Державний вищий навчальний заклад

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

«ЗАПОРІЗЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»

МІНІСТЕРСТВА ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Н.В. Позмогова, Н.І. Костюченко

ЕКОЛОГІЯ

Навчальний посібник

для студентів освітнього ступеня «бакалавр»

напрямів підготовки «Біологія» та «Хімія»

Запоріжжя

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

«ЗАПОРІЗЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»

МІНІСТЕРСТВА ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Н.В. Позмогова, Н.І. Костюченко

ЕКОЛОГІЯ

Навчальний посібник

для студентів освітнього ступеня «бакалавр»

напрямів підготовки «Біологія» та «Хімія»

Затверджено

вченою радою ЗНУ

Протокол № від

Запоріжжя

УДК 504 (075.8)

ББК Е08я73

П 47

Позмогова Н.В. Екологія: навчальний посібник для студентів освітнього ступеня «бакалавр» напрямів підготовки «Біологія» та «Хімія» / Н.В. Позмогова, Н.І. Костюченко. – Запоріжжя: ЗНУ, 2015.– 82 с.

Курс «Екологія» є необхідною складовою підготовки кваліфікованих фахівців з галузі знань «Природничі науки». Він надає студентам уявлення про фундаментальні основи сучасної екології, закономірності взаємовідношень живих організмів в екосистемі, розглядає наслідки впливу людини на навколишнє середовище шляхом дослідження найбільш пріоритетних екологічних проблем сучасності. Видання сприятиме розширенню, закріпленню та систематизації теоретичних знань і формуванню здатності передбачати та враховувати близькі та віддалені наслідки забруднення міських територій та природних ландшафтів, активному творчому ставленню до охорони навколишнього середовища.

Посібник містить теоретичні відомості, перелік питань для самоконтролю та поточного контролю, орієнтовний перелік тем до індивідуального завдання. Наведено необхідний ілюстрований матеріал, запропоновано список основної та додаткової літератури.

Видання розраховане на студентів напрямів підготовки «Біологія» та «Хімія».

Рецензент В.І. Домнич, доктор біологічних наук, професор

Відповідальний за випуск О.Ф. Рильськиий, завідувач кафедри загальної та прикладної екології і зоології, доктор біологічних наук, професор

ВстуП

На сьогодні екологія являє собою величезне поле знань. Екологічні закони пронизують і господарську діяльність, і побутову, і виробничу. Сучасний розвиток екології, з одного боку, дає ключ до вирішення багатьох проблем, пов’язаних зі станом живої природи, а з іншого боку, показує, наскільки складні, дорогі і трудомісткі шляхи їх реалізації. Екологічні знання – джерело розробки нових технологій, що зберігають енергетичні ресурси та біорізноманіття на планеті. Захист і відновлення навколишнього природного середовища стає все більш відчутним критерієм виживання людства.

Формування нової стратегії поведінки кожного члена суспільства, – обов’язкова умова стійкого розвитку біосфери. Порушення екологічних законів можна зупинити тільки піднявши на належну висоту екологічну культуру кожного члена суспільства через вивчення основ екології. Екологічне виховання і екологічна освіта – невід’ємна частина процесу формування особистості в ХХI столітті. Засвоєння курсу «Екологія» має важливе значення у підготовці студентів напряму «Біологія» та «Хімія» для грамотного та успішного вирішення складних питань при здійсненні професійної діяльності з урахуванням прямих і численних непрямих наслідків для біосфери.

Метою навчальної дисципліни є формування у студентів системи знань, умінь та навичок з екології, а саме: формування у студентів екологічного світогляду; знань про взаємодію живих організмів, популяцій та угруповань вищих рангів між собою та навколишнім середовищем; особливостей функціонування екосистем різних ієрархічних рівнів під впливом природних і антропогенних факторів, екологічних основ збалансованого природокористування тощо.

Основними завданнями вивчення дисципліни «Екологія» є:

– отримання студентами знань щодо основних принципів взаємовідношень між організмами, популяціями і угрупованнями та навколишнім середовищем;

– розуміння механізмів дії хімічних речовин, фізичних полів та біологічних агентів на життєдіяльність організмів;

– вміння на базі загальноекологічних знань оцінювати негативні наслідки антропогенного впливу на стан атмосферного повітря, природних вод, ґрунтового покриву, геологічного середовища та біоценозів;

– вміння знаходити вірні рішення з питань збалансованого співіснування людини і природи;

– виховання у майбутнього фахівця здібностей та вмінь по впровадженню екологічно безпечної діяльності людини.

Згідно з вимогами освітньо-професійної програми студенти повинні: знати:

Тематичний розділ 1. Екологія, загальні поняття екології. Основні положення біоекології.

Тематичний розділ 2. Прикладні аспекти сучасної екології. Вплив господарської діяльності на компоненти навколишнього середовища. Основи природоохоронної діяльності.

Посібник розроблено з метою організації аудиторної та самостійної роботи студентів, а також контролю рівня засвоєння знань. Матеріал подано в обсязі, який визначений навчальною та робочою програмами курсу «Екологія». З метою впорядкування понятійно–категоріального апарату дисципліни в структуру посібника включено глосарій.

Тематичний розділ 1. Екологія, загальні поняття екології. Основні положення біоекології

Тема 1.1 Екологія як наука. Поняття про біосферу. Глобалізація сучасних екологічних проблем, особливості сучасного світу

План

Ø Екологія як наука. Етапи розвитку екології. Напрями у визначенні екології. Неоекологія.

Ø Структура сучасної екології. Розділи біоекології: аутекологія, демекологія, синекологія. Розділи прикладної екології: геоекологія, техноекологія, соціальна екологія.

Ø Системність екології як науки. Об’єкт, предмет, мета екологічних досліджень. Основні завдання сучасної екології. Методи екологічних досліджень.

Ø Вчення В.І. Вернадського про біосферу. Межі біосфери. Жива речовина біосфери та її властивості. Основна властивість живої речовини – постійний обмін із довкіллям. Функції живої речовини. Кругообіг речовин.Кругообіг води, вуглецю, кисню, азоту.Роль живих організмів у перетворенні оболонок Землі. Закон В.І. Вернадського. Ноосфера – це новий етап у розвитку біосфери.

Ø Історія розвитку відносин людини і природи.

Ø Стратегія сталого розвитку.

Основні терміни та поняття: екологія, неоекологія, біогеоценоз, екосистема, кругообіг речовин, ноосфера.

Екологія як наука

На сьогодні слово «екологія» стали використовувати не лише науковці, але й економісти, політики, письменники. Екологію в останні роки часто використовують не як науку, а як гасло, що дозволяє заробляти гроші. Але насправді термін «екологія» походить від грецького слова «oikos» – будинок і «logos» – наука і переводиться, як наука про місце проживання живих істот.

Етапи розвитку екології

В історії екології як науки можна виділити 3 основних етапи:

Перший етап (до 60–х років XIX ст.). Зародження і становлення екології як науки. До кінця XVIII ст. йшло накопичення знань про взаємодію рослин і тварин із середовищем існування в рамках ботаніки та зоології.

Кінець XVIII – середина XIX ст. – формування екологічних напрямків в рамках ботанічної географії і зоогеографії.

