Біологія
ЗАВДАННЯ ТА ВІДПОВІДІ
8.4. ОСНОВИ ЕКОЛОГІЇ
8.4.1. Дайте визначення екології як науки, назвіть її підрозділи. Хто автор терміна “екологія”?
Термін “екологія” вперше в науку ввів німецький вчений Ернест Геккель у 1866 р. Екологія – наука про взаємозв’язки організмів та їх угруповань між собою та навколишнім середовищем, про структуру та закономірності функціонування надвидових систем (біоценозів, біогеоценозів, біосфери).
Основні підрозділи екології: екологія особин (аутекологія) вивчає взаємозв’язки
8.4.2. Що мається на увазі під поняттям “екологічне мислення”?
Екологічне мислення – це аналіз усіх господарських рішень, які приймаються, з точки зору збереження стану навколишнього середовища. Екологічне мислення необхідне при розробці будь-яких проектів засвоєння та перетворення різних територій, розробці заходів по охороні природних об’єктів тощо.
8.4.3. Що таке моделювання в біології? Яке значення моделювання в екологічних дослідженнях?
Моделювання в біологічних дослідженнях – це метод дослідження і демонстрації структур, фізіологічних функцій, еволюційних, екологічних процесів тощо шляхом їх спрощеного імітування (логічного, математичного або натурного), подання у вигляді узагальненої динамічної (логічної схеми, діючого макета, системи диференційних рівнянь) або статичної (макет, схема, типова конструкція) моделі.
Будь-яка модель завжди неминуче спрощена, функціонально не тотожня об’єкту (або явищу), що моделюється і відбиває лише їх загальну подобу або ймовірний сценарій процесу (таких сценаріїв може бути декілька), тобто модель не копіює, а лише імітує реальність. Проте метод моделювання дає змогу досліджувати численні процеси, недоступні для безпосереднього спостереження або експериментального відтворення. Моделювання є обов’язковим компонентом будь-яких екологічних досліджень, наприклад, моделювання відносин хижак – здобич, споживач – їжа та ін. Особливе місце в екологічних дослідженнях займає математичне моделювання – представлення у вигляді системи диференційних рівнянь парних зв’язків з наступним об’єднанням все нових і нових пар взаємовідносин. Завдяки цьому можна, змінюючи одне числове значення, бачити зміну інших, включених у модель показників, складати картину ймовірних змін у сукупності, що розглядається. Основою правильної робот математичної моделі є знання закономірностей процесів, які відбуваються в природі. Проте будь-яка математична модель, наскільки б вона не була досконалою, не може замінити натурних досліджень.
8.4.4. Що таке екологічні фактори?
Екологічні фактори – це всі компоненти природного середовища, які впливають на стан і властивості організму, популяції, природного угруповання Серед них розрізняють три різні за своєю природою групи факторів: абіотичні – усі компоненти неживої природи, серед яких найважливішими є світло, температура, вологість та інші компоненти клімату; біотичні – всі типи взаємодій між особинами в популяціях, та між популяціями в угрупованнях антропогенні – уся сукупність факторів, породжених діяльністю людини, яка призводить до зміни природи як середовища існування всіх живих організмів або безпосередньо позначається на їх життєдіяльності.
8.4,5. Які ви знаєте біотичні фактори? Наведіть приклади.
Це екологічні фактори, які виникають внаслідок взаємодії між особинами в популяціях та між популяціями в угрупованнях. До цієї групи факторів належать такі: конкуренція – використання певного ресурсу (їжі, води, світла тощо) будь-яким організмом, який тим самим зменшує його доступність для інших організмів. Розрізняють конкуренцію внутрішньовидову (наприклад, конкуренція за світло між сіянцями сосни одного віку) та міжвидову (конкуренція хижаків різних видів за здобич);
– хижацтво – живлення тваринами, яких хижаки вловлюють та вбивають. Хижаки – насамперед різні види тварин, але є і хижі рослини (наприклад, росичка). Хижацтво приводить до взаємного пристосування хижака та його здобичі, що виявляється в анатомоморфологічних, фізіологічних, етологічних особливостях тих та інших організмів, які допомагають хижаку ловити здобич, а здобичі – уникати зустрічі з хижаком;
– паразитизм – це такий тип взаємодії між організмами різних видів, коли один організм більш-менш тривалий час використовує інший організм (організм хазяїна) як джерело їжі та місце існування. При цьому паразит повністю або частково перекладає регуляцію своїх взаємовідносин з навколишнім середовищем на організм хазяїна. Прикладами системи паразит – хазяїн можуть бути: малярійний плазмодій – людина, печінковий сисун – велика рогата худоба, коростяний свербун – людина тощо. Паразитизм може бути постійним або тимчасовим, а самі паразити залежно від локалізації можуть бути зовнішніми або внутрішніми (екто – та ендопаразити);
– мутуалізм – такий тип взаємодії організмів різних видів, коли кожний з організмів, що взаємодіють, отримує від цієї взаємодії певну користь. Приклад мутуалізму – співіснування клітин водорості і коралового поліпа, деяких джгутикових і комах (термітів, тарганів тощо);
– коменсалізм – такий тип взаємодії організмів різних видів, коли один з них (коменсал) використовує іншого (хазяїна) або його житло як середовище існування і може живитись залишками його їжі або продуктами життєдіяльності, не завдаючи хазяїну помітної шкоди. Прикладами коменсалізму є існування інфузорій в рубці (одному з відділів шлунка) жуйних тварин або оселення орхідей на стовбурах тропічних дерев.
Всі форми співіснування організмів різних видів має назву симбіоз.
8.4.6. Дайте визначення явища міжвидової конкуренції та наведіть приклади результатів конкурентних взаємовідносин.
Міжвидова конкуренція – це форма біотичних зв’язків, що виникає між популяціями різних видів з подібними екологічними вимогами. Так, в результаті конкуренції утворюється ярусність у рослинних угрупованнях, у тварин – харчова спеціалізація (наприклад, у різних видів синиць, що водяться в одній місцевості), різні терміни розмноження (наприклад, у риб) тощо. (Абітурієнт може навести будь-які приклади, але дати обгрунтування.)
8.4.7. Що таке мутуалізм? Наведіть приклади.
Мутуалізм – явище співжиття організмів різних видів, кожен з яких в результаті отримує певну користь. Приклади (слід дати розгорнуте пояснення біологічної суті в кожному випадку): бульбочкові бактерії та коренева система бобових рослин; коренева система дерев та шапкові гриби; бактерії рубця жуйних тварин; актинія та рак – самітник тощо.
8.4.8. Поясніть, чому насіння бобових багате на білок?
Насіння бобових багате на білок завдяки здатності цих рослин вступати в симбіоз з гетеротрофними азотфіксуючими бульбочковими бактеріями. Ці бактерії проникають через кореневі волоски і зумовлюють розростання тканин (утворення бульбочок) на коренях. Гетеротрофні азотфіксуючі бактерії мають здатність фіксувати азот з повітря і переводити його в той стан, який може засвоювати рослина. У свою чергу, бактерії отримують від бобових органічні речовини, синтезовані за рахунок фотосинтезу. Отримані бобовими азотні сполуки (NH3) використовуються для біосинтезу білка, оскільки азот є складовою амінокислот, з яких складаються білки.
8.4.9. Що таке біологічний оптимум?
