Основи екології

Спостереження — короткочасне і тривале

Екологічна індикація — визначення стану та властивостей екосистем за видовим складом і співвідношенням між собою певних (еталонних) груп видів

Екологічний моніторинг — аналіз стану екосистем (локальний, регіональний, глобальний)

Математичне моделювання — прогнозування можливих варіантів перебігу подій, їх комбінування, попередження небажаних наслідків

Екологічні фактори — це умови навколишнього середовища, що

мають вплив на функціонування-живих організмів

Абіотичні

Компоненти та властивості неживої природи: температура, освітленість, вологість, тиск тощо

Біотичні

Різні форми взаємодії між особинами в популяціях та між популяціями в угрупованнях

Антропогенні

(антропічні)

Свідоме та несвідоме втручання людини в природні процеси

Правило екологічної індивідуальності

Не існує двох близьких видів, подібних за своїми адаптаціями

Правило відносної незалежності адаптацій

Добра пристосованість організму до дії певного чинника не означає такої самої доброї пристосованості до інших

Закон оптимуму

Кожний фактор позитивно впливає на організм лише в певних межах

Оптимальний (оптимум)

Інтенсивність фактора найбільш сприятлива для життєдіяльності того чи іншого організму

Обмежувальний

Значення фактора виходить за межі витривалості (мінімуму та максимуму) . Визначає територію розселення виду

Межа витривалості (мінімум та максимум)

Границі, за якими існування організму неможливе

Температура — важливий екологічний фактор . Температурні межі існування організмів — від -50 до

+95 °С, оптимальна температура від +15 до +30 °С .

Тварини

Пойкілотермні (холоднокровні)

Гомойотермні (теплокровні)

Температура тіла непостійна, залежить від температури оточуючого середовища

Температура тіла постійна, не залежить від температури оточуючого середовища

З настанням холодів впадають у сплячку або набувають стану анабіозу

Можуть переносити несприятливі умови в активному стані

Наземно-повітряне середовище дуже різноманітне за проявом чинни-

ків, які впливають на особливость життєдіяльності організмів

Водне середовище значно відрізняється від наземно-повітряного: велика густина, менше кисню,

значні перепади тиску, різні типи водойм відрізняються солоністю, швидкістю течії тощо

Екологічні групи жителів водойм

Характеристика

Планктонні організми (планктон)

Живуть у товщі води і не здатні протистояти течіям

Бентосні організми (бентос)

Прикріплені до дна водойми, пересуваються по дну, заглиблюються у його товщу

Перифітонні організми (перифітон)

Живуть на різних субстратах у товщі води

Нейстонні організми (нейстон)

Живуть на межі двох середовищ: водного та повітряно-наземного, використовуючи силу натягу водної плівки

Вологість зазвичай вища, ніж вологість повітря

Порівняно невелика амплітуда добових та сезонних коливань температур

Вміст вуглекислого газу значно вищий, а кисню — дещо нижчий, ніж в атмосфері

Живі організми як середовище існування докорінно відрізняються від інших середовищ Якщо на організми, які живуть на поверхні істот (ектопаразити), впливають

фактори зовнішнього середовища, то на тих, які живуть усередині організму хазяїна (ендопаразити), ці фактори безпосередньо не впливають Середовище тут стабільне

Вид — сукупність особин, подібних між собою за будовою, функціями, місцем у біогеоценозі (екологічна ніша), що заселяють певну частину біосфери (ареал), вільно схрещуються між собою в природі, дають

плідних нащадків і не гібридизуються з іншими видами Вид — основна структурна і таксономічна одиниця в системі живої природи У природі види існують у формі популяцій

Характерні для виду ознаки та властивості називають критеріями виду Для встановлення видової приналежності недостатньо вико-

ристати який-небудь один критерій; тільки їх сукупність правильно характеризує вид

Критерій

Характеристика

Генетичний (це головний критерій)

Характерний для кожного виду набір хромосом, суворо визначене їх число, розміри та форма

Морфологічний

Подібність зовнішньої та внутрішньої будови особин

Фізіологічний

Подібність усіх процесів життєдіяльності в особин, перш за все — подібність розмноження

Географічний

Певний ареал, який займає вид у природі

Екологічний

Сукупність факторів довкілля, у якому існує вид

Снують види-двійники, які мають схожі морфологічний, фізіологічний, географічний критерії, але