Середина XIX ст. – 1920 рр. – формування екології рослин і екології тварин як наук про адаптацію до умов навколишнього середовища. 1920–60 рр. – становлення самостійної загально біологічної науки, яка є теоретичною базою охорони природи. Таким чином, у період передісторії екології були закладені основи знань, які отримали розвиток у XX ст.

Другий етап – оформлення екології в самостійну галузь знань (з 1960 р. XIX ст. до 50–х років XX ст.).

Ернест Геккель (1934–1919)

У 1866 році Ернест Геккель вперше вжив термін «екологія» у своїй праці «Общая морфология организмов». У книзі «Натуралистическая теория мироздания» (1868) він надав визначення сутності нової науки:

«Под экологией мы подразумеваем общую науку об отношении организмов к окружающей среде, куда мы относим все «условия существования» в широком смысле этого слова. Они частично органической, частично неорганической природы…

К неорганическим условиям существования, к которым должны приспосабливаться все организмы, относятся в первую очередь физические и химические особенности его местообитания, климат (свет, тепло, влажность и электрические свойства атмосферы), неорганическая пища, состав воды, почвы и т. д.

Под органическими условиями существования мы подразумеваем отношение организма к другим организмам, с которыми он вступает в контакт и среди которых большинство способствует его пользе или вредит…».

Володимир Іванович Вернадський, автор праць з філософії природознавства, наукознавства, творець вчення про біосферу та її еволюцію, писав про потужний вплив людини на навколишнє середовище і про перетворення сучасної біосфери в ноосферу – сферу розуму. У 1923–27 рр. створив вчення про Біосферу як глобальну біологічну систему планети Земля.

В.І. Вернадський (1863–1945)

Ідеї В.І. Вернадського можуть бути сформульовані наступним чином:

1) спочатку сформувалася літосфера, а потім, після появи життя на суші, –
біосфера;

2) протягом усієї геологічної історії Землі ніколи не спостерігалися геологічні епохи позбавлені життя; тому сучасна жива речовина генетично пов’язана з живою речовиною минулих геологічних епох;

3) живі організми – головний фактор міграції хімічних елементів у земній корі;

4) грандіозний геологічний ефект діяльності організмів обумовлений тим, що їх кількість нескінченно велика; і існують вони протягом нескінченно великого проміжку часу;

5) основним рушійним фактором розвитку процесів у біосфері є біохімічна енергія живої речовини.

Георгій Францевич Гаузе у 1934 році у своїй праці «Борьба за существование» показав принцип конкурентного виключення у взаємовідносинах «хижак – жертва». У 1940– р. в екології виник новий принцип дослідження природних співтовариств в їх взаємозв’язку з середовищем мешкання.

Артур Тенслі (1871–1955)

У 1935 році англійський ботанік Артур Тенслі – у роботі «Правильное и неправильное использование ботанических терминов» ввів термін «екосистема».

В.М. Сукачов (1880–1967)

Володимир Миколайович Сукачов у 1942 році ввів термін «біогеоценоз».

У період «золотого століття» екології сформувалася сильна група екологів, у складі якої були В.В. Станчинський, Г.А. Кожевников, Д.Н. Кашкаров, С.А. Северцов, Г.Ф. Гаузе та ін.

Третій етап (з 50–х років 20 ст. до теперішнього часу). Перетворення екології на комплексну науку, що включає в себе науку про охорону навколишнього середовища людини.

На сьогодні існують такі напрями у визначенні екології:

1. класична екологія (біоекологія), яка розвивається спеціалістами – біологами, що дотримуються традиційних поглядів на екологію. Біоекологія – основа всієї сучасної екології.

2. сучасна екологія. Першим підручником із сучасної екології можна вважати монографію М.Ф. Реймерса «Экология. Теории, законы, правила, принципы и гипотезы». В його працях екологія представлена як вершина природознавства, навколо якого концентруються інші наукові дисципліни.

М.Ф. Реймерс (1931–1993)

На сьогодні сучасна екологія являє собою синтетичну дисципліну, що розвивається спеціалістамив області техніки, енергетики, економіки.

В. Некос (1998) вважає, що сучасну екологію доцільно називати «неоекологією». Сучасна екологія ХХI ст. – комплекс наук про будову, функціонування, взаємовідносини багатокомпонентних та багаторівневих систем у Природі та Суспільстві та засоби кореляції взаємного впливу техносфери і біосфери з метою збереження людства і біосфери.

Таким чином, специфіка сучасної екології полягає у перетворенні її із біологічної науки в науку комплексну.

Структура сучасної екології налічує близько 90 розділів або підрозділів, умовно об’єднаних у чотири блоки – біоекологію, геоекологію, техноекологію, соціоекологію.

1. Біоекологія включає наступні розділи:

• аутекологія – вивчає взаємовідносини окремої особини (представників виду) з оточуючим їх середовищем;

• популяційна екологія – вчення про популяції, сукупності особин одного виду, що населяють певну територію і в більшій чи меншій мірі ізольовані від сусідніх таких же сукупностей. У цьому підрозділі екології вивчаються проблеми, пов’язані з демографією, внутрішньовидовими відносинами, умовами формування популяцій.

• синекологія, або екологія співтовариств, досліджує біотичні спільноти та їх взаємини з середовищем: формування спільнот, їх енергетику, структуру, розвиток і т.д. Біотичне співтовариство – асоціація популяцій різних видів
рослин, тварин і мікроорганізмів.

2. Геоекологія вивчає специфіку взаємовідносин організмів і середовища їх існування в різних географічних зонах, на суші і в океані, в тундрі, тайзі, тропіках, у горах і пустелях; дає екологічну характеристику різних географічних регіонів, областей, районів, ландшафтів, займається географічним картографуванням.

3. Техноекологія – блок прикладних дисциплін, пов’язаних з такими об’єктами людської діяльності, як енергетика, промисловість, транспорт, військова справа, сільське господарство, космос.

Техноекологія займається:

вивченням обсягів, механізмів і наслідків впливу на довкілля та здоров’я людини різних галузей і об’єктів діяльності;

використанням природних ресурсів;

розробкою регламентацій природокористування і засобів охорони природи;

проблемами утилізації відходів виробництва та відтворення зруйнованих екосистем;

екологізацією виробництва.

4. Соціальна екологія – розділ сучасної екології, який вивчає специфічну роль людини в довкіллі як соціальної істоти; шляхи оптимізації взаємовідносин людського суспільства з природою. Тісно пов’язаний з географією та соціологією.

Соціальна екологія займається:

формуванням екологічної свідомості, екологічної культури;

формуванням законів про екологічне природокористування;

визначенням принципів та критеріїв екологічного менеджменту;

екологічним моніторингом;

формуванням регіональної та глобальної екологічної політики.

До середини ХХ століття екологія здобула статус науки про організацію і функціонування надорганізменних біологічних систем усіх рівнів.

Екосистема – це сукупність організмів різних видів, що взаємодіють між собою і середовищем існування. При цьому виникає потік енергії, що сприяє створенню певної трофічної структури екосистеми. Поняття ввів у 1935 році англійський вчений – еколог А. Тенслі, який розглядав екосистеми як одиниці природи на поверхні Землі.