Кожен екологічний фактор може впливати на живі істоти з різною інтенсивністю. Інтенсивність дії певного екологічного фактора найбільш сприятливу для життєдіяльності організмів певного виду називають оптимальною. Оптимум стосовно будь-якого чинника середовища існування може зсуватись у той чи інший бік, залежно від того, з якою силою та в якому сполученні діють інші фактори (явище взаємодії екологічних факторів). Оптимальне значення інтенсивності дії того чи іншого фактора для кожного виду різне. Отже, біологічний оптимум для організмів певного виду – це найсприятливіше сполучення екологічних факторів, оптимальне для їх росту, розвитку та розмноження.
8.4.10. Що мається на увазі під екологічною характеристикою виду?
У процесі еволюції відбувалося пристосування видів до певного середовища існування. Характерною рисою пристосованості організмів є поселення в такому середовищі, де умови для життєдіяльності ближчі за все до біологічного оптимуму. При цьому організми пристосовуються до дії всього комплексу екологічних факторів, а не до якогось певного чинника. Отже, екологічною характеристикою виду буде відношення організмів даного виду до дії всіх екологічних факторів середовища існування: абіотичних (холодостійкий чи теплолюбний, тіневитривалий чи світлолюбний тощо), біотичних (хижак, паразит чи сапротроф тощо), антропогенних.
Внаслідок взаємодії організмів з умовами середовища існування, популяція кожного виду займає в біогеоценозі певну екологічну нішу. Екологічна ніша – притаманне популяції певного виду положення в біогеоценозі, яке визначається її взаємодією з популяціями інших видів та факторами неживої природи. Пристосованість організмів певного виду до всього комплексу умов існування визначає територію їх поширення (ареал).
8.4.11. Які фактори називають обмежуючими?
Кожний з екологічних факторів, які впливають на організм, може діяти з різною інтенсивністю: максимальною, середньою, мінімальною. Чим більше відхиляється інтенсивність дії того або іншого екологічного фактора від оптимальної, тим більше пригнічується діяльність організмів. Межі, за якими існування організмів стає неможливим, називаються межами витривалості (або точками мінімуму і максимуму). Фактори, які виходять за межі витривалості (тобто за межі максимуму чи мінімуму), називають обмежуючими. Обмежуючим може бути будь-який екологічний фактор. Обмежуючі фактори визначають ареали видів.
8.4.12. Що мається на увазі під взаємодією екологічних факторів?
Кожний фактор може діяти на організм з різною інтенсивністю. При цьому, на організм одночасно діє весь комплекс екологічних факторів. Оптимум і межі витривалості організму щодо одного з факторів середовища залежать від інтенсивності дії інших факторів. Так, при оптимальній вологості підвищується витривалість проти несприятливої температури і нестачі їжі. З іншого боку, достатня кількість їжі збільшує стійкість організму проти несприятливих кліматичних умов. Проте така взаємна компенсація завжди обмежена, і жодний з необхідних для життя факторів не може замінитися іншим.
8.4.13. Які ділянки в спектрі сонячного проміння виділяють за біологічною дією?
У спектрі сонячного випромінювання за біологічною дією виділяють три ділянки: ультрафіолетове, видиме та інфрачервоне проміння. Ультрафіолетове проміння (довжина хвилі менша 0,290 мкм.) згубне для всього живого. Життя на суходолі існує завдяки тому, що ці короткохвильові промені затримуються озоновим екраном атмосфери. До поверхні Землі доходить лише невелика частка ультрафіолетових променів, для яких властива велика хімічна активність. У великих дозах вони можуть ушкоджувати живі клітини (виступати як мутагенні фактори), а в невеликих потрібні – для нормального функціонування організмів людини та тварин (синтез у шкірі з попередника вітаміну D).
На видиме проміння (довжина хвилі від 0,400 до 0,750 мкм.) припадає більша частина енергії сонячного випромінювання, що сягає поверхні Землі і має особливо велике значення для організмів. Завдяки видимому промінню відбувається фотосинтез. Для нефотосинтезуючих організмів видиме проміння не є обов’язковою умовою існування, але вони дозволяє орієнтуватись більшості тварин у просторі.
Інфрачервоне проміння (довжина хвилі понад 0,750 мкм.) не сприймається оком людини, але є важливим джерелом теплової енергії, яку можуть сприймати організми (амфібії, рептилії, рослини тощо).
8.4.14. У чому основна причина добових і сезонних змін у живій природі?
Ці зміни зумовлені періодичними коливаннями основних абіотичних факторів (освітленості, вологості, температури тощо). Розрізняють добові ритми (зумовлені обертанням Землі навколо своєї осі), припливно-відпливні (обертанням Місяця навколо Землі) та сезонні (обертанням Землі навколо Сонця).
8.4.15 Що таке анабіоз? Наведіть приклади.
Анабіоз – це стан, для якого характерне різке зниження або тимчасове припинення обміну речовин. Анабіоз часто виникає тоді, коли організми потрапляють у такі умови середовища, в яких продовження нормальних життєвих процесів неможливе. Тому анабіоз є важливим пристосуванням багатьох видів живих істот до несприятливих умов існування. Прикладами анабіотичного стану є спори мікроорганізмів, насіння рослин, цисти одноклітинних тварин тощо. В окремих випадках анабіоз може тривати багато років.
8.4.16. Що таке фотоперіодизм? Дайте визначення і наведіть приклади фотоперіодизму в тварин.
Фотоперіодизм – реакція організмів на зміну довжини світлового дня. Збільшення тривалості світлового дня для багатьох тварин (комах, земноводних, птахів тощо) є сигналом для розвитку, розмноження. Навпаки, коли тривалість світлового дня зменшується, організми починають готуватись до зимового періоду: перелітні птахи починають міграцію, комахи та деякі хребетні (бурий ведмідь, їжак, земноводні, плазуни і т. д) залягають у зимову сплячку або впадають в анабіоз.
8.4.17. Що являє собою біологічний годинник?
Явище біологічного годинника – це здатність еукаріотичних організмів самостійно вимірювати проміжки часу і завдяки цьому реагувати на добові, місячні та сезонні цикли. Часто зовнішні зміни зумовлюють перебудову внутрішнього середовища організму. Прикладом цього може бути фотоперіодизм – зміна фізіологічного стану організмів залежно від тривалості світлового дня протягом року. Явище біологічного годинника тісно пов’язане з фотоперіодизмом, утворюючи досконалий механізм регулювання у часі життєвих функцій організму.
У багатьох тварин, які водяться в помірному кліматі, сезон розмноження збігається із збільшенням тривалості світлового дня. Сезонні ритми найбільш яскраво проявляються в зміні листя в листопадних порід дерев, зміні пір’я в птахів і волосяного покриву в ссавців, у періодичних зупинках та відновленні росту в рослин, зимових сплячках деяких тварин та ін. Таким чином, біологічний годинник дає можливість організмам пристосуватись до існування в умовах, що періодично змінюються.
Хід біологічного годинника може перебудовуватися залежно від зміни умов. Прикладом такого процесу є зміна ритмів багатьох фізіологічних функцій: температури тіла, тиску крові та інших функцій у людини, яка потрапила з одного годинного поясу в інший.
8.4.18. З чим пов’язане виникнення популяцій? За якими показниками популяції відрізняються одна вища іншої?
Популяція – це сукупність особин одного виду, які більш-менш тривалий час (протягом значної кількості поколінь) займають певну частину ареалу виду і відносно відокремлені однією з форм ізоляції від сусідніх популяцій того самого виду,
Існування видів у природі в формі популяцій пов’язане з тим, що умови, необхідні для існування виду, поширені нерівномірно по всьому ареалу. Це й призводить до розпадання виду на відносно ізольовані групи – популяції.
