БІОЛОГІЯ ЗНО 2018 - КОМПЛЕКСНЕ ВИДАННЯ

НАДОРГАНІЗМОВІ РІВНІ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ. ЕКОЛОГІЧНІ ФАКТОРИ

Абіотичні, біотичні, антропогенні екологічні фактори. Еврибіонти і стенобіонги

Середовище — одне з основних екологічних понять, під яким розуміють комплекс навколишніх умов, що впливають на життєдіяльність організмів. У широкому розумінні навколишнє середовище — це сукупність матеріальних тіл, явищ і енергії, що впливають на організм. Можливе і конкретніше, просторове, розуміння середовища як безпосереднього оточення організму — його середовище проживання. Середовище проживання — це все те, серед чого живе організм, це частина природи, яка оточує живі організми і прямо чи опосередковано впливає на них. Ті елементи середовища проживання, які для даного організму чи виду не байдужі й так чи інакше впливають на нього, є щодо нього чинниками.

Складові частини середовища численні й мінливі, тому живі організми постійно пристосовуються і регулюють життєдіяльність відповідно до варіацій параметрів зовнішнього оточення. Такі пристосування організмів називають адаптаціями, вони дають їм змогу виживати і розмножуватись.

Окремі властивості й частини середовища, що впливають на організм (екологічні чинники), мають різні природу та специфіку дії.

До абіотичних належать чинники неживої природи, що прямо чи опосередковано діють на організм, — світло, температура, вологість, хімічний склад повітряного, водного та ґрунтового середовища та ін., тобто властивості середовища, виникнення і вплив яких прямо не залежить від діяльності живих організмів.

До комплексу біотичних чинників відносять усі форми впливу на організм з боку оточуючих живих істот (мікроорганізмів, тварин на рослини і навпаки і т. п.).

Антропогенні чинники — різноманітні форми діяльності людського суспільства, які призводять до зміни природи як середовища проживання інших видів або безпосередньо впливають на їхнє життя.

Екологічні чинники впливають на живі організми як подразники, що викликають пристосувальні зміни фізіологічних та біохімічних функцій; як обмежувачі, що зумовлюють неможливість існування за даних обставин; як модифікатори, що спричиняють структурно-функціональні зміни в організмах; як сигнали, що свідчать про зміни інших чинників середовища.

Звичайно чинник середовища відчувається організмом лише в певних межах, тобто реакція організму залежить від його дози. У разі слабкого або надмірного впливу чинника життєва активність організмів різко падає або помітно пригнічується. У зв’язку з цим діапазон дії екологічного чинника (або область толерантності) графічно обмежують точки мінімуму і максимуму, що відповідають крайнім значенням цього чинника, за яких можливе існування організму. Точка на осі абсцис, яка відповідає найсприятливішим показникам життєдіяльності, означає оптимальну величину дії чинника — це точка оптимуму.

Точки оптимуму, максимуму і мінімуму є трьома кардинальними точками, які визначають параметри можливих реакцій організму на цей чинник. Поблизу крайніх критичних точок лежать сублетальні зони впливу чинника — області песимуму.

Такі умови середовища, що мають пригнічувальний вплив, в екології часто називають крайніми, граничними (екстремальними, обмежувальними). Вони характеризують не лише екологічні параметри (температуру, солоність), а й такі умови в місцях проживання, за яких існування рослин і тварин наближається до межі можливого.

Кожний вид пристосувався до певної інтенсивності дії екологічних чинників і амплітуди її змін з подальшим спадковим закріпленням цих пристосувань. У графічному зображенні вплив на організм інтенсивності (кількісного значення) дії екологічного чинника — симетрична одновершинна крива з більшого чи меншою шириною зони нормальної життєдіяльності.

Діапазон оптимуму не є постійним для різних видів. Розмах кривої, тобто відстань між пороговими точками, є діапазоном дії чинника, а ширина зони оптимуму вказує на стійкість організмів щодо даного елемента середовища, свідчить про їх екологічну амплітуду (екологічну валентність). У зв’язку з цим розрізняють види широкопристосовані (еврибіонтні) і вузькопристосовані (стенобіонтні, стенотопні).

Стосовно окремих чинників середовища застосовують термін, який починається також із префіксів еври- та стено-. Наприклад, тварин, здатних існувати в широкому діапазоні температур, називають евритермними, а організми, здатні жити лише у вузьких температурних інтервалах, — стенотермними. За цим принципом організми можуть бути еври- чи стеногідридними залежно від їх реакції на вологість субстрату; три- чи стеногалінними — залежно від здатності переносити різну солоність середовища і т. п.

Кількісні закономірності реакції організмів на вплив екологічного чинника різняться стосовно умов їхнього існування. Стенобіонтність чи еврибіонтність не характеризує специфічність виду щодо будь-якого екологічного чинника. Вид може мати вузьку амплітуду щодо одного чинника і широку — щодо іншого. Наприклад, деякі тварини, адаптовані до вузького діапазону температур (тобто стенотермні), одночасно можуть існувати в широкому діапазоні солоності середовища (тобто є евригалінними).

Чинники зовнішнього середовища впливають на живий організм в сукупності, причому дія одного з них певною мірою залежить від кількісного вираження інших чинників — світла, вологості, температури, оточення організмів і т. п. Цю закономірність називають взаємодією чинників. Іноді нестача одного чинника частково компенсується посиленням діяльності іншого; проявляється часткова замінність дії екологічних чинників. Водночас жоден з необхідних організму чинників не може бути повністю замінений іншим. Фототрофні рослини не можуть зростати без світла за найоптимальніших режимів температури і живлення. Тому, якщо параметр дії хоча б одного з необхідних чинників виходить за межі діапазону толерантності (нижче мінімуму або вище максимуму), існування організму стає неможливим.

Чинники середовища, які за конкретних умов мають песимальне значення, тобто такі, що найбільше віддаляються від оптимуму, особливо утруднюють можливість існування виду за даних умов, незважаючи на оптимальне поєднання решти їх. Такі чинники набувають першочергового значення в житті виду або окремих особин, визначаючи їх географічний ареал. Виявлення обмежувальних чинників дуже важливе в практиці сільського господарства для встановлення екологічної валентності, особливо в найуразливіші (критичні) періоди онтогенезу рослин і тварин.

