طبيعة الأنظمة البيئية

طبيعة الأنظمة البيئية

ان السمة لأي نظام هي العملية التنظيمية ، و بمعنى آخر و جود مجموعة موحدة من الكمونات التي تشكل التنظيم ككل و قد لاحظ العالم البيئي او نيل ايتال الخصائص الأخرى للتنظيم الببيولوجي المتضمن الأنظمة البيئة كالآتي : 

توجد الأنظمة البيئية مستقلة ذات مكونات نوعية ( مثال ذلك يمكن أن تموت الشجرة منفردة لكن يتبقى تنظيم الغابة ) تكون مكونات مستقلة ( مثال ذلك لا يمكن للحشرة الأجتماعية أن تعيش عند إزالتها من مستعمراتها )
للنظام البيئي وظيفة ( مثال ذلك يكون لأجزاء المكونات وظيفة جزئية ، و يمكن لها جميعها ان تنتج وظيفة كمجموعة متكاملة ) انها نشطة ، ديناميكية بشكل ما سواء في الماضي أو في الحاضر ( مثال ذلكحدوث التغير الآن أو حدوثه في الماضي )
وجود مقياس منزلق في وجود التنظيم ( مثال ذلك يمكن تواجد نوعين من المجتمعات السكانية بشكل متوافق في منطقة معينة أو يمكن عمل إستمالة في علاقة معقدة ) أن مثل هذه التخصيصات في المنظمة يمكن تطبيقها بالكامل في الأنظمة البيئية ، و سوف يصبح ذلك ، و نحن نستكشف بتفاصيل متزايدة دليلا على الملامح الأساسية و التركيب المتغير للأنظمة البيئية .

المنتجون والمستهلكون والمحللون

أولا : المنتجون produser
نظرالأن علاقات الطاقة هي دعامة الصلات اليكولوجية في العديد من الطرق ، لذا فان أفضل الطرق لدراسة العلاقات البيئية هي البدء بتدفق الطاقة ، وتعتبر الطاقة المشعة من ضوء الشمس هي المصدر النهائي ومصدر له أهمية من مصادر الطاقة .
بالنسبة لأي نظام بيئي و تستخدم في عملية التمثيل الضوئي حيث يتم تمثيل غاز ثاني اوكسيد الكربون الى مركبات كربونية غنية بالطاقة و ينظر الى الكائنات التي تجري هذه العملية على انها منتجة ، زمن المعتاد أن تكون النباتات الحاملة للكلوروفيل ، و الطحالب في البرك و الأعشاب في الحقول ، و الأشجار في الغابات . أما الأنظمة البيئية الأقل أهمية فهي البكتيريا الأرجوانية التي تقوم بتمثيل ثاني اوكسيد الكربون من المركبات الغير العضوية باستخدام طاقة الشمس ، أما في بعض البرك الراكدة الغنية بكبريتيد الهيدروجين فان البكتيريا التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي لا تمثل 25 % من كل اجمال التمثيل الضوئي .

و أخيرا ، يتضمن المنتجون البكتيريا الخاصة بالتمثيل الكيميائي ، و التي تحصل كل منها على الطاقة من أكسدة المركبات الغير العضوية البسيطة ، و ليست اهميتها كبيرة في علاقات الطاقة لمعظم الأنظمة اللبيئية فيما عدا اعتبارها موجدة لتدفق الطاقة في الأوساط البيئية مثل البحار العميقة باعتبارها تهويات و مخارج للحرارة الأرضية في المحيط الهادي كما انها تلعب دورا حيويا في حركة المواد المغذية المعدنية في الأنظمة البيئية ، فتحت الظروف اللا هوائية فأن هذه المخلفات الكيميائية تكون وسيلة انقاذ للطاقة في شكل مركبات عضوية ، هذه الطاقة التي يمكن ان تفقد خلال تخزينها في الرواسب ان مصطلح المنتجون في سياق الطاقة يمكن أن يؤدي الى نوع من الخداع و الظلال وسوء التمثيل . فالمنتجون يقومون بتخليق الكربو هيدرات و ليست الطاقة لأنهم يقومون بتحويل الطاقة المشعة الى شكل كيميائي ، وربما يكون من الأفضل تسميتها بالمحولون أو ناقلو الطاقة .