Для кожної популяції характерні такі показники: чисельність; площа (або об’єм), яку вона займає; щільність (кількість особин даного виду, що припадає на одиницю площі або об’єму); біомаса (маса особин, що припадає на одиницю площі або об’єму), певна вікова, статева, просторова, етологічна структура; спільний генофонд.
8.4.19. Чим визначається швидкість росту чисельності популяції?
Швидкість росту популяції (кількість особин, які додаються до популяції або вилучаються з неї) дорівнює народжуваності мінус смертність. Якщо щільність популяції перейде за той рівень, який здатне забезпечити середовище, то смертність перевищить народжуваність, і чисельність популяції зменшиться. Якщо ж щільність популяції невелика порівняно з наявними ресурсами середовища, то народжуваність перевищить смертність і чисельність популяції зростатиме. Для кожного набору умов середовища існує певна щільність популяції, при якій народжуваність і смертність точно врівноважують одна одну, і не відбувається ані скорочення, ані зростання її чисельності. Цей врівноважений стан популяції відповідає ємності середовища існування. Як тільки щільність популяції стає вищою або нижчою за ємність середовища існування, в ній виникають процеси, які приводять її величину у відповідність з його умовами.
8.4.20. Як коливання кліматичних умов впливають на чисельність популяцій?
Чисельність популяцій, крім інших факторів, залежить і від стабільності кліматичних умов. Популяції великих рослин і тварин із значною тривалістю життя і повільними темпами розмноження порівняно нечутливі до змін умов середовища. Організми з короткою тривалістю життя або з високою репродуктивною здатністю більш чутливі до короткочасних змін умов середовища. Чисельність таких популяцій часто змінюється в десятки, сотні і навіть тисячі разів за незначний період. У середовищах, де відбуваються сезонні зміни, розмноження відбувається тільки при сприятливому поєднанні кліматичних факторів і ресурсів. Сезонні зміни температури, вологості тощо прямо або посередньо можуть впливати на смертність особин. Для популяцій організмів із значною тривалістю життя (зокрема птахів, ссавців) характерні впорядковані коливання чисельності з чергуванням підйомів та спадів через певні інтервали (від 3 до 10 років). Це явище отримало назву популяційних хвиль, або хвиль життя.
8.4.21. Чим забезпечується цілісність виду?
Цілісність виду зумовлюється зв’язками між його особинами, зокрема зв’язками між батьками й нащадками, самцями й самками, між особинами в табуні, зграї, родині. Але, насамперед, цілісність виду зумовлена зв’язками між окремими популяціями, які здійснюються завдяки міграціям особин з одних популяцій в інші. Якщо ж популяції певного виду виявляються ізольованими одна від одної, їх генофонд все більше буде різнитись між собою. Згодом це може призвести до виникнення нових видів. Цілісність виду досягається також його відокремленістю від інших видів кількістю та формою хромосом, особливостями зовнішньої та внутрішньої будови, процесами життєдіяльності тощо. Це є причиною того, що особини різних видів не схрещуються.
8.4.22. Опишіть основні пристосування рослин до посушливих умов існування.
Листки або дуже вузенькі, мають невелику кількість продихів (ковила) або перетворені на голки (кактуси, верблюжа колючка). У частини рослин, навпаки – листки (алое), або зелене стебло (кактуси), що виконує функцію фотосинтезу, потовщені, мають у собі запас води, невелику кількість продихів, які закриваються в найжаркішу частину дня, товсту шкірку, зверху вкриті товстим шаром воску або мають густе опушення. Коріння або спрямоване вниз і проникає до водоносних шарів фунту на глибину кілька метрів (верблюжа колючка), або розташоване на незначній глибині, займаючи велику площу (кактуси) для засвоєння води з великої площі фунту під час короткочасних дощів. У багатьох трав’янистих рослин посушливих місцеіснувань вегетативні органи швидко розвиваються під час коротких сприятливих періодів, а згодом їх надземна частина відмирає і несприятливі періоди вони проводять у стані спокою у вигляді видозмінених підземних пагонів (кореневищ, цибулин тощо).
8.4.23. Опишіть основні пристосування наземних тварин до посушливих умов існування.
Багато тварин пустель більшу частину води отримують з їжею (пустельні гризуни тощо) або внаслідок розщеплення запасів жиру (наприклад, верблюд може довго обходитись без пиття, бо в його горбах є запаси жиру, які при окисненні постачають необхідну для обміну речовин воду). Покриви тіла в багатьох тварин пустелі товсті, водонепроникні, що перешкоджає випаровуванню води (пустельні комахи, черепахи, лускаті тощо).
Багато пустельних видів веде нічний спосіб життя, перебуваючи в найжаркіші години в неактивному стані в різноманітних укриттях: норах, під камінням тощо (пустельні гризуни, скорпіони і т. д.). Деякі гризуни (ховрахи) впадають у літню сплячку і виходять з неї під осінь, коли їжі багато, а вологість підвищується.
8.4.24. Що являє собою “Червона книга”? Які види реєструються “Червоною книгою”?
“Червона книга” – це список і опис рідкісних та тих, що знаходяться під загрозою зникнення, видів організмів з поясненням їх сучасного та минулого поширення, причин зменшення чисельності, особливостей розмноження, прийнятих заходів охорони. “Червона книга” ілюстрована малюнками та схемами поширення. Є міжнародний (видає Міжнародна спілка охорони природи та природних ресурсів) та національні (окремих держав) варіанти “Червоної книги”. Зокрема, “Червона книга України” реєструє такі види: зниклі – види, про які після неодноразових пошуків у типових та можливих місцях поширення відсутня будь-яка інформація про їх існування у дикий природі; зникаючі – види, що знаходяться під загрозою зникнення, збереження яких є малоймовірним, якщо триватиме згубна дія факторів, які впливають на їх стан; вразливі – види, які в найближчому майбутньому можуть бути віднесені до категорії “зникаючих”, якщо триватиме згубна дія факторів, які впливають на їх стан; рідкісні – види, мала чисельність та обмежений ареал яких можуть спричинити їх зникнення; невизначені та недостатньо відомі – види, про які відомо, що вони відносяться до категорії “зникаючих”, “вразливих” або “рідкісних”, однак брак достовірної інформації не дозволяє визначити, до якої саме; відновлені – види, популяції яких завдяки вжитим заходам щодо їх охорони не викликають стурбованості, однак вони не підлягають використанню і вимагають постійного контролю за станом їх популяцій.
8.4.25. Дайте визначення понять “заповідник”, “національний природний парк”, “заказник”. Наведіть приклади таких територій, відомих в Україні (крім заказників).
Заповідники – природоохоронні науково-дослідні установи, які створюються з метою збереження у природному стані типових для даної місцевості або унікальних природних комплексів, розробки наукових засад охорони природи. У них повністю заборонено будь-яку господарську діяльність людини, мисливство, рибальство тощо. Заповідники України поділяють на природні та біосферні. У біосферних заповідниках зберігають у природному стані типові або рідкісні для біосфери природні комплекси, в них реалізують міжнародні наукові та природоохоронні програми (Асканія-Нова, Карпатський, Чорноморський, Дунайський біосферні заповідники). Зараз на території України діє 16 природних заповідників, розташованих в усіх природних зонах. Так, в зоні мішаних лісів розташовані Поліський і Рівненський заповідники, лісостеповій – Канівський, “Розточчя”, “Медобори”, степовій – Чорноморський, Асканія-Нова, Луганський, Український степовий, Дніпровсько-Орільський, Дунайський, “Єланецький степ” Опукський, Казантипський, гірському Криму – Карадазький, Кримський, Ялтинський гірсько-лісовий, “Мис Мартьян”, Українських Карпатах – Карпатський, “Горгани”.
