Бірлестіктер экологиясы-синэкология. 2

Бірлестіктер экологиясы-синэкология.

Мақсаты: Студенттерге биоценоз туралы түсінік беру және экожүйедегі түраралық байланыстардың негізгі формалары (нейтрализм, комменсализм, протокооперация, мутуализм, жыртқыштық, паразитизм, Г.Ф.Гаузенің бәсекелестік арқылы жою принципі, экологиялық қуыстың потенциалды және жүзеге асырылған түрлерін түсіндіру.

Жоспары:

1. Синэкологияның  зерттеу обьектілеріне жалпы  сипаттама:

а) Биоценоз

ә) Биогеоценоз

б) Экожүйе

2. Экожүйедегі  энергия және заттар айналымы.

3. Экологиялық пирамида және оның типтері.

4. Экожүйенің  тұрақтылығы мен динамикасы.

5.  Экологиялық  сукцессиялар. 

Негізгі түсініктер: биоценоз, синекология, биогеоценоз, экожүйе, нейтрализм, комменсализм, протокооперация, мутуализм, аменсализм, микориза, антибиоз, аллелопатия.

1. Синэкологияның зерттеу обьектілеріне  жалпы сипаттама

Синэкология организмдердің тіршілік жағдайларын , өзара және қоршаған ортамен өзара қарым-қатынасын зерттейді. Синэкология экожүйелердің шекараларын салумен айналысады, сондықтан  оны биогеноценологиялық экология деп те атайды.

       Табиғатта әртүрлі популяциялар  бірігіп ірі бірлестіктерді немесе  қауымдастықтарды құрайды. Синэкологиядағы  «син» деген сөздің өзі «бірге», яғни бірлесіп, қауымдасып тіршілік  ету деген мағынаны білдіреді.  Қауымдастық дегеніміз белгілі ареалда  мекендейтін , әртүрлі түрлерден құралған,  тірі  организмдер жиынтығы.

 Биоценоз (bios-өмір, koinos-жалпы) – табиғи жағдайлары бірегей жерлерде тіршілік ететін өсімдіктер, жануарлар және микроорганизмдер жиынтығынан тұрады. Биоценоз ұғымын алғаш рет ұсынған неміс зоологы К.Мебиус (1877). Кез келген биоценоз өзімен-өзі жеке дамымайды. Ол әрқашанда өлі табиғатпен бірлестікте ғана өмір сүреді.

Қауымдастық дегеніміз әртүрлі биоценоздардың - фитоценоздардың, зооценоздардың, микробоценоздардың, микоценоздардың өзарабайланыстарының жиынтығы.

Экологияның негізгі ұғымына «экожүйе» жатады. Бұл терминді енгізген 1935 ж. А.Тенсли. Экожүйе дегеніміз тірі тіршілік иелері мен олардың мекен ету орталарынан тұратын, біртұтас функционалды біріккен табиғи жүйе.

           Экожүйенің құрылымы:  Экожүйе = биоценоз + биотоп

Экожүйенің негізгі қасиеттері:

1. зат айналымына қатысу қабілеттілігі;
2. сыртқы әсерлерге қарсы тұруы;
3. биологиялық көбеюі.

Экожүйенің деңгейлері:

4. микроэкожүйе- кішкене су қоймасы, жануарлар өлексесі олардың тіршілік ететін әртүрлі ағзаларымен бірге, аквариум, жайылым , су тамшысы
5. мезоэкожүйе- орман, өзен, тоған, т.б.
6. макроэкожүйе- мұхит, континент, табиғи зона, т.б.
7. глобальдық экожүйе- биосфера

Экожүйеге мағынасы жақын терминге «биогеоценоз» жатады. Бұл терминді 1942ж. академик В.Н.Сукачев енгізген.

Биогеоценоз екі блоктан тұрады:

8. «биоценоз»- организмдердің әртүрлі түрлерінің өзарабайланысы(популяция);
9. «биотоп» немесе «экотоп»- мекен ету ортасы.

Экологияда жиі «бірлестік» терминін пайдаланады.

