.6.2 Caracteristicile succesiunii ecologice ........................................................................99 4.6.2.1 Modificri structurale ............................................................................................100 4.6.2.2 Modificri energetice ............................................................................................102 4.6.2.3 Modificri informaionale ......................................................................................105 4.6.3 Succesiunea ecologic la nivelul unui lac ..............................................................105 4.6.4 Relaiile ntre ecosisteme nvecinate aflate n stadii succesionale diferite ..............107 Rspunsuri i comentarii la testele de autoevaluare........................................................108 Bibliografie .......................................................................................................................109 Unitatea de nvare 5 Obiectivele unitii de nvare 5 ......................................................................................110 Informaii generale despre evaluare.................................................................................111 5.1 Ecosfera.....................................................................................................................111 5.2 Formarea ecosferei ....................................................................................................112 5.3 Fluxul de energie la nivelul ecosferei .........................................................................114 5.3.1 Stratul de ozon .......................................................................................................118 5.3.2 Efectul de ser .......................................................................................................120 5.4 Formarea sistemului socio-economic uman...............................................................122 5.5 Structura sistemului socio-economic uman................................................................123 5.6 Caracteristicile dezvoltrii sistemului socio-economic uman......................................126 5.7 Principalii factori destabilizatori ai sistemului socio-economic uman..........................128 5.7.1 Explozia demografic..............................................................................................128 5.7.2 Diferenele ntre rile bogate i cele srace ...........................................................131 5.8 Dezvoltarea economic i mediul ..............................................................................132 5.9 Cile de deteriorare a naturii ......................................................................................133 Rspunsuri i comentarii la testele de autoevaluare........................................................135 Bibliografie ......................................................................................................................136 Lucrarea de verificare 3 ...................................................................................................137

  • Cuprins

    Proiectul pentru nvmnt Rural iii

    Unitatea de nvare 6 Obiectivele unitii de nvare 6...................................................................................... 141 Informaii generale despre evaluare ................................................................................ 142 6.1 Poluarea caracteristici generale ............................................................................. 142 6.2 Poluarea aerului ........................................................................................................ 144 6.2.1. Ploile acide ............................................................................................................ 146 6.3 Poluarea cu pesticide ................................................................................................ 147 6.4 Reducerea polurii .................................................................................................... 149 6.5 Supraexploatarea resurselor ..................................................................................... 151 6.5.1 Suprapescuitul........................................................................................................ 151 6.5.2 Supraexploatarea resursei de ap................................................................................ 157 6.6 Fragmentarea ecosistemelor naturale ....................................................................... 160 6.6.1 Cauzele fragmentrii............................................................................................... 160 6.6.2 Fragmentare i eterogenitate.................................................................................. 161 6.6.3 Consecinele fragmentrii ....................................................................................... 163 6.6.4 Combaterea efectelor fragmentrii ........................................................................ 166 6.7 Introducerea de specii noi ................................................................................................ 168 6.7.1 Ci de introducere ......................................................................................................... 170 6.7.2 Efectele ptrunderii unei specii noi ............................................................................... 171 6.7.3 Ci de remediere ........................................................................................................... 174 6.8 Poluarea genetic...................................................................................................... 175 6.8.1 Geneza diversitii genetice a speciilor domesticite................................................ 177 6.8.2 Principalele categorii de organisme modificate genetic .......................................... 179 6.8.3 Pericole poteniale asociate eliberrii organismelor modificate genetic n mediu ... 180 6.8.4 Efecte socio-economice.......................................................................................... 182 Rspunsuri i comentarii la testele de autoevaluare ....................................................... 183 Bibliografie....................................................................................................................... 184 Unitatea de nvare 7 Obiectivele unitii de nvare 7...................................................................................... 185 Informaii generale despre evaluare ................................................................................ 186 7.1 Bunurile i serviciile furnizate de natur .................................................................... 186 7.1.1 Amprenta ecologic ................................................................................................ 188 7.1.2 Resursele naturale.................................................................................................. 190 7.1.3 Valoarea economic a capitalului natural ............................................................... 192 7.1.4 Evaluarea economic global a bunurilor i serviciilor ecologice ........................... 195 7.2 Conservarea naturii ................................................................................................... 196 7.2.1 Caracteristicile conservrii naturii ................................................................................. 197 7.2.2 Conservarea axat pe specii .................................................................................. 198 7.2.3 Metode utilizate n conservare................................................................................ 201 7.2.4 Stabilirea prioritilor n conservare ........................................................................ 205 7.2.5 Listele Roii ............................................................................................................ 209 7.2.6 Instrumente n procesul decizional din conservare ................................................. 210 7.3 Reconstrucia ecologic............................................................................................. 212 7.4 Arii protejate............................................................................................................... 216 7.4.1 Rezervaii ale biosferei ........................................................................................... 219

  • Cuprins

    iv Proiectul pentru nvmnt Rural

    7.5 Legislaia de mediu n Romnia.................................................................................221 Rspunsuri i comentarii la testele de autoevaluare........................................................223 Bibliografie .......................................................................................................................224 Lucrarea de verificare 4 ...................................................................................................225 Bibliografie general recomandat ..............................................................................228

  • Introducere

    Proiectul pentru nvmnt Rural v

    INTRODUCERE

    Cursul de Ecologie i Protecia Mediului face parte din structura modulului de discipline de specialitate aplicative din semestrul 4. Cursul dezvolt competene specifice, contribuind la formarea profesional a cursanilor bazndu-se pe principiul seleciei i al ierarhizrii culturale. Este gndit conform principiilor funcionalitii i coerenei, bazndu-se pe cunotinele interdisciplinare dobndite anterior la disciplinele de Zoologie, Botanic, Chimia sistemelor vii, Fiziologia plantelor i Fiziologia animalelor din pachetul de specialitate. Cursul urmrete, concomitent cu prezentarea i introducerea unor cunotine i informaii noi, o integrare pe orizontal i pe vertical a acestora. Ofer la rndul su baza pentru modulul opional de Biodiversitate i evoluionism.

    Competene Competenele ce urmeaz a fi dobndite i dezvoltate prin programul de pregtire specific al acestui modul se pot ncadra n trei mari categorii:

    1. Cunoatere i nelegere

    Asimilarea i utilizarea corect a termenilor, conceptelor i principiilor

    specifice ecologiei.

    Dezvoltarea capacitii de a interpreta i analiza proprietile structurale i funcionale ale sistemelor biologice i ecologice.

    2. Abiliti intelectuale

    Utilizarea cunotinelor dobndite pentru nelegerea unor probleme de mediu de interes global cum sunt efectul de ser, epuizare rezervelor de hran, subierea stratului de ozon, penuria de ap potabil, supraexploatarea resurselor. nelegerea acestora implic i o schimbare de atitudine n raport cu problemele zilnice, cum sunt strategiile de consum i de reciclare.

    Transferul i aplicarea cunotinelor n contexte noi cum sunt cele

    oferite de agricultura ecologic, combaterea integrat a duntorilor agricoli, exploatarea durabil a resurselor forestiere, protecia mediului nconjurtor, reconstrucia terenurilor degradate i sntatea uman.

    Capacitatea de a analiza critic problemele de mediu i relaiile acestora cu activitile umane, n special n perspectiva complexitii i incertitudinii acestor interaciuni.

    Capacitatea de a evalua i analiza critic politicile i strategiile de mediu.

  • Introducere

    vi Proiectul pentru nvmnt Rural

    3. Abiliti transferabile i caliti personale

    Contientizarea importanei unei abordri responsabile n relaiile

    dintre sistemul socio-economic uman si componentele capitalului natural i sensibilizarea la problemele actuale de mediu.

    Promovarea unui nou sistem de valori, bazat pe recunoaterea importanei componentelor ierarhiei sistemelor ecologice n generarea de bunuri i servicii vitale pentru existena sistemului socio-economic uman. Familiarizarea cu legislaia actual de mediu.

    Capacitatea de a comunica efectiv asupra unor probleme de mediu.

    Structurarea modulului

    Modulul este alctuit din 7 uniti de nvare, corespunztoare obiectivelor educaionale propuse. Fiecare unitate de nvare este structurat dup un plan similar, avnd urmtoarele componente:

    Cuprinsul unitii de nvare

    Obiectivele unitii de nvare, cu accent pe competenele specifice

    Seciunile specifice

    Teste de autoevaluare, ce verific modul de nsuire al cunotinelor

    Rspunsuri i comentarii la testele de autoevaluare de pe parcursul unitii de nvare

    Bibliografia recomandat pentru aprofundarea cunotinelor. Au fost selectate preponderent publicaii romneti, ct mai recente de preferin, cu accesibilitate mare. n text sunt inserate, acolo unde este cazul, casete cu definiia termenilor i conceptelor noi, scrise cu caractere italice. De asemenea, sunt incluse cadre cu exemple ce completeaz noiunile prezentate n textul de baz. Pe ct posibil, sunt incluse grafice, figuri i tabele care s faciliteze nelegerea i asimilarea cunotinelor prezentate. Bibliografia de la sfritul fiecrei uniti indic i capitolele sau paginile indicate a fi citite pentru aprofundarea cunotinelor. Am fcut frecvent n text referiri la seciunile cu care se pot face conexiuni, pentru a facilita asimilarea cunotinelor. Este recomandabil ca s recitii pasajele la care se fac trimiteri pentru o mai bun structurare a cunotinelor.

