Популяциялар экологиясы – демэкология

Популяция санын реттеудің кейбір механизмдері түрішілік бәсекелестілікті болдырмау мүмкін. Мысалы, егер құстар өзінің ұясын әнімен белгілйтін болса,басқа жұп жерге ұя салады. Көптеген сүтқоректілердің салған белгілері әр дануардың аң аулайтын территориясын белгілейді. Бұл құбылыстардың барлығы түрішілік бәсекені жойып, популяцияның тығыздығының шектен тыс артып кетуіне кедергі   жасайды.

Ива́н Ива́нович Шмальга́узен (1884-1963) барлық биологиялық жүйелер белгілі бір дәрежеде өздігінен реттелуге, яғни гомеостазға қабілетті болады дейді.

Гомеостаз – тірі жүйелердің, соның ішінде популяциялардың қоршаған ортаның өзгермелі жағдайында тұрақты динамикалық тепе-теңдікті ұстап тұруға қабілетті.  Динамикалық тепе-теңдік дегеніміз – популяцияның белгілі бір орташа шама шекрасында ауытқуы. Гомеостаз терминін 1929 жылы ғылымға енгізген Кеннон Уолтер (1871–1945) американдық физиолог.

Ең алдымен әрбір жеке дара, содан соң ғана популяция гомеостатикалық жүйе болып табылады. Популяция санын реттеудің маңызды механизміне стресс-реакциялар жатады.

Бақылау сұрақтары:

1.Популяцияның  тығыздығы туралы не білесің?

2. Популяцияның  статикалық сипаттамалары қандай?

3. Популяция  тығыздығына тәуелді және тәуелсіз  факторларды атаңыз?

4. Популяция  қалай реттеледі?

5. Олли  принципі қандай?

Ұсынылған  әдебиеттер:

1.Оспанова  Г.С.,Бозшатаева Г.Т. «Экология» Алматы  2002ж 64 - 81 беттер.

2.Ә.С. Бейсенова, Ж.Б.Шілдебаев, Г.З.Сауытбаева «Экология»  Алматы, Ғылым-2001 ж.

 

Дәріс №4. Қауымдастықтар экологиясы– синэкология

 

Дәріс  мақсаты: Бірлестіктер  экологиясы, экожүйенің  ұйымдастыру  заңдары, олардың  жіктелінуі, негізгі  типтері туралы  ұғындыру.

Негізгі сұрақтар және қысқаша мазмұны:

Биоценоз, биогеоценоз, экожүйе туралы түсінік. Экожүйедегі түр аралық байланыстардың негізгі формалары (нейтрализм, комменсализм, протокооперация, мутуализм, жыртқыштық, паразитизм). Түр аралық бәсекелестік – қауымдастықтың тірлік құрылымын сақтаушы негізгі механизмдердің бірі. Г.Ф. Гаузенің бәсекелестік арқылы жою принципі. Экологиялық қуыс: потенциалдық және іске асырылған экологиялық қуыс. Экожүйедегі энергия ағыны және химиялық элементтердің айналымы. Термодинамиканың бірінші және екінші бастамалары. Линдеманның энергия тасымалының 1% ж.не 10% ережелері. Биоценоздың трофикалық құрылымы (продуценттер, консументтер, редуценттер). Қоректік тізбектер және трофикалық деңгейлер, қоректік торлар. Экологиялық пирамидалар (сандар, биомасса, энергия пирамидасы). Экожүйелердің өнімділігі (бастапқы және туындаушы өнім). Экожүйелердің табиғи дамуы: бастапқы және қайталанған сукцессиялар. Экожүйелердің біртұтастығы және тұрақтылығы, экожүйелердің тұрақтылық механизмдері. Табиғи экожүйелердің тұрақтылық критерийлері және тұрақтылығының негізгі көрсеткіштері.

Биоценоз, биогеоценоз, экожүйе туралы түсінік.Тірі организмдер өзара және тіршілік ортасының абиотикалық жағдайларында белгілі қатынастарда экологиялық жүйені құрады.

Белгілі-бір территорияда өмір сүретін әртүрлі түрлердің жиынтығын – биоценоз деп атайды. «Биоценоз» ұғымын 1877 жылы неміс зоологы К. Мебиус (1825-1908) ұсынды.

Биоценоздың өсімдік компонентін фитоценоз деп, жануарлар әлемін – зооценоз, микробты- микробеценоз деп атайды. Биоценозда қозғалғыш күш өсімдік болып табылады.

Биоценоз құрылымы түрлік, кеңістікті және экологиялық болып бөлінеді.