الكائنات ذاتية التغذية autotrophs :
يقصد بالكائنات ذاتية التغذية تلك التي تغذي نفسها بنفسها وبعكس المتباينة التغذية ، فهي لا تحتاج مركبات عضوية كمصدر للطاقة و يمكن تقسيم هذه المجموعة من الكائنات الى قسمين ذاتية التغذية الضوئية ، وذاتية التغذية الكيميائية ، و تستخدم بعض المراجع كلمة المنتجون للأشارة الى الكائنات ذاتية التغذية لأنها تقوم بتصنيع أو انتاج الجزيئات العضوية و التي تعتمد عليها كل الكائنات الأخرى كمصدر للطاقة .

الكائنات ذاتية التغذية الضوئية Photoautorophs  :

و كما هو واضح من السم فان هذه الكائنات تحصل على طاقتها من ضوء الشمس ، و على الرغم من أن هذه المجموعة تتضمن كل النباتات على الأرض إلا انه يستثنى منها النباتات المتطفلة ، حيث يتم تثبيت غاز ثاني اكسيد الكربون بواسطة انزيمات البلاستيدات الخضراء ، بينما يتم الحصول على المواد غير العضوية مثل النترات و الفوسفات من خلال الشعيرات الجذرية حيث يتم سحبهم مع تيارات الماء خلال النبات . و من الملاحظ أن البلاستيدات الخضراء و من خلال صبغاتها المثبتة للضوء لها القدرة على الأستفادة من الطاقة القادمة من أشعة الشمس ( أو أي مصدر آخر للضوء المرئي ) و ذلك بشق جزيء الماء الى اكسجين و هيدروجين ، حيث يخرج الأكسجين كناتج ثانوي خارج النبات الا اذا تم اسخدامه في التنفس .

ثانيا : المستهلكون consumers
نظرا لأن ادماج الطاقة في المنتجون بطريقة التمثيل الضوئي يتبعه تخليقها الى جزيئات تخدم الأحتياجات الغذائية للنمو الذاتي للمنتجين و كذلك عمليات الأيض لذا يمكن أن تتحدث عن المنتجين بوصفهم ذاتي التغذية و بنفس الطريقة يمكن وصف الكائنات التي تعتمد في غذائها على الكائنات الأخرى بأنها متغايرة التغذية ، و المستهلك الأول العاشب أو هو الكائن المقتات بالأعشاب ، يعتبر متباين التغذية ، الذي يحصل على تغذيته مباشرة من النبات . اما اللواحم أو المستهلك الثانوي فهي متباينة التغذية تحصل على طاقتها بطريقة غير مباشرة من المنتجين بطريقة العواشب . و تحتوي الأنظمة البيئية على مستهلكين من النوع الثالث و نقصد بها اللواحم التي تتتغذى على لواحم اخرى أما القوارت فهي الكائنات الحية التي تحصل على حاجتها بالاقتيات على الحيوانات و النباتات اي انها تشتق طاقتها من كل المنتجين و العواشب .

ثالثا : المحللون decomposers
بالإضافة الى العواشب و اللواحم ، يوجد مجموعة كبيرة متباينة الغذاء في الأنظمة البيئية ، و يشار الى هذه المجموعة اجماليا باسم " المحللون " أو اللمختزلون و هي تتكون أساسا من البكتيريا و الفطريات و لكن بالنسبة للقسم الأكبر نجد أن المحللون لا يستهلكون الطعام بطريقة الهضم الخاصة بالعواشب أو اللواحم و لكنها تفعل ذلك بالامتصاص .
و تجد ان انزيمات المنتجة داخل اجسامها تتحرر داخل النبات الميت ومادة الحيوان ، ثم يتم امتصاص بعضها من المنتجات المتكسرة و المهضومة ، و بشكل عام نجد أن البكتيريا في الأنظمة البيئية الأرضية تعمل على انسجة الحيوان كما تعمل الفطريات على انسجة النبات أما في بعض الأنظمة البيئية المائية ان المستهلكين يلعبون دورا واضحا عن البكتيريا أو الفطريات في تكسير و هضم المنتجات العضوية ، و أما ما يختص بامداد المنتجات الثانوية ما يختص في عملية نموها و احتياجات الأيض ، نجد مع ذلك أن المحللون يؤدون خدمة لا تقدر بثمن الى النظام البيئي – باكتساب الخواص المعدنية في المواد العضوية ، كما نجد انه من خلال الأنشطة الأساسية الهاضمة للأنزيمات الخرجية ، العناصر الأساسية المرتبطة بالبروتو بلازم قد تحررت الى البيئة المحيطة و تصبح متاحة بذلك لإعادة استخدامها ، بشكل مبدئي بواسطة المنتجون وكذلك بواسطة الكائنات الأخرى .