  • Introducere

    Proiectul pentru nvmnt Rural vii

    Coninutul cursului

    V voi prezenta pe scurt coninutul fiecrei uniti de nvare (UI), corespunztor competenelor specifice ce se urmresc a fi formate.

    n prima unitate de nvare voi prezenta modul n care a evoluat ecologia ca tiin n timp, n raport cu schimbrile scrii de valori umane i a rolului societii umane n cadrul ecosferei. Sunt prezentate pe scurt principalele abordri metodologice din domeniul ecologiei. Accentul este pus pe metoda sistemic care este prezentat pe larg n scopul familiarizrii cu acest mod de abordare logic i coerent. V vor fi prezentate pe larg dou concepte fundamentale ale metodei sistemice, conceptul de organizare, ce include structur i funcii, precum i conceptul de ierarhie. Structura ierarhic a sistemelor reprezint unul din conceptele de baz ale acestui curs. Structurarea cursului se face tocmai n raport cu aceste ierarhii, pornind de la ierarhia sistemelor biologice (de la nivelul populaiei la biocenoz i biosfer) i apoi la ierarhia sistemelor ecologice (de la ecosistem la ecosfer i sistemul socio-economic uman). Un alt aspect esenial pentru o bun nelegere a proceselor i fenomenelor ecologice l reprezint scara spaio-temporal. Dup parcurgerea acestei uniti de nvare vei fi familiarizai cu noiunile de baz i cu logica structurrii acestui curs. Este esenial o bun nelegere a conceptelor prezentate aici pentru a putea parcurge cu succes restul cursului. A doua unitate de nvare prezint nivelul populaional. Populaia este primul nivel al ierarhiei organizatorice studiat n cadrul ecologiei. Obiectivul acestei uniti de nvare este caracterizarea poziiei populaiei n ierarhia organizatoric. Pentru aceasta voi aplica principiile ecologiei sistemice enunate n unitatea de nvare 1. Ne vom axa pe nelegerea poziiei unui sistem n cadrul ierarhiei de sisteme i a relaiilor pe care le stabilete cu subsistemele componente i cu sistemul integrator. Voi caracteriza populaia ca sistem de sine stttor i populaia ca subsistem al biocenozei i respectiv ecosistemului. Populaia ca sistem are o anumit structur, iar aceasta va fi caracterizat prin mrimea populaiei, structura pe vrste, structura genetic i distribuia n spaiu. Voi prezenta o serie de parametrii structurali ce caracterizeaz o populaie i determin dinamica ei n timp: rata intrinsec de cretere, capacitatea de suport, potenialul de dispersie. Dup parcurgerea acestei uniti, cursantul va putea caracteriza structural o populaie i va putea estima dinamica ei n timp. n acelai timp, noiunile prezentate reprezint exemple concrete a modului cum aplicm principiile ecologiei sistemice prezentate n unitatea de nvare 1. Acest lucru va facilita trecerea la nivelele de organizare superioare (biocenoza, ecosistemul, ecosfera), cu complexitate sporit, unde gradul de abstractizare este mai ridicat.

    n a treia unitate de nvare este prezentat biocenoza, ca sistem component al ecosistemului. Practic din acest moment vom discuta despre ierarhia sistemelor ecologice. n aceast unitate vom analiza caracteristicile structurale ale ecosistemului, alctuit dintr-o component

    UI 1

    UI 2

    UI 3

  • Introducere

    viii Proiectul pentru nvmnt Rural

    nevie numit biotop i biocenoza, precum i interconexiunile dintre acestea. ntr-o prim etap vom prezenta structura biotopului, caracteriznd factorii abiotic dup periodicitate i amplitudine. Prezentarea n detaliu a legii toleranei ne va permite apoi o nelegere mai detaliat a niei trofice. Voi insista pe prezentarea comparativ a celor trei medii de via: terestru, acvatic marin i acvatic dulcicol. n continuare voi prezenta structura biocenozei, insistnd pe poziia populaiei n biocenoz, respectiv pe nia ecologic. Complexitatea structural a biocenozei va fi caracterizat prin relaiile interspecifice. Structura trofic a biocenozei este ultimul aspect abordat n aceast unitate de nvare, nelegerea acesteia este esenial pentru trecerea la unitatea de nvare urmtoare. n a patra unitate de nvare este prezentat modul n care ecosistemul realizeaz schimbul de materie, energie i informaie cu mediul nconjurtor. Pornind de la cunotinele acumulate n unitatea de nvare 3, respectiv structura trofic a biocenozei, vei nva cum asigur aceasta transferul de energie i materie prin ecosistem. V vei familiariza cu legitile care guverneaz fluxul de energie la nivelul ecosistemului, precum i cu deosebirile dintre producia primar i producia secundar. Circuitul materiei v va fi prezentat n continuare, noiunile fiind necesare de asemenea pentru nelegerea impactului antropic (unitatea de nvare 5) i a problemelor legate de poluare (unitatea de nvare 6). Caracterizarea ecosistemului se va ncheia cu prezentarea procesului de succesiune ecologic. Aceasta reprezint procesul de dezvoltare al ecosistemelor i apeleaz majoritatea noiunilor prezentate pn acum, de aceea este o component esenial a cursului. Unitatea de nvare 5 prezint cel mai complex nivel din ierarhia sistemelor ecologice: ecosfera. Bazndu-m pe cunotinele dobndite anterior referitor la succesiunea ecologic, voi prezenta pe scurt geneza ecosferei, respectiv apariia i dezvoltarea vieii pe Pmnt. Dintre funciile realizate voi prezenta n detaliu fluxul de energie la nivelul ecosferei i rolul atmosferei n medierea acestuia. n continuare vom discuta despre sistemul socio-economic uman, ca subsistem al ecosferei, component a ierarhiei sistemelor ecologice. Structura, formarea i caracteristicile dezvoltrii sistemului socio-economic uman sunt prezentate mpreun cu cauzele responsabile. Impactul dezvoltrii sistemului socio-economic uman asupra componentelor ecosferei este cauzat de o multitudine de cauze iar consecinele sunt deosebit de grave. n unitatea de nvare 6 este discutat pe larg impactul antropic asupra ecosistemelor naturale. Dei voi ncepe cu caracterizarea polurii, vreau s subliniez nc o dat c, dei impactul acesteia este important, nu este unicul mod n care sistemul socio-economic uman agreseaz ecosfera. Pe lng poluare, mai sunt discutate o serie de alte ci de deteriorare i distrugere a ecosistemelor naturale. Dintre acestea voi prezenta supraexploatarea resurselor, utiliznd ca studiu de caz suprapescuitul oceanic, fragmentarea ecosistemelor naturale i introducerea de specii noi. Voi ncheia cu un subiect deosebit de actual

    UI 4

    UI 5

    UI 6

  • Introducere

    Proiectul pentru nvmnt Rural ix

    i de controversat, respectiv introducerea organismelor modificate genetic n mediu. n final, cursantul trebuie s fie suficient de bine informat pentru a avea o opinie personal bine fundamentat i argumentat.

    Unitatea de nvare 7 se refer la conservarea i utilizarea durabil a naturii. ntr-o prim seciune sunt prezentate bunurile i serviciile furnizate de natur, pentru a sublinia nc o dat, necesitatea conservrii ecosferei, care este sistemul suport al vieii. Evaluarea economic a acestor bunuri i servicii furnizate este necesar n orice strategie de conservare pe termen mediu i lung. Din multitudinea tehnicilor i metodelor utilizate pentru conservarea naturii sunt prezentate ntr-o prim faz cele axate pe conservarea speciilor. Resursele limitate disponibile pentru conservare necesit o ierarhizare a activitilor necesare n ordinea prioritilor, n vederea optimizrii modului cum sunt gestionate resursele disponibile. Sunt prezentate n continuare managementul adaptativ i abordarea ecosistemic, ca instrumente ce ajut procesul decizional n conservare. ntruct o serie de sisteme ecologice au fost i sunt deja distruse sau deteriorate, este necesar refacerea acestora, proces asigurat de reconstrucia ecologic. n final, sunt prezentate aspecte legate de ariile protejate, de modul de stabilire i gestionare a acestora, precum i principalele coordonate ale legislaiei de mediu din Romnia.

    Modul de evaluare al cunotinelor

    Procesul de evaluare al gradului de asimilare al cunotinelor prezentate i de atingere al obiectivelor propuse, cuprinde trei modaliti distincte. Prima se bazeaz pe testele de autoevaluare, asociate direct cu procesul de nvare, distribuite relativ uniform pe tot parcursul unitilor de nvare. Acestea v permit testarea nivelului de nelegere i asimilare al cunotinelor, datorit rspunsurilor oferite la sfritul fiecrei uniti de nvare. V recomand ca atunci cnd rspunsurile sunt greite s parcurgei din nou seciunile respective. V recomand s nu trecei la o seciune sau unitate de nvare nou, n condiiile n care nu ai rspuns corect la testele de autoevaluare. A doua evaluare se realizeaz prin intermediul celor patru lucrri de verificare: prima lucrare la sfritul unitii de nvare 1, a doua acoperind materia parcurs n unitile de nvare 2 i 3, a treia acoperind materia parcurs n unitile de nvare 4 i 5, iar ultima referindu-se la materia parcurs n unitile de nvare 6 i 7. Fiecare lucrare de verificare va fi punctat cu 100 puncte. Ultima este evaluarea final, pe baza unui examen susinut n prezena examinatorului. Lucrrile de verificare vor fi transmise tutorelui la datele stabilite de acesta. Notarea lucrrilor de verificare se face de tutore. Ponderea lucrrilor de verificare va fi de 50% din nota final, astfel: lucrarea de verificare numrul 1 reprezint 5%, iar celelalte trei lucrri cte 15%. Nota la evaluarea final va reprezenta 50% din nota final.

    UI 7

  • Introducere

    x Proiectul pentru nvmnt Rural

    Testele de autoevaluare ct i lucrrile de verificare constau din combinaii de tipuri de exerciii:

    Teste cu complement simplu i multiplu: acestea conin enunuri cu unul sau mai multe rspunsuri corecte din variantele oferite. Tot n aceast categorie intr i testele n care un enun trebuie caracterizat prin adevrat sau fals.

    Teste de asociere simpl, prin care se solicit asocierea corect a dou categorii de noiuni.

    Teste de completat, unde ntr-o fraz sunt deliberat omise cuvinte cheie care trebuie completate de cursant.

    ntrebri cu rspunsuri de tip eseu, pentru elaborarea crora nu trebuie s se depeasc 500 de cuvinte. Uneori este prezentat un tabel sau o figur, care trebuie interpretat sau analizat. n final, o importan deosebit o are comunicarea dintre tutore i student. Este necesar ca la nceputul cursului s se stabileasc modalitile de comunicare i datele la care se vor realiza evalurile periodice precum i evaluarea final. Accesul la bibliografia suplimentar sau la internet este util pentru consolidarea cunotinelor.