Поняття про лімітуючий фактор. Закон оптимуму

Межі витривалості організму відносно одного чинника середовища можуть змінюватись у разі взаємодії різних чинників. Наприклад, якщо організм одержує достатню кількість їжі, він легше переносить надлишок або нестачу інших чинників (низьку температуру повітря та ін.).

Жоден чинник не може бути повністю замінений іншим. Якщо хоча б один із чинників досягає критичної величини, організм може загинути. Таке значення чинника називають обмежувальним, або лімітуючім. Наприклад, у пустелі обмежувальним чинником є нестача вологи, у тундрі — низька температура повітря, в горах — нестача кисню. Лімітуючі чинники —ті, що виходять за межі максимуму або мінімуму.

У зв’язку з цим німецький хімік Ю. Лібіх сформулював закон мінімуму: витривалість організму визначається найслабішою ланкою в ланцюзі екологічних потреб. Як показав Лібіх, лімітуючим фактором може бути не лише нестача, але й надлишок таких факторів, як тепло, світло, вода, поживні речовини. Таким чином, життєвість організмів характеризується екологічним мінімумом і максимумом. Діапазон між цими двома величинами називають межею екологічної толерантності (закон толерантності Шелфорда).

Діапазон дії екологічного чинника являє собою область толерантності виду. Інтенсивність чинника, що відповідає найкращій життєдіяльності організму, називають точкою оптимуму, або оптимальною.

Точки оптимуму, мінімуму і максимуму визначають норми реакції організму на цей чинник. Крайні точки кривої (мінімум і максимум), що виражають стан пригнічення організмів при нестачі або надлишку чинника середовища, називають областями песимуму. За межами цих точок, тобто за межами зони толерантності, значення чинника середовища є летальними (смертельними) для живих організмів.

Результати дії перемінного фактора залежать, передусім, від сили його прояву, або дозування. Фактори позитивно впливають на організми лише в певних межах. Недостатній або надлишковий їх вплив позначається на організмах негативно.

Зона оптимуму — це той діапазон дії фактора, який найбільш сприятливий для життєдіяльності. Відхилення від оптимуму визначають зони пессимуму. У них організми відчувають пригнічення.

Закон оптимуму універсальний. Він визначає межі умов, у яких можливе існування видів, а також міру мінливості цих умов. Види надзвичайно різноманітні за здатністю переносити зміни факторів. У природі виділяють два крайні варіанти — вузьку спеціалізацію та широку витривалість. У спеціалізованних видів критичні точки значення фактора сильно зближені, такі види можуть жити лише у відносно постійних умовах. Так, багато глибоководних мешканців — риби, голкошкірі, ракоподібні не переносять коливань температури навіть у межах 2-3 °С. Рослини вологих місцезростань (калюжниця болотна) моментально в’януть, якщо повітря навколо них не насичене водяними парами.

Екологічна валентність виду. Біоіндикатори

Екологи за аналогією валентності в хімії ввели поняття екологічної валентності виду, що означає здатність виду заселяти різні середовища, які характеризуються більшими чи меншими змінами екологічних факторів. Вид, який вирізняється низькою екологічною валентністю (витримує лише обмежені варіації екологічних факторів), називають стенотопним. Вид, здатний заселяти широкий спектр місцезростань, називають евритопним.

Враховуючи те, що екологічна валентність безпосередньо регулює здатність організмів до розселення, часто відзначають, що евритопні види вирізняються підвищеною валентністю; їх називають евриеками. Стенотопні види, що мають вузьку локалізацію і живуть у дуже вузьких межах мінливості і факторів середовища, називають стеноеками.

Фактори середовища доволі строго визначають, які організми можуть жити в певному місці, а які не можуть. Враховуючи це, можна використати обернену закономірність і судити про фізичне середовище організму, який в ньому проживає. Так з’явився метод біоїндикації середовища, який особливо широко використовують у лісовій типології, фітоценології, а також для визначення рівня забрудненості атмосферного повітря за допомогою лишайників (ліхеноіндикація), мохів (бріоіндикація) чи грибів (мікоіндикація).

Ю. Одум наводить ряд суттєвих зауважень, які слід брати до уваги під час використання цього методу:

1. Стенотопні види, як правило, є кращими індикаторами, ніж евритопні види. Наприклад, копитняк — виражений мезофіт; він трапляється в дібровах, де репрезентує багаті умови зростання.

2. Крупні види є кращими індикаторами, ніж дрібні, оскільки на даному потоці енергії може підтримуватись більша біомаса або «врожай на корені»; ця біомаса розподіляється між крупними організмами. Наприклад, анемона дібровна — вид дібровних умов зростання, який рясно представлений у буковому лісі лише в час цвітіння (весняний аспект). Однак уже в червні годі знайти його сліди. У той час як бук — індикатор родючих бучин — завжди буде представлений і відіграватиме роль індикатора в будь-який час.

3. Числове співвідношення різних видів, популяцій і цілих угруповань часто служить кращим індикатором, ніж чисельність одного виду, оскільки ціле краще, ніж частина, відбиває загальну суму умов. Наприклад, чисті угруповання сосни високих бонітетів є індикаторами свіжих борових та суборових пісків. Коли говоримо про діброви, то беремо до уваги багаті ґрунти і благодатний клімат. Зарості кропиви дводомної вказують багаті на сполуки Нітрогену землі.

Отже, біоіндикатори — це група особин одного виду або угруповання, наявність, кількість або інтенсивність розвитку яких у тому чи іншому середовищі є показником певних природних процесів або умов зовнішнього середовища. Біологічну індикацію широко використовують сьогодні для оцінки забруднення навколишнього середовища, яке «усуває» з природних екологічних ніш нестійкі до факторів забруднення види нижчих і вищих рослин, а також представників фауни.

Форми біотичних зв’язків між організмами

Вплив особин одного виду на особини іншого виду (міжвидові відносини) може бути нейтральним, сприятливим або несприятливим.

