Structura si organizarea biocenozei

1. Factorii determinanti ai structurii biocenotice

Structura biocenozei este influentata de 3 categorii de factori:

dispersarea; - mediul fizic; si - mediul biotic

A)   DISPERSAREA

Repreznta modalitatile de deplasare al indivizilor maturi ai populatiei, ale formelor lor de rezistenta sau stadiilor larvare in raport cu habitatul.

Se observa ca unele biocenoze sunt formate din specii cu caracteristici ecologice foarte diferite, ceea ce arata ca ele au origini diferite, provenind prin dispersare din arii geografice extreme.

Caracterul dispersarii depinde in primul rand de capacitate de deplasare innascuta a indivizilor maturi sau a diferitelor stadii. Ex: pasarile, insectele sunt capabile sa "zboare" pe distante mari; exista si paianjeni care isi confectioneazain aceste send parasute filiforme.

Speciile care au adaaptari in dispersare supravietuiesc in biocenoze datorita abilitatii lor de a coloniza repede noi suprafete de habitatdispersarea depinde de posibilitatea traversarii barierelor. Barierele pot fi: geografice (munti, ape) si ecologice (zone cu conditii de mediu opuse cerintelor speciilor date).

Exista 3 tipuri de dispersare:

a. Tipul exponential, in care numarul indivizilor gruparii care incepe deplasarea, scade constant cu distanta. Scaderea numarului populatiei in dispersare este o functie logaritmica a distantei.

b. Tipul normal, unde numarul indivizilor care se angajeaza in deplasare creste la inceput, dar pe parcurs, de la o anumita distanta scade progresiv cu viteza.

c. Tipul de dispersie la o distanta data, prin care grupa de indivizi se muta la o distanta oarecare, dupa care deplasarea inceteaza.

B) MEDIUL FIZIC

Conditiile mediului fizic dint-o arie data, actioneaza ca un filtru pentru noile specii venite. Reusita aclimatizarii  depinde de limitele de toleranta ale speciilor intrate si de valorile extreme ale factorilor fizici din zona. Dintre toti factorii fizici care actioneaza intr-o padure, radiatia solara si vantul sunt cei mai puternic afectati de prezenta coronamentului forestier. O cantitate considerabila din radiatia solara este reflectata in spatiu de catre coronament (16-17% pt padurile de foioase si 10-14% pt cele de conifere). Cea mai mare parte din restul energiei este absorbita de frunze, iar cantitatea de radiatii care atinge solul padurilor este de 1-6%. Coronamentul reduce viteza vantului cu cca 40-80%. Sub acesti doi factori se dicteaza conditiile de T din padure. In padurile din zona temperata, T este mai coborata vara si mai crescuta iarne, decat in statiunile din afara padurii.

Umiditatea in timpul verii, din cauza T reduse, este crescuta (evaporarea de pe suprafetele umede se reduce).

Cu cat coronamenrtul este mai compact, cu atat este mai saraca compozitia in specii a partii substratificate din biocenoza.

Microclimatele ecosistemelor apar si prin interferenta cu factorii geografici ce conditioneaza morfometria biotopului. Intr-o padure asezata pe o colina cu pante abrupte, conditiile microclimatice difera intre panta N si S. Aceste diferente apar datorita variatiei in unghiul de incidenta a radiatiei solare si a directiei vanturilor.

In timpul iernii pe panta nordica, radiatia solara se raspandeste pe o suprafata mai mare de sol. Tinand cont si de copaci, inseamna ca sub un asemenea unghi mic, nicio radiatie nu atinge solul.

Panta sudica primeste energie sub un unghi de incidenta aproximativ egal cu cel de pe panta nordica, vara.

Conditiile de iarna sunt mai severe pe panta de N, a.i. vara panta nordica este mai rece si mai umeda decat cea sudica. Aceste diferente se reflecta si in vegetatia celor 2 pante.

Exemplu: coronamentul superior este mai compact pe panta N si mai lacunar pe cea S. Componenta in arbori tineri este mai bogata pe panta S, iar cea de arbusti pe panta N.

Densitatea totala de arbori si arbusti este mai mare pe panta N.