Національні природні парки – це природоохоронні і культурно-просвітницькі установи, покликані зберігати цінні природні, історико-культурні комплекси і об’єкти. На території національних природних парків, крім зон повної заповідності є і території, відкриті для організованого відвідання, на яких можуть здійснюватись різні форми відпочинку, наприклад, організований туризм. В Україні зараз функціонує 10 національних природних парків: Карпатський, Шацький, Азово-Сиваський, Вижницький, “Синевір”, “Подільські Товтри”, “Святі гори”, “Яворівський”, Деснянсько-Старогутський, “Сколівські Бескиди”.
Заказники – природні території, створені з метою збереження і відтворення природних комплексів або окремих видів організмів. На їх території наукова та інші види діяльності здійснюються з дотриманням вимог охорони довкілля.
8.4.26. Дайте визначення угруповання.
Угруповання – це група популяцій різних видів, які населяють певну територію і взаємодіють між собою. Можна виділити угруповання будь-якого розміру і рівня. Рослинні угруповання мають назву фітоценози, угруповання тварин – зооценози, угруповання тварин, рослин, грибів і прокаріот, які займають певну однорідну ділянку місцевості – біоценози.
8.4.27. Що мається на увазі під функціонуванням угруповання?
Це проходження через угруповання енергії та речовини.
8.4.28. Що таке біоценоз?
Біоценоз являє собою комплекси взаємопов’язаних популяцій різних видів організмів, які населяють певну територію з більш-менш однорідними умовами існування. Межі певного біоценозу визначаються фітоценозом певного типу.
8.4.29 Що таке планктон і бентос? Дайте визначення і приклади організмів, що входять до цих груп. Покажіть їх адаптації до умов існування.
Планктон – сукупність організмів, що мешкають у товщі води, переносяться течіями і нездатні самостійно протистояти течіям. Бентос – сукупність організмів, що живуть на поверхні чи в товщі грунту водойм. До складу планктону входять різні види бактерій, ціанобактерій, одноклітинних водоростей (хламідомонада тощо), найпростіших (інфузорія – туфелька, евглена зелена, променяки, або радіолярії), медузи, дрібні рачки (дафнії, циклопи), личинки риб. Для планктонних організмів характерна невелика питома маса тіла (наприклад, розгалужені кінцівки дафній і циклопів, великий об’єм і мала питома маса драглистої речовини медуз тощо).
Бентосні організми – це прикріплені до грунту водорості (улотрикс, ламінарія) та інші водні рослини, бактерії, найпростіші (амеба звичайна, форамініфери) і багатоклітинні тварини (губки, кишковопорожнинні, круглі і кільчасті черви, двостулкові молюски, голкошкірі тощо). Одні з них живуть у товщі грунту (піскожил), інші – на його поверхні (планарія молочно-біла, нереїс, беззубка, річковий рак, камчатський краб), деякі прикріплені до субстрату (гідра, актинії, корали, мідії).
8.4.30. Що таке біогеоценоз? Хто запропонував цей термін?
Біогеоценоз – це будь-яка єдність організмів на певній однорідній території, які взаємодіють між собою і з фізичним середовищем існування таким чином, що колообіг речовин і потоки енергії створюють чітко визначену трофічну структуру та визначають видове різноманіття. Термін біогеоценоз запропонував В. М. Сукачов у 1940 році. Під біогеоценозом він розумів стійку систему, здатну до саморегулювання.
8.4.31. Чому біогеоценози є стійкими системами?
Стійкість біогеоценозів, які склалися в ході їх історичного розвитку, проявляється в тому, що вони знаходяться в стані рівноваги із фізичним середовищем існування. Стійкість – це властивість біогеоценозу витримувати зміни у довкіллі, без руйнування власної структури та помітних змін продуктивності. Це забезпечується здатністю організмів переносити несприятливі умови та їх високим потенціалом розмноження.
8.4.32 У чому виявляється саморегуляція біогеоценозів? Як вона здійснюється?
Саморегуляція біогеоценозів виявляється в тому, що чисельність особин кожного виду, які входять до складу біогеоценозу, підтримується на певному, відносно постійному рівні. Кількість особин у популяціях обмежується наявними ресурсами: їжею, місцями для розмноження, світлом, вологою тощо. Якщо наявних ресурсів недостатньо, то смертність особин у популяції перевищує народжуваність, і чисельність. популяції зменшується. Якщо ж щільність популяції невелика порівняно з наявними ресурсами, то, навпаки, – народжуваність перевищить смертність, і чисельність популяції зростатиме. Таким чином, чисельність популяції регулюється рівновагою між двома протилежними тенденціями: внутрішнім, притаманним даній популяції, потенціалом росту та обмеженнями, які накладає на цей ріст середовище. На чисельність популяцій впливають також коливання, або, навпаки, стабільність екологічних факторів. У регуляції чисельності популяцій відіграють роль і міжвидові зв’язки: так популяції паразитів регулюють щільність популяцій хазяїна, популяції хижака – популяцій здобичі тощо.
8.4.33. Які показники характерні для біогеоценозу?
Для біогеоценозу характерні такі показники: видове різноманіття, щільність популяцій окремих видів, біомаса, продуктивність, площа (або об’єм), яку він займає.
8.4.34. Що таке продуктивність біогеоценозу?
Продуктивність біогеоценозу – це приріст біомаси, створеної за одиницю часу. Розрізняють продуктивність первинну та вторинну. Первинна продуктивність – це біомаса, створена за одиницю часу продуцентами, а вторинна – гетеротрофними організмами.
8.4.35. Що таке біомаса?
Біомаса – загальна кількість органічної речовини всієї сукупності особин з наявною в ній енергією. Біомасу звичайно виражають в одиницях маси в перерахунку на суху речовину на одиницю площі або об’єму.
8.4.36. Яка структура біогеоценозу?
В основі біогеоценозу виділяють такі компоненти: 1) неорганічні речовини (СО2, Н2О, NН3 та ін.), які включаються в колообіг; 2) органічні речовини (білки, ліпіди, вуглеводи та ін.), які зв’язують абіотичну та біотичну частини біогеоценозу; 3) кліматичний режим (середньорічні температура, вологість та інші фактори); 4) продуценти – автотрофні організми, здатні створювати органічні речовини з простих неорганічних; 5) консументи – гетеротрофні організми, які споживають готову органічну речовину; 6) редуценти – організми, які розкладають органічні рештки до неорганічних сполук. Перші три групи – неживі компоненти (абіотична частина біогеоценозу), а інші – складають його біотичну частину.
8.4.37. Що забезпечує цілісність біогеоценозів?
Цілісність біогеоценозів забезпечують потоки енергії і колообіг речовин, які зв’язують живі організми різних видів один з одним та організми із фізичним середовищем їх існування. Здатність організмів до розмноження, наявність у середовищі їжі, необхідної для росту, розвитку та розмноження, а також відтворення середовища існування живими організмами – умови самовідтворення біогеоценозів.
8.4.38. Які зв’язки регулюють масові розмноження видів в екосистемах?
Масові розмноження видів в екосистемах регулюються прямими та зворотними зв’язками між організмами різних видів. Так, при сприятливих погодних умовах створюється високий врожай рослин, якими харчуються травоїдні тварини. У зв’язку з добрим харчуванням чисельність популяцій таких тварин зростає. Але зростання чисельності травоїдних тварин означає збільшення харчової бази для хижих тварин. Це, в свою чергу, веде до того, що хижі тварини починають розмножуватись інтенсивніше. Але збільшення чисельності хижаків приведе до зменшення чисельності здобичі. Це, в свою чергу, гальмує розмноження хижаків, і чисельність хижаків та їх здобичі поступово повертається до вихідного стану.