    Сонымен, биогеоценоз- тірі ағзалар мен олардың мекен ететін физикалық ортасымен бірге қауымдасқан жүйе. «био»-тірі ағзалар, «гео»- өлі табиғат (арнайы географиялық орта)

     Табиғатта бейорганикалық химиялық  элементтер айналымынан басқа да, биогендік химиялық элементтер миграциясы немесе биогеохимиялық айналым  жүзеге асырылады.

Экожүйе мен биогеоценоз- тірі ағзалардың және ортаның жиынтығы.

Биогеоценоз- тірі ағзалар мен ортаның кездейсоқ жиынтығы емес, ерекше келісілген , динамикалық , өзарабайланысы, тұрақты, теңестірілген жүйе. Ол ұзақ уақыттың адаптация нәтижесі. Биогеоценозды анықтаушы- фитоценоздар.

Агробиогеоценоз- жасанды фитоценоз негізінде жасалады.

Биогеоценозда барлық тірі иелер қоректену тізбегіне біріктірілген. Өзара қосылу және айырылу нәтижесінде белгілі буындардан күрделі трофикалық тор құрылады. Құрлықтағы қоректену тізбегі қысқа(3-4 буыннан тұрады). Мыс: ағаш- құрт- құс-жыртқыш құс. Су ортасында қоректену тізбегі едәуір ұзын: фитопланктон-зоопланктон- майда балықтар- жыртқыш балықтар- человек.

Қоректену тізбегінің бірнеше деңгейі болады:

I-трофикалық  деңгей- автотрофты ағзалар-продуценттер

II- шөпқоректі  жануарлар (фитофагтар) – консументтер I-қатардағы

III- трофикалық  деңгей- жыртқыш жануарлар  немесе  зоофагтар- консументтер II-қатардағы.

IV- ірі жыртқыштар.

V-өлі организмдердегі  заттарды және қалдықтарды тұтынушылар (деструкторлар, редуценты)- сапрофаг, сапрофиттер, детриттер .

Тізбектегі I-IV дейінгілер–> жеу тізбегі; соңғы – детриттік тізбек

Биоценозда әртүрлі түрлер арасында белгілі бір қарым-қатынастар қалыптасады.

Биотикалық қарым қатынастары

Табиғатта әрбір тірі организмдер оқшау, жеке тіршілік ете алмайды. Оны көптеген табиғаттың басқа өкілдері қоршайды және бұлардың барлығы бір бірімен күрделі қарым қатынаста болады. Организмдер арасындағы қарым қатынастар, сонымен қатар олардың тіршілік жағдайларына әсері қоршаған ортаның биотикалық факторларының жиынтығын құрайды. Экологиялық қарым қатынастар, әдетте, өте күрделі сипатта болады, көптеген факторларға байланысты және әртүрлі жағдайларда өзгеше өтеді.

Биотикалық факторлар деп – организмдер мен популяциялар арасындағы өзара әрекеттесу формаларын атайды. Биотикалық факторлар түрішілік және түраралық болып бөлінеді.

Түрішілік- Гомотиптік реакциялар

Гомотиптік реакциялар-бір түрге жататын дара организмдер арасындағы өзара әрекеттер. Бірлесіп тіршілік еткен жағдайда жануарлар мен өсімдіктердің тіршілік әрекеттері көп дәрежеде популяция саны мен тығыздығына тәуелді болады. Сол себепті топ және масса эффектісімен байланысты құбылыстардың мәні үлкен.

Топ эффектісі дегеніміз - топтың өзінің және топ құрамындағы организмдердің санының дара организмдердің мінез-құлқына, дамуы мен көбеюіне ықпалы.

Көптеген бунақденелілер (қара секіртпе, тарақан, шегіртке) жеке дара тіршілікпен салыстырғанда, топ ішінде бірнеше қарқынды метаболизмге ие болып, тезірек өсіп жетіледі. Бірлесіп тіршілік еткенде азық іздеп табу, сол сияқты жауларынан қорғану оңай болады. Үйір болып біріккен қасқыр жеке жүрген қасқырға қарағанда, ірі жануарларды олжалауға анағұрлым қабілетті.

Масса эффектісінің топ эффектісінен айырмашылығы, ол бір түр особьтарының бірін бірі сезінумен байланысты емес.

Масса эффектісін особьтар саны және популяция тығыздығы артқан кезде тіршілік ету ортасында пайда болатын организмдер туындатады. Әдетте, масса эффектісі жануарлардың көбею қабілетіне, өсу жылдамдығына, тіршілік ету ұзақтығына жағымсыз әсер етеді. Мысалы, ұн зауза қоңызының популяциясы дамыған кезде, ұнда экскременттер, түлеу қабықтары жиналып қалады, осы жай жәндіктердің тіршілік ету ортасы ретінде ұнның нашарлауына әкеледі.

Топтық және массалық эффектілер, популяция санын кері байланыс принципі бойынша реттейтін популяция тығыздығына тәуелді деп аталатын факторлармен бірлесіп, популяциялар саны динамикасында ерекше маңызды роль атқарады.

Гомотиптік реакцияларға топтың және масса эффектілерінен басқа, бір түр особьтары арасындағы әрекеттердің және бір формасы- түр ішіндегі бәсекелестік жатады. Бәсекелестіктің барлық түріне қатысты бір ереже бар: бәсекелестердің мұқтаждары неғұрлым ұқсас болса, бэсекелестік соғұрлым шиеленісе түседі.

Бәсекелестіктің негізгі екі түрі - тікелей және жанама бәсекелестік болады.

Тікелей бәсекелестік — особьтардың бір-біріне тікелей ықпал етуі арқылы жүзеге асады. Мысалы, жануарлар арасындағы күшті қақтығыстар кезі немесе өсімдіктер мен микроорганизмдердің токсиндер бөліп шығаруы.

Жанама бәсекелестік - особьтардың тікелей әрекеттесуін қажет етпейді. Ол аралық буындар арқылы әртүрлі жануарлардың бірдей және міндетті түрде шектеулі болатын ресурстарды пайдалануынан туады. Сондықтан ондай бәсекелестікті, кейде пайдаланушылық бәсекелестік деп атайды.

Түр ішіндегі бәсекелестіктің негізгі объектісі энергия болғандықтан, өсімдіктер арасында күрес жарық үшін болады. Тым жиі өскен өсімдіктер бірін-бірі көлеңкелейді.

Түраралық бәсекелестік – Гетеротиптік реакциялар

 Гетеротиптік реакциялар- әртүрлі түрлерге жататын жеке организмдер арасындағы өзара әрекеттесулер. Екі популяцияның біріне –бірі ықпал етеді немесе ықпал етпейді. Егер ықпал ету орын алса, онда ол жағымды әлде жағымсыз болуы мүмкін.

Түр аралық бәсекелестіктің алуан түрлі формаларының негізгілері 9 кестеде көрсетілген.

А және В түрлерінің популяцияларының арасындағы қарым-қатынастың әртүрлі типтері

Ескерту: «0» –бұл түрге әсер етпейді,  «+» - жағымды әсер, «-» -жағымсыз әсер.

2. Қарым-қатынас типтері

Егер екі популяция әрқайсысы екеуіне жағымсыз әсер ететін болса, онда олардың қарым-қатынасы бәсекелестік сипатта орын алады.

Егер екі популяция өзара әрекеттеспейтін болса және олардың ешқайсысы екіншілеріне ықпал етпесе, онда айтарлықтай экологиялық мәні жоқ жағдай – бейтараптылық немесе нейтрализм орын алады. Нағыз нейтрализм табиғатта өте сирек кездеседі, себебі, кез келген экожүйеде барлық популяциялардың арасында жанама әрекеттер болуы мүмкін.

Екі жаққа бірдей пайда әкелетін қарым-қатынастар мутуализмге жатады.     

Екі түрдің әрқайсысының қатысуы міндетті болуы қажет селбестік қатынастың типін мутуализм деп атайды. Арнаулы маманданған тозаңданатын өсімдіктің осы түрлерді тозаңдандыратын бунақденелілермен қарым қатынасы осы мутуализмге мысал бола алады. Тағы бір мысал, балқарағайлы қарағайдың тұқымымен ғана қоректенетін балқарағай торғайы бұл ағаштың тұқымдарын таратушы жалғыз түр, яғни бұл өсімдіктің таралуы осы торғайға ғана байланысты.

Шаян  мен актинияның симбиозы

Табиғатта көбіне түрлердің бір біріне пайдалы байланыстары жиі кездеседі. Өзара олжа табатын биологиялық байланыстар орын алатын бұл топқа организмдердің алуан түрлі симбиотикалық  қарым қатынасы жатады. Симбиотикалық қатынастың міндетті шарты - организмдердің белгілі дәрежеде бірге тіршілік ету. Бұның мысалы ретінде балдыр мен саңырауқұлақтың симбиозы болып табылатын қыналарды келтіруге болады.

Симбиоз арқасында кыналар ең қатал жағдайларда тіршілік етуге қабілетті болады. Олар полярлы аймақтарда жалаң шыңдарда, ағаштардың қабықтарында, жоғары тауларда тіршілік етеді. Әдетте симбиозға термиттер мен олардың ішектерінде тіршілік ететін бір клеткалы- талшықтылар арасындағы байланыс мысал. Бұл қарапайымдылар өкілі клетчатканы қантқа ыдырататын ферментті өндіреді. Термиттер целлюлозаны қорытатын өз ферменттері жоқ, сондықтан симбионттарсыз өлген болар еді, ал талшықтылар ішекте өте қолайлы жағдайда болады. Табиғатта бос күйінде олар кездеспейді. Симбиоз маңызды экологиялық роль атқарады. Азот сіңіруші бактериямен симбиоз құрып тіршілік ететін өсімдіктер топырақты азотты заттармен байытады.

Ынтымақтастық кезінде екі популяция қауымдастық құрады. Әр түр өз бетінше тіршілік ете алатындықтан, бұндай бірлесу міндетті емес, дегенмен қауымдастық құрамында тіршілік ету екеуіне де тиімді. Мысалы, қарқылдақ, шағалалар мен құтандар сияқты құстардың бірнеше түрлерінің бірігіп ұялауы- олардың жыртқыштардан ойдағыдай қорғануына мүмкіндік береді. Актиниялардың бұқпа шаянмен қарым-қатынасында өзінің күйдіргіш қармалауыштарымен бұқпа шаянды жауларынан қорғайды, есесіне оған шаян тамағының қалдықтары тиеді.

Комменсализм жағдайында қауымдастық құраушы түрдің бірінің популяциясы бірлесіп тіршілік етуден пайда табады, ал екінші түрдің популяциясы ешқандай пайда көрмейді. Комменсализм қатынасы табиғатта кең таралған. Мысалы, ірі сүт қоректілер (иттер, бұғылар) тікенекті тұқымдар мен жемістерді тасымалдаушылар болып табылады, ал өздері бұл қатынастан пайда да, зиян да көрмейді. Комменсализм -басқа түрге шығын келтірмей, бір түрді бір жақты пайдалану. Мысалы, бұқпа шаянның бақалшағында тіршілік ететін шығыршық құрт иеленушісінің азығының қалдықтарын тікелей оның аузынан жырып алып қоректенеді.

Ірі балық пен жабысқақ балық - комменсализм мысалы

Бірге тіршілік ететін түрлердің біріне басқа түрдің әсері теріс (ол қысым көреді), ал тап осы уақытта қысым көрсетуші зиян да шекпейді, пайда да көрмейтін қарым қатынас түрі аменсализм деп аталады, яғни аменсализм деп бір популяцияның өсуі мен көбеюі тежеліп, ал ингибитор аталатын екінші популяция бұндай қысым көрмейтін жағдайды атайды. Аменсализм тек өсімдіктер, саңырауқүлақтар мен бактериялар әлемінде кездеседі. Мысалы,      көптеген саңырауқұлақтар мен бактериялар басқа бактериялардың өсуін тежейтін антибиотиктер синтездейді; шырша көлеңкесінде өсетін жарық сүйгіш шөптердің қатты көлеңкеленуден зардап шегуі, ал шырша ағашына бәрі бір.

Жыртқыштық

Жыртқыштық деп бір популяция екіншісіне жағымсыз ықпал ете отырып, сол әрекетінен пайда болатын популяция аралық қатынастарды атайды. Әдетте, жемтік өлтірілгеннен кейін оны жыртқыш бүтіндей немесе жартылай жейді.

Жыртқыштық жануарлар арасында ғана емес, өсімдіктер мен жануарлар арасында да кеңінен таралған байланыс. Мысалы, жануарлардың өсімдіктермен қоректенуі, сол сияқты насекомқоректі өсімдіктерді де (непентес, шық өсімдігі)  жыртқыштарға жатқызуға болады.

Паразиттілік- бір түрдің (паразиттің) организмдерінің басқа түрдің (қожайынның) организмінің ұлпалары немесе қоректік заттардың есебінен тіршілік етеді.

Паразитизм немесе тоғышарлық - бұл жыртқыштық болып табылады, бірақ иеленушісі бірден опат болмай, паразит оны белгілі бір уақытқа дейін пайдаланылады. Демек паразитизмді жыртқыштық  жұмсарған формасы ретінде қарастыруға болады.

Түр ішіндегі бәсекелестік түр аралық бәсекелестікке қарағанда қатаңдау; мұнда екі түрдің мұқтаждары неғұрлым жақын болса, олардың арасындағы бәсекелестік соғұрлым күшті болады.

Осындай мұқтаждықтары бүтіндей ұқсас екі түр бірдей жағдайда тіршілік ете алмайды, олардың біреуі белгілі бір уақыттан соң міндетті түрде ығыстырылып шығарылады. Осы қағида бәсекелестік құбылыстарын алғаш рет инфузориялармен жүргізген эксперименттері арқылы айқын көрсеткен Г.Ф.Гаузенің құрметіне "Бәсекелестік арқылы жою немесе Гаузе принципі" деп аталып, заң  дәрежесіне ие болады.

3. Бәсекелестік  арқылы жою принципі.  Экологиялық  қуыс

 Кейде азықтық мұқтаждықтары  әртүрлі болатын екі түр ортақ территорияда бір-бірімен бәсекелеспей тіршілік етеді. Мысалы, Англияда үлкен суқұзғын мен айдарлы суқұзғын жартастарға ұясын аралас салады және қорек аулайтын сулары да ортақ, бірақ олардың ұстайтын азықтары әртүрлі.

Бір жерде кобею кезінде тіршілік ететін екі жақын туысты теңіз балықтарының қорек құрамы. Организмдердің әртүрлі қоректік қатынасы пішінінің мөлшерімен көрсетілген

Үлкен суқұзғын тереңге сүңгіп, көбіне бентостық жануарлармен қоректенсе, айдарлы суқұзғын судың беткі қабатынан майшабақ тұқымдас балықтарды аулайды. Осы сияқты көптеген фактілер бізді 1927 жылы Элтон ұсынған экологиялық қуыс ұғымына әкеледі.

Организмдердің экологиялық қуысы оның қай жерде тұратынына ғана емес, оның не істеуіне (энергияны ол қалай өзгертеді, оның мінез-құлқы қалай, ол ортаның физикалық және биотикалық жағдайларға қалай жауап береді және өзгертеді) және басқа түрлермен қалай қарым-қатынас жасауына байланысты.

Шымшықтардың   әртүрлі   түрлерінің   қоректік аймақтары

Егер адам қоғамында біз біреумен танысқымыз келсе, бізге міндетті түрде ол адамның адресін білуіміз қажет, яғни оны қайдан табатынын, мекен орнын білуіміз керек, бірақ адамды жақсы білу үшін, бізге оның қайда тұратыны жөніндегі мәлімет жеткіліксіз, сондықтан онымен жете танысу үшін ол адамның қоғамдағы атқаратын ролі және таныстарымен қарым – қатынасы жеке оның өміріндегі іс-әрекетін білуіміз қажет. Осы сияқты басқа организмдер зерттенгенде де осындай мәліметтер қажет.

