Заняття № 43

Тема. Екологічні чинники. Середовище існування.

Мета: розглянути основні екологічні чинники, проаналізувати пристосованість організмів до середовища існування.

Література: л.1. Загальна біологія: (Підруч. для учнів 10-11-х кл. серед. загальноосвіт. шк.) / М.Є. Кучеренко та ін. –К.: Генеза, 2000. - 464 с. § 56, 56

План

1. Екологічні чинники:

- абіотичні чинники;

- біотичні чинники;

- антропогенні чинники;

2. Закономірності впливу екологічних чинників на живі організми.

3. Середовище існування.

1. Всі організми потенційно здатні до необмеженого розмноження і роз-селення. Але разом з тим видовий склад організмів, що мешкають у різних кліматичних зонах не змішується: для кожного з них властивий певний набір видів тварин, рослин, грибів. Це пояснюється обмеженням надмірного роз-множення і розселення організмів певними географічними перешкодами, абіотичними чинниками, а також взаємозв’язками між окремими видами.

Екологічні чинники – це всі складові природного середовища, які впливають на існування й розвиток організмів і на які живі істоти реагують реакціями пристосування. Залежно від природи та особливостей дії екологічні чинники (фактори) поділяють на абіотичні, біотичні та антропогенні.

Абіотичні чинники – це чинники неживої природи – фізичні та хімічні умови середовища (температура, вологість, світло, рух повітряних мас, течія, солоність води. Сніжний покрив, магнітне поле Землі), які прямо чи опосе-редковоно впливають на окремі організми та їх угруповання.

Біотичні чинники – це різні форми взаємодій між особинами в популяціях і між популяціями в угрупованнях. Такі взаємодії можуть бути антагоністичними(конкуренція, паразитизм, хижацтво), взаємовигідними (мутуалізм) чи нейтральними. Кожен з організмів постійно взаємодіє з особинами свого та інших видів.

Конкуренція – це такий тип міжвидових і внутрішньовидових взаємовідносин, за якого популяція або особини у боротьбі за харчування, місце проживання і інші необхідні для життя умови, діють один на другого від´ ємно.

Хижацтво – це відносини між хижаком та жертвою. Хижаки – це тварини або рослини, які ловлять і поїдають один одного як об’єкт харчування.

Паразитизм – це форма біотичних зв’язків організмів різних видів, за яких один живе за рахунок іншого, знаходячись у середині або на його тіла.

Симбіоз – це тривале, нероздільне і взаємовигідне співжиття двох або більше видів організмів.

Коменсалізм – це тип біотичних відносин між двома видами -коменсалами, коли діяльність одного з них постачає харчування або притулок іншому.

Аменсалізм – це форма біотичної взаємодії двох видів, за якої один з них чинить шкоду іншому і не отримує при цьому відчутної користі для себе.

Алелопатія – це хімічний взаємовплив одних видів рослин на інші за допомогою продуктів метаболізму (фітонциди тощо).

Антропогенні чинники – це чинники, зумовлені діяльністю людини (забруднення середовища, необмежене полювання, руйнування середовища існування, тощо).

Інтенсивність дії деяких екологічних факторів може залишатися відносно сталою протягом тривалих історичних періодів розвитку біосфери (сонячне випромінювання, сила тяжіння, газовий склад атмосфери). Більшість з них має мінливу інтенсивність (температура, вологість тощо).

Незважаючи на те, що екологічні фактори дуже різноманітні та різні за природою, відмічають деякі закономірності їхнього впливу на живі організ-ми, а також реакції організмів на дію цих факторів. Пристосування організмів до умов довкілля називаються адаптаціями. Вони виробляються на всіх рів-нях організації живої матерії: від молекулярного до біогеоценотичного.