و يأتي دور المحللون بعد المنتجون من ناحية الأهمية في المجتمع ، فبدون المنتجون لن يكون هناك محللون و لا عواشب و لا لواحم و للمحللون اهمية كبرى فبدونهم ، يمكن أن تتراكم بقايا الكائنات الأخرى بكل بساطة و لن يكون هناك وجود لثاني اكسيد الكربون أو النترات أو الفوسفات أو بقية الموا غير العضوية الأساسية و الضرورية للحياة في العالم . فيعمل المحللون على تكسير المخلفات العضوية و البقايا الميتة للكائنات الى مواد غير عضوية يحتاجها المنتجون و على ذلك فأن ابسط المجتمعات الذاتية الدوام و البقاء تتكون من المنتجون ( سواء كانو ذاتي التغذية الضوئية أو الكيميائية )  :

المجتمعات البيئية المبني على تغذية الذاتية الضوئية و المحللون . و تحصل الكائنات المائية على احتياجاتها من الأكسجين اللازم للتنفس و بتم الحصول عليهم من الهواء و تحصل الكائنات المائية على احتياجاتها من الأكسجين و المعادن من الماء و تنتج الكائنات ذاتية التغذية الضوئية غاز ثاني اكسيد الكربون في تنفسها أما الأكسجين و المواد و المركبات العضوية فتنتج خلال التفاعلات الأيضية و التمثيل الغذائي المتضمن تصنيع الجزيئات الصغيرة ، و لا تستطيع هذه الكائنات أخذ المركبات العضوية مباشرة بل يلزم أن يتعامل معها المحللون اولا ويحتاج المحللون للأكسجين بدورهم إلا إذا كانو من النوع اللا هوائي الإلزامي ( أي لا يحتاجون الى الاكسجين ، بل ان الأكسجين قد يقتلهم بالحقيقة ) و هم بنتجون مواد مثل ثاني اكسيد الكربون و المعادن مثل الأمونيا و التي ترجع الى الجو و الخزانات أما إذا كان المنتجون من نوع كانو ذاتية التغذية الكيميائية و يلاحظ من دراسات المجتمعات الطبيعية قد لا تثير انتباه الباحثين نظرا لأنهم كائنات شديدة الدقة و مهما كان السبب فان المحللون يلعبون دورا هاما حيويا في الطبيعة و يستحقون المزيد من البحث و المحللون و بالطبع متباينو التغذية ، و هي في الحقيقة كائنات رمية تعيش على المواد العضوية الميتة التي تقوم أما بامتصاصها بشكل محلول أو تبتلعها على شكل قطع صغيرة جدا .

المحللون في أرضية الغابات :
تتراكم المواد العضوية الميتة في بعض المجتمعات و ان كان يلاحظ ان معدل تراكم الكميات التي تضاف للتربة مساوية تماما لمعدل إزالة هذه الكميات من خلال المحللون و لقد تبين من خلال قياس كمية المواد العضوية الميتة في الغابات عند مستويات مختلفة من خطوط العرض أن كمياتها تزيد في المناطق القطبية و تقل كثيراعند خط الأستواء .

حيث أن الكتلة الحيوية الأجمالية لكل وحدة مساحة في الغابة تكون أكبر ما يمكن عند المنطقة الأستوائية فان ذلك يعني ارتباط كل المواد العضوية الموجودة تقريبا في الكائنات العضوية و يتضمن ذلك أيضا المعادن و بالتالي فان الغابات الأستوائية المطيرة تعول كثيراعلى التدوير السريع للمغذيات ، في عمليات بقائها وحياتها و يرجع التحلل الحادث في الأوراق النباتية المتساقطة الى عوامل فيزيائية و بيولوجية ، فالتكسير في المناطق الأستوائية يكون سريعا لأسباب عديدة فهذه الغابات ذات جو حار رطب مما يسرع في تحلل المواد العضوية بالإضافة الى ان هذا الجو مناسب لعمل المحللون .

