Ugrás a tartalomhoz

Állattan

dr. Bakonyi Gábor, dr. Juhász Lajos, dr. Kiss István, dr. Palotás Gábor

Mezőgazda Kiadó

18. fejezet - Szünbiológia

18. fejezet - Szünbiológia

A fejezet címe sokak számára talán szokatlanul, de nem véletlenül lett szünbiológia és nem – ahogy számos hasonló témájú tankönyvben olvasható – ökológia. Az ökológia szóhoz köznapi értelemben nagyon sok olyan képzettársítás tapad, amelyek messze állnak a természettudománytól. Ezekkel itt nem foglalkozunk. Szünbiológiáról lesz szó, vagyis a szupraindividuális rendszereket természettudományi szempontból vizsgáló tudományágról. Bemutatjuk a legfontosabb szupraindividuális rendszereket (populáció, életközösség, biom, bioszféra), de csak a populációkkal és életközösségekkel foglalkozunk részletesen. Hangsúlyozzuk, hogy ezeknek a rendszereknek tanulmányozhatjuk a felépítését, struktúráját (szünfenobiológiai megközelítés) és vizsgálhatjuk a működését is (ökológiai megközelítés). A populációk felépítését jellemezni lehet többek között a következő paraméterek megmérésével: egyedek térbeli eloszlása, populációk koreloszlás, egyedsűrűség, ivararány, egészségi állapot, létszámváltozás. Amikor megállapítjuk, hogy az említett paraméterek értéke milyen okok miatt akkora, amekkorának mértük, akkor végzünk ökológiai vizsgálatot. A populációk működését az abiotikus és a biotikus környezeti tényezők együttese határozza meg. Esetenként valamelyik tényező szerepe fontosabb, mint a többié.

A populációk közötti kapcsolatok közül a növény-növényevő, ragadozó-zsákmány, gazdaparazita kapcsolatokat és a populációk közötti versengést tárgyaljuk részletesebben, mert ezekről van a legtöbb információnk. Világosan kell látni azonban, hogy még igen sok fontos egyéb kapcsolatforma is létezik a populációk között. Minden populációnak sajátos élettörténete (életmódja) alakult és alakul ki az evolúció során. A gyorsan változó körülményekhez az úgynevezett „r”- stratégista, a viszonylag állandó környezethez a „K”-stratégista fajok alkalmazkodtak legjobban.

Az életközösségek szerkezetét elsősorban a következő fontos paraméterekkel szokták jellemezni: fajszám, a fajok egyedszáma, dominancia, diverzitás, komplexitás. Az életközösségek működésére pedig – többek között – az energiaáramlás, a biogeokémiai ciklusok jellege, a szukcesszió jellemző. Az életközösségekbe jutó fényenergia kémiai energiává alakul és közben a biogeokémiai ciklusokban mozgó kémiai elemekből biomassza jön létre. Az élőlények elfogyasztják a biomasszát. A biomasszában található energia egy részét testükbe építik, a többi a légzés, hőleadás során eltávozik a testükből. Különösen sok biomassza található az elhalt növényi részekben, ezért sok energia áramlik a lebontó táplálékláncokban. Az energiaáramlás és a biogeokémiai ciklusok jellemzőek az adott életközösségre.

A szünbiológia az egyedek feletti (szupraindividuális) rendszerek tanulmányozásával foglalkozó tudományág. Ezen belül akkor, amikor egy szupraindividuális rendszer struktúráját, felépítését, a rendszerben zajló jelenségeket vizsgálják, a szünfenobiológia területén járnak. Ha pedig arra keresik a választ, hogy a megfigyelt struktúrát vagy jelenséget milyen okok váltják ki, a jelenség miért olyan, amilyennek látszik, akkor ökológiával foglalkoznak. Ez a felosztás alkalmas arra, hogy az ökológia szót – mint egy természettudományi diszciplína egy szakkifejezését – világosan el lehessen különíteni a szó másik, hétköznapi, nem egyértelmű jelentéseitől (kulturális ökológia, politikai ökológia stb.) (18.1. ábra). Szünfenobiológiai kutatást végeznek például akkor, amikor a populációk, vagy az életközösségek (biocönózisok) struktúrájának térbeli és időbeli változásait vizsgálják. Ilyen munka a populációt alkotó egyedek térbeli eloszlásának megállapítása vagy az életközösségek diverzitásának vizsgálata. Az ökológia területén járnak viszont akkor, amikor az előbb említett mintázatok kialakulásának okait keresik. Az előző példánál maradva az ökológus feladata, hogy megállapítsa: miért olyan az egyedek térbeli eloszlása vagy a biocönózis diverzitása, mint amilyent megfigyelt?