8.4.39. Відомо, що консументи можуть належати до різних трофічних рівнів (консументи I, IІ та вищих порядків). Чим визначається належність консументів до певного трофічного рівня?
Належність консументів до певного трофічного рівня визначається тим, через яку кількість етапів вони отримують їжу від автотрофів, що створюють органічну речовину. Так, травоїдні тварини належать до рівня консументів І порядку, хижаки, які поїдають травоїдних тварин, – до рівня консументів II порядку, а хижаки, які харчуються консументами II порядку, – до консументів III порядку тощо.
8.4.40. Що таке продуценти?
Продуценти – це автотрофні організми, які створюють органічні речовини з неорганічних. Продуценти є першою ланкою пасовищних ланцюгів живлення.
8.4.41. Структурним компонентом біогеоценозу є консументи. Що це таке?
Консументи – це гетеротрофні організми, які споживають готові органічні речовини, створені продуцентами або консументами нижчих трофічних рівнів, але в ході цього споживання не доводять розкладення органічних речовин до простих мінеральних складових. Розрізняють консументів І порядку, які харчуються рослинною їжею, II порядку, які харчуються тваринною їжею, тощо.
8.4.42. Що таке редуценти?
Редуценти (або деструктори) – організми (головним чином бактерії та гриби), які в ході своєї життєдіяльності перетворюють органічні залишки в неорганічні сполуки, що включаються в колообіг речовин в біогеоценозі.
8.4.43. Які особливості морських біогеоценозів на глибинах понад 100-150 м. та населення печер?
У таких умовах фотосинтетики (продуценти) відсутні, а редуценти і консументи є на всіх глибинах, що іноді є основою для твердження про існування спеціальних глибоководних біогеоценозів без автотрофів. Насправді продуценти таких екосистем знаходяться в поверхневих шарах води (водорості) і просторово відокремлені від частини гєтеротрофів, але утворюють з останніми єдині ланцюги живлення. Це ж стосується і населення печер, яке є частиною наземних біогеоценозів і існує за рахунок міграції біомаси в місцях їх проживання.
8.4.44. Чи можна вважати океанічне дно на глибинах, куди не потрапляє світло, окремим біогеоценозом?
З визначення біогеоценозу відомо, що в основі його ланцюгів живлення лежать автотрофи, переважно зелені рослини. Відсутність фотосинтетиків на морському дні вказує, що воно – не самостійний біогеоценоз. Це частина вертикального біогеоценозу, що займає всю товщу води – від поверхні до дна. Продуценти (планктонні водорості) та консументи І порядку сконцентровані у верхніх найбільш освітлених шарах води, на дні ж мешкають редуценти та консументи, що живляться ними. Існування населення дна підтримується залишками організмів, які осідають на нього з верхніх шарів води.
8.4.45. Як відомо, в підземних печерах є багато видів тварин: від червів і комах до риб та земноводних. Чи можна таку систему вважати біогеоценозом?
З визначення біогеоценозу відомо, що в основі його ланцюгів живлення лежать автотрофи, яких немає в печерах. Печерне населення існує за рахунок притоку органічних решток у печеру по підземних водоймах, частину їх заносять кажани тощо. Тому населення печер є складовою тих наземних біогеоценозів, звідки в печеру надходять органічні речовини.
8.4.46. Бактерії чуми зумовлюють масову загибель гризунів у природних умовах; збудники сонної хвороби живуть у крові антилоп у межах ареалів останніх, не завдаючи їм помітної-шкоди, однак викликають важкі захворювання людей (сонна хвороба). Яка біологічна роль цих паразитів у природних екосистемах?
Бактерії чуми регулюють щільність популяцій гризунів в природних екосистемах, запобігаючи їх масовому розмноженню. Збудники сонної хвороби і подібні їм паразити запобігають проникненню в екосистему ззовні не характерних для неї видів.
8.4.47. Що собою являє потік енергії в наземних біогеоценозах?
Через будь-який біогеоценоз, як відкриту систему, проходить потік енергії, певна частина якої використовується кожною живою істотою. Для зелених рослин та інших фототрофів єдиним джерелом енергії є енергія Сонця. Частина цієї енергії акумулюється в синтезованих ними органічних сполуках. Ця накопичена енергія витрачається частково на дихання та інші процеси життєдіяльності цих організмів, а частково запасається у вигляді біомаси. Певну частину цієї біомаси рослин споживають травоїдні тварини. Хижаки отримують енергію, споживаючи рослиноїдні види. Більша частина енергії, отриманої консументами з їжею, витрачається на процеси, що відбуваються в їх організмі, а також виводиться з продуктами життєдіяльності в довкілля. Менша частина енергії витрачається на збільшення маси тіла, ріст, розмноження. Частина біомаси продуцентів, яку не спожили консументи (рослинний опад), а також їх трупи становлять їжу редуцентів. Певна кількість енергії запасається у вигляді біомаси редуцентів, а частина її (енергія дихання) розсіюється. Редуценти відмирають, і їх клітини, розкладаються. З продуктів розкладу утворюються мінеральні речовини фунту. Ці сполуки потім поглинаються рослинами. Таким чином, енергія в екосистемі акумулюється на рівні продуцентів, проходить через організми консументів і редуцентів, входить до складу органічної речовини грунту і розсіюється при її розкладанні до мінеральних сполук.
8.4.43. Що таке ланцюг живлення? Які є типи ланцюгів живлення? Наведіть приклади.
Ланцюг живлення – це ряд організмів різних видів, через яких відбувається перенесення енергії від її джерела (продуцентів) через ряд організмів. Усі живі організми зв’язані між собою енергетично, оскільки є об’єктами живлення інших організмів. Ланцюги живлення поділяють на два типи. Один з них починається з рослин (продуцентів), іде до рослиноїдних тварин і далі до хижаків (пасовищного типу, або ланцюги виїдання). Інший тип починається від решток організмів і йде до сапротрофів, які живляться цими рештками. Внаслідок діяльності цих організмів утворюється напіврозкладена органічна маса – детрит (детритного типу, або ланцюги розкладення). Приклад ланцюга живлення першого типу: рослина, рослиноїдні комахи (коники), ко-махоїдні хребетні (жаба), хижі хребетні (вуж), редуценти (мікроорганізми, гриби). Приклад ланцюга живлення другого типу: рештки рослин, дощові черви, кроти, редуценти.
8.4.49. Із скількох ланок складаються ланцюги живлення? Чому їх кількість обмежена?
Ланцюги живлення складаються не більше ніж із 2-5 ланок. Це пояснюється тим, що всі види, які утворюють ланцюги живлення, існують за рахунок органічної речовини, виробленої автотрофними організмами (продуцентами). Але ці організми використовують лише приблизно 1% променистої енергії Сонця, що потрапляє на них, перетворюючи цю енергію в потенціальну енергію хімічних зв’язків синтезованих ними органічних речовин. Ця органічна речовина може використовуватись гетеротрофними організмами (консументами). Коли тварина з’їдає рослину, то 80-95% енергії, що міститься в їжі, використовується на різні процеси життєдіяльності, перетворюючись при цьому на тепло, і таким чином розсіюється. Лише 5-20% енергії їжі переходить у новосинтезовану органічну речовину тіла тварини. Те саме відбувається, якщо рослиноїдну тварину з’їсть хижак, і т. д. Внаслідок таких великих втрат енергії при переході з одного трофічного рівня до іншого (від продуцентів – до консуметів І порядку, від консуметів І порядку – до консументів II порядку і тд.) ланцюги живлення не можуть бути нескінченно довгими і звичайно складаються не більше як з 2-5 ланок.
