Биология жүйелердің экологиялық негіздері.
Классикалық экология биологиялық жүйелерді зерттейді. Экологияда тірі жүйелердің ұйымдасуы бірнеше негізгі деңгейге бөлінеді: молекулалық (гендік), жасушалық, ұлпалық, мүшелік, ағзалық, популяциялық-түрлік, биоценоздық, биогеоценоздық (экожүйелік) және биосфералық.
Әрбір деңгейде қоршаған ортамен өзара әсерлесу нәтижесінде (зат, энергия және ақпарат алмасу арқылы) өзіндік ерекшеліктері бар функционалдық жүйелер қалыптасады.
«Жүйе» ұғымы және оның элементтері
Уэбастер анықтамасы бойынша, жүйе — «бір тұтас бүтінді түзетін, реттелген түрде өзара әрекеттесетін және өзара байланысты компоненттер».
Демек, жүйенің негізгі элементтері: компоненттер, байланыстар және шекаралар.
1) Оқшауланған жүйе
Көршілес жүйелермен зат та, энергия да алмаспайды.
2) Жабық жүйе
Көршілес жүйелермен энергия алмасады, бірақ зат алмасуы болмайды (мысалы, ғарыш кемесі).
3) Ашық жүйе
Көршілес жүйелермен зат та, энергия да алмасады. Барлық биологиялық жүйелер — ашық жүйелер, өйткені олар сыртқы ортамен зат, энергия және ақпарат алмасып отырады.
Биологиялық жүйелердің ұйымдасу деңгейлері
Молекулалық (гендік) деңгей
Бұл деңгейде жүйе биологиялық белсенді ірі молекулалардың қызметі арқылы көрінеді: ақуыздар, нуклеин қышқылдары, көмірсулар. Тірі материяға тән қасиеттер осы деңгейден бастап айқын байқалады: сәулелік энергияның органикалық заттардың химиялық энергиясына айналуы арқылы жүретін зат алмасу, сондай-ақ тұқымқуалаушылық ақпараттың ДНҚ мен РНҚ арқылы тасымалдануы.
Мұнда ұрпақтан-ұрпаққа құрылымдардың тұрақтылығы тән.
Жасушалық деңгей
Биологиялық белсенді молекулалар біртұтас жүйеге бірігіп, жасушаны түзеді. Жасушалық ұйымдасуына байланысты барлық ағзалар біржасушалы және көпжасушалы болып бөлінеді.
Ұлпалық деңгей
Құрылысы мен қызметі ұқсас жасушалар бірігіп ұлпа түзеді. Ұлпа — шығу тегі мен атқаратын қызметінің ортақтығы бойынша біріккен жасушалардың жиынтығы.
Мүшелік деңгей
Ұлпалардың бірнеше типі функционалдық тұрғыдан өзара байланысып, белгілі бір мүшені құрайды.
Ағзалық деңгей
Бірқатар мүшелердің өзара әсерлесуі жеке ағзаның біртұтас жүйе ретінде қалыптасуына әкеледі.
Популяциялық-түрлік деңгей
Шығу тегі, тіршілік жағдайлары және мекен ету ортасының ортақтығы арқылы байланысқан біртекті ағзалардың жиынтығы түзіледі. Осы деңгейде элементарлық эволюциялық өзгерістер жүреді.
Биоценоздық деңгей
Бірге тіршілік ететін және өзара байланысқан түрлер кешені биоценоз деп аталатын біртұтас жүйені түзеді.
Биогеоценоздық (экожүйелік) деңгей
Түрлік құрамы әртүрлі ағзалар мекен ету ортасымен (биотоппен) өзара байланыста бірігетін тірі материяның жоғары деңгейі. Бұл деңгейде тірі компоненттер мен ортаның зат-энергетикалық байланыстары тұтас жүйе ретінде қарастырылады.
Биосфералық деңгей
Ғаламшар ауқымында барлық тіршілікті қамтитын ең жоғары деңгей. Бұл деңгейде тірі ағзалардың қызметімен байланысты ғаламдық зат айналымдары жүзеге асады.
Иерархияның нәтижесі: эмерженттік қасиеттер
Биологиялық жүйелердің иерархиялық ұйымдасуының маңызды нәтижесі — компоненттер күрделірек функционалдық жүйелерге біріге отырып, алдыңғы деңгейде болмайтын жаңа қасиеттерді тудырады. Мұндай сапалық жаңа қасиеттер эмерженттік деп аталады (ағылшын тіліндегі emergent — «кенеттен пайда болған»).
Экологиялық деңгейдегі эмерженттік қасиеттерді оның құрамындағы компоненттердің қасиеттеріне ғана сүйеніп алдын ала болжау мүмкін емес. Мысалы, экожүйенің қасиеттерін тек жеке популяциялар туралы мәліметтерге сүйеніп сипаттау жеткіліксіз: орманды тұтас жүйе ретінде де, сол ормандағы жеке ағаштарды да зерттеу қажет.
Берталанфи принципі (1969)
Бұл принципке сәйкес, біртұтас бүтін — оны құрайтын элементтердің жай ғана қосындысы емес, одан да жоғары. Өйткені жүйенің басты сипаттамасы — оның әртүрлі элементтері арасында жүретін өзара әрекеттесу.
Классикалық экологияның негізгі бөлімдері
Ағзалар экологиясы (аутэкология)
Аутэкология ағзаның қоршаған ортада тіршілік ету шекараларын анықтайды, орта факторларының әсеріне ағзаның жауап беруін және орта жағдайларына бейімделуін зерттейді.
Абиотикалық факторлар
Тірі ағзаға әсер ететін қоршаған орта жағдайларының кешені: температура, қысым, радиациялық фон, ылғалдылық, атмосфераның, теңіз және тұщы судың, топырақтың құрамы және т.б.
Биотикалық факторлар
Бір ағзалардың тіршілік әрекетінің басқа ағзаларға тигізетін әсері: бәсекелестік, жыртқыштық, паразитизм және т.б.
Антропогендік факторлар
Адам қызметінің қоршаған ортаға әсерлерінің жиынтығы: зиянды заттардың атмосфераға шығарылуы, топырақ қабатының бұзылуы, табиғи ландшафттардың өзгеруі және т.б.
Ескерту: бұл жіктелу шартты
Мысалы, температураны абиотикалық фактор ретінде қарастырғанмен, ол тірі ағзалардың әрекетіне байланысты жиі өзгеруі мүмкін. Ауа температурасы +13°C-тан төмендегенде бал араларының қозғалыс белсенділігі артып, ұя ішіндегі температураны 25–30°C шамасында ұстап тұруға ықпал етеді.
Экологиялық факторларды периодтылығына қарай жіктеу (А. С. Мончадский)
Бірінші ретті периодтық факторлар
Тұрақты қайталанатын циклдерге негізделген факторлар: Жердің өз өсінен айналуы, Күнді айналуы, Ай фазаларының ауысуы. Бұл циклдер Жердегі тіршіліктен бұрын да болғандықтан, ағзалардың оларға бейімделуі тұқымқуалаушылық негізінде ертеден қалыптасқан.
Температура, жарық, толысу мен қайту сияқты факторлар көптеген ортада шешуші рөл атқарады. Тек мұхиттың ең терең бөлігінде — абиссаль аймақта — олардың ауытқуы шамалы.
Екінші ретті периодтық факторлар
Бірінші ретті факторлардың өзгеруінен туындайтын факторлар. Мысалы, ауаның ылғалдылығы — температураға тәуелді екінші ретті фактор.
Су ортасында еріген оттегінің мөлшері, еріген тұздар, лайлану деңгейі, ағыстың жылдамдығы сияқты көрсеткіштер екінші ретті периодтық факторларға жатады, бірақ олардың бірінші ретті факторларға тәуелділігі әрдайым күшті бола бермейді.
Әдетте бұл факторлар түрдің белгілі бір ареал ішіндегі санының өзгеруіне әсер еткенімен, ареалдың ауданы мен шекарасына тікелей әсері әлсіз.
Периодты емес факторлар
Ағза мекендейтін ортада қалыпты жағдайда тұрақты түрде қайталанбайтын, кездейсоқ әсер ететін факторлар. Олар сирек және болжанбайтын болғандықтан, ағзаларда толыққанды бейімделу белгілері қалыптасып үлгермеуі мүмкін.
Мысалдар: дауылды желдер, найзағай, өрттер, сондай-ақ адамның шаруашылық қызметінің кейбір әсерлері.
Паразитизмге қатысты нақтылау
Паразит үшін мекен ету ортасы — иесінің денесі — оның қалыпты тіршілік ортасы болып саналады. Ал иесі үшін паразиттің болуы міндетті шарт емес, сондықтан иесі тұрғысынан паразиттің пайда болуы периодты емес фактор ретінде қарастырылуы мүмкін.
Тәжірибелік зерттеулерге арналған маңызды ескерту
Зертханада тұрақты температура немесе тұрақты жарық жағдайында жүргізілген тәжірибелерде жануарлардың мінез-құлқы табиғи ортадағы мінез-құлықтан өзгеше болуы мүмкін. Сондықтан табиғи ортадағы периодтылықты ескеріп, нәтижелерді соған сай түсіндіру қажет.