18.1. ábra - A szünbiológia tudományterületének egy lehetséges felosztási sémája

kepek/18.1.abra.png


A szupraindividuális szerveződés

Viszonylag nem régi az a tudományos felismerés, amit az emberiség intuitíve mindig is tudott, hogy a biológiai organizáció az egyedeknél nem ér véget, hanem az egyed alatti (infraindividuális) szerveződési szintekhez hasonlóan, több egyedet magukba foglaló, egyed feletti (szupraindividuális) rendszerek is léteznek. Ezeknek a struktúrája és működése ugyanúgy leírható, mint azt például a sejtek vagy a szervrendszerek esetében megtesszük. A bioszféra – egy életközösség vagy egy populáció – ugyanúgy sajátos struktúrával rendelkező működési egység, ahogy egy egyed, egy szervrendszer vagy egy sejt is az.

A jelenleg ismert legmagasabb biológiai szerveződési szint a bioszféra. Ezen belül többféle rendszert lehet felismerni. Leggyakrabban a biomokat, az életközösségeket és a populációkat vizsgálták, ezek a legismertebb szupraindividuális rendszerek. A bioformációk, vagy röviden biomok, kontinens léptékű egységei a bioszférának. Csak a szárazföldeken értelmezik, tengeri biomokat nem különítenek el. A biomok számos életközösségből állnak. Kialakulásukat az éghajlati tényezők szabják meg elsősorban. Kisebb mértékben a földmozgások, a kontinensek, tengerek, óceánok elhelyezkedése is befolyásolta a biomok létrejöttét. Határaik a nagy klímazónáknak megfelelőek. Általában jellemző klimatikus viszonyaik és vegetációtípusuk alapján kapják a nevüket. Nevezetesebb biomok például a következők: sarkvidéki tundrák, tűlevelű erdők, mérsékelt övi lomberdők, trópusi esőerdők, trópusi monszunerdők, szubtrópusi erdők, füves puszták, szavannák, sivatagok. Az említett klímákhoz és növénytársulásokhoz jellemző állattársulások csatlakoznak.

Életközösségeket a térben és időben együtt élő, egymással kapcsolatban álló populációk alkotnak. Az életközösségek legalább egy termelő, egy fogyasztó és egy lebontó faj populációjából állnak. Az esetek legnagyobb részében azonban több, rendszerint sok, több száz vagy több ezer faj populációjából és a populációk között kialakuló kölcsönhatásokból szerveződnek egységgé. Az életközösségek és populációk térbeli nagysága igen eltérő lehet, attól függően, hogy milyen élőlényekről van szó. Egy több száz hektáros kukoricatáblán ugyanúgy élhet egyetlen életközösség, ahogy egy fa odvában meggyűlt vízben is. Előfordulhat, hogy a kukoricatáblán a kukoricamoly (Ostrenia nubilalis) egyetlen populációja él, de ha két irányból, két különböző populáció egyedei népesítették be a táblát, akkor két populáció is.

A populáció szónak sokféle jelentése van. A szünbiológiában populációnak nevezik az azonos fajhoz tartozó, azon egyedek csoportját, amelyek térben és időben együtt élnek és génállományuk eltér a faj többi populációjáétól. A populáción belüli génáramlásnak nincs akadálya (pánmiktikus populáció) vagy az akadály kisebb, mint amekkora két populáció között fennáll. A populációk alapegységei, elemei az egyedek. Alapvetően az egyedek közötti génáramlás kapcsolja egybe a populációt működési egységgé, de a szociális szerveződés, az intraspecifikus versengés is jelentős szerepet játszik ebben a folyamatban.