Екосистема – природна одиниця, яка складається з ряду живих і неживих елементів, в результаті взаємодії цих елементів утворюється стабільна система, в якій існує постійний кругообіг речовин.

Екосистема – синонім біогеоценозу (але біогеоценоз розглядається з фізико-географічних позицій, а екосистема – з трофічних). Трофічна структура екосистеми – це певний розподіл компонентів в екосистемі на основі живильних зв’язків.

Глобальна екосистема – це біосфера.

Предмет досліджень – взаємозв’язки між живими організмами, їх групами різних рангів, живими та неживими компонентами екосистем, а також особливості впливу природних і антропогенних чинників на функціонування екосистем та біосфери в цілому.

Мета досліджень – визначення оптимальних шляхів координації гармонійного еколого-економічного співіснування техносфери та біосфери, принципів і критеріїв ефективної локальної, регіональної та глобальної екополітики.

Основні завдання сучасної екології:

1. науковий характер: вивчення законів і закономірностей взаємодії суспільства і природи; розробка теоретико-методологічного і методичного апарату, з допомогою якого можна вирішувати конкретні практичні проблеми ліквідації негативних наслідків антропогенного впливу на природу;

2. освітній характер: створення відповідного екологічного світогляду і екологічної свідомості, виховання екологічної етики і культури людини, надбання конкретних екологічних знань у сфері своєї майбутньої професійної діяльності;

3. практичний (прикладний) характер: збереження життя на Землі, вирішення глобальних екологічних проблем людства, розробка раціональних шляхів природокористування (у тому числі: в кожному напрямку діяльності – промисловості, сільському господарстві та інших галузях народного

4. господарства); розробка конкретних методів охорони природи і захисту людини від негативних антропогенних і природних явищ; пошук нових і удосконалення старих технологій, виробництво екологічно чистих товарів і продуктів, утилізація відходів; розробка методів контролю за станом навколишнього середовища, методів управління (у тому числі прогнозування і планування) природозахисною діяльністю. Коло практичних завдань можна деталізувати їх практичною необхідністю.

Методи екологічних досліджень

- загальні методи: системний аналіз; методи формалізації, постановки гіпотез; емпіричний, порівняльний, історичний, метод експертних оцінок і т.д.;

- картографічний та інші графічні методи: найважливіші для визначення ступенів антропогенного впливу на навколишнє середовище у просторовому вимірі та для наочного його відображення;

- нормативні методи: найбільше значення має розробка нормативів і стандартів якості навколишнього середовища, викидів та інших негативних впливів;

- математичні методи: методи обробки статистичних даних (особливе значення мають в біоекології; (окремий науковий напрямок – біометрія); методи математичного моделювання (найчастіше використовуються в моделюванні процесів забруднення повітря, ґрунтів, гідросфери, ерозійних процесів; у глобальному моделюванні природних процесів та ін.);

- інформаційні методи: найпоширеніші в дослідженнях геоінформаційних систем (ГІС–технології), у формуванні систем моніторингу, управління тощо;

- економічні методи: використовуються в економіці природокористування, екологічній експертизі;

- методи прогнозування: є головнішими в розробці територіальних комплексних програм охорони природи, в цільових комплексних програмах екологічного напрямку, в глобальних прогнозах розвитку людства з урахуванням екологічного аспекту та ін.;

- соціологічні методи: використовуються в соціоекології.

вчення В.І. Вернадського про біосферу

Приблизний вік біосфери становить 5, 5 млрд років, а життя на ній виникло 3, 5 млрд років назад. Вперше термін «Біосфера» – «сфера життя» – був використаний австрійським вченим-геологом Едуардом Зюссом у 1875 році, однак визначення цьому поняттю він не дав. Сучасне тлумачення терміну «Біосфера», яке прийнято в усьому світі, належить українському вченому В.І.Вернадському. Біосфера є частиною геологічних оболонок Земної кулі, що заселені живими організмами. В.І. Вернадський називав живою речовиною всю сукупність організмів на планеті. Вона характеризується сумарною біомасою, хімічним складом та енергією.

Основну частину біомаси суші складають зелені рослини. В наш час відомо 300 тис. видів рослин. Максимальні значення фітомаси характерні для вологих тропічних лісів.

Сумарна біомаса організмів, що живуть на суходолі, утворена на 99, 2 % зеленими рослинами, на 0, 8 % – тваринами і мікроорганізмами. В океані навпаки – на долю рослин приходиться 6, 3%, на долю тварин і мікроорганізмів – 93, 7 %. Загалом біомаса океану становить усього 0, 13 % біомаси всіх живих істот планети.

Вернадський розглядав життя як вищу форму розвитку матерії на Землі. Живі організми перетворюють космічну сонячну енергію у земну, хімічну, і створюють нескінчену різноманітність нашого світу.

Жива речовина біосфери виконує в біосфері різні функції, пов’язані з процесами обміну речовин живих істот.

Таблиця 1 - Основні функції живої речовини в біосфері

Кругообіг речовин у біосфері як необхідна умова її існування. Глобальний кругообіг здійснюється за участю всіх організмів, що живуть на планеті. Зазначається він у циркуляції речовин між ґрунтом, атмосферою, гідросферою і живими організмами. Важлива роль належить кругообігу води, вуглецю, азоту, кисню. Та частина міграції хімічних елементів, що відбувається за участю живих організмів, називається біогенною, поза ними – абіогенною.

За В.Р. Вільямсом, сонячна енергія забезпечує на Землі два кругообіг речовин – геологічний і біологічний. На геологічний кругообіг витрачається близько 50% сонячної енергії, що надходить на Землю. На створення органічної речовини в процесі фотосинтезу в середньому витрачається 1% фотосинтетично активної радіації Сонця, за рахунок цієї енергії існують всі живі організми.

Кругообіг біологічний (біотичний) – явище безперервного, циклічного, закономірного, але нерівномірного в часі і просторі перерозподілу речовини, енергії та інформації в межах екологічних систем різного ієрархічного рівня організації – від біогеоценозу до біосфери. Кругообіг речовин в масштабах всієї біосфери називають великим колом, а в межах конкретного біогеоценозу – малим колом біотичного обміну.

Біосфера в сучасному розумінні – це глобальна відкрита система зі своїм «входом» (потік сонячної енергії, який надходить з космосу) і «виходом» (утворені в процесі життєдіяльності організмів речовини, які з різних причин були вилучені із біологічного кругообігу, так званий вихід в «геологію» – кам’яне вугілля, нафта, осадові породи тощо). Характерна особливість біосфери як «плівки життя» – це її гетерогенність, мозаїчність, причому кожна окрема однорідна ділянка (біогеоценоз, екосистема) здатна до саморегуляції і повного самовідновлення.