розрізняються кількістю і будовою хромосом . Генетичний критерій вважають основним

Популяція — сукупність особин одного виду, відносно ізольована від подібних сукупностей того самого виду, яка тривалий час займала певний простір та відтворювала себе протягом великої кількості поколінь Популяція — форма існування виду, одиниця еволюції

Популяція здатна тривалий час підтримувати свою чисельність завдяки розмноженню, обмінюватися генетичною інформацією та еволюціонувати . Популяція є основною природною одиницею існування, пристосування, відтворення та еволюції виду

Чисельність (кількість особин в її складі)

Суцільність (середня кількість особин на одиницю площі, об’єму)

Біомаса (маса особин на одиницю площі, об’єму)

Народжуваність (кількість особин, які народжуються за одиницю часу)

Смертність (кількість особин, які гинуть за одиницю часу)

Приріст (різниця між народжуваністю і смертністю)

Ареал (територія, яку займає популяція)

Статева

Вікова

Просторова

Співвідношення особин різних статей

Залежить від співвідношення особин різного віку

Розподілення особин по території, яку вони займають

Популяції осілих видів

Популяції кочових видів

Популяції мігруючих видів

Не переміщуються

Переміщуються на відносно недалекі відстані

Закономірно змінюють місця існування, переміщуються на значні відстані

Сезонні

Несезонні

Обумовлені особливостями життєвих циклів або сезонними змінами кліматичних факторів (розмноження комах)

Обумовлені змінами різноманітних екологічних факторів: кліматичних, біотичних, антропічних (нашестя сарани)

Позитивний

Негативний

!нтенсивність народжуваності перевищує смертність

Смертність перевищує народжуваність

Екосистема (біогеоценоз) — природна одиниця, яка складається з низки живих та неживих компонентів У результаті їхньої взає-

модії створюється стабільна система, у якій постійно відбувається колообіг речовин.

Продуценти (зелені рослини) — виробники органічних речовин Консументи (рослиноїдні і м’ясоїдні тварини, гриби) — споживачі органічних речовин

Редуценти (гриби, мікроорганізми) — руйнівники органічних речовин до простих мінеральних сполук

Видове розмаїття — сукупність популяцій різних видів

Щільність популяцій — кількість особин, віднесена до одиниці площі, об’єму

Біомаса — загальна кількість органічної речовини (суха маса на одиницю площі, об’єму)

Біологічна продуктивність — швидкість утворення біомаси

Площа чи об’єм, який займає екосистема

Цілісність — у результаті взаємодій організмів між собою та факторами неживої природи виникають потоки енергії і колообіг речовин, які об’єднують їх у єдине ціле

Здатність до самовідтворення

Стійкість

Саморегуляція

Порушення взаємозв’язків в екосистемах може призвести до пору-

шення саморегуляції і небажаних наслідків

Симбіоз — усі форми співіснування різних видів

Паразитизм — форма співжиття організмів різних видів, із яких один (паразит) живе за рахунок іншого (хазяїна) .

Коменсалізм — форма співжиття між двома видами тварин, коли

один із них (коменсал) користується якимись перевагами за рахунок іншого (хазяїна), не завдаючи йому шкоди .

Мутуалізм — форма співжиття організмів, при якій кожний із організмів, що живуть разом, приносить іншому певну користь

У природі відбувається безперервний колообіг біогенних речовин, необхідних для життя: хімічні речовини добуваються автотрофами з навколишнього середовища й знову до нього потрапляють в основному через гетеротрофів .

У процесі еволюції в екологічних

системах склались певні ланцюги живлення

Ланцюг живлення — це послідовність взаємозв’язаних видів, які послідовно добувають органічну речовину та енергію із початкової поживної речовини, кожна попередня ланка є поживною для наступної

Коли тварина з’їдає рослину, більша частина енергії, яка міститься в цій їжі, розсіюється у вигляді тепла і тільки незначна частка використовується для синтезу тваринних тканин Якщо цю тварину з’їдять інші тварини, відбудеться подальша втрата енергії у вигляді тепла і т ін

В екологічних системах у процесі еволюції в ланцюгах живлення визначилась важлива закономірність, що отримала назву екологічної піраміди: кожний наступний рівень харчування має масу в 10 разів меншу за попередній .

Кожна ланка здатна використати лише 5—15 % (у середньому 10 %) енергії, тому типовий ланцюг живлення складається не більш ніж

із 4—6 взаємозв’язаних ланок Кожна ланка ланцюга живлення — трофічний рівень .

