Экологиялық жүйелер

Экологиялық жүйелер

Экологиялық жүйе, экожүйе – тірі ағзалар жиынтығының қоректену, өсу және ұрпақ беру мақсатында белгілі бір тіршілік ету кеңістігін бірлесе пайдалануының тарихи қалыптасқан жүйесі. Экожүйе құрамына организмдер де, табиғи орта да кіретін тірі табиғаттың негізгі функционалдық бірлігі болып табылады. Экожүйенің құрылымын энергияны трансформациялаудың үш деңгейі (консументтер, продуценттер, редуценттер) мен қатты және газ тәрізді заттар айналымы құрайды. Экожүйенің қасиеттері оның құрамына кіретін өсімдіктер мен жануарлардың әрекеттеріне байланысты. Әр түрлі экожүйелерде өсімдіктің күн энергиясын, минералды заттар мен судың қорын пайдалануы әр түрлі мөлшерде жүреді. Биомасса мен энергияның ауысып, өзгеріп отыратын кездерінде тіршілік қорлары барынша толық пайдаланылатын экожүйелерді қаныққан деп, ал осы қорды толық пайдаланбайтын экожүйелерді қанықпаған деп атайды.Экологияның ең негізгі объектісі экологиялық жүйе, немесе экожүйе . Функциялық тұрақтылығы аз уақытқа созылса-да қарым -қатынаста болатын құраыштары бар кез келген бірлікті экожүйе деп атауға болады. Экожүйе деген терминді 1935 жылы бірінші рет ұсынған ағылшын экологі А. Тенсили . А Тенсили экожүйенің құрамына организмдерде абиотикалық орта да керетін жер бетіндегі тірі табиғатынтың негізгі функциясының бірлігі деп есептеуі және оның әр бөлігінің екіншіне әсер ететіндігіне назар аударады. Былайша айтқанда экожүйе – зат айналымы мен энергия тасмалдануы жүретін табиғи бірлік . Экожүйеде зат айналымының жүруіне органикалық молекулалардың сінімділік түрде белгілі қоры және орагнизмнің үш функцияоналды әр түрлі экологиялық топтары: продуценттер, консументтер, редуценттер болуы керек. Тірі организмдердің таралуы бірінші кезекте өздері мекендейтін ортаның жағдайымен анықталады. Барлық тірі және өлі объектілер, жануарлар мен қоршаған өсімдіктер, олармен өзара тікелей байланыста болатын мекен ортасы деп аталады.

Қоршаган  орта (немесе коршаған табиғат ортасы) терминінде адамның ықпалы жайылатын табиғаттың сол бөлігі ретінде түсініледі.

Тірі организмдерге әсер ететін ортаның элементі — экологиялық фактор деп аталады. Өзінің ықпал ету ерекшеліктеріне қарай ол үш негізгі топқа бөлінеді:

-  абиотикалық   факторлар  -  бұл   өлі   табиғаттың  тірі организмдерге тікелей немесе жанама түрде әсер етіп, олардың өмір сүру жағдайын белгілеу қасиеті (температура, жарық пен басқа сәулелі энергия, ылғалдылық, ауаның құрамы, атмосфералық қысым, жауын-шашын, жел, су құрамы, топырақ, жер бедері т.б.)

-   тіршілік факторлары - бұл тіршілік иелерінің бір-біріне әсер  етудің  барлық  формалары.  Әрбір  организм  басқа жеке дараның (индивидтің) тікелей немесе жанама түрдегі ықпалын бастан кешіреді, өздерінің немесе өзге түр өкілдерімен өзара қатынаста болады немесе оларға тәуелді болып, не болмаса өздері әсер етеді.

-  антропогенді факторлар - организмдердің мекен ортасына, табиғаттың өзгеруіне, олардың өмір сүруі жағдайына тікелей ықпал жасайтын адам әрекетінің барлық факторлары. Мұндай факторларға жататындар: өнеркәсіп, ауыл шаруашылық 
өндірістері, көлік пен шаруашылықтың өзге салалары. Әсіресе, соңғы жылдары антропогенді түрде табиғатқа әсер ету жылдамдығы арта түсуде.