  • Structura ierarhic a sistemelor biologice i ecologice

    Proiectul pentru nvmnt Rural 1

    Unitatea de nvare 1 Structura ierarhic a sistemelor biologice i ecologice Cuprins

    Obiectivele unitii de nvare 1 1Informaii generale despre evaluare 1 1.1 Dezvoltarea ecologiei ca tiin 2 1.2 Problema metodologic 5 1.3 Teoria sistemelor aplicat n ecologie 6 1.4 Caracterul antientropic al sistemelor vii 8 1.5 Categorii ierarhice n lumea vie 9 1.6 Scara spaio-temporal 15Rspunsuri i comentarii la testele de autoevaluare 18Bibliografie 18Lucrarea de verificare 1 19

    Obiectivele unitii de nvare 1 Dup parcurgerea acestei uniti de nvare, trebuie s fii capabili s:

    Asimilai i s utilizai corect i n context termenii, conceptele i principiile de baz din ecologie;

    Operai cu noiunea de sistem i cea de structur ierarhic; Utilizai corect conceptul de entropie pentru caracterizarea sistemelor vii; Avei o percepie clar asupra scrii spatio-temporale; Utilizai cu uurin elementele teoriei sistemice, ca baz pentru nelegerea noiunilor

    ce vor fi prezentate n unitile de nvare ulterioare. Informaii generale despre evaluare nsuirea cunotinelor i conceptelor prezentate pe parcursul acestei uniti de nvare trebuie verificat pe baza celor apte teste de autoevaluare distribuite pe parcurs. Rspunsurile la aceste teste sunt prezentate la sfritul unitii mpreun cu indicaii privind seciunile ce trebuie recitite n caz ca nu ai rspuns corect. Dac nu ai rspuns corect este necesar s reluai din nou seciunea respectiv i apoi s revenii asupra rezolvrii testelor. Unele dintre testele de autoevaluare sunt foarte simple iar rspunsul lor este evident n text. Alte teste sunt mai complexe i necesit o bun integrare a cunotinelor obinute. Parcurgerea cu succes a testelor de autoevaluare are un rol important n fixarea cunotinelor i n formarea unei imagini de ansamblu a materiei prezentate. Testarea nivelului de dobndire a conceptelor i procedurilor prezentate n aceast unitate de nvare va fi cuantificat pe baza notei obinute la Lucrarea de verificare 1. Detalii asupra modului de rezolvare i condiiile de transmitere a acesteia ctre tutore, au fost prezentate n introducere.

  • Structura ierarhic a sistemelor biologice i ecologice

    2 Proiectul pentru nvmnt Rural

    1.1 Dezvoltarea ecologiei ca tiin

    La sfritul anilor 60 lumea a nceput s devin sensibil la problemele legate de ecologie i conservarea naturii, n principal datorit degradrii accelerate a calitii mediului nconjurtor. Sporirea interesului pentru ecologie a avut efecte importante i asupra nvmntului. Dac pn atunci ecologia era considerat ca o subdiviziune a biologiei, ea s-a impus treptat ca o disciplin de sine stttoare. Ecologia include studiul unor fenomene i procese fizice, chimice, biologice, economice i sociale i formeaz o punte de legtur ntre tiinele naturii, tiinele sociale i cele economice. n anii 60 i 70 ecologia, dar n special latura militant a acesteia, ecologismul, s-a impus prin protestele sale, prin refuzul de a accepta dezvoltarea economic necontrolat, cu impact negativ asupra mediului nconjurtor. n ultimele decenii ecologia a evoluat spre conceptul de coevoluie ntre natur i societatea uman. Astfel, activitilor umane nu li se mai opune acel NU categoric care nu permite dialogul, ci sunt elaborate concepte i soluii pentru a iei din criza de mari proporii cu care ne confruntm. n tabelul din figura 1.1. sunt prezentate principalele evenimente politice, sociale, economice sau culturale care au avut un impact semnificativ asupra sensibilizrii populaiei sau a clasei politice la problemele de mediu i au permis, cel mai adesea sub presiunea opiniei publice, adoptarea unor msuri legislative la nivel internaional.

    Ecologia studiaz sistemele supraindividuale de organizare ale materiei vii (populaii, biocenoze, biosfera) integrate n mediul lor abiotic, inclusiv sistemul socio-economic uman i relaiile acestuia cu componentele ecosferei. De ce studiem ecologia? Pentru a nelege structura i funciile componentelor sistemelor vii i a proceselor naturale. Pentru a putea aplica aceste cunotine n rezolvarea problemelor de mediu cu care se confrunt omenirea i pentru a nelege poziia i rolul societii umane n ansamblul su n cadrul ecosferei. n afar de aceste considerente, este o necesitate i o obligaie civic de a cpta cunotine minimale de ecologie, care s ne permit s optm pentru variantele optime i s decidem n problemele din ce n ce mai grave de mediu cu care ne confruntm. Aceasta ne va permite s nelegem mai bine poziia i rolul speciei umane pe Pmnt, precum i opiunile pe care le avem. TA 1.1 Pe baza datelor prezentate n tabelul din figura 1.1 care considerai c este deceniul cu cele mai mari progrese n domeniul activitilor de mediu?

    Definiie

    Rspundei doar n spaiul rezervat prin chenar. Comparai cu rspunsul de la pagina 18.

  • Structura ierarhic a sistemelor biologice i ecologice

    Proiectul pentru nvmnt Rural 3

    Figura 1.1 Evenimentele majore din ultimele decenii cu impact asupra dezvoltrii ecologiei ca tiin precum i principalele convenii internaionale ce au pus baza colaborrii la nivel regional i global n acest domeniu.

    Anul Eveniment Convenii internaionale

    1962 Publicarea crii Primvara tcut (Silent Spring) de Rachel Carson

    1966 Publicarea primei Liste Roii de ctre UICN (Uniunea Internaional pentru Conservarea Naturii)

    1971 Convenia privind zonele umede de importan internaional, n special ca habitat al psrilor acvatice (Convenia de la Ramsar, Iran)

    Conferina Naiunilor Unite asupra Drepturilor Omului, Stockholm, Suedia nfiinarea Programului Naiunilor Unite pentru Mediu (UNEP)

    1972

    Clubul de la Roma public Limitele creterii

    Convenia privind protecia patrimoniului mondial, cultural i natural

    1973 Prima criz a petrolului Convenia privind comerul internaional cu specii slbatice de faun i flor pe cale de dispariie (CITES)

    1977 Conferina Naiunilor Unite asupra deertificrii, Nairobi, Kenya

    Convenia privind conservarea speciilor migratoare de animale slbatice (Convenia de la Bonn)

    1979 Prima Conferin Mondial asupra Climei, Geneva, Elveia

    Convenia privind conservarea vieii slbatice i a habitatelor naturale din Europa (Convenia de la Berna)

    Iniierea Programului Mondial asupra Climatului

    1980

    Elaborarea Strategiei Globale de Conservare (World Conservation Strategy) de ctre UICN, UNEP i WWF

    1982 Adoptarea Cartei Mondiale pentru Natur (World Charter for Nature) de ctre Adunarea General a Naiunilor Unite

    Convenia Naiunilor Unite privind Legea Mrii (UNCLOS)

    1985 Convenia privind protecia stratului de ozon (Convenia de la Viena)

    1986 Accidentul de la Cernobl 1987 Viitorul Nostru Comun (Our Common

    Future) publicat de Comisia Mondial pentru Mediu i Dezvoltare

    Protocolul privind substanele care distrug stratul de ozon (Protocolul de la Montreal) ce completeaz Convenia de la Viena

    1989 nfiinarea comitetului interguvernamental pe schimbri climatice

    Convenia privind transportul transfrontalier al deeurilor periculoase i depozitarea acestora (Convenia de la Basel)

  • Structura ierarhic a sistemelor biologice i ecologice

    4 Proiectul pentru nvmnt Rural

    Figura 1.1 continuare. Anul Eveniment Convenii internaionale

    A doua Conferin Mondial asupra Climei, Geneva, Elveia

    1990

    Crearea Sistemul Global de Observare a Climei (Global Climate Observing System - GCOS)

    nfiinarea Facilitii Globale de Mediu (GEF)

    1991

    Publicarea de ctre UICN, UNEP i WWF a crii ngrijind Pmntul

    Convenia privind evaluarea impactului asupra mediului n context transfrontalier (Convenia de la Espoo) Convenia Naiunilor Unite pentru Diversitatea Biologic (UNCBD) Convenia Naiunilor Unite asupra Schimbrilor Climatice (UNFCCC) Convenia Naiunilor Unite pentru Combaterea Deertificrii (UNFCCD)

    1992 Summit-ul Pmntului, Conferina Naiunilor Unite asupra Mediului i Dezvoltrii, Rio de Janeiro, Brazilia

    Convenia privind protecia i utilizarea cursurilor de ap transfrontaliere i a lacurilor internaionale (Helsinki)

    1994 Conferina Internaional privind Populaia i Dezvoltarea, Cairo, Egipt

    1995 Summit-ul Mondial privind dezvoltarea social, Copenhaga, Danemarca

    1996 Summit-ul Mondial privind hrana, Roma, Italia

    1998 Convenia privind accesul la informaie, participarea publicului la luarea deciziilor i accesul la justiie n probleme de mediu (Convenia de la Aarhus)

    1997 Summit-ul Rio + 5 (cinci ani dup Conferina de la Rio de Janeiro)

    Adoptarea Protocolului de la Kyoto la Convenia privind Schimbrile Climatice Convenia European a Peisajelor (Convenia de la Florena)

    2000 Forumul Global pentru Ap (Haga)

    Adoptarea Protocolului privind Securitatea Biologic la Convenia privind Diversitatea Biologic (Protocolul de la Cartagena)

    2001 Convenia privind Poluanii Organici Persisteni (POPs)

    2002 Summit-ul Global pentru Dezvoltare Durabil, Johannesburg, South Africa (UNCDB + 10)

  • Structura ierarhic a sistemelor biologice i ecologice

    Proiectul pentru nvmnt Rural 5

    1.2 Problema metodologic Ecologia se ocup cu sisteme cu grad de complexitate extrem de variabil, de la populaii de plante i animale pn la ntreaga ecosfer. De aceea selectarea metodologiei de lucru este esenial n abordarea oricrui studiu ecologic.