Deosebiri exista si in vegetatia de sol:

Astfel, pe panta N domina Cryptophytele care au muguri ingropati adanc in sol; ferigile ce au muguri la nivelul solului unde gasesc preferintele lor de umiditate crescuta si T moderata vara.

Pe panta S, domina Therophytele care avand seminte supravietuiesc, depasind perioada de seceta puternica.

Dependenta de ambianta conditiilor mediului extern este mai stricta in cazul poikilotermelor. Varietatea adaptarilor morfologice, fiziologice si de comportament la mediul abiotic are un rol important in selectarea speciilor pentru includerea lor in biocenoza.

C) MEDIUL BIOTIC

Exista 2 aspecte:

-rolul mecanismelor de impartire a resurselor

-rolul unor interactiuni specifice.

Mecanisme de impartiere a resurselor: se pune problema daca exista cerinte interne ale sistemului biocenotic care sa duca la o diferentiere stabila a folosirii resurselor. In cazul animalelor sa-u diferentiat 3 tipuri de mecanisme majore de impartire a resurselor:

specializarea directa in morfologie si compertament pt diferite feluri de hrana;

separarea verticala, prin ocuparea diverselor straturi in covorul vegetal;

separarea orizontala, prin ocuparea portiunilor de habitat caracteristice.

Whittaker a urmarit abundenta pentru 28 specii de plante paralel cu variatia umiditatii din mediu la 400-70 m altitudine. Astfel fiecare specie este specializata pentru un anumit set de conditii de mediu. Aceste diferente (dupa umiditate si altitudine), rezulta din modul cum sunt impartite resursele intre membrii aceleiasi grupari, fapt care depinde de gradul de adaptare a speciilor coabitante la conditiile mediului. Atunci cand speciile coabitante manifesta o adaptare gradata la mediu, care determina o dominare descrescanda, curba productivitatii apare sub forma de linie dreapta. Specia cea mai bine adaptata exploateaza fractiunea cea mai mare a resursei, dupa care urmeaza o a 2-a specie cu o fractiune mai mica, etc.

Aceasta situatie exista la biocenozele care se dezvolta in conditiile vitrege ale mediului fizic.

In conditiile cand mediul permite un numar mai mare de specii si nu numai o singura specie are un avantaj competiriv mai bun, atunci curbele productivitatii au alte forme.

Exemplu, cand exista o specie sau 2 specii cu avantaj competitiv mai mare, curba are aspect sigmoid. Partea superioara abrupra a curbei corespunde dominantei (dominantelor); partea mijlocie , subdominantei mai importante, iar partea inferioara abrupta, speciilor mai rare.

Un rol important il are gradul de adaptare al speciei la natura si caracteristicile mediului strict, care conditioneaza nu numai intrerea in biocenoza, dar si aranjarea lor pe scara ierarhica a impartirii resurselor.

Interactiuni specifice: structura biocenozei este influentata de relatiile interspecifice. Aceste interactiuni pot fi obligatorii sau facultative. Cu cat este mai mare numarul interactiunilor specifice si obligatorii, cu atat va fi mai mare gradul de determinare a structurii biocenozei.

Interactiunile dintre membrii aceluiasi nivel trofic- presupune relatiile dintre organismele care au acelasi mod de hranire.

competitia interspecifica, se incadreaza in acets tip de interrelatie; s-a demonstrat influenta ei asupra restrangerii sau extinderii arealului speciilor.

amensalismul (in care o specie inhiba cresterea si supravietuirea altei specii prin substante inhibitoare, dar nu o exploateaza pentru hrana), considerat ca forma a competitiei prin interferenta.

Numeroase specii de plante produc substante chimice care sunt eliminate in mediu, acestea actioneaza in sens negativ asupra germinatiei si cresterii altor plante. Fenomen denumit alelopatie.

Mecanismul alelopatiei la arbustul Adenostoma fasciculatum , unde s-a observat ca terenurile populate de acest arbust au vegetatia ierboasa a substratului foarte saraca in specii, desi intensitatea luminii si gradul de umiditate nu difera fata de alte suprafete vecine. Acest exemplu demonstreaza ca mecanismele alelopatice sunt in masura sa influenteze componeta structurala a fitocenozelor.