Экологиялық факторлардың әр алуандылығына қарамастан олардың организмдерге әсер ету қасиеті мен тіршілік иелерінің жауап беру реакциясының бірқатар ортақ заңдылықтары бар. Организмнің қарқындылыққа немесе әсер ету күшінің факторына реакциясын жатқызуға болады. Жетімсіз немесе шамадан артық әсер ету организмнің өміршеңдігіне кері ықпал етуі мүмкін.

Алуан түрлі тіршілік иелерінің  әр түрлі жағдайларда өздерін өте жақсы сезінулері бірдей емес. Мәселен, ылғалды жақсы көретін өсімдіктер ылғалды топырақты (капуста, қант қызылшасы), гүлді капуста көлеңкелі салқынды ұнатады, кейбірі құрғақшылықты, ыстықты (қауын) ұнатады. Осы факторлар өсімдіктің өсу жағдайына өте маңызды ықпал жасайды. Бақылау нүктесінен барынша өсуі — оңтайлылық деп аталады. Бұл әдеттегідей — температураның көлеміне жатады. Жағымды күш әсерінің факторы (мөлшері) осы организм түріне оңтайлы зонаның факторы деп аталады. Ең азынан (минимум) көбіне (максимум) дейін бар аралық температура кезінде өсуге мүмкіндігі барды диапозон (көлемінің) тұрақтылығы дейді. Шектелу нүктесінен, яғни төмен мен жоғарының аралығы тіршілікке қолайлы температура — тұрақтылықтың шегі немесе сол түрдің шыдамдылық шегі болады. Осы экологиялық факторға қатысы бойынша шыдамдылық дәрежесін экологиялық валенттілік деп атайды. Организмнің экологиялық валенттілігі оның әр алуан ортаға қоныстану қабілеттілігін көрсетеді.

Тұрақтылық шегінің нүктесіне жақындау шамасы бойынша, егер әрекет ету факторы азайып немесе көбейсе тіршілік әрекеті төмендеп қысымға ұшырайды немесе тіршілік иесінің өлуіне әкеп соқтырады (біздің мысалда өсімдік), яғни бұл жерде тұрақтылық диапазоны шеңберінде мазасыз күй зонасы туралы айтылып отыр. Мұндай ықпалды басқа факторлар да жасай алуы мүмкін.

Әрбір өсімдік пен жануарлар түрінің оңтайлылығы, мазасыз күй зонасы немесе қысым зонасы мен тұрақтылық шегі (шыдамдылығы) қоршаған ортаның әрбір факторына қатысы барлар өмір сүруде.

Температура мысалында талқылап, біз  тек бір факторды ғана қарастырдық, ойымызша қалган барлығы да оңтайлылық зонасына сәйкес келетін шығар. Біз Ю. Либихтің тұжырымдаған шектеулі заң факторларының әрекетін бақыладық. Өзінің оңтайлылық зонасынан сыртқары фактор организм күйінің мазасыздығына себеп болғанды шектеулі дейді. Осы фактордың өзгеруіне орай организмдер өте сезімтал болып келеді. Өсімдіктер мен жануарлардың бір түрінің өзгерісіне әсер ету факторының жиі шектеуі биотикалық деп аталады. Мәселен, азықтың жетімсіздігі жануарлардың әр алуан түрлерінің таралуына және дамуына шектеу қояды. Өсімдіктердің дамуына да су, температура, жарықтың болмауы — шектеу факторларының бірі. Бірде-бір фактор өздігінен әрекет жасамайды. Ортамен өзара қатынас жасағанда барлық организмдер динамикалық тепе-теңдікті немесе тұрақтылықты сақтаулары қажет.