    Metoda analitic (cartezian) este o metod care ignor ntregul i se concentreaz asupra prilor componente. Analiznd structurile i procesele biologice, ncearc s explice nsuirile i legitile ntregului prin reducerea lor la nsuirile i legitile prilor componente. De exemplu, putem simula ntr-un acvariu procese i fenomene care au loc ntr-un lac, controlnd temperatura, lumina i ali parametri fizico-chimici, eventual limitnd numrul de specii la doar cteva specii de interes. Astfel, putem studia efectul introducerii unor peti rpitori asupra nevertebratelor acvatice, sau modul n care se dezvolt vegetaia n prezena sau absena unor peti fitofagi (care se hrnesc cu plante).

    Dac experimentul este bine gndit i realizat putem obine informaii extrem de utile care s ne permit s nelegem mai bine procesele naturale. Experimentele pot spori n complexitate prin realizarea de incinte nchise, izolnd volume determinate de ap cu plase de dimensiuni diferite, care s restricioneze accesul unor categorii de organisme de dimensiuni mai mari dect ochiurile plasei. Putem astfel studia modul cum se dezvolt plantele n incintele unde nu au acces petii fitofagi, cum se nmulesc puricii de balt protejai de peti i cum afecteaz aceasta chimismul apei i/sau densitatea algelor cu care se hrnesc organismele zooplanctonice. Nu ntotdeauna ns rezultatele sunt aplicabile la sistemele naturale, care au o complexitate mai mare dect sistemele experimentale. Metoda istoric (darwinist) consider c fiecare structur i funcie biologic este rezultatul unui proces de dezvoltare n timp. Metoda urmrete s lmureasc originea, caracterul adaptativ i semnificaia biologic a acestui proces. De exemplu, pisica domestic se aseamn mult cu leul african i tigrul asiatic cu care este nrudit, dar i cu o serie de specii disprute, cunoscute doar din resturile fosile. Cunoaterea relaiilor existente ntre speciile disprute i cele actuale ne ajut s nelegem rolul i poziia acestor specii n natur. Metoda sistemic aplic teoria sistemelor n ecologie, considernd c: (i) materia vie este organizat, (ii) unitatea organizatoric elementar este sistemul, (iii) sistemele vii sunt structuri ierarhizate. Sistemul ca unitate organizatoric a materiei este definit ca un ansamblu de elemente, identice sau diferite, legate ntre ele prin conexiuni, care funcioneaz ca un ntreg.

    Definiie

    Realizarea de experimente controlate

  • Structura ierarhic a sistemelor biologice i ecologice

    6 Proiectul pentru nvmnt Rural

    n studiul sistemelor ecologice i biologice metodelor analitice i sistemice trebuie s li se acorde o pondere egal simultan i nu alternativ. Deoarece ecologia este o tiin n dezvoltare, ea caut sinteza i nu separarea. Din fericire, n ultimele decenii, progresul nregistrat n tehnologie a furnizat instrumentarul necesar trecerii de la o abordare preponderent calitativ i descriptiv, la o abordarea cantitativ a sistemelor ecologice mari i complexe (calculatoarele din ce n ce mai performante, sistemul geografic informaional, monitorizarea automat a parametrilor etc.). TA 1.2 Pe unele insule izolate o serie de animale (insecte, psri) au pierdut capacitatea de a zbura. Ce metod folosii pentru a explica aceasta? Alegei varianta corect. a. metoda cartezian

    b. metoda istoric c. metoda sistemic

    1.3 Teoria sistemelor aplicat n ecologie nainte de a ncepe s discutm despre sistemele vii trebuie s vedem cum i din ce sunt acestea alctuite. Componentele recunoscute ale universului nostru sunt materia i energia. Modul n care materia i energia sunt distribuite n cadrul sistemelor, cantitatea, tipul i forma acestora, se numete informaie. Astfel, orice sistem conine aceste trei componente: materie, energie i informaie. n continuare ne vom referi la aceste trei componente i la schimburile pe care sistemele le realizeaz cu mediul extern. Criteriul de baz n identificarea i delimitarea sistemului l reprezint schimburile de materie, energie i informaie pe care acesta le realizeaz cu mediul extern. Pe baza acestui criteriu putem descrie trei categorii de sisteme: 1.Sistemele izolate sunt acele sisteme care nu realizeaz schimburi de materie, energie i informaie cu mediul extern. 2.Sistemele nchise realizeaz doar schimburi de energie i informaie cu mediul extern, dar nu i de materie. 3.Sistemele deschise realizeaz schimburi de materie, energie i informaie cu mediul extern. Trebuie menionat c toate sistemele vii sunt sisteme deschise. De aceea, tot ce v voi prezenta n continuare se refer doar la sistemele deschise.

    Sistemele vii difer radical de cele nevii deoarece sunt mobile, se pot deplasa n spaiu, se reproduc, au capacitatea de a prelua i metaboliza materie i energie din mediul extern i pot menine condiii interne diferite de mediul extern. Sistemele vii se deosebesc de cele nevii si prin faptul c sunt miniaturizate. Ele pot avea configuraii foarte diferite n cantiti mici i comparabile de materie, spre deosebire de sistemele nevii. O bacterie, dei este de dimensiuni microscopice, are o complexitate structural i funcional ce nu poate fi atins de un sistem

    Rspundei doar n spaiul rezervat prin chenar. Comparai cu rspunsul de la pagina 18.

    Elementele componente ale materiei

  • Structura ierarhic a sistemelor biologice i ecologice

    Proiectul pentru nvmnt Rural 7

    neviu (cum ar fi un cristal de sare) de dimensiuni comparabile, nici chiar de dimensiuni de sute i mii de ori mai mari.

    Cadrul 1.1 Caracteristicile sistemelor

    Conceptul de sistem necesit includerea noiunilor de mediu extern, intrri (input) i ieiri (output). Mediul intern este reprezentat de sistemul propriu-zis. Orice sistem este alctuit din subsisteme i este la rndul su un subsistem al unui suprasistem integrator. Ierarhia astfel constituit include trei categorii: subsistem-sistem-suprasistem (figura 1.2). Fiecare sistem se comport ca un ntreg. ntregul influeneaz prile componente. Conexiunile prilor componente duc la apariia unor noi nsuiri ale ntregului. Prin integrare, o serie de proprieti ale subsistemelor componente se pstreaz, dar altele se modific sau se pierd. Integrarea duce i la apariia unor proprieti noi (proprieti emergente), care nu exist la nivelul subsistemelor componente.

    Toate sistemele vii sunt organizate. Aceast caracteristic a sistemelor vii (organizarea) implic existena a dou componente structural i funcional. Structura se refer la numrul i tipul elementelor componente, la distribuia spaial a acestora, la conexiunile existente ntre ele precum i la dinamica lor n timp. Funciile se refer la implicarea elementelor componente n fluxul de materie, energie i informaie.

    Organizarea se refer la constituirea unor ansambluri de elemente, identice sau diferite, astfel nct interaciunile i funciile lor sunt subordonate funciilor eseniale ale ntregului. Organizarea implic existena unei structuri i a unor funcii realizate de elementele componente ale sistemului, care sunt indisolubil legate.

    Figura 1.2 Reprezentarea schematic a structurii ierarhice a unui sistem i a schimburilor de materie, energie i informaie realizate de acesta cu mediul extern.

    Definiie

    Organizarea implic

    structur i funcii

  • Structura ierarhic a sistemelor biologice i ecologice

    8 Proiectul pentru nvmnt Rural

    TA 1.3 Caracterizai structura unui protozoar din perspectiva metodei sistemice (pe baza cunotinelor de biologie celular).

    1.4 Caracterul antientropic al sistemelor vii

    O caracteristic proprie a sistemelor vii este caracterul lor antientropic. ntr-un univers n plin extindere, a crui entropie crete i implicit gradul de organizare scade, sistemele vii de pe Pmnt i menin i chiar sporesc complexitatea i gradul de organizare. Aceasta se explic prin caracterul disipativ al sistemelor vii. Acestea preiau energie, materie i informaie cu entropie sczut din mediul extern (corespunznd unui nivel de complexitate ridicat) i export energie, materie i informaie degradat (cu entropie ridicat). n acest mod este eliminat din sistem excesul de entropie i se permite meninerea i dezvoltarea complexitii structurii sistemelor vii. Entropia este o msur a gradului de dezorganizare a unui sistem. Cu ct entropia este mai mare, cu att sistemul are o structur mai simpl. Reciproc, cu ct sistemul este mai complex i are un grad de organizare mai ridicat, cu att entropia va fi mai sczut. Entropia are valoarea minim la temperatura de 00K (zero absolut). Odat cu creterea temperaturii crete i cantitatea de entropie, iar gradul de organizare al sistemului scade. Astfel, sistemele vii realizeaz un export de entropie, meninnd entropia proprie la valori minime. Sistemele vii sunt ns strict dependente de un flux constant de materie, energie i informaie pentru a putea elimina excesul de entropie. Orice ntrerupere a acestui flux duce la creterea entropiei sistemului i implicit la dezorganizarea acestuia (figura 1.3). La nivel planetar, principala surs de energie este energia radiant solar. O mic parte din aceasta este folosit n procesul de fotosintez, proces n urma cruia energia radiant este transformat n energia chimic coninut n materia organic care este apoi utilizat de sistemele vii. Energia radiant solar furnizeaz astfel sistemelor biologice i ecologice energia necesar pentru meninerea gradului de organizare i pentru creterea complexitii.

    Rspundei doar n spaiul rezervat prin chenar. Comparai cu rspunsul de la pagina 18.

    Definiie

    Dependena sistemelor vii de un aport constant de energie

  • Structura ierarhic a sistemelor biologice i ecologice

    Proiectul pentru nvmnt Rural 9

    Figura 1.3 Fluxul de materie, energie i informaie printr-un sistem viu, cu delimitarea mediului intern i a celui extern precum i a schimburilor i transformrilor pe care le sufer materia, energia i informaia n interiorul sistemului.

