Підручник Біологія 9 клас - В. І. Соболь - Абетка 2017

Тема 8. НАДОРГАНІЗМОВІ БІОЛОГІЧНІ СИСТЕМИ

55. ЕКОСИСТЕМИ ТА ЇХ ФУНКЦІОНУВАННЯ

Енергія не може бути ні народжена, ні знищена, вона може бути лише трансформована з однієї форми в іншу.

Закон збереження енергії

Основні поняття й ключові терміни: Ланцюги живлення. Правило екологічної піраміди. Колообіг речовин і потік енергії.

Пригадайте! Що таке екосистема?

Поміркуйте!

Що пов’язує ці організми між собою?

ЗМІСТ

Які зв'язки є визначальними у функціонуванні екосистеми?

Всередині екосистеми обмін речовин, енергії та інформації здійснюється завдяки діяльності продуцентів, консументів й редуцентів, пов’язаних між собою харчовими зв’язками. Наприклад, у лісі гусінь споживає листя, їх поїдають синиці, на яких полює яструб. Така послідовність називається ланцюгом живлення, а кожна його ланка - трофічним рівнем. Ланцюг живлення (трофічний ланцюг) - це послідовний ряд живих організмів, пов’язаних харчовими зв’язками, який відображає передачу речовини та енергії в екосистемі. Термін «ланцюг живлення» запропонував Ч. Елтон у 1934 р. Першою ланкою більшості ланцюгів живлення є продуценти, якими є автотрофні організми. Наступні ланки трофічних ланцюгів займають гетеротрофні консументи: рослиноїдні, м’ясоїдні та всеїдні тварини. Рештки організмів ще містять органічні речовини й енергію, тому можуть бути використані редуцентами.

Це сапротрофні бактерії, гриби й тварини. Таким чином, функціональними компонентами екосистем є продуценти, консументи йредуценти.

Іл. 150. Трофічні рівні ланцюгів виїдання: листя рослин - рослиноїдні комахи - хижі комахи - комахоїдні птахи - хижі птахи

За джерелом надходження енергії до консументів ланцюги живлення поділяють на пасовищні та детритні. Пасовищні, або ланцюги виїдання (іл. 150), - це ряд організмів, який починається із зелених рослин (наприклад, трава - зелений коник - ящірка - яструб). Детритні, або ланцюги розщеплення (іл. 151), - це ряд організмів, що починається з мертвої органічної речовини (наприклад, опале листя - дощовий черв’як - кріт - лисиця).

Іл. 151. Трофічні рівні ланцюгів розщеплення: опале листя (детрит) - ґрунтові сапротрофи (бактерії, гриби, амеби, інфузорії, черви) - ґрунтові сапрофаги (хижі комахи, кліщі) - хижі комахи, комахоїдні ссавці

У будь-якій екосистемі різні ланцюги живлення не існують окремо один від одного, а взаємопереплетені, оскільки один і той самий вид одночасно може бути ланкою різних ланцюгів живлення. Переплітаючись, ланцюги живлення формують мережу живлення (трофічну мережу) (іл. 152).

Іл. 152. Трофічна мережа діброви

Отже, функціонування екосистем забезпечується харчовими зв'язками, що поєднують продуцентів, консументів та редуцентів у ланцюги й мережі живлення.

Які основні закономірності функціонування екосистем?

ФУНКЦІОНУВАННЯ ЕКОСИСТЕМ - сукупність процесів, що забезпечують діяльність, існування та розвиток екосистеми в часі. Основними закономірностями функціонування екосистем є такі.

  1. Правило екологічної піраміди (закон піраміди енергії Р. Ліндемана (1942), правило «десяти відсотків»): екологічна ефективність кожної наступної ланки приблизно в 10 разів менша попередньої внаслідок втрат енергії на кожному трофічному рівні.

Графічно це правило можна зобразити у вигляді піраміди, складеної з окремих блоків (іл. 153). Екологічна піраміда - це графічне відображення трофічної структури ланцюга живлення. Залежно від показника, покладеного в основу, є різні види екологічних пірамід:

  • піраміда чисел — відображає кількість особин у кожному рівні ланцюга живлення; може бути оберненою;
  • піраміда біомаси — кількість органічної речовини; лише прямого типу;
  • піраміда енергії — кількість енергії в їжі; лише прямого типу.
  1. Закон односпрямованості потоку енергії: енергія, що її отримує екосистема, передається в одному напрямку від продуцентів до консументів та редуцентів.

Оскільки із зворотним потоком (від редуцентів до продуцентів) надходить мізерна кількість від вихідної енергії (не більш ніж 0,25 %), говорити про колообіг енергії не можна. Ця закономірність ілюструє другий закон термодинаміки: будь-який вид енергії врешті-решт перетворюється в теплоту.