Єдність біотопу і біоценозу – основна концепція сучасної екології, концепція екосистеми. Екосистеми і біосфера в цілому є вищим рівнем організації живого на планеті Земля. Вони, як і будь-яка жива система, здатні до саморегуляції, підтримки свого видового складу і відтворення зв’язків між окремими видами. Таке уявлення про стійкість екосистем, їх гомеостаз – одне з постулатів сучасної екології. Біосфера і окремі екосистеми можуть переносити значне антропогенне навантаження завдяки можливості до саморегуляції, самоочищення і самовідновлення. Однак ці властивості мають природні межі, які називають ємкістю екосистем. Екологічна система (екосистема) – сукупність популяцій різних видів рослин, тварин і мікробів, що взаємодіють між собою і оточуючим їх середовищем таким чином, що ця сукупність зберігається невизначено довгий час. Приклади екологічних систем: луг, ліс, озеро, океан. Одним з фундаментальних правил, яким підпорядковуються всі екологічні системи, є принцип Ле Шательє – Брауна: при зовнішньому впливі, що виводить систему зі стану стійкої рівноваги, ця рівновага зміщується в напрямку, при якому ефект зовнішнього впливу послаблюється. Найбільша природна екосистема на Землі – біосфера. Біоми – найбільш великі наземні екосистеми, які відповідають основним кліматичним зонам Землі (вологі тропічні ліси, савани, пустелі, степи, ліси помірного поясу, хвойні (тайга), тундра).

В.І. Вернадський у статті «Про межі життя» (1931) писав про повсюдне поширення життя, «плівки» життя, виклав основні положення про межі біосфери. Біосфера – це оболонка Землі, яка включає частини атмосфери, гідросфери, літосфери, заселені живими організмами.

Межі біосфери визначаються областями розповсюдження організмів в атмосфері, гідросфері та літосфері.

Атмосфера (від грецьк. «атмос» – пара, сфера – куля). Це газова оболонка планети. Вона складається з тропосфери та стратосфери. Верхня межа біосфери до 15 км (сюди залітають спори рослин, мікроорганізмів, пилок, але вони можуть існувати тільки в краплях води).

Тропосфера (від грецьк. тропос – зміна, поворот). Нижня частина атмосфери. Тут формуються хмари, виникають дощ, снігопад, рухається водяна пара тощо.

Стратосфера (від лат. шар). Верхня частина атмосфери. Сягає заввишки до 80 км. На висотах між 17–18 км над екватором, між 7–8 км над полюсами, 50 км над іншими частинами планети утворився озоновий екран (від грецьк. «озон» – пахучий). Озон утворюється з кисню під дією сонячної радіації. Озоновий екран відбиває короткохвильове ультрафіолетове випромінювання Сонця, що згубно діє на живу матерію.

Гідросфера – до 11 км (Маріанська западина у Тихому океані); (від грецьк. «хідор» – вода, волога). Це сукупність усіх водойм планети. 95% всієї води вміщує Світовий океан. Його поверхня становить 71% поверхні планети, середня глибина Світового океану – 3 760 м, максимальна – 11 024 м.

Літосфера – від 0 до 3 км, (від грецьк. літос – камінь). Її утворюють верхні шари осадові породи органічного походження. Вапняк, кремнезем формують живі істоти. Нижні шари літосфери складають граніти та базальти.

Термін ноосфера (від грецьк. ноос – розум) був запропонований у 1927 році французьким філософом Е. Леруа. В.І. Вернадський розглядав ноосферу спочатку як особливу «розумову» оболонку Землі, вважав, що вона розвивається поза біосферою. Пізніше дійшов висновку, що ноосфера – це новий стан біосфери, у який вона переходить під впливом наукової думки і людської праці.

Для ноосфери характерний тісний зв’язок законів природи і соціально-економічних чинників суспільства, оснований на науково обґрунтованому раціональному використанні природних ресурсів. Характерною рисою є екологізація всіх сфер людського життя. До вирішення будь-яких проблем біосфери людина повинна підходити з позицій регулювання своїх відносин із природою, екологічного мислення, поліпшення стану природного середовища.

Отже, ноосфера – це новий етап у розвитку біосфери, нова форма організації, що формується внаслідок взаємодії природи із людським суспільством, передбачає їх гармонійне співіснування.

Історія розвитку відносин людини і природи

Взаємодія людини та довкілля відбувалася у різних формах та з різною інтенсивністю на різних етапах історичного розвитку.

Можна виділити декілька напрямків цієї взаємодії:

вилучення речовин та енергії з природного середовища (добування корисних копалин, вирубування лісів тощо);

виділення у природне середовище речовин та енергії, яких не було раніше (захоронення відходів, викиди промислових підприємств, пестициди тощо);

перетворення природних об’єктів (меліорація, створення штучних водоймищ);

охорона природних об’єктів та оточуючого середовища у цілому.

На перших етапах взаємодія людини з природою характеризувалися головним чином пристосуванням до середовища мешкання та вилученням природних ресурсів. Людина використовувала ті ресурси, які можна було використати без технічних засобів (мисливство та збирання дарів рослинного походження). На певному етапі чисельність людей ставала більшою, ніж природа могла прогодувати. Знищення диких тварин та рослин, яке випереджувало їх відновлення, призвело до гострої нестачі їжі, голоду, різкому скороченню чисельності людей на планеті. Це була перша в історії людства екологічна криза, яку назвали «кризою консументів». Але розум людини та винахідливість змогли подолати цю кризу шляхом суттєвої зміни умов свого існування, що призвело до першої екологічної революції, яку назвали «сільськогосподарською». Людство перейшло до нових форм господарювання – землеробства та тваринництва. У свою чергу це призвело до формування осілої цивілізації. Людина, удосконалюючи методи ведення сільського господарства, все активніше намагалась втручатись у природу, перетворюючи природні об’єкти. Розвиток землеробства, рослинництва призвели людину до благополуччя, але разом з тим виникли нові загрози загибелі: вирубування лісів призводило до утворення пустель, а поливне землеробство призвело до засолення ґрунтів. Це була криза поливного землеробства.

На початку нашої ери великі площі орних земель були вже виснажені. Для збільшення площі під посіви, пасовища, для опалювання житла, будівництва вирубувалися ліси. Величезні масиви лісів було знищено на території Європи, Америки та Канади Все це призвело до підвищення альбедо Землі, та, як наслідок, зміни клімату.

Друга половина ХХ ст. характеризувалася дуже бурхливим розвитком промисловості, яке супроводжувалося підвищенням антропогенного тиску на природу, що призвело до виникнення нових екологічних проблем глобального характеру (глобальної екологічної кризи).

На сьогоднішній час на планеті визначено 36 найважливіших глобальних екологічних проблем, які повинно вирішувати людство у XXI ст. До першої десятки належать: зміни клімату, дефіцит питної води, опустелювання, забруднення прісних вод, низька якість управління, втрата біорізноманіття, зростання і міграція населення, зміна соціальних цінностей, утилізація відходів, забруднення повітря.

За розрахунками ООН, одна третина людства повсякденно відчуває нестачу прісної води. Її світове споживання за ХХ ст. зросло в 9 разів. За рік використовується близько 10% стоку всіх річок, але більша частина прісних вод сильно забруднена. Існуючих запасів вугілля, при сучасному рівні споживання, вистачить на 160 – 600 років, нафти – на 25 – 90, газу – на 40 – 130, урану – на 30 – 80 років. Нові родовища, що відкриваються знаходяться в незручних місцях та їх видобування стає все дорожче. Швидко вичерпуються запаси руд, з яких видобувають метали. Найважливіших металів може вистачити на термін від 20 до 200 років (алюмінію – на 220, заліза – на 160, міді 29– на 33, свинцю і цинку всього на 18–20 років), якщо збережуться темпи їх сучасного використання. За період землеробства ми втратили приблизно третину свого родючого шару. Під сільськогосподарські угіддя зайнята на сьогодні вся придатна для цього площа суші (близько 37%). Подальше розширення орних земель йде за рахунок вирубки лісів, які вже зведені на 1/3 по усій планеті. Межа річного вилову риби в океані вже досягнула (90 млн. т), і подальше збільшення вилову загрожує знищенням промислових видів. Раціональне використання відновлюваних ресурсів вимагає екологічної грамотності суспільства і не може бути результатом стихійної експлуатації природи.