    Orice organism animal este un sistem biologic, cu un grad de complexitate mai mare sau mai mic (mic n cazul unei bacterii, mare n cazul unui mamifer), clar delimitat de mediul extern. Pentru a se menine organismul trebuie s se hrneasc. Hrana este alctuit din materie, cu un anumit coninut energetic i informaional i constituie intrrile. n acelai timp organismul elimin energie sub form de cldur (energie termic) i materie degradat cu un coninut de energie i informaie mai sczut.

    TA 1.4 Care sunt schimburile pe care le realizeaz cu mediul extern un oarece?

    1.5 Categorii ierarhice n lumea vie

    Orice sistem viu este alctuit din elemente componente (subsisteme) i este la rndul su un subsistem al unui sistem mai mare, integrator (suprasistem). Astfel putem delimita un ansamblu de sisteme cu grade de complexitate diferite constituite ntr-o structur ierarhizat de forma:

    subsistem sistem suprasistem

    Rspundei doar n spaiul rezervat prin chenar. Comparai cu rspunsul de la pagina 18.

    Exemplu

  • Structura ierarhic a sistemelor biologice i ecologice

    10 Proiectul pentru nvmnt Rural

    Sistemele situate pe poziii diferite n aceast ierarhie coexist n mod obligatoriu. Astfel, cprioarele ce triesc ntr-o pdure se hrnesc i evit prdtorii pentru a supravieui, dar se reproduc n cadrul populaiei din care fac parte. Fiecare cprioar este un subsistem al populaiei, care devine sistemul integrator. La rndul ei, populaia de cprioare este doar un subsistem n cadrul ansamblului de populaii de plante, animale i microorganisme din pdurea respectiv. O consecin important a organizrii ierarhice este c prin asamblarea sistemelor componente n cadrul sistemului funcional integrator (suprasistemul), apar noi proprieti (proprieti emergente), care nu existau la nivelul sistemelor integrate, devenite subsisteme. De aceea, o proprietate emergent care apare la nivelul unui sistem nu poate fi dedus doar din studiul proprietilor subsistemelor componente. Apare astfel o diferen ntre proprietile emergente i proprietile sumative (rezultate prin nsumarea proprietilor subsistemelor componente). Proprietile emergente apar datorit interaciunilor dintre componente i nu datorit unor schimbri n structura primar a componentelor.

    Cadrul 1.2 Proprieti emergente aprute prin integrarea subsistemelor a. Organismul uman este homeoterm (are temperatura constant), dar nu i celulele i esuturile componente. Astfel, homeotermia poate fi observat doar la nivelul suprasistemului integrator i nu la nivelul subsistemelor componente. b. Proprietile apei, ca molecul alctuit din doi atomi de hidrogen i unul de oxigen, nu pot fi deduse prin studiul atomilor componeni.

    Odat ce complexitatea sistemului crete, stabilitatea sa este sporit datorit dezvoltrii unor mecanisme de reglaj (homeostaziei). De aceea, unele caracteristici devin mai puin complexe i variabile. De exemplu, rata fotosintezei unei pduri este mai puin variabil dect cea a frunzelor sau plantelor individuale, deoarece atunci cnd unele plante au o rat mai sczut altele au o rat mai crescut. Sistemele vii sunt extrem de complexe, dar pot fi grupate n patru mari categorii ierarhice (figura 1.4). 1. Ierarhia somatic ce include totalitatea sistemelor ierarhizate, vii i nevii, ce intr ca elemente componente n alctuirea sistemelor biologice. 2. Ierarhia organizatoric ce include toate nivelele de organizare ale materiei vii (numite n continuare sisteme biologice). Un nivel de organizare reprezint o categorie de sisteme biologice, diferite din punct de vedere structural i funcional, capabile de existen de sine stttoare. Criteriul utilizat pentru a stabili dac un sistem biologic este sau nu un nivel de organizare al materiei vii este universalitatea. Aceasta implic ca sistemele componente ale unui nivel din ierarhia organizatoric s cuprind ntreaga materie vie.

    Proprieti rezultate prin integrare

  • Structura ierarhic a sistemelor biologice i ecologice

    Proiectul pentru nvmnt Rural 11

    TA 1.5 De ce nu este nivelul celular primul nivel de organizare a sistemelor biologice?

    Individul reprezint forma elementar i universal de existen a vieii. Indivizii au o existen n timp limitat genetic i realizeaz un schimb permanent de materie, energie i informaie cu mediul nconjurtor (proces numit metabolism). Toate sistemele supraindividuale sunt forme de grupare i organizare a indivizilor. Populaia este alctuit dintr-un grup de indivizi aparinnd aceleiai specii, care i desfoar activitatea n cadrul unei biocenoze. Populaia este capabil de existen de sine stttoare, din punct de vedere reproductiv, timp nedefinit. Specia este o comunitate reproductiv alctuit din una sau mai multe populaii. Specia este n acelai timp un sistem biologic (un nivel n ierarhia organizatoric) i un nivel n ierarhia taxonomic. Astfel, specia ca sistem biologic, devine veriga de legtur dintre ierarhia organizatoric i ierarhia taxonomic. Biocenoza include totalitatea indivizilor grupai n populaii distincte ce ocup un anumit biotop (spaiu sau volum fizic). Principala caracteristic a biocenozei o reprezint relaiile dintre speciile componente (relaii interspecifice). Biosfera este nveliul viu al planetei, ce include totalitatea indivizilor de pe Pmnt, grupai n populaii i biocenoze.

    3. Ierarhia sistemelor ecologice include totalitatea sistemelor ce intr n componena ecosferei. Unitatea de baz a ecosferei este ecosistemul. Acesta este alctuit dintr-o biocenoz mpreun cu biotopul pe care aceasta l ocup i include inter-relaiile dintre aceste dou componente. n funcie de scara spaio-temporal, ecosistemele pot fi grupate n categorii cu grad sporit de complexitate. Astfel, Marea Neagr nsumeaz o multitudine de ecosisteme, de la cele de coast, la cele din largul mrii i la cele de adncime, dar ea reprezint un sistem ecologic de sine stttor. Delta Dunrii este alctuit dintr-un mozaic de ecosisteme acvatice (braele Dunrii, canale, lacuri, mlatini etc.) i terestre (grinduri, pduri, dune de nisip, terenuri agricole etc.), strns conectate ceea ce ne permite s o considerm un complex de ecosisteme.

    Rspundei doar n spaiul rezervat prin chenar. Comparai cu rspunsul de la pagina 18.

    Definiie

    Exemplu de complexe de ecosisteme

  • Structura ierarhic a sistemelor biologice i ecologice

    12 Proiectul pentru nvmnt Rural

    Cadrul 1.3 Ce este o specie? Speciile sunt sisteme biologice reale, bine definite, dar n acelai timp au un caracter contradictoriu. Pe de o parte au un caracter conservator, necesar pentru a-i pstra integritatea n timp i reduce potenialele alterri. Pe de alt parte, indivizii componeni sufer transformri datorit mutaiilor i recombinrilor n cursul evoluiei, ceea ce le anuleaz identitatea iniial. Mai multe mecanisme opereaz la diferite nivele de complexitate pentru a permite meninerea naturii duale a speciilor. La nivel molecular informaia genetic este redundant: (i) ADN-ul este alctuit din dou catene, (ii) exist o garnitur dubl de cromozomi la majoritatea speciilor, iar (iii) setul complet de informaii pentru ntregul organism este prezent n toate celulele organismelor pluricelulare. n plus, exist i o serie de mecanisme, cum sunt sistemele reparatorii ale ADN-ului, precum i mecanismele semi-conservative de replicare ce asigur transferul fr modificri al informaiei genetice n timp. n pofida excesului de informaie genetic i a mecanismelor de protecie care ar trebui s asigure transferul fr modificri sau pierderi de informaie, au loc procese opuse, cum sunt mutaii i recombinri. Acestea sunt induse de o multitudine de factori, ce acioneaz la diferite nivele de complexitate codon, gen, cromozom i genom i asigur transformarea continu a indivizilor componeni. La nivel populaional panmixia, respectiv posibilitatea ca toi indivizii unei populaii s se reproduc unii cu alii, este diminuat de o serie de bariere reproductive sau comportamentale care i limiteaz importana. Meninerea coeziunii ntre populaiile componente ale speciei este de asemenea restrns de capacitatea de dispersie limitat a indivizilor componeni i de existena barierelor geografice ntre populaii. Astfel, speciile se dovedesc a fi sisteme contradictorii, instabile n timp, aflate ntr-o transformare permanent.

    Ecosfera integreaz biosfera cu suportul ei neviu, alctuit din hidrosfer i pri ale litosferei i atmosferei. Ecosistemul este constituit din biocenoza integrat cu biotopul ei. Reprezint unitatea structural elementar a ecosferei, capabil s asigure transferul de materie, energie i informaie. Biotopul este constituit din totalitatea factorilor abiotici (nevii) de la nivel local. 4. Ierarhia taxonomic este alctuit din categorii taxonomice (numite taxoni) de diferite ranguri, mergnd de la specie la regn. Spre deosebire de primele trei ierarhii pe care le-am prezentat anterior i care sunt bazate pe organizare, ierarhia taxonomic se bazeaz pe ordine. n timp ce organizarea implic ordine, ordinea nu implic organizare. Astfel, un cristal de sare are o structur ordonat dar nu i organizat. De asemenea, crile dintr-o bibliotec sunt ordonate dup diverse criterii, dar nu sunt i organizate (figura 1.5). De aceea, taxonii de rang mai mare speciei sunt simple entiti aditive i nu sunt sisteme ierarhizate. Astfel, un gen conine un numr de specii incluse dup diverse criterii taxonomice (morfologice, morfometrice, biochimice, genetice etc.) , dar nu reprezint un nivel de organizare al materiei vii.

    Definiie

  • Structura ierarhic a sistemelor biologice i ecologice

    Proiectul pentru nvmnt Rural 13

    Figura 1.4 Structura ierarhic a sistemelor vii i nevii. Sunt prezentate cele patru ierarhii: (1) ierarhia nivelelor de integrare (ierarhia somatic); (2) ierarhia sistemelor biologice (ierarhia biologic); (3) ierarhia sistemelor ecologice (ierarhia ecologic); (4) ierarhia categoriilor taxonomice (ierarhia taxonomic).