8.4.50. До складу даної екосистеми входять такі організми: бактерії, гриби, берези, сосни, злаки, коники, метелики, хрущі, кроти, лисиці, вовки, жаби, вужі, вільноживучі кліщі, лісові соні, польові луні, сови, орли – змієїди. Які типи ланцюгів живлення можливі за участю цих організмів? Наведіть приклади.
Відомо два типи ланцюгів живлення: детритного та пасовищного типів. Пасовищний ланцюг живлення починається з продуцентів (рослин), іде до рослиноїдних тварин і далі до хижаків. Детритний ланцюг живлення починається від решток рослин і тварин, екскрементів і йде до дрібних організмів, які живляться цими рештками (редуценти), а також до консументів, які живляться цими мікроорганізмами. Отже, прикладом ланцюга живлення і типу може бути такий: продуценти (рослини – дуби, берези, злаки) – рослиноїдні організми (коники, хрущі) – консументи І порядку (жаби) – консументи II порядку (вужі) – консументи III порядку (орел – змієїд). Приклад ланцюга живлення другого типу: органічні рештки – редуценти (мікроорганізми, гриби тощо) – консументи і порядку (вільноживучі кліщі) – консументи II порядку (бурозубки) – консументи ІІІ порядку (польовий лунь).
8.4.51. Які, на вашу думку, особливості ланцюгів живлення первісних екосистем, що складалися тільки з прокаріотів (бактерій, ціанобактерій)?
Оскільки прокаріоти не здатні до фагоцитозу, то консументи серед них представлені лише паразитами та сапротрофами, а основні перетворення в ланцюгах живлення йшли за схемою: продуценти – редуценти.
8.4.52. Що таке харчова сітка?
Усі типи ланцюгів живлення завжди існують у біогеоценозах не відокремлено, а таким чином, що член одного ланцюга живлення одночасно є ланкою іншого. Поєднання ланцюгів живлення утворює харчову сітку біогеоценозу. Це відбувається завдяки тому, що організми певного виду можуть споживати різні типи їжі і таким чином брати участь у різних ланцюгах живлення. Чим більш розгалужена харчова сітка певного біогеоценозу, тим він стабільніший. Пригнічення або зруйнування, будь-якої ланки біогеоценозу неодмінно впливає на харчову сітку і біогеоценоз у цілому.
8.4.53. Що таке правило екологічної піраміди?
Правило екологічної піраміди відбиває кількісні співвідношення продукції, створеної на різних трофічних рівнях: на кожному попередньому трофічному рівні кількість біомаси (або запасеної енергії), створеної за одиницю часу, більша, ніж на наступних. Графічно це правило виражають у вигляді піраміди, окремі блоки якої відповідають масштабам продукції на відповідних трофічних рівнях. Тобто екологічна піраміда є графічним відображенням трофічної структури ланцюга живлення.
8.4.54. Які трофічні рівні не враховують при побудові екологічних пірамід?
Редуценти й паразити живляться організмами та їх залишками на будь-яких трофічних рівнях, і їх чисельність, біомаса, продуктивність залежать від об’єктів живлення. Наприклад, чисельність паразитів завжди переважає чисельність хазяїв, сумарна біомаса редуцентів може переважати біомасу всіх консументів тощо. З цієї причини неможливо побудувати правильну екологічну піраміду, якщо врахувати редуцентів та паразитів.
8.4.55. Що таке піраміда чисел? Чи завжди основа піраміди чисел більша за її верхівку? Відповідь обгрунтуйте.
Піраміда чисел є одним з видів екологічної піраміди. Вона відбиває зміни кількості організмів на кожному з трофічних рівнів певного
Ланцюга живлення. Звичайно, загальна кількість особин, що беруть участь у ланцюгах живлення, з кожною ланкою зменшується. Наприклад, на 1 га. трав’янистої екосистеми налічується близько 9 млн. рослин (продуценти), понад 700 тис. рослиноїдних комах (консументи І порядку), понад 350 тис. хижих комах і павуків (консументи II порядку), і всього 3 птахи (консументи IIІ порядку). Виходить, що основа даної піраміди чисел у 3 млн. разів ширша, ніж її верхівка. Таким чином, розміри хижаків більші, ніж розміри здобичі, і для підтримання біомаси одного хижака треба кілька або багато особин здобичі. Винятком з цього правила є випадки, коли більш дрібні хижаки живуть за рахунок групового полювання на велику здобич (коли вовки нападають на лосів та ін.). Ще одним прикладом є лісові екосистеми, де чисельність рослин, серед яких переважають дерева, значно менша, ніж рослиноїдних тварин. Наприклад, на одному дереві може живитись велика кількість рослиноїдних комах, кліщів.
8.4.56. Як відомо, правило піраміди біомаси іноді не справджується: в океанах біомаса продуцентів (в основному одноклітинних водоростей) значно менша, ніж консументів, особливо хижаків. Поясніть це явище.
Більша частина біомаси водоростей відразу споживається консументами І порядку. Проте у водоростей дуже високі темпи розмноження, тому частина їх біомаси, що запишається, достатня для підтримання екологічної рівноваги. На вищих трофічних рівнях (великі хижаки: головоногі, риби, китоподібні тощо) переважають процеси накопичення біомаси, бо у великих хижаків тривалість життя довга, а швидкість зміни поколінь невелика.
8.4.57. Які джерела вироблення теплової енергії живими організмами? Яка роль теплової енергії в організмі?
Теплова енергія потрібна для підвищення температури тіла, особливо в теплокровних тварин (ссавців, птахів). У них збалансовані теплопродукція та тепловіддача, що забезпечує постійну, порівняно високу (+35-40°С) температуру тіла. Тепло в організмі утворюється внаслідок окиснювальних реакцій та розщеплення молекул АТФ як побічного продукту різних перетворень речовин у клітинах. Крім того, значну частину тепла рослини, а також холоднокровні тварини (комахи, земноводні, плазуни тощо) отримують від сонячних променів.
8.4.58. Які фактори зумовлюють найшвидшу зміну екосистем?
Екосистеми найшвидше змінюються під впливом антропогенного фактора. Зміна відбувається за кілька років, а часто – стрибкоподібно. До таких стрибкоподібних змін належить вирубування лісів, оранка земель із створенням агроценозів, створення водосховищ, коли екосистеми суходолу перетворюються на водні.
8.4.59. Як абіотичні фактори впливають на зміну екосистеми?
На зміну екосистем можуть впливати і абіотичні фактори. Клімат Землі змінювався неодноразово. При потеплінні в екосистемах починали переважати більш теплолюбні види, при похолоданні – більш холодостійкі. У періоди з невеликою кількістю опадів збільшувалась кількість організмів, стійких до нестачі вологи, а в періоди із значними атмосферними опадами розвивалися організми з підвищеними вимогами до вмісту вологи. Отже, за кліматичних змін в екосистемах чисельність одних видів організмів зменшується, скорочується їх ареал – вони зазнають біологічного регресу. Інші види, які виявилися більш стійкими до кліматичних змін, збільшують свою чисельність і розширюють ареал існування, тобто зазнають біологічного прогресу.
8.4.60. Як відбувається заселення живими істотами нових місць існування на суходолі?