Нейтралізм — коли обидва види незалежні один від одного і не впливають один на одного (лось і білка).

Конкуренція — це взаємодія, коли один організм споживає ресурс, який міг би бути використаний іншим організмом (широкопалий та довгопалий річкові раки).

Мутуалізм — це один з видів співіснування, при якому два різні організми покладають один на одного регуляцію своїх взаємовідносин із середовищем, отри-муючи від цього обопільну вигоду (рак-самітник та актинія).

Протокооперація — угруповання, утворене двома видами, що дає змогу обом видам краще пристосуватись до умов середовища (спільне життя крячок і чапель, що дає їм можливість краще захищатись від ворогів).

Коменсалізм — взаємозв’язок, у якому один вид (коменсал) одержує користь від співжиття з іншим видом, а останній користі від співжиття не має.

Аменсалізм — один вид (аменсал) відчуває на собі пригнічення росту та розмноження, а інший вид (інгібітор) таких незручностей не відчуває. Конкретним і найпоширенішим випадком аменсалізму є алелопатія, що полягає в гальмуванні росту одного виду (аменсала) продуктами виділення іншого виду (інгібітора). Наприклад, нечуйвітер здатний витісняти інші рослини та утворювати зарості на великих площах.

Хижацтво — один вид (хижак) живиться особинами іншого виду (жертва), вбиваючи їх.

Паразитизм — один вид (паразит) живиться живою органічною речовиною іншого виду (хазяїна), не вбиваючи його або вбиваючи поступово. У реальних природних умовах різниця між хижацтвом і паразитизмом не завжди чітко простежується, оскільки існують перехідні форми, які важко віднести до того чи іншого способу взаємодії. Наприклад, деякі паразитичні види комах не чіпають до певного часу життєво важливі органи хазяїна, а під кінець свого розвитку (або масово розмножившись) з’їдають його.

Багато тварин живляться тканинами живих рослин; такі тварини називаються рослиноїдними, а їхні відносини з рослинами — виїданням. Виїдання на пасовиськах певних видів рослин та оминання інших (отруйних або гірких на смак) може призвести з часом до зміни видового складу рослин на цій ділянці. У рослин є пристосування до захисту від виїдання: пекучі волоски у кропиви; колючки у кактусів, акацій, глоду; шипи у шипшини тощо.

Адаптація. Адаптивні біологічні ритми організмів. Фотоперіодизм. Сезонні зміни

Адаптація — це реакція в поведінці організму, яка розвинулась за деякий проміжок часу таким чином, що стала підвищувати довготривалий репродуктивний успіх цього організму. Ефект адаптації може бути показаний протягом тривалого проміжку часу або протягом життя одного індивіда чи групи.

Адаптації — це способи, завдяки яким живий організм відповідає на вплив навколишнього середовища. .Адаптації можуть бути структурними, фізіологічними або адаптаціями поведінки.

Структурні адаптації організму допомагають йому виживати в природніх умовах. Наприклад, такими адаптаціями можуть бути колір шкіри, форма тіла, або відозміни покривів.

Адаптації поведінки — це відозміни поведінкових реакцій організму у відповідь на зміни в оточуючому середовищі. Наприклад, це можуть бути умовні або безумовні рефлекси.

Фізіологічні адаптації — це системи всередині організму, що дають змогу виконувати деякі біохімічні або фізіологічні процеси — секрецію отрути, підтримання температури тіла, нейтралізацію токсинів під час травлення і т. ін.

Можливою є ситуація, коли деяка перевага, що її надає адаптація, із часом зменшується, аж до стану, коли минула адаптація стає шкідливою для виживання виду. Таке явище відомо під назвою «маладаптація» і може траплятись серед рослин, тварин або людей у таких областях, як біологічні процеси, психологія та безумовні рефлекси.

Існує велика різниця між адаптацією та схожою на неї акліматизацією. Адаптація виникає та стабілізується протягом поколінь, що змінюють одне одного; акліматизація ж відбувається на проміжку часу всередині життєвого циклу однієї особини і звичайно пов’язана з набагато менш критичними впливами оточуючого середовища.

Організми,’ що не можуть адаптуватись до навколишнього середовища, покидають його або вимирають. Термін «вимирання» в контексті адаптації означає, що частка організмів, які гинуть протягом деякого проміжку часу, постійно перевищує частку організмів, які народжуються, і цей проміжок часу достатньо великий для повного вимирання популяції.

Біологічні адаптивні ритми організмів

Біологічні ритми (біоритми) — коливання інтенсивності й характеру біологічних процесів і явищ. Спостерігаються майже в усіх живих організмів, ізольованих органах і тканинах, властиві окремим біохімічним реакціям.

Розрізняють біоритми: відносно самостійні (серцебиття, дихання тощо) і такі, що відповідають циклічним змінам напруженості чинників навколишнього середовища (добові, припливно-відпливні, сезонні, багаторічні).

Причини, якими пояснюють природу біологічних ритмів:

1) здатність організмів реагувати на плин часу в результаті періодичних біохімічних та інших процесів, що відбуваються в кожній клітині організму, — наявність «біологічного годинника»;

2) циклічні зміни напруженості геофізичних факторів (геомагнітне поле, температурні коливання тощо).

Біологічний годинник — узагальнена назва внутрішніх механізмів або регуляторів, завдяки яким людина, тварини й рослини орієнтуються в часі доби, порах року тощо. Він зумовлює певну ритмічність біохімічних і фізіологічних процесів в організмі (поділ клітин).

Сезонна періодичність, обумовлена обертанням Землі навколо Сонця та своєї осі, а також Місяця навколо Землі, змінює умови існування організмів і зумовлює формування в них адаптивних біологічних ритмів. Фаза біологічного ритму порушується при зміні освітленості й температури.

Добові ритми

Причини — обертання Землі навколо своєї осі та зміна двічі на добу освітленості, яка обумовлює коливання температури, вологості й інших абіотичних факторів.

У рослин сонячне світло визначає періодичність процесів фотосинтезу, випаровування води, час розкриття і закриття квіток.