    Ordinea reprezint gruparea natural sau artificial a unor elemente omogene sau eterogene, a unor structuri sau procese, bazat pe un criteriu oarecare. Noiunea de ordine este mai general dect cea de organizare.

    Definiie

  • Structura ierarhic a sistemelor biologice i ecologice

    14 Proiectul pentru nvmnt Rural

    Cadrul 1.4 Clasificarea organismelor vii Numrul foarte mare de specii descoperite odat cu epoca marilor descoperiri geografice i a colonizrii celorlalte continente de ctre europeni, a impus gsirea unui sistem de clasificare i codificare funcional. Acest lucru se impunea datorit incapacitii de a mai descrie miile de specii noi n absena unor reguli i a unui sistem de clasificare operaional. Botanistul suedez Charles von Linn (Linnaeus n latin) a propus n 1758 un sistem de clasificare al organismelor care este nc utilizat. Acesta confer un nume unic fiecrei specii, indiferent dac este vorba de plante, animale sau microorganisme. Numele este alctuit din dou denumiri: prima corespunde genului i se scrie cu liter mare, iar cea de-a doua speciei i se scrie cu liter mic. Astfel, noi aparinem speciei Homo sapiens, fiind specia sapiens din cadrul genului Homo. n acelai gen mai sunt incluse speciile de hominide nrudite disprute (ex. Homo habilis, Homo erectus). Iniial Linn a propus doar patru categorii taxonomice superioare speciei: genul, ordinul, clasa i regnul, dar ulterior au mai fost propuse dou categorii fundamentale: familia i ncrengtura. Gruparea speciilor n cadrul unei categorii taxonomice superioare se face pe baza asemnrilor existente ntre ele, ordonarea aceasta neavnd ns o baz sistemic. Astfel, dei taxonii supraspecifici corespund unei realiti obiective deoarece sunt alctuii din specii (ce reprezint sisteme biologice), modul n care sunt grupate speciile n categorii supraspecifice rmne subiectiv (figura 1.6).

    Figura 1.5 Relaiile existente dintre ordine i organizare, aceasta din urm fiind inclus n prima.

    Figura 1.6 Structura ierarhic a sistemului de clasificare al lui Linn. Genul 1 cuprinde trei specii iar genul 2 doar dou specii. mpreun cele dou genuri sunt incluse ntr-o familie ce conine cinci specii.

  • Structura ierarhic a sistemelor biologice i ecologice

    Proiectul pentru nvmnt Rural 15

    1.6 Scara spaio-temporal

    Sistemele vii sunt dinamice n timp i spaiu. n plus, complexitatea lor crete odat ce urcm n ierarhie, ajungnd n cazul biosferei i al ecosferei la nivel planetar. Este necesar ca atunci cnd dorim s caracterizm un sistem biologic sau ecologic, s delimitm clar domeniul de spaiu i de timp. Astfel, dac vrem s caracterizm dinamica algelor dintr-o balt temporar vom preleva probe de ap din balt sptmnal. Dac vom lua o singur prob, aceasta nu ne va permite s caracterizm procesele ce au loc. Dac ne intereseaz dinamica fagilor dintr-o pdure, nu are sens s mergem i s facem observaii sptmnal, ci doar de cteva ori pe an, mai muli ani la rnd. Scara spaio-temporal este un concept esenial n ecologie i evoluionism. n tabelul din figura 1.7 sunt reprezentate principalele domenii spaio-temporale importante n ecologie. Se observ c exist un oarecare grad de suprapunere ntre domenii, deoarece nivelele sunt integrative. Identificarea domeniului spaio-temporal la care se studiaz structuri sau procese este foarte important, deoarece probleme majore se dezvolt la scri de zeci i sute de ani, pe suprafee mari. Studiile i cercetrile se desfoar ns cel mai adesea pe termen scurt i pe zone restrnse, dup care modelele elaborate sunt extrapolate. Din pcate procesele studiate la scar spaio-temporal mic cel mai adesea nu sunt valabile la scar mai mare, iar procesele dominante la scar mic nu sunt la fel de importante la scar mare. Pentru a putea adresa corect problemele de mediu cu care ne confruntm, este necesar s dimensionm corect scara spaio-temporal, ceea ce ne permite s punem ntrebrile corecte i s limitm validitatea rspunsurilor primite la domeniul lor de aplicabilitate.

    TA 1.6 Stabilii prin sgei legturile existente ntre diferitele nivele ale ierarhiei somatice i disciplinele care le studiaz. Rspundei doar n spaiul rezervat prin chenar. Comparai cu rspunsul de la pagina 18.

    Nivel de integrare Disciplin

    Macromolecul Fizic

    Individ Biologie celular

    Organit celular Chimie

    esut Ecologie

    Populaie Fiziologie

    Atom Histologie

    Molecul Biochimie

    Exemplu

    Dependena rezultatelor cercetrii de scara spaio-temporal

  • Structura ierarhic a sistemelor biologice i ecologice

    16 Proiectul pentru nvmnt Rural

    Figura 1.7 Domeniile spaio-temporale ce cuprind componentele ierarhiilor biologice i ecologice.

    Unitate ierarhic (ierarhia biologic / ierarhia ecologic)

    Scara Domeniul spaial

    (m2)

    Domeniul temporal

    (ani)

    Procese perturbatorii dominante

    Procese biotice dominante

    Populaie/habitat Local 101 107 10-2 103 Epidemii Procese demografice

    Biocenoz/ Ecosistem

    Local 105 107 101 103 Perturbri abiotice periodice (incendii, inundaii etc.)

    Succesiunea ecologic

    Biom/complex de ecosisteme

    Regional 107 1010 103 105 Perturbri abiotice extreme

    Speciaie i extincie

    Macrobiot/regiune biogeografic

    Macro-regional

    1010 1014 104 108 Modificri climatice Evoluie

    Biosfer/ecosfer Global 1015 105 109 Tectonica plcilor Macro-evoluie

    Scara spaial i temporal este relativ i depinde de organism. Mediul este mult mai complex pentru animalele mici dect pentru cele mai mari. Ciclul de via poate varia n timp de la cteva ore la microorganisme, la sute de ani pentru speciile foarte mari. De asemenea, dimensiunile variaz de la civa microni pentru microorganisme, la zeci de metri pentru animalele i plantele mari (figura 1.8). Un melc de civa mm lungime se va deplasa n cursul vieii, care poate fi mai scurt de un an, doar pe o suprafa de civa metri ptrai. Pentru o acvil care poate ns tri zeci de ani, teritoriul pe care l strbate este de sute i mii de kilometrii ptrai. Apare evident c sunt necesare abordri diferite pentru studiul populaiei de melci i al celei de acvile. Situaia este la fel de complicat i pentru plante, dac comparm o populaie de ppdie (plant anual) cu una de fag (la care indivizii pot atinge vrste de sute de ani). Percepia fenomenelor i scara noastr de valori variaz n funcie de scara spaio-temporal. De exemplu, se estimeaz c pentru fiecare specie care exist n prezent pe Pmnt, au existat i disprut pe parcursul perioadelor geologice ntre 96 i peste 900 de specii. Extincia, moartea unei specii apare ca o component permanent n evoluie. Noi ca specie fie vom dispare, fie ne vom transforma n timp, astfel nct peste zeci, sute de mii sau milioane de ani descendenii notri (dac vor mai exista) vor fi radical diferii de noi. Existena unui individ este efemer, ntre momentul naterii i al morii, dar un fiziolog care studiaz metabolismul sau respiraia la un pete l consider pe acesta un sistem stabil. Aceasta dei n fiecare moment mii de celule din corpul petelui mor, iar altele se formeaz prin diviziune. Un ecolog care studiaz o populaie de musculie de oet nu este interesat de individ n sine, o musculi trind doar cteva sptmni, ci de populaie ca sistem stabil. Perpetuarea populaiei n timp este rezultatul natalitii i al mortalitii indivizilor componeni. Mergnd mai departe pe scara spaio-temporal, un extraterestru care ar studia viaa la nivelul galaxiei ar avea o cu totul alt percepie, asupra dispariiei unei specii sau chiar a unei planete.

    Relativitatea scrii spaio-temporale

  • Structura ierarhic a sistemelor biologice i ecologice

    Proiectul pentru nvmnt Rural 17

    Figura 1.8 Dimensiunile i durata unei generaii reprezentate pentru diferite specii pe o scar dublu logaritmic. (a) protozoarul Pseudomonas; (b) crustaceul acvatic Daphnia sp.; (c) albin (Apis melifera); (d) musc; (e) melc; (f) oarece; (g) obolan; (h) vulpe; (l) cerb; (j) rinocer; (k) balen; (l) mesteacn; (m) pin.

    TA 1.7 n tabelul din figura 1.8 se observ c domeniile spaiale i temporale se suprapun. Explicai de ce.

    Rspundei doar n spaiul rezervat prin chenar. Comparai cu rspunsul de la pagina 18.