На початку заселення місць, де рослин раніше не було, наприклад скельних порід, велику роль відіграють першопоселенці: бактерії, водорості, лишайники тощо. Перші поселенці добре пристосовані до суворих умов – вони витримують різкі їх зміни. Повільно, але невпинно вони змінюють середовище свого існування і тим самим створюють умови для проникнення сюди нових видів. З їх приходом конкуренція стає більш жорстокою. Піонерні організми (першопоселенці) у цій боротьбі витискаються новими, більш конкурентоздатними, прибульцями.
Під час тривалого розвитку і зміни екосистем кількість видів живих організмів, які до неї входять, поступово зростає. Структура угруповання стає складнішою, його харчова сітка все більш розгалужується, збільшується і різноманітність зв’язків між організмами. Угруповання все повніше використовує ресурси середовища. Так, формується дозріле (клімаксне) угруповання, найбільш пристосоване до умов навколишнього середовища. Воно знаходиться у стані рівноваги з фізичним середовищем існування і здатне до досконалої саморегуляції. Популяції видів у зрілому угрупованні добре відновлюються і, як правило, не заміщуються іншими видами.
8.4.61. Що собою являють агроценози? Наведіть приклади.
Агроценоз – це звичайно маловидове (іноді – рослинна монокультура) угруповання рослин, тварин, грибів і мікроорганізмів, створене людиною для отримання сільськогосподарської продукції. Воно потребує постійної підтримки з боку людини. Агроценоз має погані динамічні якості, у тому числі низьку екологічну надійність (тобто слабку здатність існувати в умовах неминучих коливань умов середовища без різких змін структури і функцій), але характеризується високою біопродуктивністю одного або кількох обраних видів (сортів, порід) рослин або тварин. Як правило, крім культурних видів, до складу агроценозу входить і ряд представників дикої флори і фауни, без яких агроценоз не може існувати. Тому при створенні агроценозів треба враховувати взаємовідносини, які існують між організмами в природних угрупованнях, між організмами та зовнішнім середовищем, а також ті взаємовідносини, які виникають при створенні агроценозів. Прикладом агроценозів може бути пшеничне поле, пасовище, ставок тощо.
8.4.62. Чи правильне твердження, що агроценоз – це штучний біогеоценоз?
Це твердження неправильне, бо для біогеоценозів характерні багатий видовий склад, розгалужені трофічні сітки, стійкість, здатність до саморегуляції і самовідтворення. А агроценоз – це маловидове угруповання окультурених видів, яке не здатне до саморегуляції та не може існувати без постійного втручання людини.
8.4.63. Чим агроценози відрізняються від біогеоценозів?
Агроценози відрізняються від біогеоценозів такими ознаками: в агроценози створюються людиною для задоволення її потреб, а біогеоценози формуються протягом тривалого історичного проміжку часу; в агроценозах, на відміну від біогеоценозів, майже не виражена саморегуляція, тому агроценози потребують постійного втручання людини в їх існування, без чого агроценози зруйнуються і зникнуть; на значних площах агроценозів вирощуються рослини одного або кількох видів протягом років, що може призвести до масового розмноження шкідників і паразитів цих рослин, які в біогеоценозах зустрічаються відносно рідко, а в агроценозах являють небезпеку для рослин, які культивуються; в біогеоценозах відбуваються сукцесії, а в агроценозах цьому явищу запобігає людина; біогеоценози існують за рахунок лише одного джерела енергії – Сонця, а агроценози отримують і додаткову енергію, яку вносить людина (добрива, полив тощо); в біогеоценозі всі елементи, які споживаються рослинами, з часом повертаються в грунт. З агроценозів частина поживних елементів виноситься з урожаєм. Тому, щоб відшкодувати витрати, людина повинна постійно вносити в грунт агроценозів мінеральні й органічні добрива.
8.4.64. Чому в агроценозах майже не виражена саморегуляція?
Саморегуляція з агроценозах, на відміну від біогеоценозів, майже не виражена тому, що агроценози включають невелику кількість видів і тому потребують постійного втручання людини, яка запобігає процесам сукцесії. Щоб зберегти агроценоз і зібрати врожай, людина контролює і змінює вплив природних факторів, зрошує посушливі і осушує перезволожені грунти, знищує бур’яни та шкідників сільськогосподарських рослин, створюючи переваги лише для культурних організмів. Відсутність саморегуляції пояснюється ще й тим, що з агроценозів більша частина поживних елементів, насамперед таких важливих, як азот і фосфор, виноситься разом з урожаєм, тому треба періодично вносити в грунт агроценозів мінеральні й органічні добрива. Крім того, необхідність постійного втручання людини пояснюється й тим, що без такого втручання культурні рослини не витримають конкуренції з дикими видами і будуть витіснені.
8.4.65. Наведіть приклади біогеоценозів, які займають проміжне положення між природними біогеоценозами і агроценозами.
Є біогеоценози, що склалися природно, але діяльність людини вносить у їх структуру і функціонування більш-менш істотні зміни. Такі біогеоценози займають ніби проміжне положення між природними біогеоценозами та агроценозами. До такого типу біогеоценозів відносять лісопарки, природні луки, на яких здійснювались меліоративні заходи, та ін.
8.4.66. Чи справедливе твердження, що в стабільних (стійких, клімаксних) екосистемах один вид може витісняти інший? Дайте аргументовану відповідь.
У стійких екосистемах трофічна сітка дуже розгалужена, тому чисельність певного виду регулюється кількома видами. Витіснення одного виду іншим може призвести до порушення стійкості екосистеми в цілому, тому механізми саморегуляції не дозволять надмірно розмножуватися будь-якому члену біоценозу.
8.4.67. Хто ввів термін “біосфера” і хто створив вчення про біосферу?
Вперше назву “біосфера” запропонував австрійський вчений Е. Зюсс у 1865 році. Вчення про біосферу створив український академік В. І. Вернадський, основоположник нової науки біогеохімії. Ця наука пов’язала хімію Землі з хімією життя і встановила роль живої речовини в перетворенні земної поверхні.
8.4.68. Що таке біосфера?
Біосфера – частина оболонок Землі, населених живими організмами. Біосфера являє собою сукупність усіх біогеоценозів (екосистем) Землі. Таким чином, біогеоценози є елементарною структурою великої екологічної системи – біосфери. Біосфера складається з живого та неживого компонентів. Сукупність усіх живих організмів Землі утворює живу речовину біосфери. Основна маса живих організмів зосереджена на межі трьох геологічних оболонок Землі: атмосфери (газоподібної), гідросфери (рідкої), літосфери (твердої). Межі життя на Землі є одночасно і межами біосфери. Біосфера відрізняється від інших сфер Землі тим, що в її межах проявляється геологічна діяльність усіх живих організмів. Живі організми, перетворюючи сонячну енергію, впливають і на геологічні процеси. Специфічною рисою біосфери, як єдиної глобальної екосистеми, є колообіг речовин та потоки енергії, які безперервно відбуваються в ній і регулюється діяльністю. живих організмів. Оскільки біосфера отримує енергію ззовні – бід Сонця, вона є відкритою системою.
8.4.69. У чому полягає суть вчення В. І. Вернадського про ноосферу?
Ноосфера (сфера розуму) – це новий стан біосфери, спричинений розумовою діяльністю людини, при якому досягнуте гармонійне співіснування природи і людини. При цьому відходи промислового виробництва не будуть шкідливими для навколишнього середовища, а стануть необхідним компонентом живлення мікроорганізмів, рослин тощо. Сільське господарство буде розвиватись інтенсивно на основі високопродуктивних порід і сортів на порівняно невеликих площах. За рахунок ведення інтенсивного сільського господарства більша частина поверхні планети буде зайнята природними екосистемами або окультуреними ландшафтами (лісопарки тощо), менша – агроценозами. Створення ноосфери – єдиний засіб уникнути екологічної катастрофи, до якої може призвести подальший хаотичний розвиток господарства.