Түрлік құрылым биоценозды құрайтын түрлер саны және олардың салмағы қатынасы.

Яғни, биоценоздың бұл түрі түрлердің саны қатынасы немесе олардың өзара салмағы мен әртүрлілігімен анықталады. Түрлер әртүрлілігі сол қауымдастағы түрлер саны. Биоценоздың бай және кедей түрлері кездеседі. Түрлік әртүрлілік  қауымдастық жасына байланысты және негізгі экологиялық факторлардың-температураның, ылғалдылықтың, тамақ ресурстарының тиімді болуына байланысты болады.

Кеңістікті құрылым кеңістіктегі әртүрлі түрдегі организмдердің таралуын айтады. Кеңістікті құрылым биоценоздың өсімдікті бөлігі арқылы құрылады.

Экологиялық құрылым - әртүрлі экологиялық топтар организмдерінің қатынасы. Ұқсас экологиялық құрылымды биоценоздарда әртүрлі құрылымда болуы мүмкін. Бұл кейбір экологиялық түрлер тұқымдас болмағанымен экология бойынша ұқсас болуы мүмкін.

Ешқандай биоценоз қоршаған ортадан тәуелсіз, не одан тыс өздігінен дами алмайды. Нәтижесінде жеке бөліктерінің күрделі өзара әсерлері қалыптасқан, тірі және өлі компонетттерінің жиынтығынан тұратын белгілі бір комплекстер түзіледі.

Белгілі бір дәрежеде біртекті жағдайлармен сипатталатын, ағзалардың белгілі бір бірлестігімен (биоценоз) қоныстандырылған кеңістік – биотоп деп аталады. Егер биотопты биоценоз өмір сүретін орын ретінде сипаттасақ, онда биоценозды белгіл бір нақты биотопқа тән, тарихи қалыптасқан ағзалар комплексі деп қарастыруға болады.

Кез келген биоценоз биотоппен бірігіп одан да жоғары деңгейдегі биологиялық жүйе – биогеноценозды түзеді. «Биогеоценоз» ұғымын 1940 жылы В. Н. Сукачев ұсынған.

В.Н.Сукачев (1880-1967) биогеоценозға мынадай анықтама берген – «жер бетінің белгілі бір бөлігінде табиғи жағдайлары біртекті (атмосфера, тау жыныстары, өсімдіктер, жануарлар әлемі, микроорганизмдер дүниесі, топырақ және гидрологиялық жағдайлар) бірлестік, ол өзін құрайтын компонеттердің өзара әсерлесу ерекшеліктерімен, белгілі бір зат және энергия алмасуымен, басқа да табиғат құбылыстарымен, ішкі қарама – қайшылықты біртұтастықпен сипатталатын, үнемі қозғаыста, дамуда болатын жиынтық». «Биогеоценоз» ұғымы шет елдерде кеңінен таралған, 1935 жылы А. Тенсли ұсынған «Экожүйе» ұғымына жақын. Экожүйе дегеніміз – зат, энергия және ақпараттар алмасу нәтижесінде біртұтас ретінде тіршілік ететін кез келген өзара әрекетттесуші тірі ағзалар мен қоршаған орта жағдайларының жиынтығы (4.1-сурет).

Кейбір зерттеушілер тірі жүйелердің ұйымдасуын бағалау үшін ақпараттық математикалық ілім әрпін қолдануға талпынған. Бірақ, академик В.А. Энгельгарт атап көрсеткендей, ақпараттар ілімінің математикалық аспектілері тіршілік құбылыстарының элементарлық негіздерін анализдеуге әлі де болса сәйкес келмейді.

Экологиялық жүйелер функционалдық және құрылымдық белгілері бойынша ерекшеленеді.

Функционалдық жіктелу экожүйеге келіп түсетін энергия көзі, мөлшері және сапасына негізделген.

Экожүйелердің құрылымдық жікелуі өсімдіктер типіне және ландшафттың негізгі белгілеріне негізделген. Құрлық экожүйелері (биомдар) өсімдіктердің табиғи белгілері, ал су экожүйелері – геологиялық және физикалық белгілері бойынша ерекшеленеді.

Кең қолданылып жүрген құрылымдық жіктелу бойынша ғаламшарды төмендегі экожүйелерге бөледі:

1)құрлық экожүйелері  – тундра, тайга, орманды дала, дала, шөлейт, шөл, тропиктер, тал;

2)тұщы су – ағынсыз  су (көл, тоған) және ағынды су (өзен, бұлақ, жылға), батпақтар мен батпақты  ормандар экожүйелері;

3)теңіз экожүйелері –  теңіздер мен ашық мұхит.