Добові біологічні ритми у тварин виражаються здебільшого в чергуванні періоду активності та спокою. Залежно від типу добової активності, їх поділяють на денних (більшість) і нічних (сови, їжаки, кажани, багато гризунів). Неактивні вдень і активні вночі — більшість тварин пустель, оскільки вдень підвищена температура й низька вологість.

Сезонні ритми

Причина — обертання Землі навколо Сонця, що зумовлює річні цикли зміни кліматичних умов, у першу чергу температури. Сезонність у природі:

• ознаки весни — танення снігу, приліт птахів, поява комах;

• ознаки літа — ріст рослин усередині літа припиняється, хоч є сприятливі умови; у плодах і тканинах накопичуються запасні речовини;

• ознаки осені — у рослин формуються зимуючі бруньки, дерев’яніють пагони дерев і кущів, відбувається відтік поживних речовин з листків в інші органи, листки опадають; зменшується кількість комах; перелітні птахи відлітають у вирій;

• ознаки зими — настає зимовий спокій: у рослин зимує насіння і частини рослин із зимуючими бруньками; у холоднокровних тварин зимують: дорослі організми (комарі, мухи, деякі жуки), лялечки (білан капустяний), яйця (непарний шовкопряд).

Пристосування до зимових умов:

• у холоднокровних тварин: знижені вміст води, обмін речовин і використання 02; значний вміст поживних речовин у тканинах (жирів та вуглеводів);

• у теплокровних тварин: осіннє линяння птахів і ссавців поліпшує теплоізоляцію; перелітні та кочові птахи мігрують; кажани, деякі ссавці (ведмеді, борсуки) та гризуни впадають у сплячку, або зимовий сон.

Сезонний хід температури пов’язаний із сезонними явищами, але не він їх визначає — навесні та восени температура однакова, але явища в живій природі різні. Настання весни та осені пов’язані з подовженням і скороченням тривалості світлового дня — фотоперіодизмом.

Фотоперіодизм — реакція організмів на зміну довжини світлового дня; пристосування, яке регулює сезонні явища в природі.

Довжина світлового дня — сигнальний фактор підготовки до весни або зими, найбільш точний астрономічний провісник зміни температури. Тривалість світлового періоду доби — найстабільніший екологічний фактор, а інші чинники (температура, вологість, тиск) можуть коливатись у значних межах щодоби.

Фотоперіодизм найчастіше виражений у видів, які живуть в умовах різких сезонних змін довкілля — помірного та полярного клімату. І хоча фотоперіодизм — це сукупність спадкових реакції організмів, однак вони, як правило, проявляються лише за поєднання довжини світлового дня з іншими екологічними факторами (швидкість виходу дорослих довгоносиків і колорадського жука чи інших комах прямо залежить від температурних умов).

Залежно від тривалості освітлення, рослин поділяють на три основні групи:

1) рослини довгого дня (злакові, листопадні дерева тощо), у яких збільшення тривалості світлового періоду (до 15-20 год) стимулює процеси росту та розмноження; вони походять з північних широт;

2) рослини короткого дня (просо, рис, соя, бавовник, хризантеми) цвітуть і плодоносять, коли тривалість світлового дня скорочується до 12 год і менше; походять з південних широт;

3) нейтральні рослини (горох, гречка, кавун), які не реагують на довжину світлового дня.

У рослин на зміну тривалості світлового періоду реагують, насамперед, листки, які продукують фітогормони, що впливають на процеси життєдіяльності (проростання насіння, цвітіння, листопад тощо).

У багатьох тварин тривалість світлового дня впливає на статеву функцію — подовження дня веде до розвитку статевих залоз і появи гніздових інстинктів у птахів; скорочення світлового дня веде до линяння, збільшення запасів поживних речовин і появи прагнення до перельотів; у багатоклітинних тварин фотоперіодичні реакції регулює нервова та ендокринна системи (у комах час відкладання яєць восени регулюють нейрогормони).

Багаторічні ритми

Пов’язані із циклічними коливаннями планетарних факторів — неперіодичною зміною сонячної активності впродовж кількох років. Виражаються в інтенсивності розмноження і коливанні чисельності окремих видів — масові розмноження перелітної сарани, метеликів, мишоподібних гризунів.

У більшості видів існує річний цикл росту, розвитку, розмноження і підготовки до зими.

Припливно-відпливні ритми

Причина — рух Місяця навколо Землі, зміна протягом місячної доби (24 год 50 хв) двох припливів та відпливів.

Пристосування мешканців літоралі (берега моря) до припливно-відпливних циклів:

• у певні фази Місяця розмножуються тихоокеанські багатощетинкові черви палоло;

• у зв’язку з припливно-відпливними ритмами у ваблячого краба змінюється колір тіла;

• під час високих припливів риби атерини відкладають і закопують у пісок ікру на узбережжі Каліфорнії, з якої під час наступного високого припливу виходять личинки;

• під час відпливів мешканці літоралі зачиняють свої черепашки, ховаються у ґрунт, змінюють колір тіла.

СЕРЕДОВИЩЕ ІСНУВАННЯ

Основні середовища існування організмів

Середовища існування — усі умови живої та неживої природи, у яких існують організми і які прямо чи опосередковано впливають на стан, розвиток і розмноження як окремих особин, так і популяцій, обумовлюючи відповідну їх реакцію.

Середовище існування є складовою частиною біогеоценозу й охоплює екологічні чинники: абіотичні, біотичні, антропогенний. Фактори середовища впливають на організм комплексно, спричиняючи в ньому відповідні реакції.

Живі організми Землі населяють 4 основні середовища існування: наземно-повітряне, водне, ґрунт, а також організми інших істот.

Для природи характерна мінливість умов середовища. Проте кожний вид пристосувався до комплексу екологічних чинників і амплітуди їх змін з подальшим спадковим закріпленням цих пристосувань.

Адаптації — пристосування організмів до умов середовища. Але доцільність екологічних адаптацій є поняттям відносним, бо такі адаптації оптимально виявляються лише за певних умов і значно обмежують або роблять неможливим існування організму за інших обставин.

Наземно-повітряне середовище

Серед абіотичних чинників наземно-повітряного середовища провідна роль належить освітленості, температурі, вологості й газовому складу атмосфери.