Стратегія сталого розвитку

Гармонія антропогенної діяльності людини і природи можлива тільки при здійсненні контролю чисельності людства; обмеженні надмірних потреб людей; раціоналізації використання природних ресурсів; використанні тільки екологічно доцільних промислових технологій, здійсненні глобального моніторингу за станом навколишнього природного середовища та ін.

Американський вчений – еколог Б. Коммонер, узагальнивши положення біоекології та вивчивши досвід людства у сфері природокористування, сформулював ряд соціально–екологічних законів, виділивши з них чотири основних: все пов’язано з усім; все повинно кудись діватися; ніщо не дається задарма; природа знає краще. Ці закони екології не охоплюють всі сторони взаємодії суспільства і природи, але, прості за формою і глибокі за змістом, вони закладають основу морального ставлення людини до природи.

Певний крок у напрямку переходу біосфери в ноосферу – усвідомлення і проголошення необхідності переходу світової спільноти на позиції сталого розвитку. Філософським обґрунтуванням розвитку системи «людина – природа» є стратегія сталого розвитку, прийнята в декларації на «глобальному саміті» в Ріо–де–Жанейро у 1992 р, Йоханнесбурзі у 2002 р. і в резолюції XXI Конференції ООН з навколишнього середовища і розвитку. Досягнення глобальної стійкості суспільства означає забезпечення потреб сьогодення без ризику для здатності навколишнього середовища підтримувати життя в майбутньому.

Питання для самоконтролю:

1. Що таке екологія?

2. Які основні етапи розвитку екології ви знаєте?

3. Що є предметом, об’єктом, екології?

4. Які основні методи екологічних досліджень?

5. Які межі біосфери?

6. Що таке ноосфера?

Виконайте завдання:

1. Побудуйте схему:

а) «Структура сучасної екології»;

б) «Структура біогеоценозу та взаємодія між його компонентами» (за В.Н.Сукачовим).

2. Сформулюйте та поясніть закони Б. Коммонера.

Тема 1.2 Факторіальна екологія (аутекологія)

План

Ø Закономірності впливу екологічних факторів на живі організми. Екологічні фактори: біотичні, абіотичні, антропогенні.

Ø Зміни екологічних факторів. Поняття адаптація організмів.

Ø Основні закономірності впливу факторів на організми: правило екологічної індивідуальності, правило відносної незалежності адаптації, закон оптимуму. Екологічна валентність певного виду.

Ø Середовища існування організмів: наземно–повітряне, водне, ґрунтове, живі організми. Механізми пристосування організмів до дії абіотичних факторів, обов’язкові і необов’язкові екологічні фактори.

Ø Негативні міжвидові взаємовідносини: паразитизм. Позитивні міжвидові взаємовідносини: коменсалізм, квартиранство, нахлібництво, мутуалізм.

Ø Адаптивні біологічні ритми. Зовнішні та внутрішні біологічні ритми. Фотоперіодизм.

Основні терміни та поняття: біотичні, абіотичні, антропогенні екологічні фактори, адаптація, екологічна валентність, міжвидові взаємовідносини, біологічні ритми.

ЗАКОНОМІРНОСТІ ВПЛИВУ

ЕКОЛОГІЧНИХ ФАКТОРІВ НА ЖИВІ ОРГАНІЗМИ

Екологічні фактори – це всі компоненти довкілля, що впливають на живі організми та їх угруповання. Екологічні фактори поділяються залежно від природи та особливостей дії на абіотичні, біотичні та антропогенні.

Абіотичні фактори є компонентами та властивостями неживої природи. Вони впливають на живі організми прямо чи опосередковано. Це такі фактори: температура, освітленість, газовий склад повітря, солоність, вологість тощо.

Біотичні фактори – це усі форми взаємодії між організмами в популяції. Організми взаємодіють між подібними собі – внутрішньовидові зв’язки та з особинами інших видів – міжвидові зв’язки.

антропогенні фактори – це зміна людиною середовища існування під впливом інтенсивної господарської діяльності. Діяльність людини впливає або прямо, або опосередковано на живі організми.

Екологічні фактори (сила тяжіння, солоність морської води, склад газів атмосфери тощо) можуть залишатися незмінними протягом тривалого часу (стала інтенсивність дії фактора) чи змінюватись (температура, вологість, освітленість) протягом доби, сезонів, року (мінлива інтенсивність дії фактора).

Зміни екологічних факторів бувають: періодичними (залежно від часу доби, пори року, положення Місяця відносно Землі), неперіодичними (землетруси, урагани), тривалими (зміни клімату, площ суходолу тощо).

Більшість видів у живій природі не досягає такої чисельності, яка загрожувала б їм повним знищенням власних ресурсів. Їхнє життя протікає під постійним впливом різних факторів, що змінюють силу впливу і що змушують пристосовуватися до них. Екологічні фактори (температура, світло, тиск, концентрація солей, вміст кисню тощо) по-різному впливають на організми. Однак в дії всіх факторів існує щось спільне, що викликає цілком закономірні відповідні реакції, які можна передбачити і відобразити кількісно. Цим загальним законам підкоряється і людина як істота біологічна.

Живі організми пристосовуються до умов середовища. На них діє не окремий фактор, а цілий комплекс. Тому організми пристосовуються до всього комплексу екологічних факторів. Сукупність умов, у яких мешкають певні особини, популяції, угруповання організмів називається середовищем існування.

Пристосування організмів до умов середовища існування називаються адаптаціями. Адаптації виробляють усі організми, які існують на планеті. Вони існують доти, доки не змінюються умови довкілля. Тому адаптації непостійні.

Основні закономірності впливу факторів на організми:

1) правило екологічної індивідуальності – не існує двох близьких видів, подібних за своїми адаптаціями. Наприклад, кріт – риє ґрунт кінцівками, а сліпак – різцями;

2) правило відносної незалежності адаптації – добра пристосованість організмів до певного чинника не означає такої самої пристосованості до інших. Наприклад, річкові раки живуть на дні та живляться живими організмами та рештками, але дуже чутливі до забруднення води;

3) закон оптимуму – кожен фактор позитивно впливає на організм лише в певних межах.

Основна закономірність у впливі екологічних факторів на організми отримала назву закону оптимуму. Результати дії змінного фактора залежать насамперед від сили його прояву, або дозування. Фактори позитивно впливають на організми лише в певних межах. Недостатня або надлишкова їх дія позначається на організмах негативно. Зона оптимуму – це сприятлива інтенсивність впливу екологічного фактора для організмів певного виду.

Зона песимуму – відхилення інтенсивності дії певного екологічного фактора від оптимальної в той чи інший бік і виявлення його пригнічувальної дії.