Экожүйедегі түр аралық байланыстардың негізгі формалары (нейтрализм, комменсализм, протокооперация, мутуализм, жыртқыштық, паразитизм). Түр аралық қарым-қатынастар биоценоздардағы ағзалар санының динамикасында зор роль атқарады. Жыртқышты жемтіктерін жоя отырып, олардың санына әсер етеді. Паразиттердің де әсері осындай, иесін әлсірете отырып, олардың көбеюін тежейді, тіпті өліміне де әкеліп соқтыруы мүмкін.

Бәсекелестік қатынастарды, жыртқыштық пен паразитизм құбылыстарына ертеден экологтар назар аударып келген. Солардың ішінен А. Лотканың (1923-1925) жұмыстары ерекше орын алады. Ол алғаш рет жануарлардың паразит-иесі жүйесіндегі өзара қатынастардың математикалық үлгісін ұсынды.

А. Лотканың жасаған тұжырымы: паразиттердің өздерінің иелерін жоюы тек паразиттердің санына ғана емес, иеснінің санына да тәуелді болады. Иесінің белгілі бір санына сәйкес келеді және иесінің популяциясының тығыздығының артуына байланысты паразит популяциясының тығыздығы артады. Паразит санының артуы иесінің санының кемуіне әкеледі де, соңғысы қайтадан паразиттер санының кемуіне әкеледі. Осылайша толқынды түрде иесі мен паразиттердің популяцияларының саны периодты түрде ауытқып отырады.

Мұнда динамикалық өзін-өзі реттеуші жүйе жұмыс істейді. Паразиттің санының арту толқынынан соң, иесінің санының арту толқыны кездесіп келіп отырады. Паразит-иесі жүйесіндегі популяциялардың өзара әсерлесу үлгісі жыртқыш пен оның жемтігінің өзара әсерге толық сәйкес келеді.

Өзінің зерттеулер негізінде В. Вольтерр 3 заңды тұжырымдайды:

перидтық цикл заңы. Екі түрдің санының ауытқулары периодты болады. Жыртқыш пен жемтігінің популяцияларының өсу коэффициенті мен бастапқы салыстырмалы санына байланысты болады;

орташа шамалардың сақталу заңы. Екі түрдің популяцияларының ораташа саны бастапқы санына тәуелсіз, популяцияның үлкеюі мен кішіреюі, жыртқыштардың көбею интенсивтілігі тұрақты болғанда, тұрақты болып қалады;

  3) орташа шамалардың бұзылу заңы. Егер екі түрдің даралары олардың популяцияларының тығыздығына пропорционалды түрде жойылса, онда жемтігінің популяциясының орташа саны артады, ал жыртқыш популяциясында кемиді.

Бір түрдің басқа түрге деген қарым-қатынасы пайдалы, зиянды және зиянсыз болуы мүмкін.

Нейтрализм деп бір аймақта екі түрдің бірігіп өмір сүруі.

Комменсализм- кейбір түрлер басқа түрмен өмір сүріп, оның пайдасын көрседі, ал екіншісіне бәрі-бір болады. Мысалы, гендер жолбарыстың тапқан тамығының қалдықтарымен өмір сүреді.

Мутализм –басқа бір түрсіз өмір сүре алмайтындай түрлердің өзара пайдалы өмір сүруі. Бір ағза екіншісінің есебімен тіршілік етеді, оған ешқандай зиян келтірмейді. Комменсализм царазитизмге қарағанда симбиозға жақындау. Мысалы, жабысқақ-балық ірі балыққа бекініп алады да онымен бірге қозғалады және оның тамағынан қалған заттармен қоректенеді.

Жер бетінде мекендейтін (қиқоңыз, өлексе қоңызы, және т.б.) гамазды кенелердің қозғалғыш дернәсілдері кездеседі. Осындай әдіспен олар таралады.

Симбиоз (селбесу) дегеніміз - әр түрге жататын даралардың екі жақты пайдалы бірігіп тіршілік етуі. Жануарлардағы симбиозға мысал – шаян мен актинияның бірігіп тіршілік етуі жатады. Актиния шаянның арқасына бекініп оны атпа жасушаларының көмегімен қорғайды, ал актиния шаяннан қалған тамақ қалдықтарымен қоректенеді және оны қозғалыс құралы ретінде пайдаланады. Жоғары дәрежеде дамыған симбиозға термидтер мысал бола алады. Олардың ас қорыту жолдарында талшықтылар мекендейді. Термидтер целлюлозаның гидролиздеуші ферменттерінің болмауына қарамай ағашпен қоректенуге қабілетті. Мұны олардың орнына талшықтылар жүзеге асырады. Ал нәтижеде түзілетін қантты термиттер пайдаланады. Термиттер осы ішек фаунасынсыз тіршілік ете алмайды. 