Добра пристосованість організмів до певного чинника не означає такої самої адаптованості до інших. Відносно будь-якого середовища вид має діапазон толерантності (сталості). Якщо інтенсивність якогось чинника виходить за межі толерантності, особини гинуть. Біологічним оптимумом називають такі умови, до яких особини виду виявляються найбільш присто-сованими. Існує і закон оптимуму: кожен фактор позитивно впливає на орга-нізм лише у певних межах. Чим більше інтенсивність дії певного чинника відхилятиметься від оптимальної в той чи інший бік, тим більше буде вира-жена його пригнічувальна дія на організм (зона песимуму). Значення інтен-сивності дії екологічного чинника, за якими існування організмів стає не-можливим називають верхньою та нижньою межею витривалості. Відстань між межами витривалості визначає екологічну валентність певного виду стосовно того чи іншого чинника. Отже екологічна валентність – це діапазон інтенсивності дії екологічного чинника, в якому можливе існування певного виду. Оптимум та межі витривалості організмів стосовно будь-якого чинника середовища можуть зсуватися у певний бік залежно від того, з якою силою і в якому поєднанні діють інші фактори (явище взаємодії екологічних факто-рів). Але взаємокомпенсація життєво важливих екологічних факторів має певні межі й жоден з них не може бути замінений іншими: якщо інтенсив-ність дії хоча б одного чинника виходить за межі витривалості, існування виду стає неможливим, незважаючи на оптимальну інтенсивність дії інших. Так, нестача вологи гальмуватиме процес фотосинтезу навіть за оптимальної освітленності та концентрації СО2 в атмосфері.

Фактор, інтенсивність якого виходить за межі витривалості, називається обмежувальним (лімітуючим).

Обмежувальні фактори визначають територію розселення виду (ареал). Наприклад, поширення багатьох видів тварин на північ стримується нестачею тепла і світла, на південь – дефіцитом води.

Кожен вид організмів у процесі свого історичного розвитку пристосовується до певних умов існування, що визначає його ареал. Взаємодія популяцій виду з усім комплексом екологічних чинників певного середовища існування, і тому числі з популяціями інших видів, визначає місце популяцій у системі біогеоценозу – екологічну нішу.

Екологічна ніша – положення виду в системі біогеоценозу, зумовлене його взаємодією з іншими видами, а також умовами середовища існування.

На відміну від ареалу, екологічна ніша є не лише просторовим поняттям. Вона містить у собі й сукупність умов життя всередині екосистеми, прийнятих для виду, і харчові взаємини виду з іншими видами угруповання.

3. Кожен із живих організмів постійно пристосовується до всього комплексу екологічних факторів, тобто до середовища існування, регулюючи процеси життєдіяльності відповідно до змін цих чинників. Середовище існування – це сукупність умов, у яких мешкають певні особини, популяції, угруповання організмів. Розрізняють повітряне, водне, грунтове середовище.

1.Наземно-повітряне середовище найрізноманітніше за своїми умовами. Провідна роль серед абіотичних факторів тіт належить освітленості, температурі, вологості, газовому складу атмосфери.

Ультрафіолетові промені з довжиною хвилі до 0, 29 мкм діють згубно на живу матерію, але вони майже повністю поглинаються озоновим шаром атмосфери.

На частку видимих променів із довжиною хвилі 0, 41-0, 74 мкм припадає понад 50% сонячного випромінювання, яке досягає поверхні Землі.

Інфрачервоні промені (довжина хвилі понад 0, 75 мкм) є джерелом теплової енергії для живих істот.

Відповідно до потреб освітленості рослини поділяють на світло-любних, тіньовитривалих та тіньолюбних.

По відношенню до світла у тварин можна виділити дві групи: «нічну» (активні вночі) та «денну» (активні у світлу частину доби). У представників денної групи добре розвинутий зір, вони здатні розрізняти кольори. Натомість у представників «нічної» групи колірний зір не розвинений. Очі можуть мати великі розміри, що дає змогу вловлювати навіть незначну кількість світла.

У тварин, які живуть в умовах відсутності світла органи зору редуковані, або можуть втрачатися.

