Echilibrul biocenozei. Principiul lui BOLTZMANN (detalii privind principiile I si II ale termodinamicii in ecologie, referitoare la circulatia materiei si energiei).

Echilibrul biocenozei. Principiul lui Boltzmann (detalii privind principiile I si II ale termodinamicii in ecologie, referitoare la circulatia materiei si energiei).

Echilibrul biocenozei

Vom analiza in continuare faptul ca la nivelul biocenozelor exista o multime de populatii (apartinand unui numar mai mare sau mai mic de specii), iar intre acestea se desfasoara interactiuni complexe. Toate aceste interactiuni de natura trofica sau energetica sunt insotite de producere de caldura. Ca urmare, sistemul se dezorganizeaza iar prin aceste transformari se creaza dezordine (entropie). Si in ecosisteme, ca in orice alt sistem material, toate procesele fizico-chimice tind spre convertirea energiei in caldura, astfel ca pe parcurs ce sistemul respectiv (sau ecosistemul) functioneaza, creste entropia.

ENTROPIE [gr. entropia = "intoarcere", "schimbare"]. Este o marime termodinamica a sistemelor fizice a carei valoare creste in urma unei transformari ireversibile a unui sistem izolat sau ramane constanta in urma unei transformari reversibile.Este o marime fundamentala in teoria informatiei care indica cantitatea de informatie raportata la un element al mesajului transmis.

a. Principiul lui Boltzmann. In sistemele fizice si chimice din lumea nevie se aplica principiul lui Boltzmann (procesele fizico-chimice tind spre starea cea mai probabila, care este starea de dezordine maxima, adica de entropie maxima).

In lumea vie, sistemele fizice si chimice (implicate in sistemele biologice si ecologice) nu evolueaza in acelasi mod, adica spre atingerea unor valori maxime ale entropiei. Organismele vii, populatiile si biocenozele tind spre o stare stationara, stabila (starea cea mai improbabila).

Descifrarea mecanismului echilibrului la nivelul biocenozelor arata ca stabilitatea consta intr-un echilibru functional si de compozitie (numar de componente). In acest sens, daca echilibrul unei biocenoze ar fi deranjat (prin cresterea numarului de indivizi ai unei specii in detrimentul celarlalte specii componente), atunci fenomenul ar fi contracarat de actiunea antagonista a celorlalte specii, ca urmare a unei mecanism de autoreglare (o invazie de lacuste este contracarata de actiune antagonista a entomofagilor din biocenozele invecinate).

Conform celor prezentate mai sus ar parea ca biocenozele sunt sisteme complexe si bine reglate. Cercetarile au aratat insa ca pe langa aceste echilibre trainice exista si antagonisme, dar fluctuatiile permanente mentin integritatea sistemului (de ex. un sistem biocenotic simplu din doua subsisteme contrare poate exista si se poate mentine, oscilind alternativ in functie de variatiile conditiilor de mediu; o combinatie coevolutiva dintre o specie iubitoare de lumina si una iubitoare de zona umbrita, poate supravietui si se poate mentine, existenta fiecareia fiind favorizata alternativ, dupa cum variaza conditiile de lumina ale zonei, deci conditiile de mediu). Ce se constata ?. Ca echilibrul sistemului este pastrat nu de o stare de armonie ci tocmai de contradictiile din interiorul sau (Elenkin 1921; cit. in Stugren 1975). Acesta este un echilibru dinamic (echilibru mobil) (celalalt tip este echilibrul mecanic, inteles ca un concept static, de armonizare a unui sistem, deci un "echilibru teoretic", care ar putea fi perturbat doar de forte externe). S-ar putea emite urmatoarea formulare: echilibrul mobil este starea creata de interactunile interne ale unui sistem ecologic, alcatuit din mai multe specii, iar punctul interior de echilibru se deplaseaza sub influenta si actiunea mediului extern, in diferite puncte din sistem, acolo unde au loc interactiuni (Stugren 1975).

Conceptul acesta de echilibru dinamic a fost unul deductiv iar unele definitii date biocenozei includ acest concept ("biocenoza este un sistem de populatii aflat in echilibru mobil, care se mentine in conditii ecologice date" - Rezvoi 1924).

La o concluzie asemanatoare s-a ajuns prin rationament matematic (Lotka 1924; Von Bertalanffy 1924). In studiul stabilitatii biocenozelor, ei au formulat conceptul de echilibru fluent (dinamic) ca "un echilibru ce consta in pastrarea structurii sistemului, pe fondul reinoirii permanente a componentelor, ca urmare a schimbului de substanta si energie cu mediul".

Se cunoaste faptul casistemele ecologice sub aspect energetic, functioneaza conform principiilor termodinamicii (deoarece migratia substantei intre componentele biocenozelor este insotita de transformari energetice). Din punct de vedere ecologic cele doua principii ale termodinamicii au o semnificatie deosebita.

Principiul I al termodinamicii in ecologie. Orice transformare energetica se evidentiaza prin modificari cantitative, iar trecerea sistemului de la o stare la alta inseamna o variatie a energiei interne. In timp ce sistemul respectiv se transforma, se schimba, cantitatea de energie care este implicata in aceste transformari depinde doar de cantitatea initiala de substanta si energie, care au intrat in sistemul respectiv, precum si de produsul final. Astfel, bugetul energetic al unui lant trofic depinde de cantitatea initiala de substanta si energie si nu de numarul de verigi care sunt implicate.

Principiul II al termodinamicii in ecologie. In cadrul transformarilor energetice din cadrul unui sistem se produce caldura si doar o parte trece in lucru mecanic, in timp ce o alta parte este cedata mediului de viata. In cadrul lantului trofic pe parcurs ce energia se transmite de la o veriga la alta au loc si pierderi sub forma de caldura, iar energia sistemului respectiv scade.