Rolul acestor mecanisme este important si ar putea constitui una din conditiile care stau la baza asocierii diferitelor specii de plante in biocenozele mature.

Interactiunile dintre membrii nivelelor trofice diferite:se pot manifesta direct, fiind generate de necesitati de cooperare, de intrajutorare sau de hranire si indirect prin intermediul legaturilor inverse genetice care fac ca diferite nivele trofice sa se influenteze reciproc. Aceasta presupune ca selectia trebuie sa actioneze in sensul selectarii caracterelor speciale utile. Aceasta selectie tinde sa produca o relatie de aranjare evolutiva intre componentii nivelelor inlantuite si se numeste COEVOLUTIE.

Observatii legate de interactiunile ierbivore-plante- numeroase specii de plante care contin substante chimice, sunt toxice pentru multe ierbivore, fapt care a dus la evitarea lor, fenomenul fiind considerat ca o adaptare de protectie impotriva pasunatului ierbivor.

La fel speciile de fluturi strident colorati "culori de avertizare", care par a fi dezagreabile, neatractive pentru rapitoare.

Cercetarile asupra speciilor dezagreabile, au scos in evidenta faptul ca in spectrul lor trofic ocupa loc preponderent plantele bogate in substante toxice. Exemplu: fluturele monarh (Donaus plexippus) se hraneste numai cu plante ce contin un lapte bogat in substante chimice care sunt puternice otravuri cardiace pentru vertebrate.

2.Diversitatea speciilor

Diversitatea biologica poate fi definita ca varietatea formelor biologice existenta intr-o zona. Diversitatea este data de 2 aspecte:

-variatia numarului de specii

-distributia numarului de indivizi.

Bogatia unei biocenoze in materie vie, exprima corelatia intre numarul speciilor si indicatorii marimii si efectivul populatiilor lor.

Diversitatea ecologica este scazuta in ecosistemele care sunt controlate de factorii limitanti si mai mare in ecosistemele controlate de factorii biotici. Exista mai multe specii la tropice decat in zonele temperate si arctice.

Tienemann studiind diversitatea ecologica in lacurile din nordul Germaniei a observat ca la un numar egal de indivizi, unele biocenoze sunt formate din numar mare de specii, altele din numar mic de specii. Astfel Tienemann a formulat 2 principi:

Cu cat sunt mai variate conditiile unui biotop, cu atat este mai mare numarul de specii.

Cu cat conditiile de viata se indeparteaza de normal sau de optim, cu atat mai saraca in specii devine biocenoza si cu atat mai bogata in indivizi apare specia.

Acestea sunt cunoscute ca "principiile biocenotice fundamentale".

Cu cat numarul de specii este mai mare, numarul de indivizi pe specie este mai mic. Fenomenul este dictat de capacitatea de suport al spatiului si controlat de factorii limitanti (competitia interspecifica).

In biotopul cu conditii variate care coincid cu optimul ecologic al speciilor, biocenozele sunt bogate si competitia interspecifica este mare. Biotopurile cu conditii uniforme sau vitrege, unde sunt factori limitanti, se adapteaza putine specii si competitia este slaba.

Saracia in specii este compensata de numarul mare de indivizi.

Exemplu: litoralul marilor, conditiile foarte variate permit coabitarea unui numar mare de specii ce pot forma biocenoze distincte in functie de calitatea substratului. Numarul de indivizi in interiorul speciei, este limitat. In schimb, in largul marilor unde conditiile sunt cca uniforme, exista putine specii dar cu numar mare de indivizi.

Exista 2 reguli:

1. In formarea biocenozelor, competitia interspecifica are o importanta mai mare decat competitia intraspecifica.

2. In biotopuri cu conditii ecologice inasprite domina forme stenotope specializate.

Diversitatea reflecta trasaturi organizatorice importante in functiile biocenozei, fiind legata de stabilitataea lor. O diversitate mare coincide si cu o stabilitate mare si invers.

O biocenoza cu o diversitate mare, are o retea trofica mai complexa si mai multe mecanisme de control. Cunoasterea divesitatii conduce la controlarea starii echilibrului biocenotic, la cunoasterea gradului de valorificare a niselor trofice si posibilitatea de instalare a unor noi elemente in structura trofica.