A biomok élettelen környezetükkel együtt alkotják az ökozónákat. Az ökozónák élő komponensei tehát a biomok, az élettelenek pedig azok a fizikai és kémiai tényezők, amelyek a biomokra hatnak. A következő ökozónákat különböztetik meg: sarkvidéki-szubpoláris zóna, boreális zóna, nedves mérsékelt öv, száraz mérsékelt öv, tropikus-szubtropikus száraz területek, télen nedves szubtrópusok, nyáron nedves trópus, mindig nedves szubtrópus, mindig nedves trópus. Az életközösségeket élettelen környezetükkel együtt szokták ökoszisztémának nevezni. Az ökoszisztéma szó jelentése a magyar és az idegen nyelvű irodalomban rendkívül sokféle, nincs általánosan elfogadott definíciója, ezért a következőkben nem használjuk. Csupán annyit jegyzünk meg, hogy nagyon gyakran a bioszféra egy, a biomnál kisebb részét (egy bizonyos tó, erdő, szántóföld stb.) nevezik ökoszisztémának. Gyakran beszélnek agroökoszisztémáról is. A fogalom alatt egy mezőgazdasági művelés alatt álló területet (szántóföld, legelő, gyümölcsös, halastó stb.) értenek.

Fontos tisztában lenni azzal, hogy az egyed feletti rendszerek határai nem látszódnak élesen, keskenyebb, szélesebb határzónák vannak a rendszerek között. A halastó partja aránylag éles határ a halak számára (ha nem angolnáról van szó), de egyáltalán nem áthághatatlan a békák szempontjából. Térben távolabbról nézve a határok jobban megfigyelhetővé válnak.

A biomok, életközösségek és populációk ugyanolyan meghatározott struktúrával rendelkező működési egységet képviselnek, mint a sejtek, szervek, szervrendszerek vagy az egyedek. Amíg az említett rendszerek vizsgálatával már régóta foglalkoznak, addig az egyed feletti szerveződési szintek struktúrájának feltárását, leírását és a bennük uralkodó törvényszerűségek megismerését nem régen kezdték meg.

Az egyedek feletti rendszerek körül élettelen (abiotikus) és élő (biotikus) tényezők, tárgyak, egyéb élőlények találhatók. Ezek alkotják a rendszer környékét. Közülük némelyek hatnak a rendszerre, mások nem. A jelenlévő, ám hatástalan tényezők nyilvánvalóan nem tartoznak a rendszer környezetéhez, hanem csupán azok a faktorok, amelyek hatása befolyásolja a rendszer felépítését vagy működését. Ezeket nevezik összefoglalóan környezetnek. A környezet tehát a környék egy része, a ható tényezők összefoglaló neve. A jelenlét önmagában, ökológiai szempontból még nem elég, az aktivitás a fontos. A talajban levő foszfátionok jelenléte a vaddisznókonda számára a környék egy eleme, de nem tartozik a környezethez.