تكسير المواد النباتية الميتة Decompositionof dead matter :
تضاف الى التربة ، و هي مواد humus عندما تتحلل المواد البيولوجية فانها تعطي مواد تسمى الدبال
داكنة اللون ذات أهمية كبيرة حيث تعمل كخزان يحتفظ بالماء و المواد المعدنية حتى يتم امتصاصها بواسطة النبات ، و الدبال من المواد المعقدة تركيبيا و بعيدا عن بعض الترسيبات الغير عضوية مثل تلك الخاصة بأهداف اللافقاريات و المواد العضوية الموجودة في اسنان الفقاريات عظامها نجد أن معظم المواد الموجودة بالدبال تكون مقاومة لعمليات التحلل مثل الجنين الخاص باوعية النباتات كذلك الجنين مع السيليلوز و الهيموسيليلوز و البكتينات و غيرها من المواد الموجودة في الجدار الخلوي النباتي فهذه المواد تتكون بشكل أساسي من البوليمرات الفينولية و التي تعطى في النهاية حامض الدباليك
و المواد السابقة شديدة المقاومة للتكسي الميكروبي ، و هو ما يوضح سبب مقاومة اللجنين للتحلل و في الحقيقة فلقد تبين وجود كسور و اجزاء صغيرة من المواد العضوية بالتربة تم الكشف عنها باستخدام الكربون المشع و تبين أن عمرها يرجع الى ما يزيد عن الف عام و تحتوي التربة على مجموعات معينة من الفطريات و البكتيريا و هي تعتبر الكائنات الأساسية المسؤولة عن التحلل للجنين و تعطي هذه التفاعلات صبغة الملانين الداكنة المسؤولة عن الخصائص اللونية للدبال كما لوحظ انه عند قطع الطبقات العشبية و تخزينها يحدث أنخفاض شديد و سريع في عدد الكائنات الدقيقة الموجودة على الأوراق عن الحال عند وجود النباتات حية ثم يتبعها البناء التلقائي للأجناس الموجودة في المادة المخزنة و يعتمد هذا البناء على عدة عوامل من بينها نسبة الماء في الدريس أو المادة النباتية المجففة مع انطلاق قدر من الحرارة التي ترجع الى تنفس هذه الكائنات الدقيقة و لكن بشرط الا يكون الدريس شديد الجفاف و قد تصل درجة الحرارة الى حوالي 60 م مئوية ، و درجة الحرارة هذه كافية تماما في بعض الأحوال لوجود احتراق تلقائي و من المعتاد و في ظل وجود نسبة ماء حوالي 40 % ان تستغرق الكائنات حوالي خمسة ايام حتى تصل درجة الحرارة في البقايا النباتية الميتة الى 60 م مئوية ثم تهبط درجة الحرارة بعد ذلك و على مدى ثلاثة اسابيع حتى تصل الى درجة الى حرارة مشابهة للجو المحيط بها .

العواشب واللواحم her biyores and carenivores :
على الرغم من ان التمييز بين العواشب و اللواحم عملية سهلة و واضحة الا ان لها قيودها و تحديداتها ، فبعض العلماء يعتبر البيئة ان كل من آكلي كلا النباتات و الحيوانات يعتبر إما مفترس أو متطفل ، و يمكن النظر على العواشب على انها مفترسة اذا كانت اكبر من فرائسها و تستهلك كل النبات أو معظمه خلال فترة زمنية قصيرة نسبيا ، كما يمكن ان تكون متطفلة اذا كانت تعيش على او في عائلها لفترات طويلة من الزمن ، طبقا لهذا التعريف فان معظم الثديات العواشب تعتبر مفترسة كما ان معظم الحشرات العواشب تعتبر طفيلية و يعتبر الجراد مفترس بينما الغزال الذي يتغذى على الأوراق السفلية للشجر متطفل .

ان التقسيمات السابقه تعتبر مثيرة للجدال فعلا ، و لكنها قد تساعد باحث البيئة في رؤية التفاعلات المتعلقة في التغذية من وجهات نظر متعددة و من خلال اكثر من منظور و يوجد بعض الفروق الهامة بين معظم النباتات و معظم الحيوانات من منظور الكائنات التي تتغذى عليها و بشكل عام نرى ان النباتات عديمة الحركه و نظرا لأنها لا تستطيع الجري بعيدا عن الحيوانات فأنها تستخدم العديد من استراتيجيات الهرب من العواشب ، و يمكن بالتالي وجود اليات دفاعية مثل وجود الأشواك او الأوراق الميته او قد تلجأ لتصنيع السموم بداخلها والشكل التالي يوضح بعض النباتات السامة .
فأشجار البلوط على سبيل المثال تنتج مواد دباغية غير مستساغة الطعم في اوراقها ، كماقد تحاول النباتات الأختباء من العواشب مثل العديد من النباتات قصيرة العمر و التي توجد على شكل بذور ، ثم تعطي فجأة عدد وفير من النباتات النامية عند تحسن الظروف الجوية و يمكن لمثل هذا التدفق الوفير من النباتات النامية ان تزيد عن احتياجات العواشب مما يعطي لها فرصة طيبة للوجود في الحياة و التكاثر و انتاج البذور قبل ان تؤكل . . تواجه اللواحم مشكلات اكبر في الحصول على غذائها في شكلل خاص فالهدف دائما متحرك ، و لكنه يتميز بأنه غير سام و سهل الهضو و يحتوي على بروتين اكثر .