Освітленість. Сонячне випромінювання — основне джерело енергії для всіх процесів, що відбуваються на Землі. Світло як джерело фотосинтезу має фундаментальне екологічне значення — забезпечує орієнтацію живих організмів у просторі. Біологічна дія світла на рослини зумовлена його спектральним складом, інтенсивністю, добовою і сезонною періодичністю.

Щодо впливу світла рослин поділяють на 3 групи: світлолюбні (сосна, береза, вишня); тіньовитривалі (ялина, граб, липа, черемха); тіньолюбні (смерека, плаун булавоподібний, копитняк). Тварин — на 2 групи: денні — активні у світлу частину доби (більшість тварин); нічні — активні вночі (лемури, кажани, сови).

Тварини, які живуть без світла, мають редуковані органи зору (кріт, сліпак), або ці органи можуть взагалі втрачатись (дощовий черв’як, протей).

Температура. Усі хімічні процеси, що відбуваються в організмі, залежать від температури — зовнішньої і внутрішньої. Температура обмежує поширення тварин і визначає рівень їхньої активності. Залежність фізіологічних процесів від температури довкілля у холоднокровних тварин вища, ніж у теплокровних.

Температура середовища існування змінюється протягом доби та сезону й залежить від широти місцевості та експозиції схилу.

Діапазон температур на Землі значно ширший від меж, у яких можливе життя: у повітрі — від -70 до +85 °С, у відкритому океані — від -3,3 до +30 °С.

Процеси життєдіяльності організмів можливі за температури 0 ... +40 °С, але оптимальне значення температури для більшості організмів — від +10 до +30 °С.

Температурний оптимум, верхня і нижня межі температурної витривалості залежать від виду:

• молюски в гарячих джерелах витримують до +53 °С, личинки деяких мух — до +60 °С, ціанобактерії та бактерії живуть при +90 °С;

• лялечки метелика кропив’янки не гинуть за температури -25 °С, а лялечки одного з видів короїдів витримують до -53 °С;

• спори деяких бактерій, цисти найпростіших, яйця круглих червів, насіння і пилок рослин після зневоднення не втрачають життєздатності за температури, близької до абсолютного нуля (-273 °С).

Однією з форм пристосування організмів до несприятливих температурних умов є анабіоз— стан організму, за якого життєві процеси уповільнюються або тимчасово припиняються (після втрати до 75 % води). Зі стану анабіозу організми виходять, коли настають сприятливі умови і життєві процеси поновлюються.

Щодо впливу температури виділяють 2 групи живих організмів: теплолюбні й холодостійкі.

Теплолюбні рослини — рослини субтропічної і тропічної зон; з культурних рослин — бавовник, рис, кавун, диня тощо.

Холодостійкі рослини — мешканці тундри, високогір’їв; з культурних рослин— озимі зернові культури (пшениця, жито, трітікале), багаторічні трави. Пристосованість таких рослин до існування в умовах низьких температур — накопичення цукрів, які знижують точку замерзання цитоплазми.

До холодостійких тварин належать тварини Півночі, більшість членистоногих. Наявність у гемолімфі членистоногих гліцерину знижує точку замерзання тканинної рідини.

Теплолюбні види тварин живуть за високих температур (до +80 °С, іноді вище). Це тварини субтропічної і тропічної зон, членистоногі гарячих джерел тощо.

Залежно від рівня теплопродукції, тварин поділяють на холоднокровних й теплокровних. До холоднокровних тварин належать безхребетні, риби, земноводні і плазуни; до теплокровних — птахи і ссавці.

Температура тіла холоднокровних тварин близька до температури навколишнього середовища. У разі підвищення температури довкілля в них прискорюються фізіологічні процеси, розвиток личинок. Робота м’язів підвищує теплопродукцію (у польоті комахи нагріваються на 12 °С). У суспільних комах є суспільна терморегуляція (10 тис. бджіл у вулику виробляють енергію, достатню для його нагрівання до +35 °С).

Теплокровність забезпечує незалежність від температури навколишнього середовища завдяки більш досконалим термоізоляції і терморегуляції. Терморегуляційну функцію в теплокровних тварин виконує густий волосяний чи пір’яний покрив або жировий прошарок (у китів — понад 50 см).

Терморегуляція — сукупність фізіологічних процесів, які підтримують температуру тіла на сталому рівні: у птахів — 40-42 °С, у яйцекладних ссавців — від 24 до 34 °С, у плацентарних — близько 37 °С. Розрізняють фізичну терморегуляцію— регулювання тепловіддачі положенням волосяного чи пір’яного покриву, зміною діаметра капілярів шкіри, потовиділенням і диханням, та хімічну — здатність тварин виробляти теплоту скорочуванням м’язів унаслідок зміни інтенсивності окиснювальних процесів.

Вологість. Вода забезпечує біохімічні процеси і входить до складу тіла всіх живих організмів.

З екологічної точки зору вода є лімітуючим фактором у наземних екосистемах, де її кількість значно коливається.

Щодо води рослин поділяють на групи: гідрофіти — водні рослини, прикріплені до ґрунту й занурені у воду цілком або нижньою частиною (кушир, елодея, латаття); гігрофіти — рослини, які живуть в умовах надмірного зволоження (рогіз, очерет, стрілолист); мезофіти — рослини умов середньої зволоженості ґрунту (дерев’янисті, трав’янисті й польові культури лісостепової і степової зон); ксерофіти — рослини посушливих місцевостей (саксаул, верблюжа колючка, кактус).

Пристосування вищих рослин до посушливих місцезростань:

• короткий весняний вегетаційний період (рослини-ефемери);

• розвиток глибокої кореневої системи (верблюжа колючка) або сильне її розгалуження у поверхневих шарах ґрунту (кактус);

• накопичення значних запасів води у стеблі (кактус) або листках (агава, алое);

• втрата листками асиміляційної здатності, перетворення їх на колючки (кактус); листки вузькі, шорсткі, що скручуються в трубочку, ховаючи продихи (ковила).