Өсімдіктердің арасындағы симбиозға жақсы мысал – қыналар. Қыналар балдырлар мен саңырауқұлақтардың селбесіп тіршілік етуі нәтижесінде түзіледі.

Әріптестік бірігіп тіршілік ету. Екі популяция бірлестік түзеді. Бірақ бұл бірлестік міндетті емес. Әр түр бөлек тіршілік ете алады, бірақ бірігіп тіршілік ету екеуіне де пайдалы. Мысалы, құстардың бірнеше түрінің бірігіп ұя салуы, тырна мен крачка, олардың бірігіп өмір сүруі жауларынан қорғануды жеңілдетеді.

  Экожүйедегі энергия ағыны және химиялық элементтердің айналымы.Тірі жүйелердің маңызды термодинамикалық сипаттапмасы олардың ішкі реттілігінің жоғары дәрежеде болуы. Ол энтропиямен сипатталады және S әрпімен белгіленеді. Ішкі реттілігі мен ұйымдасуы жоғары жүйелердің энтропиясы төмен, ал керісінше тепе-теңдіктегі жүйелердің энтропия шамасы жоғары болады.

Термодинамикалық тұрғыдан экожүйелер қоршаған ортамен үнемі зат және энергиямен алмасып отыратын және осы арқылы ішкі энтропиясын төмендетіп, сыртқы энергиясын арттыратын ашық, тепе-теңдігі жоқ жүйе болып табылады.

1935 жылы атақты биолог  Э. Бауэр былай деді: «Тірі жүйелер  еш уақытта тепе-теңдікте болмайды  және өзінің бос энергиясы  есебінен үнемі сыртқы орта  жағдайларына сай физика мен  химия заңдары талап ететін  тепе-теңдікке қарсы жұмыс жасайды. Бұл принципті тірі жүйелердің тұрақты теңсіздік принципі деп атайды. Бұл принцип тірі ағзалардың ашық теңсіздіктегі жүйе екендігін көрсетеді. Олардың өлі жүйелерден ерекшелігі, олар энтропияның төмендеуі бағытында дамиды.

Термодинамиканың бірінші және екінші бастамалары. Линдеманның энергия тасымалының 1% және 10% ережелері

        Энергия – материяның барлық түрлерінің өзараа әсері мен қозғалысының жалпы сандық  өлшемі. Ол табиғат құбылыстарын біріктіреді. Жүйедегі энергияның өзгеруі жұмыс орындалған кезде жүреді.

Термодинамиканың бірінші заңы – энергияның сақталу заңы – табиғатттағы энергия жоқтан пайда болмайды, жоғалып кетпейді. Ол тек бір түрден екінші түрге айналады. Ал энергия мөлшері тұрақты болып қалады. Бұл заңға табиғатта белгілі барлық процестер бағынады.

Термодинамиканың екінші заңы бойынша энергияның өзгерістерімен байланысты процестер тек энергия концентрленген түрден таралған күйге өткенде ғана өздігінен жүре алады (мысалы, ыстық заттың жылуы суық ортада өздігінен таралады). Энергияның қандай да бір бөлігі пайдалануға болмайтын түрде таралғандықтан энергияның өздігінен өзгеруінің тиімділігі барлық уақытта 100%-дан кем болады.

        Сонымен термодинамиканың  бірінші заңын мынадай формула  арқылы жазуға болады. А = Б + В. Мұнда  А – күн сәулесі, шашыраған  энергия түрі, Б – жылу, өсімдіктер  пайдаланбай қоршаған ортаға  шашырап кеткен энергия,  В - өнім, (жапырақ) өндіруге жұмсалған энергия (жинақталған түрі).

        Термодинамиканың  екінші заңы мынадай формуламен  жазылады А > В. Басқаша айтқанда, жинақталған энергия (В) әрқашан  күн сәулесінен шашыраған энергиядан (А) аз болады.

        Экологиялық  жүйедегі энергияның негізгі  көзі - күн сәулесі. Минут сайын 1см  жер бетіне 2 калориялық күші бар  күн сәулесі бағытталады. Жаздың  бұлтсыз ашық күндері түс мезгілінде  аспандағы ауадан өтіп жер  бетіне 1,34 калориясы жетеді, ал бұлттан, судан өткен сәуленің қуаты 0,4-0,5 калория болады.