Якщо кліматичні умови та тип ґрунту визначають рослинність місцевості, то рослинність, у свою чергу, упливає на ґрунт і в невеликих масштабах також на клімат Ця взаємодія приводить до стану рів-

новаги (клімаксу) між рослинністю, кліматом і ґрунтом певної зони Будь-яка зміна в одному із цих факторів започатковує ланцюгову реакцію послідовних екологічних змін, метою якої є відновлення рівноваги

Агроценоз - це штучна екосистема, угруповання рослин, тварин, грибів та мікроорганізмів, створене для отримання сільськогосподарської продукції, яке регулярно підтримується людиною

Штучні екосистеми характеризуються такими самими показниками, що і природні Вони мають таку саму структуру, тільки обов’язковою ланкою живильного ланцюга є людина

Біоценоз

Агроценоз

Діє природний добір (виживають найпристо-сованіші до умов існування організми)

Діє штучний добір (зберігаються організми з великою продуктивністю)

Основне джерело енергії - Сонце

Крім сонячної енергії присутнє інше джерело -добрива, зрошування тощо

Колообіг речовин здійснюється повністю

Колообіг не відбувається

Велике різномаїття видів організмів

Кількість видів обмежена двома-трьома видами

Саморегуляція

Регулюються і контролюються людиною

Різна продуктивність

Значна продуктивність

Біосфера — оболонка Землі, яку населяють живі організми Біогеоценоз є елементарною структурою біосфери Сама біосфера складаєть-

ся із сукупності всіх біогеоце-нозів і розглядається як велика екологічна система

У 1875 р . австрійський геолог Е . Зюсс запропонував поняття біосфери

Учення про біосферу як особливу частину Землі, населену живими організмами, створив український учений В І Вернадський

Біосфера не утворює окремої оболонки Землі, а є частиною геологічних оболонок земної кулі, заселе-

них живими організмами, займає верхню частину літосфери, всю гідросферу та нижній шар атмосфери

У глиб літосфери організми можуть проникати на відносно незначні глибини Проникнення живих істот у глиб літосфери обмежене високою температурою гірських порід і підземних вод на глибинах 1,5—15 км

Поширення організмів у атмосфері обмежене озоновим екраном, бо вище нього все живе гине під дією космічного випромінювання .

До складу біосфери входять живі і неживі компоненти Жива речовина, за В I Вернадським,— су-

купність усіх живих організмів планети на даний момент існування

Жива речовина характеризується величезною енергією, яка міститься в ній і здатна виробляти роботу

Швидкість перебігу хімічних реакцій у живій речовині завдяки участі ферментів у тисячі, а іноді в мільйони разів більша, ніж при виробництві речовин суто хімічними методами

!ндивідуальні хімічні сполуки, які входять до складу живої речовини, стійкі тільки в живих організмах

Живій речовині притаманна рухливість Завдяки різним формам руху жива речовина здатна заповнювати собою увесь можливий простір («усюдність» життя) . Цей процес В . I . Вернадський назвав тиском («напором») життя

Жива речовина має значно більше морфологічне та хімічне різноманіття, ніж нежива

Жива речовина представлена в біосфері у вигляді окремих організмів, розміри яких коливаються від 20 нм у бактерій до 100 м у рослин (діапазон більше 109)

!ндивідууми ніколи не перебувають у вигляді окремих популяцій організмів одного виду, вони завжди входять до складу екосистеми

Жива речовина існує у формі безперервного чергування поколінь, що сприяє її оновленню

Жива речовина здатна до еволюційного процесу, завдяки якому відбувається порушення абсолютного копіювання попередніх поколінь . Ця здатність дозволяє живій речовині пристосуватися до зміни умов існування

Жива речовина, на відміну від неживої, постійно виробляє роботу, виконує певну функцію

Функція

Процеси, які відбуваються

Енергетична

Проявляється у засвоєнні живою речовиною переважно сонячної енергії та передачі її по трофічних ланцюгах В основі лежить фотосинтетична діяльність зелених рослин

Газова

Здійснення енергетичної функції супроводжується виділенням і поглинанням кисню, вуглекислого газу та деяких інших газоподібних речовин . Завдяки газовій функції сформувався сучасний склад повітря