Верхня та нижня межі витривалості (критичні точки максимуму та мінімуму) – це значення інтенсивності дії екологічного фактора, за якими існування організмів стає неможливим.

Закон оптимуму універсальний. Він визначає межі умов, в яких можливе існування видів, а також межі коливання цих умов. Закон оптимуму та інші загальні закони впливу екологічних факторів на організми ми постійно використовуємо в нашому житті. В побуті вони проявляються в необхідності дотримання заходів у споживанні тих чи інших речовин їжі та окремих її компонентів, лікарських препаратів, засобів для чищення та дезінфікуючих хімікатів, засобів захисту від шкідників тощо. Однак ці прості і інтуїтивно давно зрозумілі закони часто грубо порушуються в господарській діяльності, що призводить до забруднення середовища і екологічних катастроф. Надлишок добрив, внесених у ґрунт – причина широко поширеної евтрофікації (цвітіння) водойм. Змивання фосфору й азоту з полів в прісні водойми викликає бурхливе розмноження бактерій і водоростей. Надлишок отрутохімікатів, що застосовуються в боротьбі зі шкідниками, в кінцевому рахунку через продукти харчування і воду надходять в організм людини, підриваючи здоров’я. Ці складності створюються самою людиною, що не дотримується кількісних норм впливу на навколишнє середовище.

Екологічна валентність певного виду – це діапазон інтенсивності дії екологічного фактора, у якому можливе існування певного виду. Широку екологічну валентність позначають префіксом еври – (евритермні, еврибатні тощо), вузьку – стено – (стенотермні, стенобатні). Види, що живуть у широкому діапазоні коливань інтенсивності дії факторів, називаються еврибіонтами, ті, що у вузькому – стенобіонтами.

Оптимум та межі витривалості організму щодо певного чинника залежать від інтенсивності дії інших факторів. Наприклад, надмірну вологість повітря легше перенести у прохолодну погоду.

Явище взаємодії екологічних факторів – стосовно будь-якого чинника середовища оптимум і межі витривалості можуть зсуватися в певний бік залежно від того, з якою силою і в якому поєднанні діють інші чинники.

Взаємокомпенсація життєво важливих екологічних факторів має певні межі. Жоден із них не може бути замінений іншими. Існування виду стає неможливим, якщо інтенсивність дії хоча б одного чинника виходить за межі витривалості, незалежно від оптимальної інтенсивності дії інших. Наприклад, при недостатній освітленості зріст і розвиток рослини буде гальмуватись, незважаючи на добрий полив, мінеральні додатки, родючий ґрунт тощо.

Обмежувальний фактор – це такий фактор, інтенсивність дії якого

виходить за межі витривалості. Цей фактор визначає територію розселення виду – ареал. Наприклад, тварини, що живуть на півночі (білий ведмідь), не оселяються на півдні.

Для процвітання виду інтенсивність дії екологічних факторів не повинна бути надмірною або недостатньою.

СЕРЕДОВИЩА ІСНУВАННЯ ОРГАНІЗМІВ

Розрізняють чотири основні середовища існування: наземно–повітряне, водне, ґрунт, а також організми інших істот.

Наземно–повітряне середовище існування

Характеризується різноманіттям умов існування. Основними абіотичними факторами, що впливають на живі організми, є освітленість, температура, вологість, газовий склад атмосфери.

Освітленість. Виділяють три основні ділянки сонячного світла, які відіграють певну роль у житті організмів: ультрафіолетові промені, видимі промені, інфрачервоні промені.

Ультрафіолетові промені. Майже повністю поглинаються озоновим шаром (утворюється з кисню під дією космічного опромінення). За допомогою ультрафіолетового випромінювання в організмі тварин у шкірі здійснюється біосинтез вітаміну Д. Ці промені найкраще сприймають очі більшості комах.

Видима ділянка спектру. Мають хвилі завдовжки 0, 41– 0, 74 мкм. Припадає понад 50 % сонячного випромінювання. Важлива для тварин як просторова орієнтація. У рослин і деяких прокаріот визначає процеси фотосинтезу.

Інфрачервоні, або теплові промені. Хвилі завдовжки понад 0, 75 мкм. Джерело теплової енергії для живих організмів (поглинається водою). Особливе значення має для холоднокровних організмів (плазуни, комахи, амфібії) – використовують підвищення температури тіла. Сприяють здійсненню рослинами транспірації.

За вимогами до освітлення рослини поділяються на екологічні групи:

1) світлолюбні види (геліофіти) – надають перевагу освітленим відкритим місцям, добре ростуть лише за умов повного сонячного освітлення, мають розсічені листові пластинки, високе стебло, добре розвинену стовпчасту паренхіму (береза, сосна).

2) тіньовитривалі рослини – краще ростуть за умов високого освітлення, але адаптуються і до різного рівня затінення (дуб, липа, бузок).

3) тіньолюбні рослини – не зустрічаються на відкритих, освітлених місцях, листки темно-зелені, стовпчаста паренхіма відсутня, або погано розвинена (плаун булавоподібний, смерека).

Тварини по відношенню до світла поділяються на нічних та денних.

Денні. Мають добре розвинений зір, здатні розрізняти кольори. Активні у світлу частину доби. Переважно яскраво забарвлені.

Нічні. Активні вночі. Очі – великі.

Деякі тварини живуть в умовах, де світла майже немає (у печерах, у ґрунті тощо). В них редукуються органи зору (у крота) або втрачаються зовсім (протей).

Температура. Впливає на температуру тіла організмів, визначає швидкість обміну речовин. Оптимальні межі для більшості живих істот: +10 – 30 °С. В неактивному стані можуть переноси­ти від –200 °С до +100 °С. Наприклад, спори бактерій нетривалий період здатні переносити температуру до +180 °С.

Анабіоз (від грецьк. анабіозис – повернення до життя) – це стан організму, коли відсутні помітні прояви життєдіяльності внаслідок значного гальмування процесів метаболізму. В цьому стані втрачається води до 75 %. За сприятливих умов поновлюються процеси життєдіяльності.

За відношенням до температури розрізняють види холодостійкі та теплолюбні.

Холодостійкі – це види, для існування яких оптимальною є низька температура. До них відносять деяких бактерій, лишайники, мохи, деяких членистоногих тощо. Мають певні пристосування до існування. Наприклад, рослини, що мешкають у тундрі, високо в горах, мають низьке стебло, цукор клітинного соку для зниження точки замерзання цитоплазми. Деякі комахи в гемолімфі мають речовини, що сприяють поглинанню тепла. Хребетні тварини мають жировий прошарок, який сприяє збереженню тепла.

Теплолюбні (термофіли) – види, для існування яких оптимальними є високі (до +80 °С і вище) температури. Це деякі бактерії, ціанобактерії, членистоногі гарячих джерел.

Терморегуляція – здатність організмів підтримувати стале співвідношення між виробленням тепла (теплопродукцією) або поглинанням із середовища існування та втратами теплової енергії.

Хімічна терморегуляція – вироблення тепла збільшується у відповідь на зниження температури довкілля (наприклад, скорочення м’язів).

Фізична терморегуляція. Виникає внаслідок змін рівня тепловіддачі (потовиділення, регуляція капілярів шкіри, положення волосяного покриву).