Температура навколишнього середовища відіграє важливу роль в житті організмів, бо впливає на температуру їхнього тіла. У свою чергу вона визначає швидкість реакцій обміну речовин.

Для більшості організмів оптимальні значення температури знахо-дяться у досить вузьких межах - + 10°…30 °С, але в неактивному стані (анабіозі) живі істоти здатні витримувати значно ширші діапазони температур (від – 200 °до +100 ° С).

Температурні адаптації тварин можуть бути пов’язані з особливос-тями будови білків, хімічною або фізичною терморегуляцією, особливос-тями поведінки. Терморегуляція – це здатність підтримувати стале спів-відношення між виробленням тепла в організмі або його поглинанням із довкілля та втратами теплової енергії.

Вологість. У процесі пристосування до існування в наземно-повітряному середовищі в організмів виробилися адаптації до економ-ного споживання вологи і підтримання її вмісту на сталому рівні.

Так, у вищих рослин посушливих місцезростань коренева система або здатна проникати на значну глибину, або добре розгалуджуватися у поверхневих шарах грунту. У них зменшується площа листових пласти-нок, потовщується кутикула, зменшується кількість продихів. Багаторічні трав’яні рослини переживають посушливий період у вигляді підземних видозмінених пагонів. Дерева і кущі зменшують випаровування в посушливий період, скидаючи листя.

Тварини дістають вологу трьома основними шляхами: під час пиття, з їжею, та під час розщеплення жирів. Утриманню вологи в посушливий період сприяють покриви, що запобігають випаровуванню води.

Газовий склад повітря. Головними складовими нижніх шарів атмо-сфери є кисень, вуглекислий газ та азот.

Водне середовище існування за своїми умовами значно відрізняється від наземно- повітряного. Вода має високу густину, менший уміст кисню, значні перепади тиску. Крім того, різні типи водойм відрізняються за концентрацією солей, швидкістю течій тощо. Тому мешканцям водойм – гідробіонти - мають адаптації як до існування у водному середовищі взагалі, так і до певного типу водойм чи зони Світового океану. Світовий океан утворений власне океаном та його периферійними частинами – морями. Середня глибина світового океану становить 3760м, а максимальна – 11024м.

Екологічні групи гідробіонтів. Мешканці Світового океану присто-совані до існування в тій чи іншій екологічній зоні і складають екологіч-ні групи.

Планктонні організми (бактерії, ціанобактерії, водорості, радіолярії, медузи, дрібні рачки, личинки кісткових риб) нездатні до протидії течіям, якими вони розносяться на значні відстані. Їхні адаптації до існування у товщі води пов’язані із збільшенням питомої поверхні тіла, зниження його щільності.

Нектонні організми (більшість риб, головоногих молюсків, китоподібні) здатні до активного пересування у товщі води незалежно від напрямів течії. Вони мають обтічну форму тіла і добре розвинені органи руху.

До складу бентосу входять організми, які мешкають на поверхні та в товщі грунту водойм (поліпи, черви, краби, голкошкірі тощо) ці організми пристосовані до прикріплення до дна або пересування по ньому, заглиблення в його товщу.

Основні властивості водного середовища. Різні зони Світового океану розрізняються за характером дії екологічних факторів серед яких провідна роль належить температурі, освітленості, тиску, газовому складу, солоності води, рельєфу дна.

Світло. Освітленість водойм зменшується зі збільшенням глибини. На глибинах понад 150-250 м фотосинтезуючі водорості існувати не можуть. На глибині понад 1500 м світло не проникає взагалі. Оскільки вода поглинає промені світла, то навіть організми, з добре розвиненими очима бачать лише на незначній відстані. Тому для спілкування, орієн-тації в просторі пошуку поживи вони використовують крім світла звуко-ві, електричні, хімічні способи передавання й отримання інформації.