Тварини отримують вологу трьома шляхами: під час пиття, з їжею та в результаті розщеплення органічних сполук (переважно жирів). Тварин щодо води поділяють на групи:

гігрофіли — вологолюбні (мокриці, земноводні);

мезофіли — посуховитривалі (більшість тварин);

ксерофіт — сухолюбні (павукоподібні, пустельні комахи, плазуни);

ермофіли — теплолюбні (личинки двокрилих комах, плазуни).

Пристосування тварин до посухи:

• отримують воду з їжі (комахи, плазуни, гризуни);

• здатні долати значні відстані до водопою за рахунок швидкого довготривалого бігу (антилопи, сайгаки);

• використання води жирового походження (верблюди, гризуни);

• ведуть нічний спосіб життя;

• мала водопроникність шкіри;

• у період тривалої посухи можуть впадати в діапаузу — тимчасовий фізіологічний спокій, коли притупляється ріст, розвиток і знижується рівень обміну речовин.

Газовий склад повітря. Нижні шари атмосфери містять газоподібні компоненти: кисень (21 %), вуглекислий газ (0,03 %) і азот (78 %). Газовий склад атмосфери впливає на життєдіяльність організмів, та основне значення має кількість у повітрі кисню та вуглекислого газу.

Організми, здатні жити і розвиватись без вільного кисню, отримують необхідну їм енергію за допомогою анаеробного дихання — безкисневого розщеплення органічних сполук. У разі повної відсутності кисню організм забезпечує енергією процес гліколізу.

Вуглекислий газ для рослин є джерелом Карбону. Підвищення його концентрації в повітрі посилює інтенсивність фотосинтезу, але гальмує процес дихання. Загальнокліматичне значення вуглекислого газу полягає в тому, що він є своєрідним термостатом планети — пропускає основний потік сонячної радіації, але затримує відбите від ґрунту теплове випромінювання (тепличний ефект).

Водне середовище існування

Гідробіонти — організми, що живуть у воді, адаптуються як до існування у водному середовищі взагалі, так і до певного типу водойм чи зони Світового океану.

Залежно від зони заселення, виділяють такі екологічні групи гідробіонтів: планктон, нектон, бентос, пери- фітон і нейстон.

Планктон — сукупність організмів, які населяють товщу води й пасивно переносяться течією на значні відстані (бактерії, ціанобактерії, водорості, радіолярії, медузи, дрібні рачки, личинки кісткових риб). Пристосовані до плавучості, мають значення в живленні морських тварин і процесах самоочищення води.

Нектон — сукупність водних організмів, пристосованих до активного плавання на значні відстані у відкритих частинах водойм і протистояння течіям (китоподібні, ластоногі, риби, головоногі молюски). Усі вони мають обтічну форму тіла.

Бентос — сукупність організмів, що населяють дно водойм або мешкають у товщі ґрунту водойм (ціанобактерії, деякі водорості, форамініфери, поліпи, круглі та багатощетинкові черви, деякі види молюсків і ракоподібних, голкошкірі, придонні риби — скати, бички, камбала).

Перифітон — організми, які утворюють нарости на різних предметах у товщі води (деякі водорості, наприклад улотрикс, деякі молюски, вусоногі ракоподібні).

Нейстон — організми, які населяють поверхню води, використовуючи як опору силу натягу водної плівки (клопи-водомірки).

Гідробіонти різних зон Світового океану адаптовані до припливів та відпливів, а в прісних водоймах — до швидкої течії річок (форель, личинки мошок).

Поширення гідробіонтів обмежується солоністю води (як правило, вони уникають ділянок із солоністю води, вищою за океанічну (34-35 ‰)).

Більшість гідробіонтів адаптована до існування на певних глибинах, і лише деякі з них можуть перебувати на різних глибинах (черви палоло та голкошкірі) чи на глибоководді (латимерія).

Деякі морські глибоководні організми здатні виробляти світло за рахунок окиснення ліпідів (явище люмінесценції) — кишковопорожнинні, ракоподібні, молюски, риби.

Гідробіонти прісних водойм виводять надлишки води з організму, а мешканці солоних водойм мають пристосування, що запобігають виходу води назовні.

Гідробіонти адаптуються до періодичного пересихання водойм і перенесення посушливого періоду:

• медузи під час відпливів мігрують у море;

• кільчасті черви і вусоногі раки ховаються в пісок, молюски — у черепашки;

• найпростіші переносять посушливий період у стадії цист або спор;

• війчасті й малощетинкові черви, дводишна риба-лусковик на період посухи закопуються у мул, пісок.

Ґрунт — особливе середовище існування живих організмів

Ґрунт — верхній родючий шар земної кори, придатний для життя рослин, прокаріотів, грибів і ґрунтової фауни, що утворився в результаті спільного впливу клімату, материнської породи, живих організмів (рослин і тварин) і часу, а на окультурених територіях — і діяльності людини.

За екологічними характеристиками ґрунт має низку спільних рис з наземно-повітряним і водним середовищами існування.

Найбільш характерною особливістю ґрунту є його родючість — здатність забезпечувати рослин і ґрунтову фауну елементами живлення, водою, повітрям і теплом.

Характерні риси ґрунту як середовища існування:

• механічний склад ґрунту утворюють структурні агрегати — грудочки, стійкі проти розмивання;

• наявність системи порожнин між агрегатами, заповнених водою або повітрям;

• значні запаси органічних речовин;

• порівняно невелика амплітуда добових і річних коливань температур (глибше 2 м сезонні коливання температури майже не відчутні).

Тому різноманітні організми, які живуть у ґрунті, легше переживають посушливий період; органічні речовини створюють кормову базу для них; у період низьких або підвищених температур вони можуть мігрувати в підґрунтовий шар землі.

Шар підстилки, розміщений над ґрунтом, формується переважно за рахунок рослинного опаду, решток рослин і тварин. Мешканці ґрунту (бактерії, гриби, водорості, тварини) переробляють органічні рештки підстилки в подрібнену органіку — детрит, що перемішується з мінеральними речовинами й утворює гумус.