Іл. 153. Екологічна піраміда

  1. Закон внутрішньої динамічної рівноваги: речовина, енергія, інформація та процеси, що їх пов’язують, перебувають у тісному взаємозв’язку. Зміна одного з показників неминуче призводить до змін інших за умови збереження фундаментальних властивостей - саморегуляції, самооновлення та самовідтворення.

Отже, основними закономірностями функціонування екосистем є правило екологічної піраміди, закон односпрямованості потоку енергії та закон внутрішньої динамічної рівноваги.

Що є основною умовою функціонування екосистем?

Колообіг речовин і потік енергії в екосистемі - це перенесення речовин та енергії в екосистемі, що здійснюється за участі продуцентів, консументів та редуцентів. Джерелом енергії для переважної більшості екосистем нашої планети є Сонце. Його енергію поглинають зелені рослини і «зв’язують» у органічні речовини, які утворюються в процесах фотосинтезу. Далі ця зв’язана Сонячна енергія у вигляді зеленої органічної маси (первинна продукція) поїдається рослиноїдними тваринами, які, в свою чергу, слугують поживою для хижаків.

Для розуміння суті колообігу речовин і потоку енергії в екосистемах слід запам’ятати, що колообіг речовин в екосистемі має циклічний характер, а потік енергії - лінійний. Поживні елементи і сполуки, що надходять до організмів з абіотичної частини, врешті-решт до нього й повертаються у вигляді решток чи продуктів життєдіяльності живих істот. У колообігу речовин бере участь величезна кількість хімічних елементів і сполук, але найважливішими з них є колообіг води, Оксигену, вуглекислого газу. Потік енергії в екосистемах має іншу спрямованість. Енергія Сонця надходить до організмів, які перетворюють її у хімічну, механічну, світлову, і при цьому перетворення одного виду енергії в інший, згідно з другим законом термодинаміки, супроводжується втратами у вигляді теплоти. Врешті-решт вся енергія, що надійшла до живого компонента екосистеми, розсіюється в середовищі (іл. 154).

Іл. 154. Обмін речовин та енергії в екосистемі

Отже, в екосистемах відбувається постійний колообіг речовин і лінійний потік енергії, що є обов'язковою умовою їхнього існування.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Завдання на застосування знань

Розпізнайте названі організми за екологічною роллю в мережах живлення екосистем: 1) конюшина лучна; 2) коники зелені; 3) миша польова; 4) заєць-русак; 5) жук-гробарик; 6) яблуня лісова; 7) равлик виноградний; 8) суниці; 9) жук-сонечко; 10) личинки мух; 11) ліщина; 12) бактерії гниття. За допомогою таблиці порівняйте роль продуцентів, консументів та редуцентів у екосистемах. Складіть декілька пасовищних ланцюгів живлення.

ПОРІВНЯЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОДУЦЕНТІВ, КОНСУМЕНТІВ І РЕДУЦЕНТІВ

Ознака

Продуценти

Консументи

Редуценти

Організми

Тип живлення

Роль в екосистемах

Практичні вправи «Побудова екологічних пірамід»

Схематично зображуючи екологічну піраміду, кожен рівень показують у вигляді прямокутника, довжина або площа якого відповідає чисельним значенням ланки харчового ланцюга, їх біомасі чи енергії. Розташовані в певній послідовності й обраному масштабі, прямокутники створюють різні за формою піраміди.

Вправа 1. На підставі правила екологічної піраміди визначте, скільки фітопланктону необхідно, щоб в Арктиці зміг вирости та існувати один білий ведмідь масою 400 кг (ланцюг живлення: фітопланктон - зоопланктон - риби - тюлені - білий ведмідь)? Побудуйте пряму екологічну піраміду біомаси.

Вправа 2. Джгутикові одноклітинні тварини є паразитами бліх, середовищем життя для яких є рослиноїдні ссавці. Побудуйте піраміду чисельності для ланцюга живлення: трав’янисті рослини (10 000) - рослиноїдні ссавці (1) - блохи (100) - одноклітинні тварини-паразити (1 000). Побудуйте обернену екологічну піраміду чисельності.

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Геометрія

Як визначається площа піраміди? Чому екологічна закономірність, що пов’язана з передачею енергії в ланцюгах живлення, отримала назву правила екологічної піраміди, а не правила екологічного трикутника?

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1 - 6

1. Що таке ланцюги живлення? 2. Наведіть приклади ланцюгів живлення. 3. Що таке функціонування екосистеми? 4. Назвіть закономірності функціонування екосистем. 5. Що таке колообіг речовин і потік енергії? 6. Яке значення колообігу речовин і потоку енергії в екосистемах?

7 - 9

7. Які зв'язки є визначальними у функціонуванні екосистем? 8. Які закономірності функціонування екосистем? 9. Що є основною умовою функціонування екосистем?

10 - 12

10. Застосуйте знання функціонування екосистем для обґрунтування заходів їх збереження.


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