Концентра

ційна

Проявляється у вилученні та виборчому накопиченні живими організмами хімічних елементів оточуючого середовища . У результаті концентраційної діяльності організмів відбувається накопичення покладів корисних копалин

Окисно-

відновна

Полягає в хімічному перетворенні речовин, що містять атоми зі змінним ступенем окиснення . Окисно-відновні реакції лежать в основі будь-якого виду біологічного метаболізму

Деструк

ційна

Обумовлює процес розкладання організмів після їхньої смерті до мінеральних сполук, які через автотрофну ланку знову втягуються в біологічний колообіг

Здійснення функцій живої речовини пов’язані з міграцією атомів у процесі колообігу речовин у біосфері Та частина міграції

хімічних елементів, яка відбувається за участю живих організмів, називається біогенною, а поза ними — абіогенною

Атом Карбону входить до атмосферного карбон діоксиду (неорганічна форма) Рослина поглинає його своїм листям і там уключає в процес фотосинтезу, після чого цей елемент увійде до молекули глюкози (органічна форма), яка є однією зі складових тіла рослини Травоїдна тварина споживає цю рослину й у такий спосіб пере-

міщує атом Карбону Далі тварину з’їдає хижак, переносячи атом Карбону до свого тіла Там цей елемент входить до складу тканин тварини доти, доки вона не загине . Потім організми-руйнівники перетворюють частину трупа на карбон діоксид і виділяють його в атмосферу

Природний цикл цього елемента протилежний циклові Карбону У результаті фотосинтезу в середовище вивільняється кисень . Диха-

ючи, тварини сполучають Оксиген і Карбон і виділяють вироблений ними карбон діоксид .

Вода має велике значення для живих істот У водному середовищі зародилось життя на Землі . Усі хімічні реакції, які відбуваються в організмі, вимагають присутності води Вона створює незамінне середовище для здійснення обміну речовин (метаболізму), від виробництва глюкози в рослинах

до перетравлювання їжі або регулювання температури тіла Во-дойоми — середовище існування багатьох видів тварин, рослин та мікроорганізмів . Вода також здійснює безперервний цикл у природі, який відбувається дуже активно як поза організмами, так і в їхньому тілі

Фосфор — це елемент, який у природному середовищі накопичується в мінеральній формі Він вивільняється, коли слабко окислена вода започатковує низку хімічних реакцій із гірськими породами й утворює певні сполуки . Останні можуть увійти до складу ґрунту (і будуть використані рослинами) або досягти моря, де стануть частиною тіла водоростей, передусім фітопланктону Опинившись у складі матерії живих організмів, Фосфор переходить з одного рівня на інший завдяки ланцюгам живлення і не вивіль-

няється в середовище доти, доки трупи цих істот не розкладуться У живих організмах Фосфор перебуває у фундаментальних сполуках, входячи до складу ДНК, РНК, АДФ клітин .

Морські птахи виділяють з екскрементами дуже багато Фосфору, тому пташиний послід становить важливе джерело добування цього елемента Накопичуючись, екскременти та трупи птахів утворюють гуано, котре застосовують як добриво Фосфат присутній у воді у формі молекули ортофосфату (PO^-4³) .

До складу земної атмосфери входить велика кількість Нітрогену у вигляді газу азоту, що має формулу N₂ (78 %) . Але Нітрогеном, який перебуває в цій формі, не можуть скористатися ані рослини, ані тварини; він придатний лише для деяких бактерій і морських водоростей, що перетворюють його на амоніак (NH₃). Останнім рослини теж не мо-

жуть послуговуватися, і тоді бактерії іншої групи перетворюють його на нітрати (NO₃) — єдину форму Нітрогену, яку можуть уживати рослини для свого розвитку. Вони інкорпорують його у свої тканини, й у цьому вигляді Нітроген може перейти до тіла травоїдних тварин, які живляться рослинами, а потім — до хижаків і так далі

Людство — частина біосфери, із якої воно бере всі засоби для існування Перетворююча діяльність людини в біосфері настільки велика, що може бути порівняна лише з грандіозними геологічними процесами. У зв’язку з цим В . I . Вернадський писав, що людство, пізнаючи закони природи, удосконалюючи техніку, своєю пра-

цею створює вищу стадію існування біосфери — ноосферу, або сферу розуму Людина далеко не завжди розумно підходить до використання природних скарбів нашої планети .

У результаті нераціональної діяльності людини лише протягом кількох останніх сторіч безслідно знищено багато видів тварин і рослин