القوارتد ( آكلة كل شيئ ) Omnivores :
الكائن القارت هو ذلك الذي يأكل كلا من النباتات و الحيوانات بمعنى انها كائنات عامة و ليست متخصصة ، و تحصل على غذائها من مصادر متعددة و يعتبر البشر من القوارت . و للوهلة الأولى قد نعتقد ان القوارت لديها افضل مافي العالم حيث يمكنها التغذية على كميات من الحيوانات المتاحة في حالة و فرتها اما شحت الحيوانات و ندرت يمكن اكل النباتات . . . و لكن مع ذلك لا يوجد شيء حر في هذا العالم فأن حياة القوارت و ان كان فيها مناع الا لها ايضا تكلفه و التكلفه الأساسية هي انه ما دام القارت يعتبر عاما فأنه يعتبر اقل كفاءة في استخدام مصدر غذائي فردي عن التخصص ، فعلى سبيل المثال نجد ان الأنسان لديه بكتيريا من نوع معين في القناة الهضمية ، لذلك فهو لا يستطيع ان يهضم السليلوزو هذه البكتيريا موجوده و متوفرة في امعاء العديد من الكائنات المتخصصة و نحتاج بالتالي الى طعام يحتوي على نوع من البروتين و النشا فيه عن ذلك الازم للحيوانات المجترة ، فأمعاء الأنسان لابد ان تكون مناسبة للطعام الحيواني و النباتي في نفس الوقت . و نحتاج الى اسنان لطحن و تمزيق اللحوم و المواد النباتية ، كما نحتاج الى انزيمات لهضم الغذاء الحيواني و مواد انزيمية خاصة تعمل على الطعام النباتي مثل النشا على سبيل المثال .
و يمكن أن تلخص أهم نقاط الموضوع كما يلي :

1. الطريقة المقنعة لتحليل علاقات التغذية في المجتمعات هي تحليل المستويات الغذائيه .
2. المنتجون هم اساس المجتمعات الطبيعيه و معظمهم ذاتي التغذية الضوئيه مع وجود البعض من ذاتي التغذية الكيميائية .
3. يمنع المحللون المجتمعات من الخروج بسرعة خارج المواد غير العضوية الضرورية للحياة .
4. على الرغم من كتلتها الحيوية العظيمة ، الا ان الغابات الأستوائيه لديها كميات قليلة من المغذيات المرتبطة في اوراق الأشجار الساقطة .
5. يستلزم التكسير السريع فعل الكائنات النختلفة بدئا من البكتيريا الى النمل الأبيض و دودة الأرض .
6. ينتج الدبال من التحلل الجزئي للمواد العضوية في التربة .
7. الجنين من المواد العاليه المقاومة للتحلل و يعتبر تحللها مرحلة هامة في تكوين الدبال .
8. تتخد النباتات استرتيجيات متعددة لتجنب تدميرها بواسطة العواشب ، و بدورها ان العواشب لها استرتيجيات مختلفة حتى تتجنب ان تؤكل باللواحم .
9. يمكن استخدام السلاسل الغذائية لتوضيح المصير البيولوجي لذرات الفرد .
10. من النادر ان يكون للسلاسل الغذائية اكثر من خمسة مستويات .
11. شبكة الغذاء هي اجمالي سلاسل الغذاء في المجتمع .
12. نحتاج للمزيد من العمل لتعيين انسياب الطاقه في المجتمع الطبيعيز
13. صافي الأنتاجية الأبتدائية هي كمية الوزن الجاف المتراكم بواسطة الكائنات ذاتية التغذية لكل وحدة مساحة لكل وحدة زمن .
14. نقص المغذيات يحدد الأنتاج المبدئي في معظم البيئات المائية .
15. تصل كفاءة عمليات التمثيل الضوئي الى حوالي 20 % في المزارع المعملية ، للطحالب الخضراء و لكنها في الطبيعة لا تتجاوز نسبة 3 , 5 %