8.4.70. Які функції живої речовини?
Жива речовина в біосфері виконує таю біогеохімічні функції: газову – поглинає й виділяє гази; окиснювально-відновну – окиснює речовини за допомогою організмів у фунтах та гідросфері з утворенням солей, оксидів тощо та відновлює речовини (сірководень, сірчане залізо та ін.); концентраційну – жива речовина захоплює хімічні елементи (водень, вуглець, азот, кисень, натрій, марганець, магній, алюміній, фосфор, кремній, калій, кальцій, сірку, залізо тощо) і певний час утримує в організмах; біохімічна функція пов’язана з живленням, диханням та розмноженням, руйнуванням і гниттям відмерлих організмів, тобто обміном речовин. Внаслідок діяльності бактерій, водоростей, одноклітинних тварин у земній корі утворилися поклади вапняків, руд тощо. Усі ці функції виявляються в біогенній міграції атомів. Внаслідок виконання цих функцій жива речовина біосфери з мінеральної основи створює природні грунти. Вона створила в минулому і підтримує в стані рівноваги атмосферу. За участю живої речовини йде процес вивітрювання, і гірські породи включаються в геохімічні процеси, зокрема, створення первісних фунтів.
8.4.71. Чому продуктивність океану, незважаючи на те, що він займає 71% площі Землі, нижча, ніж продуктивність екосистем суходолу?
Незважаючи на те, що океан займає 71% площі Землі, його продуктивність у 3 рази, а біомаса водоростей у 10 тис. разів менші, ніж продуктивність і біомаса рослин суходолу. Це пояснюється тим, що основні продуценти суходолу – дерева, а океану – дрібні одноклітинні водорості. Дерева ростуть повільно, а живуть тривалий час, їх біомаса накопичується за десятки й сотні років. Водорості в океані швидко розмножуються і за рік їх покоління можуть змінитись десятки і сотні разів. Практично кожний день створюється біомаса водоростей, яка дорівнює її запасу. Проте рослиноїдні консументи океану дуже швидко (на 60-90%) виїдають продуцентів. Таким чином, встановлюється рівновага між приростом і споживанням продуцентів, і запас їх постійно залишається низьким.
8.4.72. Яка роль живих організмів у процесах грунтоутворення?
Грунт – верхній пухкий шар земної кори, створений діяльністю живих істот і який має властивість родючості. Родючість грунту – це його здатність як повніше задовольняти потреби рослин в елементах живлення. Грунт утворюється з продуктів руйнування поверхневих гірських порід під впливом мікроорганізмів, рослин і тварин. Рослини синтезують складні органічні сполуки за рахунок простих неорганічних, які вони поглинають з довкілля. Рослини частково поїдаються тваринами, а в основній масі відмирають. У вигляді відмерлих решток рослин та трупів тварин органічні сполуки надходять у грунт. Уся ця маса мертвої органіки слугує джерелом існування для тварин та мікроорганізмів, які населяють грунт. Під дією цих тварин-сапротрофів та мікроорганізмів, які здійснюють окиснювальну функцію, органічні речовини мінералізуються, перетворюючись на двоокис вуглецю, аміак, воду та інші речовини. Органічні сполуки, які утворюються на перших стадіях мінералізації, є енергетичним матеріалом для інших груп мікроорганізмів. Так відбувається багатоступенева реакція мінералізації. Самі мікроорганізми з часом відмирають, їх тіла також або повністю мінералізуються, або розкладаються на сполуки, що містять азот, із цих сполук та інших проміжних продуктів утворюється особлива органічна речовина – грунтовий гумус. Чим багатший грунт на гумус, тим він родючіший. Але й гумус руйнується під дією мікроорганізмів. Таким чином, фунт – це необхідний компонент біосфери.
8.4.73. Яка роль живих організмів у створенні осадових порід?
Першим етапом утворення осадових порід є вивітрювання гірських порід, яке завжди супроводиться процесами їх розчинення. На ці процеси живі організми справляють прямий і опосередкований вплив. Прямий руйнуючий їх вплив на гірські породи виявляється, наприклад, у тому, що корені рослин, проникаючи в тріщини, розсувають куски породи, що сприяє проникненню води і підсиленню процесів розчинення гірських порід. Лишайники, які оселяються на скелях, виділяють органічні кислоти і руйнують мінерали хімічно. Гірські породи кришаться і руйнуються механічно. Усі осадові породи за своїм походженням поділяються на уламкові, хімічні й органічні. Останні створюються живими організмами. З накопичень вапнякових скелетів організмів у водоймах утворюються вапняки та крейда. Ці організми за життя накопичують солі кальцію в скелетах, панцирах, черепашках, які після загибелі організмів опускаються на дно (одноклітинні – форамініфери, молюски та ін.). В утворенні кремнеземів беруть участь організми, які накопичують кремній (одноклітинні – радіолярії, діатомові водорості). Таким чином, жива речовина біосфери безпосередньо впливає на геологічні процеси формування літосфери.
8.4.74. Назвіть причини таких захворювань: ехінококоз людини, міксидема, синдром Дауна, дизентерія, мозаїчність листя тютюну.
Ехінококоз людини спричиняється личинковою стадією (фіною) стьожкового черва ехінокока. Міксидема виникає внаслідок недостатнього виділення гормону щитоподібної залози – тироксину. Синдром Дауна – спадкове захворювання людини, викликане нерозходженням однієї пари хромосом у процесі мейозу. Дизентерія може спричинятись дизентерійною амебою, що належить до саркомастигофор одноклітинна тварина), або бактерією – дизентерійною паличкою. Мозаїчність листя тютюну спричиняється вірусом тютюнової мозаїки.
8.4.75. Назвіть причини таких захворювань: базедова хвороба, гемофілія, кліщовий енцефаліт, короста, чума.
Базедова хвороба виникає внаслідок надмірного виділення гормону щитоподібної залози – тироксину. Гемофілія – спадкове захворювання, яке успадковується зчеплено зі статтю; алельний ген, що її спричиняє, знаходиться в Х-хромосомі (У-хромосома цього гену позбавлена). Тайговий енцефаліт – вірусне захворювання; передається через укус тайгового кліща. Короста спричиняється кліщем – коростяним свербуном. Чума – бактеріальне захворювання, що передається через укус пацюкової блохи або безпосередньо від хворої людини до здорової.
8.4.76. Які причини лежать в основі таких явищ: хвостатість у людини; відсутність качана в капусти при засусі; індивідуальність розташування звивин на пучках пальців людини; однояйцеві близнюки; білі плями на листках рослини нічної красуні?
Хвостатість у людини виникає в результаті переходу рецесивного алеля хвостатості в гомозиготний стан. Відсутність качана в капусти при засусі – приклад модифікаційних змін у відповідь на нестачу вологи у довкіллі. У людини є ген, що спричиняє появу самих звивин на пучках пальців, однак їх взаємне розташування виникає в процесі онтогенезу в кожної людини окремо. Однояйцеві близнюки виникають з бластомерів, які відокремлюються один від одного, і кожний з них утворює окремий організм з ідентичним генотипом. Білі плями на листках нічної красуні – спадкова ознака, яка передається виключно через ДНК пластид.
(2 votes, average: 2,50 out of 5)