Экологиялық валенттіліктің кең түрі тіршіліксіз орта факторына қатысы бойынша фактордың атауына «эври» қосымшасын қосып атайды (грекше еvrуs — кең). Мысалы, температураның айтарлықтай ауытқуларына эвритермді түрі шыдайды. Экологиялық енсіз валенттілік (тар) «стено» стенотермді қосымшасымен (грекше stеnоs — тар, енсіз) белгіленеді. Әр алуан экологиялық факторлардың (кең) алшақ шегіндегі ауытқуларға бейімделетін түрлерді эврибионтты деп атайды; тіршілік ету үшін қатаң белгіленген жағдайды қажет ететіндер — стенобионтты деп аталады.

Экологиялық факторлардың әсерінен тірі организмдер белгіленген иерархиялық жүйелерге бірігеді. Онда тіршілік иелерінің әр алуан деңгейде ұйымдасқандарды: популяциялар, бірлестіктер және экожүйелерді көруге болады.

Популяция дегеніміз — белгілі бір аумақта тіршілік ететін және өзара шағылысып ұрпақ беретін бір түр дараларының жиынтығы. Түрлі факторлардың әсерінен популяциядағы даралар саны, құрамы, таралуы өзгеріп тұруы мүмкін. Популяция латынша роpulus — халық, ел дегенді білдіреді.

Табиғатта популяцияның әр алуан түрлерінің өте жоғары жүйесінің дәрежесі — қауымдастыққа бірігеді. Қауымдастық (биотикалық) — бұл белгілі аумақты мекендеуші популяцияның жиынтығы. Қауымдастық организмдері органикалық емес ортамен энергетикалық байланыста. Мысалы, өсімдік, минералды тұздар, оттегі, су, көмір қышқыл газының үнемі беріліп тұру есебінен тіршілік жасай алады. Мұндай жағдайда «қауымдастық» (бірлестік) терминінің қолданылуы мүмкін ең кіші бірлікті биоценоз деп атайды (1877 ж. К. Мебиус енгізген).

Өзара байланыстағы организмдерді  және бірлесе мекендейтін топтарды — биоценоз дейді. Биоценоздың көлемі әр алуан — індер қауымдастығы, ағаш жапырағы, құмырсқа илеуінен бастап, орман, дала, шөл т.б. — ландшафтарына (жер бедеріне) дейін. «Биоценоз» терминін құрлықта өсіп түрған біртекті өсімдіктерге қолданады. Мысалы, қылқанды орман, дәнді дақыл егістік биоценозы т.б.

Биота (грекше bios — өмір) — өсімдік, жануар мен микроорганизмдер түрлерінің ортақ (жалпы) аймаққа таралуының жиынтығы. Түрлердің арасындағы экологиялық байланыстың жоқтығынан ол биоценоздан ерекшеленеді.

Организмдер қауымдастығы органикалық  ортамен материалдық-энергетикалық жағынан тығыз байланыста болады. Биоценоз алып жатқан кеңістік биотон деп аталады. Биоценоз бен оның биотоны биогеоценоз деп аталатыны көбірек немесе азырақ қалыпты жүйені құрайтын бөлінбейтін екі элементтен көрінеді. Биогеоценоз түсінігін (грекше bios — тіршілік, gе — жер, коіnоs — жалпы) ғылымға орыс ғалымы В.Н. Сукачев 1940 ж. енгізген.

Жер бетіндегі барлық кұбылыстар мен  заттардың бірлігі және өзара  қатынасы туралы идея бұрынғы КСРО мен шетелдерде бір мезгілде туындады. КСРО-да ол биогеоценоз турасындағы ілім ретінде, басқа елдерде — экожүйе жөніндегі ілім ретінде дамыды. Экологиялық жүйе немесе экожүйе — өздерінің мекен ортасында тірі организмдердің жасаған табиғаттың бірыңғай кешені. Сонымен қатар, ондағы барлық компоненттер энергия мен зат алмасудан өзара байланыста. Өзгеше айтқанда, экожүйе тіршілік пен тіршіліксіз компоненттердің жиынтығы.

Биогеоценоз бен экожүйе ұқсас  түсінік, бірақ тепе-тең емес. 
Бұл түсініктердің екеуі де өз ортасын мекендеген тірі организмдердің жиынтығын түсіндіреді, бірақ экожүйе — өлшемсіз түсінік. «Тамшыдан мұхитқа дейін» деп «экожүйе» терминінің авторы ағылшын биологы А. Тенсли образды түрде айтқан болатын. Аквариум, тоған, батпақ, ғарыш кемесінің кабинасы — осының барлығы экожүйелер.

Отандық әдебиетте өсімдік жабындысы  — фитоценозді таралу аймағының  сызылған шекарасы ретінде экожүйені  сипаттау қалыптасқан болатын. Мәселен, далалық, батпақты, жайылымды т.б. биогеоценоз. Басқаша айтқанда биогеоценоз — бұл экожүйенің жеке оқиғасы, құбылысы әрқашанда табиғи қалпын сақтайды, тіпті адам әсер еткеннің өзінде де. Экожүйе толығымен жасанды болуы мүмкін ғой (аквариум, ғарыш аппараты).

Организмнің тіршілік әрекетін сақтап тұру мен экожүйедегі заттардың айналымы тек энергия ағынының үнемі келу есебінен ғана болуы мүмкін. Жердегі тіршілік атаулылар күн энергиясы сәулелерінің арқасында ғана болып тұр. Фотосинтезделетін өсімдіктер (өздігінен қоректенушілер) химиялық органикалық қосындылардың байланысы нәтижесінде өсіп-өнеді. Қалған барлық организмдер энергияны азық арқылы алады. Азық энергиясын оның бастауынан (өздігінен қоректенуі) бірқатар организмдер арқылы ауыстыру бір организмдердің басқаларын сіңіру жолымен болатынды тамақ  тізбегі дейді.

Әрбір экожүйе өсімдіктер мен жануарлар организмдерінің жиынтығынан тұрады, қоректену түрі бойынша екі топқа бөлуге болады:

• автотрофтар (өздігінен қоректенушілер) ұдайы өндіру мен өсу үшін минералды элементтерді қолданатындар мен фотосинтезді іске асыруға қабілетті жасыл өсімдіктер. Фотосинтез - күн энергиясының көмегімен су және көмір қышқыл газын қантқа айналдырудың күрделі процесі. Осындай жолмен қант пен азықтық минерал элементтерінің судан немесе топырақтан пайда болуы нәтижесінде, өсімдік өздерінің организмдерінің құрамына кіретін күрделі заттарды синтездейді. Басқа сөзбен айтқанда химиялық жай заттар: ауа, су, тау жыныстарының минералы мен топырақтар белок, май және көмірсутегі сияқты күрделі қосындыларға айналады. Өздігінен қоректенуші (автотрофтар) — бұл экожүйенің продуценттері (лат. рrоduсеns — өндіруші) органикалық еместен органикалық зат құратындар. Осы органикалық заттардан өсімдіктер мен жануарлардың тканьдері құралады. Фотосинтезделетін өсімдік экожүйенің қалған организмдерінің барлығына азықты өндіреді, сондықтан оларды продуценттер деп атайды.

Гетеротрофтар — (азық) коректену үшін органикалық заттарды қажет ететін организмдер. Бұл организмдерде зат алмасудың күрделі жолдары бар. Өз кезегінде барлық өздігінен қоректенушілер тұтынушы организм (консументтер) мен бастапқы органикалық емес компоненттерге (редуценттер) ыдырайтын органикалық заттар организмдері. Консументтер (лат. коnsumento – тұтынамын, қоректену) — бұл организмдер органикалық заттарды тұтынады. Оларға жататындар құрттар, балықтар, молюскалар жэне өзге де бунақ аяқтылар, бауырмен жорғалаушылар, құстар, сүтқоректілер және адам. Консументтер: бірінші — шөп қоректі жануарлар, екінші, үшінші және одан да жоғары реттегілер жануарлармен қоректенеді. Олар — жыртқыштар (ет қоректілер), сонымен қатар талғаусыз қоректілер (немесе эврифагтар) өсімдіктерді, т.б. жейтіндер (аю, түлкі, шошқа, тарақандар т.б.).

Редуценттер (латынша rеduсеns — қайта келуші, қалпына келуші) — өлі органикалық заттардың ыдырай бастаған организмдері. Өлі және жартылай бұзыла бастаған органикалық зат — детритпен қоректенетін түрлі сапрофит бактериялары, ұсақ саңырауқұлақтар және қалдықтармен коректенетін жануарлар — осыларға жатады. Топырақта — қалдықтармен қоректенетін ұсақ омыртқасыздар, мысалы, ұсақ кенелер, жер құрттары, көпаяқты құрттар; су экожүйесінде — молюскалар, крабтар мен құрттар; шіріген кезбе — бактериялар; өсімдік қалдықтары шірігенде — саңырауқұлақтар. Құрамы мен белсенділігі бойынша бұл редуценттер бірлестіктерінен әр алуандылығы өзге бірлестіктерге қарағанда кем емес. Ал, бұлар біздерге азды-көпті болса да таныс.

Бірде-бір организм басқалармен байланыссыз өмір сүре алмайтыны көпшілікке белгілі жайт. Әрбір тіршілік иесі тек қана қоршаған ортамен үйлесімді түрде, экожүйенің белгіленген шеңберінде тұра алады. Көрнекі құрал ретінде орманды алуға болады. Экологиялық жүйеде барлық организмдер арасындағы байланыстар өзара жалғасқан және қоректік арақатынасының күрделі тізбегін құрайды немесе трофтық тізбек (продуценттер — консументтер — редуценттер), қалай айтқанмен де қорек (азық) организмдердің тіршілік әрекетіндегі маңызды фактор.

Жануарлар мен өсімдіктерде белгіленген  трофтық немесе қоректік байланыстардың орасан сандағы өзара бейімделулері  туындады. Сандар пирамидасы деп аталатын экологиялық жүйенің айқындық заңдылығы бар. Осыған байланысты тізбекті звено құрайтын қатарда жеке даралардың саны үнемі азая береді. Мәселен, солтүстік ормандарда 1 қасқырға шамамен 100 бұлан, Африка саванналарында ірі жыртқыштарға (арыстан, қабылан, сілеусінге) 350-ден 1000-ға дейін жабайы жануардан келеді. Қасқырлардың саны мен тәулік ішінде азықты қажет етудің мәліметі орташа есептелді. Күнтізбелік жыл ішінде 2400 қасқыр — 7480 қабан, 5560 бұлан, 4020 елік алады. Жануарлардың қоректік тізбектегі санының жүйелі түрде азаюына сәйкес, олардың жалпы биомассасы да кемиді, ал бұл экожүйеге энергия ағынының қысқаруына әкеліп соқтырады.

Биоценоздағы айрықша трофтық  байланыс — паразитизм, бір түр иесі өзге паразитке қызмет етеді — тек қорек түрінде емес, уақытша немесе тұрақты мекеніне де қызмет етеді (мысалы, фитофтора). Селбесу (симбиоз) деп аталатын (бұршақты түйнекті бактериялар) түрлер арасындағы өзара пайдалы байланыстар бар.

Көптеген орта параметрлерінің  жиынтығы осы немесе басқа түрлердің тіршілік жағдайын анықтайтын функционалды сипаты оның экологиялық қуысын көрсетеді (энергияға айналдыруы, өзі тектестермен және ортамен ақпарат алмасуы). Н.Ф. Реймерс бойынша, экологиялық қуыс — экологиялыц жүйе ішіндегі түрлер ортасы немесе оның популяциялық тіршілік жағдайының жиынтығы. Сонымен, өзі мекендейтін әрбір түр аумаққа, өндіру функциясымен байланысты, қоректік қажеттілігіне сәйкес орынды иеленеді. Осындай экологиялық байланыстар биоценоздың белгіленген құрылымын жасайды. Биоценоздар — динамикалық жүйелер, олар тұрақты даму жолында және оларға сукцессия тән.