Az egyed feletti szerveződési szinteken, ugyanúgy, mint az egyedi vagy az alatti szerveződési szinteken, sajátos struktúrával rendelkező, meghatározott működést végző biológiai egységek találhatók. Ezek az egységek (biom, életközösség, populáció) tekinthetők rendszereknek is, ezért vizsgálhatók a rendszerelmélet eszközeivel. Minden rendszer elemekből áll. Az elemek általában önmagukban is rendszerek, és a rendszerek maguk is valamely nagyobb rendszer alrendszerei. A rendszer elemei között sokféle kapcsolat áll fenn. Az elemek, valamint a közöttük levő kapcsolatok strukturális és funkcionális egységet képeznek. A populációk elemei az egyedek, az életközösségek elemei a bennük található populációk, a biomok elemei pedig az ott előforduló életközösségek. A kapcsolatok formái igen változatosak. A populáció egyedei géneket adhatnak a másik egyednek, versenghetnek a fényért, a táplálékért és az élőhelyért (az ún. forrásokért). Az életközösség populációi között sokszor a táplálkozási kapcsolat a legfontosabb. A biomok életközösségei között az anyagáramlás jelenti a legfontosabb kapcsolatot. Az így felépülő rendszerek kapcsolatban állnak a környezetükkel, mert anyagot, energiát és információt vesznek fel és adnak le. Egy halastó foszforforgalmának példáján jól szemléltethető a fenti gondolatmenet (18.2. ábra). A vizsgált egyed feletti rendszer egy halastó. Az elemek, a legtöbb foszfort tartalmazó egységek, a víz, a növények és a halak. Az iszapban, a mikroorganizmusokban és a többi állatban található foszfor mennyiségét az előbb említettekhez képest csekélynek lehet tekinteni, ezért ezek az elemek kizárhatók a vizsgálatból. Erre azért van szükség, hogy a modell ne váljon túlságosan bonyolulttá. A felsorolt elemek önmagukban is rendszerek, de a tó foszforforgalma szempontjából egységesnek tekinthetők. Következő lépésként az elemek közötti kapcsolatokat, irányukat és típusukat kell megállapítani. Ez a kapcsolat nyilakkal szemléltethető. Látható, hogy közvetlen kapcsolat nincs minden elem között. A környezettel való kapcsolatot jelen esetben a befolyó vízzel érkező, valamint az elfolyó vízzel és a lehalászott halakkal kivett foszfor mennyisége jelenti. Ezután az elemekben levő foszfor mennyiségét és az egységnyi idő alatt átáramló mennyiségeket kell megállapítani. A nyert adatok és a matematikai műveletek segítségével a rendszer kvantitatíve leírható. Amennyiben a modell jól reprezentálja a valóságos folyamatokat, akkor segítségével kideríthető, hogy valamelyik paraméter megváltoztatása milyen hatással lesz a többi paraméterre. Például, ha a vízbe jutó foszfor mennyisége növekszik a műtrágyázás során, akkor mennyivel több halat lehet lehalászni? Ezzel a módszerrel olyan típusú és olyan mértékű változtatások hatásait is vizsgálni lehet (extrapolálni, modellezni), amit a természetben, kísérletes körülmények között csak nehezen vagy egyáltalán nem.

18.2. ábra - Egy halastó foszforforgalmának kompartment modellje.xi = az i-edik kompartmentben található foszfor mennyisége, fi,j = az egységnyi idő alatt átáramló foszfor mennyisége, i = a foszfort leadó kompartment száma j = a foszfort felvevő kompartment száma, a nyilak az áramlás irányát mutatják

kepek/18.2.abra.png


Az egyed feletti szerveződési szintek rendszerszemléletű megközelítése és vizsgálata a matematikai modellek segítségével számos előnnyel jár. Segít abban, hogy a szünbiológiai jelenségeket a verbális leírás mellett kvantitatív módszerekkel is vizsgálhassák. A matematikai, statisztikai módszerekkel történő megközelítés vezet el az általános törvényszerűségek felfedezéséig. Természetesen nem helyettesíti a jelenségek hagyományos vizsgálatának módszereit (megfigyelés, terepmunka, kísérletezés), csupán kiegészíti azokat. Most nem bocsátkozunk a kérdéskör részletes bemutatásába, csupán néhány fontos pontra hívjuk fel a figyelmet. Ezek a következők:

1. A formálisabb leírásra való törekvés szemléletformáló erejű. Konkrétan definiálni kell, hogy mit jelent egy-egy fogalom (populáció, életközösség, bioszféra stb.), nem elég általánosságokat hangoztatni.

2. Segíti az általános elvek megfogalmazását, amire az ökológiában különösen nagy szükség van, hiszen a tudományág viszonylag új.

3. Előrejelzéseket lehet tenni a jövőben várható folyamatokra. Ez döntő kérdés számos gyakorlati területen, mint pl. a környezetvédelem vagy a mezőgazdasági termelés.

4. Az előrejelzés és a valóság összevetése révén új modellek (elméletek) és pontosabb megfogalmazások alakíthatók ki.