Температурний режим. Висока питома теплоємність водойм зумовлює значно менші коливання температури у поверхневих шарах води порівняно з повітрям (річна амплітуда темпе6ратур у поверхневих шарах не перевищує 10-15 °С, а на великих глибинах вона стала – від -1, 5 до – 2 °С).

Сольовий склад води. Різні типи водойм відрізняються за своїм сольовим складом. В океанічній воді солоність відносно стала і дорівнює 35 проміле. Оскільки солоність води впливає на її надходження в орга-нізм, цей чинник обмежує поширення гідробіонтів. Гідробіонти уникають солоності води вищу за океанічну.

Вміст кисню. Кисень, що міститься у воді, має подвійне походжен-ня: він надходить з атмосфери завдяки дифузії, а також виділяється фото-синтезуючими організмами. Зі збільшенням глибини концентрація кисню зменшується і тому глибоководним організмам доводиться пристосову-ватися до існування в умовах дефіциту кисню.

Густина води - це фактор, з яким пов’язаний тиск. Так, при занурен-ні на кожні 100 м тиск зростає на 1 атмосферу. Більшість видів водних організмів пристосовані до існування на певних глибинах.

Адаптація гідробіонтів до пересихання водойм. Організми, які насе-ляють періодично пересихаючі або тимчасові водойми, мають певні при-стосування. Вони мають короткі періоди розвитку і здатні за незначний проміжок часу значно збільшувати свою чисельність. Посушливий період ці істоти переживають у неактивному стані (у фазах яйця, цист, спор). На період посухи деякі гідробіонти закопуються у грунт.

Тривалість переживання посушливого періоду гідробіонтами залежить від їхньої здатності утримувати воду в своєму тілі. Коли немає можливості зберегти в організмі необхідну кількість води, гідробіонти часто переходять у стан анабіозу.

Особливості грунту як середовища існування. Грунт - це верхній родючий шар літосфери, утворений внаслідок життєдіяльності різних організмів. Грунт становить собою систему порожнин. Розміри яких залежать від діаметру механічних часток, що його складають. Ці порож-нини заповнені водою або повітрям. Вологість грунту завжди вища, ніж повітря, і тому різноманітні організми можуть легше переживати там посушливий період.

Виділяють різні типи грунтів, які відрізняються за механічним (роз- міри грунтових часток) та хімічним (співвідношення вмісту органічної та неорганічної речовини) складом.

Грунт – більш стабільне середовище існування різних організмів порівняно з наземно-повітряним.

Склад грунтового повітря значно відрізняється від атмосферного. Так, вміст вуглекислого газу у 10-100 разів вищий, а кисню дещо нижчий.

Адаптації організмів до існування у грунті. Різноманітність умов існування зумовлює багатий видовий склад мешканців грунту.

Грунтові бактерії дуже різноманітні. Серед них є автотрофи (нітрифікуючи бактерії) і гетеротрофи (сапрофіти, симбіонти).

Грунтові водорості трапляються як на поверхні грунту, так і в його товщі.

Грунтові гриби трапляються як на поверхні грунту, так і в його товщі. Серед грунтових грибів є як сапротрофи, так і паразитичні форми.

Тварини, які мешкають у грунті, належать до різних систематичних груп: найпростіших (амеби, джгутикові, інфузорії), черви (круглі, кільчасті), членистоногих (комахи, багатоніжки, павукоподібні, ракоподібні), черевоногих молюсків, хребетних тварин.

Адаптації до пересування в грунті. Так, є тварини, які можуть активно прокладати ходи в грунті за допомогою скорочення м’язів тіла, риючих кінцівок, голови.

Пристосування до низького вмісту в грунті кисню – це здатність вбирати його крізь тоненькі покриви. Під час затоплення грунту дрібні тварини можуть перебувати у пухирцях повітря, які залишаються в його товщі. Пристосуваннями до нестачі кисню, перезволоженності та коли-вань температур є здатність до вертикальних міграцій.