Тварин поділяють за рівнем теплопродукції на теплокровних (гомойотермних) і холоднокровних (пойкілотермних).

Теплокровні тварини. Відносять птахів і ссавців. Мають добре розвинений механізм терморегуляції, що дозволяє підтримувати температуру тіла відносно сталою.

Холоднокровні тварини. Відносять безхребетних, риб, амфібій, плазунів. Мають нижчий рівень процесів метаболізму. Температура тіла залежить від температури довкілля.

На зв’язок у тварин пропорцій і розмірів тіла з температурними і кліматичними умовами вказує правило Бергмана: із двох близьких видів теплокровних, що відрізняються за розмірами, більший проживає у більш холодному кліматі.

Правило Аллена: у багатьох ссавців і птахів Північної кулі відносні розміри кінцівок та інших виступаючих частин (вуха, дзьоби, хвости) збільшуються в напрямі до півдня і зменшуються в напрямі до півночі (для зменшення тепловіддачі в холодному кліматі).

Вологість. Організми виробили ряд адаптацій до економного споживання вологи, підтримки її на сталому рівні для існування в наземно–повітряному середовищі. Так, для життя в умовах посушливого клімату рослини мають кореневу систему, яка проникає на велику глибину або добре галузиться. Рослини пустель та напівпустель втратили або майже втратили листя (кактуси). Листкові пластинки покриваються товстим шаром соскоподібних речовин, перетворюються на колючки, лусочки, здатні потовщуватись і накопичувати вологу (алое, молодило). Стебла можуть бути потовщеними та зберігати, накопичувати вологу, виконують фотосинтетичну функцію (кактуси) замість листків. У сезон самих високих температур, посухи дерева та кущі можуть скидати листя.

Вищі рослини по відношенню до вологи поділяються на:

1. вищу водяну рослинність – рослини, що повністю або частково ростуть у воді (елодея, ряска, латаття);

2. вологолюбні рослини – ростуть в умовах надмірної вологи – на болотах, вологих ґрунтах (росичка, зозулин льон);

3. посухостійкі рослини – ростуть у посушливих місцях, можуть переживати тривалі сухі періоди (ковила, типчак, кактуси);

4. рослини, що займають проміжне положення між посухостійкими та вологолюбними – ростуть в умовах достатньої вологи, можуть витримувати сухі періоди (ясен, клен, дуб).

По відношенню до вологи тварин поділяють на:

1. вологолюбних – живуть у сирих вологих місцях – під камінням, біля водойм, на болотах тощо (мокриці, земноводні);

2. сухолюбних – живуть у посушливих місцях, пустелях, напівпустелях (пустельні комахи, павукоподібні, плазуни);

3. посухостійких – переважна більшість тварин.

Тварини отримують вологу трьома основними шляхами: з їжі, під час пиття, при розщепленні речовин, переважно жирів (ендогенна вода).

Покриви (луски, кутикула) дозволяють утримувати воду в організмі, не втрачати її. Комахи мають спеціальні залози у стінках задньої кишки. З їх допомогою вбирають воду з неперетравлених решток їжі. Тварини посушливих місць активні переважно вночі, коли температура повітря зменшується. За високих температур тварини на період посухи можуть впадати в діапаузу.

Діапауза (від грецьк. діапаузис – перерва, зупинка) – це період тимчасового фізіологічного спокою тварин, коли в них затримуються зріст, розвиток, знижується рівень метаболізму.

Газовий склад повітря: кисень (близько 21 %), азот (близько 78 %), вуглекислий газ (0, 03 %). По відношенню до кисню розрізняють анаеробні організми та аеробні. Аеробних переважна кількість. Використовують кисень, видихають вуглекислий газ. Анаеробні організми – це найпростіші та паразити.

Водне середовище існування

Значно відрізняється від наземно–повітряного. У водному середовищі більший тиск, густина, у воді є певний склад солей. Мешканці водойм називаються гідробіонтами. Вони виробили цілий ряд пристосувань до водного середовища.

Середня глибина світового океану – 3, 76 тис. м залежно від глибини в ньому виділяють зони: пелагіаль (від грецьк. пелагос – море) – товща води, бенталь (від грецьк. бентос – глибина).

Екологічні групи гідробіонтів. Організми товщі води включають планктон та бентос.

Планктон – організми, що не здатні протистояти течіям, невеликі чи дрібні за розмірами. Розносяться течіями на значні відстані. Пристосування: зменшення щільності тіла, поверхні тіла, наявність газових вакуолей, накопичення жиру тощо. Включає: бактерії, ціанобактерії, водорості, радіолярії, форамініфери, личинки кісткових риб, медузи, дрібні рачки тощо.

Нектон – активно рухаються, добре плавають, це залежать від течій. Пристосування: мають обтічну форму, вкриті слизом тощо. Включає: більшість видів риб, головоногих молюсків, китоподібних.

Перифітон – організми, які покривають поверхні (споруд, кораблів тощо), оселяються на різних субстратах товщі води. Включає: вусоногих ракоподібних, черевоногих і двостулкових молюсків, водорості, деякі види риб, губок тощо.

Нейстон – мешканці на межі водного і наземно–повітряного середовища. Населяють поверхню плівки води. Наприклад, клопи–водомірки.

Бентос – організми, що живуть на дні чи в його товщі. Пристосувалися до великого тиску. Включає: ракоподібних, риб, голкошкірих, круглих, багатощетинкових червів.

Екологічні фактори водного середовища. Основними факторами, що впливають на життя гідробіонтів, є світло, сольовий склад води, вміст кисню, густина, течії, температура.

Температура. Досить стала на глибинах (від –1, 5 °С до –2 °С). Значно менші коливання температури навіть у поверхневих шарах завдяки високій ємності водного середовища. Кожний тип водойм має свій температурний режим.

Світло. Фотосинтезуючі рослини не проникають глибше 250 м. Освітленість зменшується в напрямку збільшення глибини. На проникнення світла впливають прозорість, пора року тощо. Світло не проникає на глибину 1, 5 тис. м. Глибоководні організми здатні до вироблення світла за рахунок окислення переважно ліпідів. Таке явище називається біолюмінесценція.

Сольовий склад води. Досить сталий. Виміряють у проміле (‰) – десятій частці проценту (1 ‰ – відповідає вмісту 1 г солей на 1 л води). Солоність води океану становить 34–35 ‰. До умов високої солоності пристосовані лише деякі організми (рачки – артемії).

Мешканці прісних водойм виробляють пристосування для виведення зайвої води (скоротливі вакуолі в найпростіших).

Вміст кисню. Кисень у воду виділяється рослинами та надходить з наземно–повітряного середовища. Зі збільшенням глибини вміст кисню зменшується. Глибоководні мешканці пристосовуються до низького вмісту кисню.

Густина води. Забезпечує тиск, який підвищується в напрямку більшої глибини. На кожні 10 м глибини тиск підвищується на 1 атмосферу. Лише добре пристосовані окремі організми мешкають на великих глибинах.

Переміщення водних мас. Включають приливи, відпливи та течії. Переміщення води сприяє поширенню організмів, міграціям. Деякі організми пристосувались до швидких течій (форель, личинки мошок).