Порівняно з наземно-повітряним, ґрунт — більш стабільне середовище існування різних організмів: ґрунтові тварини завдяки вертикальній міграції забезпечуються необхідними умовами існування; завдяки наявності вологи умови існування дрібних організмів у ґрунті наближаються до подібних у водоймах.

Мешканці ґрунту:

• рослини і ґрунт перебувають у постійному взаємозв’язку. У ґрунті існує ярусність і конкуренція кореневих систем; щорічно тут залишаються відмерлі підземні частини рослин. Повільно розкладаючись, вони поповнюють запаси гумусу;

• ґрунтові водорості (зелені, жовто-зелені й діатомові) живуть як на поверхні ґрунту, так і в його товщі. Вони сприяють утворенню та накопиченню органічних речовин, покращують аерацію ґрунту, впливають на його структуру;

• ґрунтові бактерії— мікроскопічні організми, яких надзвичайно багато в ґрунтах навколо кореневої системи рослин і більшість з яких живе у верхньому шарі ґрунту. Родючість і окультурення ґрунту, перш за все пов’язані з діяльністю бактерій (азотфіксуючі — збагачують ґрунт Нітрогеном; нітрифікуючі — розщеплюють амоніак до нітратів; денітрифікуючі — відновлюють нітрати і нітрити до молекулярного азоту; сапрофітні — розщеплюють органічні рештки відмерлих рослин і тварин);

• ґрунтові гриби також розщеплюють відмерлі рештки тварин і рослин до мінеральних речовин, сприяють ґрунтотворному процесу;

• ґрунтова фауна — сукупність тварин, які живуть у ґрунті: найпростіші (амеби, джгутикові, інфузорії), черви (круглі, кільчасті), членистоногі (багатоніжки, ракоподібні, павукоподібні, комахи), черевоногі молюски, хребетні тварини (земноводні, плазуни, ссавці).

Постійні мешканці ґрунту: круглі черви та дощові черв’яки, деякі багатоніжки, комахи, кліщі, кроти, сліпаки; оселяються у ґрунті протягом більшої частини свого життєвого циклу личинки жуків (хрущів, коваликів); перебувають лише під час несприятливого періоду деякі комахи, земноводні, лускаті плазуни.

Адаптації тварин до пересування в ґрунті:

• найпростіші, круглі черви, кліщі пересуваються за допомогою води в шпарках між ґрунтовими часточками;

• дощові черв’яки — за допомогою скорочення м’язів;

• круглі та кільчасті черви, кліщі, личинки комах — за допомогою вертикальних міграцій;

• вовчки, жуки, кроти — за допомогою риючих кінцівок;

• сліпаки — за допомогою рухів голови.

Адаптації тварин до низького вмісту в ґрунті кисню:

• вбирання його крізь тоненькі покриви (дощові черв’яки);

• перебування в пухирцях повітря в товщі води (дрібні тварини);

• вертикальні міграції (круглі та кільчасті черви, кліщі, личинки комах).

Організм живих істот як особливе середовище існування

У природі часто одні організми використовують інші як середовище існування і місце розмноження.

Організм є особливим середовищем існування для інших живих організмів. Він відрізняється від попередніх середовищ своїми властивостями, тому що екологічні чинники впливають лише на ті організми, які живуть на поверхні інших істот, а на ті, що живуть усередині організму хазяїна, діють лише через його організм.

Симбіозом називають форми тривалого співіснування різних видів, які ґрунтуються на трофічних (симбіонт живиться організмом хазяїна, залишками його їжі або продуктами життєдіяльності) або просторових взаємозв’язках (один організм оселяється всередині або на поверхні тіла іншого, чи симбіонти спільно використовують певне місце існування).

Симбіоз може бути: облігатний (обов’язковий) — коли принаймні один вид не може існувати без іншого (терміти і джгутиконосці, що живуть у їхньому кишковому тракті; гриби, які входять до складу лишайників; стьожкові черви — паразити кишечника хребетних тварин тощо); факультативний (необов’язковий) — кожний із двох видів може існувати самостійно (рак-самітник і актинія); паразитичний — один вид організмів тривалий час використовує інший вид як джерело живлення та середовище існування (плоскі й круглі черви в організмах хребетних).

Типи симбіозу

Мутуалізм — одна з форм співжиття організмів різних видів, коли кожен з організмів, що живуть разом, приносить іншому певну користь. Наприклад, одноклітинні джгутикові в кишечнику термітів і тарганів: джгутикові розщеплюють целюлозу, а комахи забезпечують їх їжею і захищають від несприятливих умов. Актинія використовує рака-самітника як засіб пересування і харчується залишками його їжі; у свою чергу, вона забезпечує раку маскування і надійний захист у вигляді жалких клітин. Бульбочкові бактерії зв’язують атмосферний азот і забезпечують ним бобові рослини, а від рослин одержують необхідні органічні речовини. У лишайнику гриб постачає клітинам водорості воду та мінеральні солі, а водорість забезпечує гриб синтезованими нею органічними сполуками.

Коменсалізм — особлива форма взаємовідносин між двома видами тварин, коли один з них (коменсал) користується якимись перевагами за рахунок іншого (хазяїна), не завдаючи йому помітної шкоди. Квартирантство — коменсал використовує для оселення організм хазяїна або частину середовища його існування (оселення на поверхні дерев орхідей, деяких олігохет у порожнині двостулкових молюсків). Нахлібництво — використання коменсалом решток їжі хазяїна (інфузорії у шлунку жуйних тварин, які живляться симбіотичними бактеріями). Риба-прилипала, що прикріплюється до шкіри акул, є одночасно і квартирантом, і нахлібником.