Margalef- arata ca prin intermediul legaturilor inverse genetice si in functie de posibilitatile mediului, diversitatea biocenotica creste dar nu la valoarea maxima, ci la cea optima, aceasta sigurand cresterea cantitatii de informatie si reducerea dezordinei, fenomen denumit, actiune antientropica a biocenozei, care asigura stabilitatea sistemului.

Variatia diversitatii la nivel de biocenoza creste astfel:

Diversitatea creste catre tropice, apoi creste de-a lungul timpului geologic, de-a lungul succesiunii ecologice si creste catre mediile mai stabile, creste o data cu departarea de zonele poluate.

Stabilitatea locurilor de viata este cea care regleaza diversitatea ecologica. La unele organisme nu se observa o relatie intre diversitate si stadiul evolutiv.

Opinii: -diversitatea este o caracteristica istorica, evolutionista, decat ecologica. Toate modelele diversitatii reflecta etape evolutive ale speciilor, consecinta a schimbarii ei in decursul erelor.

Orice comunitate de insecte apare cu numeroase specii de lepidoptere, diptere, himenoptere. Predominanta reflecta succesul lor evolutiv.

Metode de determinare a diversitatii

Cercetarile s-au orientat spre cunoasterea numarului de specii dintr-o biocenoza si a modului de distributie a numarului total de indivizi intre speciile coabitante.

Cresterea biocenozelor manifesta tendinta de a contine putine specii cu abundenta mare, apoi cu abundenta medie si numeroase specii cu abundenta mica. Reprezinta rezultatul interactiunilor multiple care duc la un stadiu de echilibru stabil, care se realizeaza printr-un flux si reflux constant al numarului de indivizi pe specii.

Spectrul abundentei relative a speciilor existente in ecosistem , este o reflectare a acestor interactiuni. Expresia cantitativa a spectrului se estimeaza prin calcule de probabilitate, exprimat prin indici.

Diversitatea ecologica

Este un indice complex al structurii unei biocenoze. Este legata de bogatia de specii dintr-o biocenoza. Cu cat acest numar va fi mai mare, cu atat diversitatea va fi mai mare. Diversitatea structurala si functionala reprezinta o conditie de baza a existentei sistemelor biologice. Astfel, diferentierea formelor de viata in interiorul fiecarui nivel trofic permite sporirea intrarilor de substanta sau energie in nivelul respectiv, deci folosirea cat mai eficienta a tuturor resurselor si creaza noi premize pentru cresterea ulterioara a diversitatii. Cresterea diversitatii pe baza cresterii complexitatii legaturilor dintre specii duce la realizarea unui control multiplu reciproc si la cresterea stabilitatii ecosistemului.

Valoarea diversitatii depinde de:

-gradul de heterogenitate spatiala a biotopurilor

-intensitatea si specializarea metodelor de complexitate ce intervin intre speciile aceluiasi nivel trofic

-nivelul de productivitate

-timp

-gradul de diversitate realizat.

Indicele de diversitate (H) este legat de bogatia in specii a biocenozei. El stabileste o relatie intre numarul de specii si numarul / biomasa indivizilor ce apartin fiecarei specii. Acest indice arata gradul de heterogenitate al biocenozei si arata si gradul de stabilitate ecologica al ecosistemului.

Exista mai multe modalitati de calculare a diversitatii. Cea mai uzuala este metoda Simpson, bazata pe teoria probabilitatii:

unde, p= abundenta fiecarei specii exprimata in probabilitati (valoarea procentuala se imparte la 100).

Daca indicele se calculeaza cu 4 zecimale, se iau in consideratie valori ale abundentei > 0,7%, pentru calcule cu 3 zecimale se utilizeaza valori ale abundentei > 2%.

Cunoasterea biodiversitatii are o mare importanta practica. Se stie ca in timpul dezvoltarii unei biocenoze, interrelatiile dintre specii si mediul ambiant tind sa atinga o stare de echilibru. Acest echilibru este de tip dinamic: orice modificare a uneia dintre componentele biocenozei atrage dupa sine alterarea echilibrului.