  • Structura ierarhic a sistemelor biologice i ecologice

    18 Proiectul pentru nvmnt Rural

    Rspunsuri la testele de autoevaluare

    TA 1.1 Anii 90 care au culminat cu Summit-ul Pmntului de la Rio de Janeiro i cu semnarea i ratificarea unui numr important de convenii internaionale (paginile 3 i 4). TA 1.2 Aplicarea metodei istorice sugereaz o colonizare n trecut a insulelor de ctre strmoii speciilor actuale care aveau capacitatea de a zbura. Absena prdtorilor sau vnturile puternice au acionat n direcia selectrii indivizilor care au pierdut capacitatea de zbor, ceea ce le-a permis fie s se deplaseze prin alergare mai repede sau s evite vnturile puternice care i-ar fi antrenat n larg. (seciunea 1.2) TA 1.3 Protozoarul este un sistem biologic relativ simplu, unicelular. Este alctuit din membrana plasmatic, nucleu, citoplasm i organite celulare. Pe lng aceasta, pentru caracterizarea sa structural este necesar cunoaterea distribuiei acestora n celul precum i a conexiunilor dintre acestea. (seciunea 1.3) TA 1.4 oarecele este un sistem biologic. El necesit un aport permanent de hran i ap pentru a supravieui, acestea reprezentnd materia, energia i informaia coninut n ele, cu entropie sczut. oarecele elimin apoi materie i energie degradat sub form de fecale i de urin. Pe lng simpla aciune de hrnire oarecele primete permanent informaii din mediul exterior prin intermediul organelor de sim. (seciunea 1.4) TA 1.5 Deoarece la majoritatea organismelor pluricelulare exist materie vie i n afara celulei. De exemplu, n corpul uman exist lichide (plasma i lichidul cefalorahidian) precum i pri din esutul osos i cartilaginos ce nu sunt incluse n celule. Dei aceste componente aparin individului, ele nu se regsesc la nivel celular. (seciunea 1.5) TA 1.6 Molecul-Chimie; Macromolecul-Biochimie; Individ-Fiziologie; Atom-Fizic, Organit celular-Biologie celular; esut-Histologie; Populaie-Ecologie. (seciunea 1.6) TA 1.7 Domeniile spaiale i temporale se suprapun datorit diversitii extrem de mari a sistemelor studiate. Astfel, domeniul spaio-temporal populaional acoper att o populaie de microorganisme, dar i una de elefani. Unitile ierarhice superioare sunt la fel de eterogene i variabile ca i subsistemele care le alctuiesc. (paginile 16-17)

    Dup fiecare rspuns. n parantez este indicat seciunea sau pagina care trebuie recitit n cazul n care rspunsul dat nu este corect.

  • Structura ierarhic a sistemelor biologice i ecologice

    Proiectul pentru nvmnt Rural 19

    Bibliografie

    Botnariuc, N. 1985. Cu privire la relaiile dintre ordinea taxonomic i organizarea sistemic a materiei vii. n Revoluia Biologic. Editor. Zarnea, G. Editura Academiei R.S.R., paginile 49-58. Botnariuc, N. 1992. Evoluionismul n Impas? Editura Academiei Romne. Bucureti, paginile 169-203. Botnariuc, N. 2003. Evoluia Sistemelor Biologice Supraindividuale. Editura Academiei Romne, paginile 1-43. Botnariuc, N., Vdineanu, A. 1982. Ecologie. Editura didactic i pedagogic. Bucureti, paginile 7-43. Brown, L. 2001. Eco-Economia. Crearea unei Economii pentru Planeta Noastr. Editura Tehnic. Commoner, B. 1980. Cercul care se nchide. Natura, omul i tehnica. Editura Politic. Bucureti. Gore, A. 1995. Pmntul n cumpn. Ecologia i spiritul uman. Editura Tehnic.

    A. ncercuii litera sau literele corespunztoare variantei sau variantelor corecte:

    1.1 Proprietile unui sistem sunt: a. sumative b. emergente c. convergente d. dispar prin integrare 1.2 Ierarhia taxonomic se bazeaz pe: a. Ordine b. Organizare c. Structur 1.3 Ierarhia sistemelor biologice se bazeaz pe: a. Ordine b. Organizare c. Structur 1.4 Care din urmtoarele reprezint niveluri de organizare a materiei vii:

    a. celul b. esut c. individ d. biotop e. biocenoz f. Ecosistem

    Lucrarea de verificare 1

  • Structura ierarhic a sistemelor biologice i ecologice

    20 Proiectul pentru nvmnt Rural

    1.5 Care din urmtoarele sisteme nu sunt componente a ierarhiei sistemelor biologice: a. populaie b. individ c. biocenoz d. biotop 1.6 Entropia are valori mari n sisteme: a. simple b. complexe c. cu organizare ridicat d. cu organizare sczut 1.7 Sistemele vii sunt sisteme: a. izolate b. nchise c. deschise Total puncte 30 B. Completai spaiile libere. 1.8 Primul nivel de organizare al materiei vii este ___________________. 1.9 ____________ este o msur a gradului de dezorganizare dintr-un sistem. 1.10 Ecosistemul este _________ nivel din ierarhia sistemelor ecologice. 1.11 Scara spaio-temporal este ____________ i depinde de nivelul de complexitate a sistemului.

    Total puncte 20

  • Structura ierarhic a sistemelor biologice i ecologice

    Proiectul pentru nvmnt Rural 21

    C. Rspundei la urmtoarele ntrebri n maxim 100 de cuvinte.

    1.12 Comentai poziia populaiei/speciei ca element de legtur ntre ierarhia organizatoric i ierarhia taxonomic. 1.13 Utilizai conceptul de entropie pentru a explica cererea sporit de energie a societii umane. 1.14 Se estimeaz c un an din viaa unui cine corespunde cu aproximativ apte ani de via pentru un om. Comentai acest aspect din perspectiva scrii spaio-temporale.

    Total puncte 50

  • Nivelul populaional

    22 Proiectul pentru nvmnt Rural

    Unitatea de nvare 2 Nivelul populaional

    Cuprins

    Obiectivele unitii de nvare 2 22 Informaii generale despre evaluare 22 2.1 Populaia ca nivel de organizare 23 2.2 Mrimea populaiei 24 2.3 Structura pe vrste 31 2.4 Distribuia n spaiu 32 2.5 Dispersia 34 2.6 Structura genetic 37 Rspunsuri i comentarii la testele de autoevaluare 37 Bibliografie 38

    Obiectivele unitii de nvare 2 Dup parcurgerea acestei uniti de nvare, trebuie s fii capabili s:

    Aplicai cunotinele legate de noiunile de sistem, nivel de organizare i structur n cazul populaiei;

    Definii i caracteriza structura i dinamica unei populaii; Explicai importana dispersiei pentru nelegerea proceselor ecologice i evolutive; Dezvoltai capacitatea de analiz critic asupra problemelor legate de aspectele

    demografice i alte caracteristici populaionale, inclusiv asupra populaiilor umane. Informaii generale despre evaluare nsuirea cunotinelor i conceptelor prezentate pe parcursul acestei uniti de nvare pot fi verificate pe baza celor ase teste de autoevaluare distribuite pe parcurs. Rspunsurile sunt prezentate la sfritul unitii de nvare. Dac nu ai rspuns corect este necesar s parcurgei din nou seciunea respectiv i apoi s revenii asupra rezolvrii testelor. Unele dintre testele de autoevaluare sunt foarte simple iar rspunsul lor este evident n text. Alte teste sunt mai complexe i necesit o bun integrare a cunotinelor obinute. Parcurgerea cu succes a testelor de autoevaluare are un rol important n fixarea cunotinelor i n formarea unei imagini de ansamblu a materiei prezentate. Nivelul de dobndire a conceptelor i procedurilor prezentate unitile de nvare 2 i 3 va fi cuantificat pe baza notei obinute la Lucrarea de verificare 2. Detaliile asupra modului de rezolvare i condiiile de transmitere a acesteia ctre tutore au fost prezentate n introducere.

  • Nivelul populaional

    Proiectul pentru nvmnt Rural 23

    2.1 Populaia ca nivel de organizare

    Premiza de stabilitate este necesar pentru a studia orice nivel de organizare al materiei vii, n condiiile n care se consider subsistemele componente instabile. De exemplu, fiziologia trebuie s considere individul ca o entitate stabil pentru a putea studia procesele i mecanismele de autoreglare. La nivelul populaiei, indivizii componeni apar i mor, nu persist n timp, dar populaia n ansamblu persist, avnd continuitate n timp.

    Populaia reprezint forma elementar, necesar i suficient, de existen de sine stttoare a speciei din punct de vedere genetic i ecologic.

    Dac individul exist la scar de timp ntre dou evenimente apariia (prin natere, germinare, eclozare etc.) i dispariia prin moarte, o populaie persist atta timp ct persist indivizii componeni, ntre dou evenimente extreme apariia sa prin colonizare sau speciaie i dispariia prin extincie. Iepurii dintr-o pajite reprezint un exemplu de populaie. Populaia este reprezentat de totalitatea iepurilor din zona respectiv. Acetia difer ntre ei prin sex, vrst i teritoriul pe care l ocup, ei nefiind distribuii uniform. n ansamblu populaia este dinamic att datorit animalelor care se nasc dar i celor care mor (fie din cauze naturale, de boli, fie omorte de vulpi, lupi sau ali prdtori). Ali iepuri migreaz ctre alte zone sau pot veni din populaii nvecinate. n condiiile unei ierni severe, a unei epidemii, a vntorii excesive sau a transformrii pajitii n cartier de locuine, populaia de iepuri poate dispare. Ca subsistem al biocenozei, populaia este influenat att de factorii abiotici ct i de alte populaii din cadrul biocenozei, fie c este vorba de cele cu care stabilete relaii trofice (populaiile ce reprezint hran i populaiile de prdtori), relaii de competiie pentru resursa trofic i/sau habitat, prezena unor paraziii sau ageni patogeni (figura 2.1). Considernd populaia ca sistem biologic, urmeaz s o caracterizm din punct de vedere structural i funcional. Aspectele structurale ale nivelului de organizare populaional se refer la tipul i numrul elementelor componente, distribuia spaial a acestora, conexiunile existente ntre ele precum i dinamica lor temporal. Elementele componente sunt indivizii care difer prin vrst, sex, structura genetic i poziia spaial. Numrul acestora, modul de distribuire n spaiu, dinamica lor n timp, toate sunt importante n analiza aspectelor structurale. Aspectele funcionale se refer la funciile realizate de populaie n cadrul sistemului integrator care este biocenoza. n principal se refer la rolul populaiei n fluxul de energie, materie i informaie. n continuare vor fi discutate aspecte legate de structura i funciile populaiei.

    Definiie

    Exemplu

  • Nivelul populaional

    24 Proiectul pentru nvmnt Rural

    Figura 2.1 - Poziia populaiei n cadrul ecosistemului. Sgeile reprezint controlul sau influena exercitat de diferitele componente asupra celorlalte.

    Parametrii structurali ce caracterizeaz populaia sunt:

    1. mrimea populaiei

    2. structura pe vrste

    3. distribuia n spaiu

    4. structura genetic

    TA 2.1 Populaia reprezint :

    a. un nivel de organizare al materiei vii b. un sistem supraindividual c. o categorie taxonomic d. forma elementar de existen i de organizare a speciei

    2.2 Mrimea populaiei Mrimea populaiei se msoar prin numrul de indivizi i/sau densitatea acestora pe unitatea de suprafa sau volum. Numrul de indivizi dintr-o populaie este dinamic, se modific permanent (figura 2.2). Au loc intrri de indivizi prin natalitate i imigrare i ieiri de indivizi din populaie datorit mortalitii i emigrrii. Imigrarea i emigrarea contribuie att la meninerea coeziunii interne a speciei, asigurnd schimbul de informaie genetic, ct i la colonizarea de noi habitate.

    Caracterizarea structural a

    populaiei

    Rspundei doar n spaiul rezervat prin chenar. Comparai cu rspunsul de la pagina 37.

  • Nivelul populaional

    Proiectul pentru nvmnt Rural 25

    Figura 2.2 Dinamica mrimii populaiei prin intrrile de indivizi datorit natalitii i imigrrii i a ieirilor din populaie datorit mortalitii i emigrrii.

    Pentru o populaie cu o rat de cretere exponenial, rata de cretere poate fi calculat prin raportul dintre diferena numrului de indivizi (N) la momentul t i numrul iniial de indivizi (N0) i intervalul de timp respectiv:

    Rata de cretere = cttN

    ttNN ot =

    =

    0

    Dinamica mrimii populaiei n timp se poate observa din Figura 2.3.

    n figura 2.3 se observ c ratele de cretere n intervale diferite de timp nu sunt echivalente. Acestea sunt fie mai mari, fie mai mici comparativ cu rata medie de cretere (rata real): (t2 t1) < rata real (t3 t2) > rata real

    Figura 2.3 Creterea exponenial a efectivului unei populaii n timp, pornind de la un numr iniial de indivizi de N0.

  • Nivelul populaional

    26 Proiectul pentru nvmnt Rural

    Rata real poate fi calculat doar instantaneu, prin derivare:

    rNNdbdNbNdtdN === )(

    unde dN/dt reprezint rata modificrii efectivului populaiei n unitatea de timp, b reprezint rata natalitii iar d rata mortalitii, iar r este rata intrinsec de cretere ( NdtdNr 1= ). Prin integrarea relaiei se obine:

    rtt eNN = 0 , din care rezult

    rt

    o

    t eNN =

    apoi prin logaritmare se poate obine ecuaia care caracterizeaz rata intrinsec de cretere:

    tNNrrt

    NN tt 0

    0

    lnlnln == Din aceast ultim relaie se observ cum putem caracteriza cu ajutorul lui r dinamica efectivelor unei populaii. Astfel: r > 0 corespunde unei creteri numerice a populaiei r = 0 corespunde unei populaii cu efectiv staionar r < 0 corespunde unei populaii n scdere numeric Rata intrinsec de cretere este un parametru fundamental ce caracterizeaz dinamica efectivului unei populaii. Tabelul din figura 2.4 ofer un exemplu privind modificrile pe parcursul a cinci generaii a efectivelor unor populaii cu rate diferite de cretere. Se observ c la o rat intrinsec de cretere r = 1 dup cinci generaii efectivul populaiei crete cu dou ordine de mrime, n timp ce la o rat intrinsec de cretere r = -1, populaia dispare. Figura 2.4 - Dinamica efectivelor unei populaii la care N0 = 100 de indivizi pe parcursul a cinci generaii la diferite valori ale lui r.

    r nr. generaii

    1

    0,1

    0

    - 0,1

    - 1

    0 100 100 100 100 100 1 272 111 100 90 36 2 740 121 100 80 13 3 2.000 135 100 70 5 4 5.460 149 100 67 1 5 14.840 165 100 60 0

    Rata de cretere a populaiei

  • Nivelul populaional

    Proiectul pentru nvmnt Rural 27

    TA 2.2 1. Efectivul unei populaii crete prin: a. natalitate b. mortalitate c. emigrare d. imigrare 2. Efectivul unei populaii cu r > 0 va ______________ n timp. 3. Definii cu propriile cuvinte rata intrinsec de cretere.

    Deoarece resursele naturale de hran i habitat sunt finite, nu este posibil o cretere numeric exponenial pe o perioad mare de timp. Creterea este astfel limitat de cantitatea finit a resurselor. Fie o populaie de mrime N care utilizeaz o resurs de hran. Aceasta are o anumit vitez de regenerare (rat de producere). Abilitatea indivizilor din populaie de a consuma hrana crete proporional cu disponibilitatea acesteia. Fie P rata de producere a resursei trofice (hran) exprimat n cantitatea de hran/energie produs sau disponibil n unitatea de timp, iar M cantitatea de hran/energie necesar pentru fiecare individ din populaie n unitatea de timp, atunci NM reprezint cantitatea de hran/energie necesar pentru meninerea unei populaii alctuit din N indivizi n unitatea de timp. Putem astfel defini capacitatea de suport a mediului K, unde K = P/M, ca numrul de indivizi pe unitatea de suprafa sau volum pentru care r = 0.

    Figura 2.5 Relaiile ntre efectivul unei populaii (N) i rata intrinsec de cretere (r).

    Rspundei doar n spaiul rezervat prin chenar. Comparai cu rspunsul de la pagina 37.

    Capacitatea de suport a

    mediului

  • Nivelul populaional

    28 Proiectul pentru nvmnt Rural

    n figura 2.5 se observ c rata intrinsec de cretere este maxim atunci cnd efectivul populaiei este redus (N0) i scade odat cu creterea efectivelor populaiei. Rata de cretere devine zero atunci cnd efectivul populaiei atinge capacitatea de suport (K). Dac efectivul populaiei a depit capacitatea de suport, atunci rata intrinsec de cretere devine negativ, determinnd scderea efectivului pn la atingerea capacitii de suport. Creterea populaiei dincolo de capacitatea de suport este posibil doar pe termen scurt. Capacitatea de suport este determinat nu doar de accesibilitatea hranei, ci i de alte resurse eseniale. n figura 2.6 este reprezentat rata intrinsec de cretere a unei populaii de psri n raport cu accesibilitatea locurilor de cuibrit, o resurs esenial care limiteaz creterea demografic. Cercul deschis reprezint o scorbur neocupat, iar cercul negru o scorbur ocupat. Se observ c rata de cretere devine zero la densitatea maxim, atunci cnd toate scorburile sunt ocupate i nu mai sunt resurse disponibile. Deoarece locurile de cuibrit sunt o resurs esenial limitat, ele limiteaz efectivul populaiei.

    Figura 2.6 Reprezentarea schematic a dependenei dintre densitatea indivizilor dintr-o populaie de psri n raport cu disponibilitatea unei resurse eseniale. La efective mici (N0) rata natalitii este mult mai ridicat dect rata mortalitii, de aceea rata intrinsec de cretere (calculat ca diferena dintre rata natalitii i rata mortalitii) este mai mare dect zero. Rata natalitii devine egal cu rata mortalitii cnd este atins capacitatea de suport. n acest moment efectivul populaiei rmne stabil, avnd o rat de cretere zero. Dac se depete capacitatea de suport, rata intrinsec de cretere devine negativ, datorit valorii mai ridicate a ratei mortalitii comparativ cu rata natalitii (figura 2.7).

  • Nivelul populaional

    Proiectul pentru nvmnt Rural 29

    1. Creterea efectivelor unei populaii nu este nelimitat; se oprete cnd este atins capacitatea de suport. Aceast valoare maxim este msurat de K. 2. Viteza cu care populaia se apropie de valoarea maxim este determinat doar de rata intrinsec de cretere r. Aceasta se calculeaz pentru o populaie cu o structur de vrst stabil ca diferena dintre rata natalitii i rata mortalitii, n absena altor constrngeri din partea mediului. 3. Rata intrinsec de cretere a populaiei este dependent de efectivul populaiei N. Cu ct populaia are un efectiv mai mare cu att va crete mai ncet.

    Cei doi parametri caracterizai anterior, respectiv r i K sunt utilizai i pentru descrierea diverselor strategii abordate de diferite populaii, fie aparinnd unor specii diferite, fie aparinnd aceleiai specii, dar supuse unor presiuni variate din partea mediului nconjurtor. Au fost descrise astfel dou tipuri de strategii populaionale (tabelul din figura 2.8). Strategiile de tip r, caracterizeaz populaiile ce investesc mai mult n reproducere i mai puin n competitivitate (de exemplu, dintre mamifere populaiile de roztoare). Populaiile cu strategii de tip K se caracterizeaz prin indivizi ce investesc mai puin n reproducere i mai mult n sporirea ratei de supravieuire, prin mrirea competitivitii (de exemplu, populaiile de carnivore mari).

    De exemplu, plantele anuale au o strategie de tip r. Cresc rapid i produc cel mai adesea numeroase semine de dimensiuni mici. Plantele perene cresc ncet, ating mai trziu maturitatea sexual i produc semine de dimensiuni mari (ex. stejarul).

    Figura 2.7 Dependena ratelor de natalitate i mortalitate de efectivul populaiei.

    Concluzii

    Strategii populaionale

  • Nivelul populaional

    30 Proiectul pentru nvmnt Rural

    Figura 2.8 Comparaie ntre parametrii populaionali ce caracterizeaz strategiile tip r i K.

    Parametrul Strategie tip r Strategie tip K Impactul variaiei factorilor abiotici (clima)

    Variabil i/sau imprevizibil, nesigur

    Destul de constant i sau previzibil, mai sigur

    Mortalitatea Deseori catastrofal, nedirecionat, independent de densitate

    Direcionat, dependent de densitate

    Mrimea populaiei Variabil n timp, neechilibrat, de obicei sub capacitatea de suport a mediului (N < K). Frecvente depopulri urmate de recolonizri anuale

    Constant n timp, echilibrat, atinge sau este aproape de capacitatea de suport a mediului (N = K). Nu sunt necesare recolonizri.

    Competiia intr i interspecific

    Variabile, n general slabe De obicei intense

    Durata vieii Scurt, de obicei sub un an Lung, de obicei peste un an Eficien n: Productivitate Competiie Stadiul succesional caracteristic

    Timpuriu Matur

    Selecia natural favorizeaz:

    1. Dezvoltarea rapid


Recommended