Адаптації до пересихання водойм. Пристосовуються мешканці тимчасових водойм, або тих водойм, що періодично пересихають. Такі організми вимушені за короткий період швидко збільшити кількість собі подібних, пристосуватись до перенесення несприятливих умов (яйця, цисти). Є гідробіонти (комахи, малоще­тинкові черви, деякі риби), які в несприятливий період зариваються у ґрунт, втрачають більшість вологи та можуть тривалий час знаходитись у такому стані. Дводишна риба лусковик заривається на глибину до 1 м. Навколо себе утворює захисну капсулу з часток мулу і секрет у слизових шкірних залоз.

Ґрунт як середовище існування

Ґрунт – це верхній родючий шар літосфери (твердої оболонки Землі), що складається з материнської породи та гумусу. Це більш стабільніше середовище існування, ніж наземно–повітряне. Ґрунт має систему порожнин, які заповнені водою або повітрям. Вологість завжди вища, ніж у наземно–повітряному середовищі. За умовами існування для дрібних організмів наближується до водного середовища.

На глибині понад 2 м не відчуваються коливання температур. Тому наземні організми в несприятливі пори року зариваються у ґрунт.

Ґрунт багатий на органічні речовини. Це – добра кормова база.

Виділяють різні типи ґрунтів. Відрізняються за механічним (розміри ґрунтових часток) та хімічним (співвідношення органічних речовин до неорганічних) складом. Розміри ґрунтових часток визначають величину ґрунтових шпар: чим більші частки, тим більший діаметр шпар. Чим краще шпари розвинені, тим глибше проникають повітря і вода, тим легше тваринам проникати у глибину.

Рослини скидають листя, сприяють утворенню підстилки, яка інтенсивно переробляється мешканцями ґрунту. Верхній шар ґрунту містить гумус. Гумус забарвлений у темні кольори, визначає родючість.

Для тварин ґрунту характерні переважно вертикальні міграції (дощові черв’яки, кліщі).

Склад ґрунтового повітря значно відрізняється від атмосферного. Надходить кисень з повітря. У повітрі ґрунту підвищений вміст вуглекислого газу, низький вміст кисню (зменшується з поглибленням у ґрунт). Деякі тварини пристосувалися до дихання всією поверхнею тіла (кліщі, дощовий черв’як).

Мешканці ґрунтів. У ґрунті містяться підземні частини рослин, переважно корені. На поверхні ґрунту живуть водорості, гриби, лишайники, ціанобактерії.

Ґрунтові бактерії. Проникають вглиб на кілька метрів. Живуть як автотрофи (хемосинтетики), так і гетеротрофи. Навколо коріння рослин утворюють бактеріоризу. У ґрунті мешкає переважна більшість представників мінералізують рештки організмів.

Ґрунтові водорості. У товщі живе невелика кількість. Мають дуже малі розміри. Автотрофні організми.

Ґрунтові гриби. Гетеротрофні організми. Живуть у ґрунтах різних типів.

Тварини. Мешкають представники різних систематичних груп (найпростіші, комахи, круглі, кільчасті черви, членистоногі, павукоподібні, ракоподібні, хребетні). Серед тварин є види, які постійно мешкають у ґрунті (круглі черви, кліщі), або у певний період свого життя (личинки), або живуть і у ґрунті, і у наземно-повітряному середовищі (мурашки). Багато тварин зимує у ґрунті (комахи, гризуни).

У багатьох тварин утворилися певні адаптації до пересування у ґрунті. Наприклад, риючі кінцівки (у крота, вовчка, жуків), скорочення м’язів (у дощового черв’яка), різці, голова (у сліпака) тощо. Дрібні тварини пристосувалися до пересування у воді, що заповнює шпари (найпростіші).

Живі організми як середовище існування

Взаємовідносини між живими організмами. Живі організми завжди мають певні просторові та функціонально залежні угруповання. Між ними формуються відповідні залежності та взаємовідносини. Такий взаємозв’язок виникає перш за все на основі харчових потреб (зв’язків) і способів добування енергії, необхідної для життєвих про­цесів. Між організмами виникає конкуренція: міжвидова та внутрішньовидова.

Усі форми співіснування різних видів називають симбіозом (від грецьк. сим – разом, біос – життя). Ґрунтується на трофічних та просторових взаємозв’язках. Може бути обов’язковим (облігатним), якщо неможливе існування одного без іншого, або необов’язковим (факультативним), коли організми можуть існувати як поруч, так і окремо.

Усі взаємовідносини між живими організмами можна поділити на негативні, позитивні та нейтральні.

Негативні взаємовідносини. До розряду негативних належить хижацтво. Хижаки – це організми, які ловлять свою жертву, умертвляють і поїдають. Серед ссавців типовими хижаками є кошачі, вовк, горностай, куницеві тощо. До однієї з форм хижацтва можна віднести канібалізм. Це живлення хижаків (хижі клопи, комахи, павуки, хижі риби та ін.) особинами свого виду.

Антибіоз – це форма антагоністичних взаємовідносин видів, при якій різні речовини, що виділяються мікроорганізмами, грибами або вищими рослинами, пригнічують або затримують розвиток інших видів (антибіотики, рідкі та газоподібні фітонциди).

Паразитизм. Це симбіотичні негативні взаємовідносини, за яких один організм (паразит) живе за рахунок іншого (хазяїна). Серед паразитів розрізняють ендопаразитів, які живуть в тілі свого хазяїна і живляться його тканинами або вмістом травного тракту (паразитичні черви, малярійний плазмодій) та ектопаразитів, що живуть переважно на шкірі хазяїна і мають достатню рухомість, щоб переходити від одного хазяїна до іншого (комари, кліщі).

Залежно від тривалості контакту паразитів з організмом хазяїна розрізняють паразитизм обов’язковий (постійний), коли паразит перебуває в організмі протягом основного періоду свого розвитку (малярійний плазмодій, деякі плоскі черви, паразитичні амеби, з рослин – повитиця, заразиха) і більш розповсюджений необов’язковий паразитизм (гриби-паразити рослин і тварин, плодожерка, комахи, аскариди, нематоди, хвороботворні бактерії).

Паразитизм зустрічається серед різних організмів: тварин (червів, комах, молюсків), бактерій, грибів (трутовик, сажки) і рослин (повитиця). Внутрішньоклітинними паразитами є віруси.

Паразитизм – це антагоністичні взаємовідносини. Хазяїн за допомогою захисних, імунних реакцій намагається позбутися паразита. Паразит намагається послабити, нейтралізувати дії хазяїна.

Паразит і хазяїн розвиваються протягом еволюції разом. Така еволюція називається коеволюцією. Загибель хазяїна веде до загибелі паразита, тому еволюція відбувається в такому напрямку, щоб завдати організму хазяїна менше шкоди.

У процесі пристосування до паразитичного життя в паразитів виробляється ряд адаптацій. У паразитів відбувається спрощення будови тіла, втрачаються певні органи та навіть системи органів. Наприклад, у червів стьожковиків відсутня травна, кровоносна, дихальна системи.

Для прикріплення в тілі хазяїна у паразитів з’являються гачечки, присоски тощо. Найбільш розвиненою є статева система, характерна велика плодючість (закон