Паразитизм — одна з форм співжиття організмів різних видів, з яких один (паразит) живе за рахунок іншого (хазяїна), використовуючи його як джерело живлення та середовище існування. Серед паразитів є представники всіх царств живої природи. Віруси, бактерії, гриби, найпростіші й нематоди є збудниками хвороб рослин, тварин і людини; плоскі, круглі та кільчасті черви, молюски, членистоногі паразитують на і в організмах тварин та людини. Передчасна загибель хазяїна може спричинити також загибель паразита. Пристосування до паразитизму:

• добре розвинена статева система, надзвичайна плодючість (самка людської аскариди продукує до 240 тис. яєць на добу), гермафродитизм (сисуни);

• наявність непрямого розвитку, складного життєвого циклу в паразитів, що мають двох або трьох хазяїв, із статевим розмноженням паразита в остаточному хазяїні, нестатевим або партеногенетичним — у проміжних (для бичачого ціп’яка остаточний хазяїн -— людина, проміжний — велика рогата худоба);

• різноманітні органи фіксації в місцях локалізації (присоски — печінковий сисун, бичачий ціп’як; гачки — свинячий ціп’як);

• товсті оболонки тіла, непроникні для їдких рідин хазяїна;

• відсутність або недорозвиненість певних органів чи систем органів в ендопаразитів (у бичачого ціп’яка відсутні органи травлення, поживні речовини надходять через покриви тіла; редуковані органи чуттів і нервова система);

• анаеробне розщеплення запасних поживних речовин (глікогену) ендопаразитами (ціп’яками, людською аскаридою) в умовах нестачі або повної відсутності кисню.

Життєві форми організмів

Біоморфа — життєва форма, що визначається систематичним становищем видів, їх формами росту та біологічними ритмами (циклічними коливаннями біологічних процесів і явищ). Біоморфи визначають пристосованість організмів до комплексу факторів і зумовлені специфічними умовами їх місцезростання. Характеризуються вони габітусом — своєрідним зовнішнім виглядом, що сформувався в процесі онтогенезу під впливом умов середовища, насамперед ґрунтово-кліматичних.

Морфологічні зміни пов’язані з функціонуванням організму і його органів, що дає можливість особинам оптимально використовувати зовнішнє середовище і пристосовуватись до нього. Отже, функціональність форми та її адаптивний характер — це дві сторони одного й того ж явища.

Першу класифікацію рослин за біоморфами запропонував ще О. Гумбольдт у праці «Ідеї географії рослин», де він виділив 17 основних форм рослин: банани, пальми, деревовидні папороті, орхідеї, мімозові тощо. Вчений виділяв форми на основі фізіономічних ознак, не заглиблюючись в екологічні особливості формування життєвих форм, а тому сюди потрапили й деякі групи нижчих рослин, гриби та лишайники.

Згодом форми і функції рослин були покладені в ряд наступних класифікацій рослинності. Розроблялись численні набори символів для опису таких ознак, як розміри рослини, життєва форма, морфологія, розміри і текстура листя, відсоток покриття. Наприклад, метод, запропонований П’єром Дансеро, описує рослини за допомогою різноманітних фігур.

У 1903 р. датський ботанік Крістен Раункієр запропонував систему класифікації рослин, засновану на розташуванні їх бруньок поновлення, і виявив, що поширення головних виділених ним категорій добре співпадає з розподілом кліматичних зон. Раункієр виділив п’ять основних життєвих форм:

фанерофіти (від грецьк. фанерос — видимий) — рослини, бруньки і кінцеві гони яких призначені для перечікування несприятливих пір року, розміщені на кінчиках гілок високо над землею (дерева, кущі, дерев’янисті багаторічні ліани). Домінують у вологому теплому кліматі, де бруньки не вимагають особливого захисту;

хамефіти (від грецьк. хаме — приземкуватий, карликовий) — зимуючі бруньки поновлення розміщені невисоко над землею (напівкущі з дерев’янистою основою стебла, низькорослі сланкі кущики). Хамефіти найчастіше трапляються в місцях з холодним сухим кліматом;

гемікриптофіти (від грецьк. кріптос — потаємний) — рослини, гони яких з настанням несприятливих умов зимових місяців відмирають до рівня ґрунту (більшість трав’янистих багаторічників). Ця форма характерна для холодних вологих областей;

криптофіти — зимуючі бруньки ще краще захищені від замерзання ї висихання, оскільки вони зовсім заховані в ґрунті (бульбові і кореневищні трави) або на дні водойм. Трапляються також у холодному вологому кліматі;

терофіти (від грецьк. терос — літо) — рослини, які відмирають в несприятливі пори року, вони не мають зимуючих бруньок чи гонів. Поновлюються виключно за рахунок насіння, яке легко витримує сильні морози і посуху. До терофітів належить більшість однорічних рослин, які особливо поширені в пустелях і степах.

Між життєвими формами рослин і типами клімату спостерігається близька відповідність. Фанерофіти домінують над іншими життєвими формами в теплих вологих середовищах, а в помірних і арктичних областях їх заміщають хамефіти, гемікриптофіти і криптофіти. У пустелях домінують терофіти.

Для лісівників прикладне значення має класифікація російського вченого І. Т. Серебрякова, який виділяє в покритонасінних такі життєві форми: дерева, напівдеревні рослини (кущі, кущики, напівкущики), трав’янисті полікарпіки (кореневищні, цибулинні, бульбові, стержнекореневі т. ін.), трав’янисті монокарпіки (багаторічні та дворічні, озимі, що довго вегетують, озимі ефемери, ярі ефемери).

В зооекології життєві форми вирізняють за такими ознаками: особливості розмноження, способи руху або добування їжі, пристосованість до різних екологічних ніш, ярусів тощо. Класифікація російського зоолога Д. М. Кашкарова включає такі життєві форми тварин:

I. Плаваючі — чистоводні (нектон, планктон, бентос); напівводні (пірнаючі, непірнаючі); тварини, що добувають їжу лише з води.

II. Риючі — абсолютні землериї (усе життя проводять під землею); відносно землерийні (виходять на поверхню землі).

III. Наземні — тварини, що не будують нір (бігаючі, стрибаючі, плазуючі); тварини, що роблять нори (бігаючі, стрибаючі, плазуючі); тварини скель.

IV. Деревні лазячі — тварини, що іноді злізають з дерев; тварини, що тільки лазять по деревах.

V. Повітряні форми — тварини, що добувають їжу в повітрі.

Життєві форми, домінуючи в тому чи іншому середовищі, є своєрідними індикаторами середовища. Кущі і кущики, наприклад, займають у лісовій екосистемі яруси з низьким рівнем інсоляцій.




Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити