Ecologie și protecția mediului

Studiază relațiile dintre organisme și mediul lor de viață, structura ecosistemelor și problemele de mediu.

Factorii de mediu și populația

Ecologia studiază relațiile dintre organisme și mediul lor de viață. Factorii de mediu se împart în două mari categorii — distincția e prima întrebare posibilă la examen:

• Factorii abiotici – componente fără viață: temperatura, lumina, apa, aerul, solul, pH-ul, salinitatea.
• Factorii biotici – totalitatea influențelor exercitate de organismele vii: competiție, prădătorism, parazitism, simbioză.

Pentru fiecare factor abiotic există o limită de toleranță: un minim, un optim și un maxim între care specia poate supraviețui. Speciile cu toleranță largă se numesc eurbionte (ex. euriterme — suportă variații mari de temperatură), cele cu toleranță îngustă stenobionte (ex. stenoterme). Factorul aflat cel mai departe de optim devine factor limitant — el decide prezența sau absența speciei, oricât de favorabili ar fi ceilalți.

Populația este totalitatea indivizilor aceleiași specii care ocupă același teritoriu (biotop) și se pot reproduce între ei. Caracteristicile ei cantitative:

• efectivul – numărul total de indivizi;
• densitatea – numărul de indivizi pe unitatea de suprafață sau volum;
• natalitatea și mortalitatea – rata apariției, respectiv dispariției indivizilor;
• structura pe vârste și pe sexe – proporția categoriilor de vârstă și raportul masculi/femele.

Dinamica populației rezultă din bilanțul natalitate − mortalitate ± migrații. O populație cu multe exemplare tinere este în expansiune; una dominată de vârstnici este în declin.

Biocenoza și relațiile interspecifice

Biocenoza este totalitatea populațiilor de plante (fitocenoza), animale (zoocenoza) și microorganisme care conviețuiesc în același biotop și sunt legate prin relații reciproce. Atenție la confuzia clasică: biotopul este componenta FĂRĂ viață (locul + factorii abiotici), biocenoza este componenta VIE.

Indicatorii structurali ai biocenozei: frecvența (proporția probelor în care apare o specie), constanța, abundența (procentul indivizilor unei specii din totalul biocenozei) și dominanța (specia cu influența cea mai mare asupra funcționării biocenozei).

Relațiile interspecifice — clasificarea după efectul asupra celor doi parteneri se cere frecvent la grile:

• Neutralismul (0/0) – speciile nu se influențează.
• Competiția (−/−) – ambele specii sunt dezavantajate; apare când cer aceleași resurse.
• Prădătorismul (+/−) – prădătorul ucide și consumă prada; reglează efectivele ambelor populații.
• Parazitismul (+/−) – parazitul trăiește pe seama gazdei, de regulă fără să o ucidă imediat (tenia, căpușa).
• Comensalismul (+/0) – o specie profită, cealaltă nu e afectată (peștele-pilot lângă rechin).
• Mutualismul/simbioza (+/+) – ambele specii câștigă; exemplul canonic: lichenii (ciupercă + algă) și micorizele.

Capcană de punctaj: prădătorismul și parazitismul au aceeași formulă (+/−), dar prădătorul își ucide rapid prada, pe când parazitul își menține gazda în viață cât mai mult.

Ecosistemul – structură și funcții

Ecosistemul = biotop + biocenoză, unitatea structurală și funcțională a ecosferei. Funcțiile lui majore sunt trei: funcția energetică (captarea și transferul energiei), funcția de circulație a materiei și funcția de autoreglare (menținerea echilibrului prin conexiuni directe și inverse).

După rolul lor în circuitul materiei, organismele formează trei categorii trofice:

• Producătorii – organisme autotrofe (plante verzi, alge, unele bacterii) care sintetizează substanțe organice din substanțe anorganice, folosind energia luminoasă (fotosinteză) sau chimică (chemosinteză).
• Consumatorii – organisme heterotrofe: primari (fitofagi), secundari (carnivore care mănâncă fitofagi), terțiari (carnivore de vârf).
• Descompunătorii – bacterii și ciuperci care degradează materia organică moartă până la substanțe minerale, reintroducând-o în circuit.

Lanțul trofic este calea de transfer al materiei și energiei de la o categorie la alta; fiecare poziție e o verigă (nivel trofic). Mai multe lanțuri interconectate formează rețeaua trofică, iar reprezentarea grafică a raporturilor cantitative dintre niveluri este piramida trofică (ecologică).

Confuzie clasică: descompunătorii NU sunt totuna cu consumatorii — ei mineralizează materia organică moartă, nu se hrănesc cu organisme vii, și de aceea închid circuitul materiei.

Fluxul de energie și productivitatea

Diferența esențială dintre energie și materie într-un ecosistem — întrebare sigură de examen:

• Materia circulă în circuit închis (elementele chimice sunt reciclate permanent de descompunători).
• Energia curge într-un singur sens, în flux deschis: intră ca lumină solară, e fixată de producători și se pierde treptat sub formă de căldură.

La fiecare transfer între niveluri trofice se pierde cea mai mare parte a energiei — prin respirație, mișcare, căldură și părți neconsumate. Regula celor 10%: doar aproximativ o zecime din energia unui nivel trofic ajunge în biomasa nivelului următor. De aceea lanțurile trofice au rar mai mult de 4–5 verigi și de aceea piramida energiei nu poate fi niciodată inversată (spre deosebire de piramida numerelor, care poate fi inversată — un singur copac hrănește mii de insecte).

Noțiuni de productivitate:

• Producția primară brută – totalul substanței organice sintetizate de producători prin fotosinteză.
• Producția primară netă – ce rămâne după ce producătorii își consumă o parte prin propria respirație; doar aceasta e disponibilă consumatorilor.
• Biomasa – cantitatea totală de substanță organică existentă la un moment dat pe un nivel trofic.

Ecosistemele cu productivitate mare: pădurile tropicale, recifele de corali, estuarele; cu productivitate mică: deșerturile și zonele polare.

Circuitele biogeochimice (C, N, P)

Elementele chimice trec permanent din mediul abiotic în organisme și înapoi — acestea sunt circuitele biogeochimice.

Circuitul carbonului: rezervorul principal accesibil este CO2 din atmosferă și cel dizolvat în ape. Carbonul intră în lumea vie prin fotosinteză (producătorii îl fixează în substanțe organice) și se întoarce în atmosferă prin respirația tuturor organismelor, prin descompunerea materiei organice moarte și prin arderi (combustibili fosili, incendii). Arderea masivă a combustibililor fosili crește concentrația de CO2 și intensifică efectul de seră.

Circuitul azotului — cel mai bogat în verigi bacteriene, deci cel mai întrebat:

• Fixarea azotului – azotul atmosferic (N2), deși reprezintă ~78% din aer, NU poate fi folosit direct de plante; îl fixează bacteriile libere din sol și bacteriile simbionte din nodozitățile leguminoaselor (genul Rhizobium).
• Amonificarea – descompunătorii transformă substanțele organice azotate din cadavre și dejecții în amoniac.
• Nitrificarea – bacteriile nitrificatoare oxidează amoniacul în nitriți, apoi în nitrați — forma sub care plantele absorb azotul din sol.
• Denitrificarea – bacteriile denitrificatoare reduc nitrații la N2, care se întoarce în atmosferă.

Circuitul fosforului este singurul dintre cele trei FĂRĂ etapă gazoasă semnificativă: rezervorul e reprezentat de rocile fosfatice; fosforul eliberat prin eroziune e absorbit de plante, circulă prin lanțurile trofice și sfârșește adesea în sedimentele marine, de unde revine în circuit foarte lent, prin procese geologice.

Poluarea și protecția mediului

Poluarea este modificarea nefavorabilă a caracteristicilor mediului prin activități umane sau fenomene naturale. Clasificarea după natura poluantului: fizică (termică, sonoră, radioactivă), chimică (gaze, metale grele, pesticide, îngrășăminte) și biologică (agenți patogeni, specii invazive).

Fenomene globale de știut cu mecanismul lor, nu doar cu numele:

• Efectul de seră accentuat – CO2, metanul și alte gaze rețin radiația infraroșie reflectată de Pământ → încălzire globală, topirea ghețarilor, creșterea nivelului oceanelor.
• Ploile acide – oxizii de sulf și de azot din arderi se combină cu apa atmosferică formând acizi → distrug pădurile, acidifică lacurile, corodează construcțiile.
• Subțierea stratului de ozon – freonii (CFC) descompun ozonul stratosferic, care filtrează radiațiile ultraviolete.
• Eutrofizarea – îngrășămintele cu azot și fosfor ajunse în lacuri provoacă înmulțirea explozivă a algelor; descompunerea lor consumă oxigenul din apă și duce la moartea peștilor. Capcană: eutrofizarea NU otrăvește direct peștii — îi ucide lipsa de oxigen.
• Bioacumularea – poluanții nedegradabili (mercur, DDT) se concentrează progresiv de-a lungul lanțurilor trofice, atingând valorile maxime la consumatorii de vârf.

Măsuri de protecție: reducerea emisiilor și tehnologii curate, epurarea apelor uzate, colectarea selectivă și reciclarea deșeurilor, împăduriri, arii protejate (parcuri naționale, rezervații ale biosferei — ex. Delta Dunării) și conservarea biodiversității, inclusiv prin legislație (specii ocrotite).

Test — 6 întrebări ca la examen

Grile de admitere UMF — 5