Тіршілік орнын білу – қуысты зерттеудің басы ғана. Табиғи ортада организмдердің жағдайын анықтау үшін, біз олардың белсенділігі туралы, қорегі мен энергия көздері туралы, өсу мен метаболизм жылдамдығы туралы, қарым – қатынасқа түсетін басқа организмдерге оның әсері туралы, экожүйедегі маңызды процестерге оның тигізетін әсерлерін анықтауымыз қажет.

Түр аралық бәсекелекстік нәтижесінде экологиялық қуыстың бөлінуі құбылысы «экологиялық диверсификация» деп аталады.

Бірге тіршілік етіп жүретін түрлер арасындағы диверсификация көпшілік жағдайда мынадай үш параметр: кеңістіктік орналасу, азықтық мамандану, белсенділік мезгілі бойынша жүзеге асады.

 Кеңістіктік орналасудағы айырмашылықтың мәні- түрлердің әртүрлі стацияларды таңдап алуында. Үлкен ала тоқылдақ азығын ағаштардың діңінен, орташа тоқылдақ – ірі бұтақтардан, ал кіші тоқылдақ - бөрік басынан ұсақ бұтақтарынан іздейді.

Азықтық мамандану  бойынша -экологиялық диверсификация кең таралған құбылыс. Жануарлардың жақын туыстас түрлерінен қоректік мұқтаждықтары әртүрлі болатындығы көптеген мысалдардан дәлелденген. Мысалы, бірнеше симпатриялық түрлерге жататын шөл кесірткелерінің біреулерінің азықтық рационы- құмырсқадан, екінші біреулерінікі- термиттерден, үшіншілерінің - кесірткенің өзге түрлерінен немесе өсімдіктерден ғана құрылады.

Қуыстың бөлінуі көп жағдайда түрлер белсенділігінің уақыт бойынша сәйкес келмеуімен сабақтасады. Тәуліктің немесе маусымдық белсенділіктің әртүрлі типтері осыған мысал болады. Мысалы, қоңыржай белдеулерде бау шымшығы мен қарабас шымшықтың жұмыртқалау мерзімдерінде екі аптадай айырмашылық бар. Тропиктерде бұл түрлер жыл он екі ай балапандар басады, себебі олардың қоректенуі үшін қажет жәндіктердің үнемі мол болуы бәсекелестікті бәсеңдетеді.

Бірге тіршілік ететін түрлердің экологиялық қуыстардың бір параметрлері бойынша сәйкес келсе де, ешуақытта толығымен сәйкес келмейді, өйткені бұл жағдайда бәсекелестікті жою заңы әсер етеді және осы биоценоздан бір түрді екіншісі ығыстырып шығарады. 1910 жылы экологиялық қуыс түсінігін Ф.Джонсон ұсынған. Американ зоологы Одумның анықтамасы бойынша: тіршілік ортасы - организмнің адресі болса, экологиялық қуыс —оның жалпы іс-әрекеттерінің түрі.

Экологиялық қуыс түсінігін пайдаланып, Гаузе принципін былай нақтылауға болады: екі түр бір экологиялық қуыста қатар тіршілік ете алмайды.

Сонымен, организмдердің кеңістіктегі орны, бірлестіктегі қызметтік ролі және ортаның факторларына төзімділігі сияқты тіршілік шарттарына организмнің барлық талаптарының жиынтығы - экологиялық қуыс деп аталады.

Бақылау сұрақтары:

1.Биоценоз  деген не?

2.Гомотипті  реакциялар туралы не білесіздер?

3.Гетертипті  реакцияларға қандай қарым-қатынастар  жатады?

4.Гаузе принципінің  мәні неде?

5.Экологиялық қуыс деген  не, оның қандай түрлері бар?