Самостійна робота з предмету «Біологія»

Тема №4. Пристосування організмів до чинників середовища

Мета: розглянути адаптації живих організмів до умов існування.

Література: Загальна біологія: Підручник для учнів 10-11 кл. серед. Загальноосвіт. шк. М.Є. Кучеренко та інш. – К.: Генеза, 2000.- 464.: іл. § 57, 58, 59.

ПЛАН

1. Поняття адаптації.

2. Адаптації живих організмів , які існують в наземно- повітряному середовище.

3. Адаптація гідробіонтів до пересихання водойм.

4. Адаптація організмів до існування у грунті.

1.Адаптація – це пристосування живих організмів до тих чи інших умов середовища. Адаптації можуть виникати до абіотичних і біотичних факторів і бути спрямовані на підвищення стійкості організмів.

Шляхи адаптації можуть бути різними, а саме:

1. Морфологічні адаптації( захисне забарвлення, колючки, товста кутикула, волосяний покрив, жировий шар).

2. Фізіологічні адаптації ( стійкість фізіологічних параметрів: постійна температура тіла, вміст кисню, вуглекислого газу, вміст цукру в крові і тд.)

3. Біохімічні адаптації (постійність біохімічних процесів).

4. Етологічні адаптації (поведінкові реакції як адаптації організму).

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 випромінюівння,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 мажна 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 витримуватизначно 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 асмо-сфериє 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 перефійними 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, овітленності, 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.

Самостійне вивчення з предмету «Біологія»

Тема №5. Продуктивність екосистем. Розвиток і зміни екосистем.

Мета: ознайомити студентів із різноманіттям екосистем, особливостями їх розвитку, продуктивністю та послідовними змінами в них.

Література:л.1 Загальна біологія: Підручник для учнів 10-11 кл. серед. Загальноосвіт. шк. М.Є. Кучеренко та інш. – К.: Генеза, 2000.- 464.: іл. § 64, 65, 66. Л.2 Малімон С. С. Основи екології. Підручник. – Вінниця: Нова Книга, 2009. – 240 с.: іл., с. 37-45

ПЛАН

1. Поняття екосистеми.

2. Продуктивність екосистем:

-первинна продуктивність;

-вторинна продуктивність

3. Види екологічних пірамід.

4. Сукцесії.

Екосистема – це сукупність організмів різних видів які взаємодіють між собою і середовищем існування, між ними здійснюється потік енергії, обмін речовин, і інформації.

Потік енергії та колообіг речовин усередині екосистеми забезпечують її функціонування.

Поняття «екосистема» запропонував англійський вчений А. Тенслі у 1935 році.

Кожна екосистема характеризується певною продуктивністю, яку виражають в одиницях маси або енергії. Продуктивність – це загальна кількість органічної речовини утвореної живими організмами за одиницю часу на певній одиниці території. Розрізняють первинну і вторинну продуктивність. Первинну утворюють автотрофні організми, а вторинну – гетеротрофні організми. При цьому продуценти значну частину синтезованої продукції (49-70%) споживають для забезпечення власних процесів життєдіяльності, а та частина, що залишилась, становить чисту первинну продукцію - приріст рослин за певну одиницю часу. Це той резерв, який можуть споживати консументи та редуценти. Отже, гетеро-трофні організми існують завдяки чистій первинній продукції екосис-теми.

Незважаючи на те, що різні біогеоценози розрізняються за продук-тивністю і швидкістю втрат чистої первинної продукції, їм усім властиві певні закономірності співвідношень первинної і вторинної продукції на кожному трофічному рівні ланцюгів живлення, що дістали назву правила екологічної піраміди.

За правилом екологічної піраміди на кожному попередньому трофічному рівні кількість біомаси та енергії, що запасаються організмами за одиницю часу, значно більша, ніж на наступних .

Графічно це правило можна зобразити і вигляді екологічної піраміди, складеної з окремих блоків. Екологічна піраміда є графічним відображенням трофічної структури ланцюга живлення. Залежно від показника, покладеного в основу, є різні види екологічних пірамід: піраміда біомаси, піраміда енергії, піраміда чисельності.

Піраміда біомаси відображає кількісні закономірності передачі маси органічної речовини від одного трофічного рівня ланцюга живлення до іншого. Таким чином, піраміда біомаси демонструє таку закономір-ність: маса продуцентів, яких поїдають консументи I порядку, буде у 5-10 разів більшою, ніж останні запасають; і з кожною наступною ланкою ланцюга живлення біомаса, яку запасають організми вищого трофічного рівня, зменшується в 5-10 разів порівняно з і спожитою ними.

Піраміди енергії демонструють, що при переході на більш високий трофічний рівень більша кількість енергії втрачається у вигляді тепла, а запасається лише 10-20%.

Піраміда чисельності демонструє співвідношення кількості особин на кожному з трофічних рівнів ланцюга живлення. Як правило, кількість особин, які беруть участь у ланцюзі живлення , з кожним наступним трофічним рівнем зменшується.

Екосистеми ( біогеоценози) можуть нормально функціонувати лише за більш чи менш стабільних умов довкілля що необхідно для здійснення колообігу речовин. Однак в екосистемах можуть відбуватися циклічні або поступальні зміни.

Циклічні зміни - це результат пристосувань біогеоценозів до періодичних змін довкілля.

Поступальні зміни відбуваються відновлення зруйнованих біогеоценозів.

Спрямовані послідовні зміни угруповань організмів, які врешті- решт призводять до перетворення самого біоценозу, називають сукцесією.

Сукцесія – це процес саморозвитку біогеоценозів, унаслідок взаємодії живих організмів між собою і довкіллям. Угруповування організмів, які існують на початкових етапах сукцесії, мають незначне видове різнома-ніття, високу продуктивність, різкі коливання чисельності та густоти окремих популяцій, низьку здатність підтримувати гомеостаз. Тому вони швидко замінюються стійкішими угруповуваннями. Цей процес триває, аж поки не сформується біогеоценоз із максимально можливим у даних умовах ступенем стійкості.

Під час сукцесії збільшується видове різноманіття та одні види заміщуються іншими, конкурентноспроможнішими в даних умовах. Внаслідок цього підвищуються стійкість біогеоценозів і їхня здатність до саморегулювання. Види, які беруть участь у процесі сукцесії, не лише пристосовуються до умов існування, але й самі здатні їх змінювати.

Сукцесії за участю рослин бувають первинними і вторинними.

Первинні сукцесії – це поява і розвиток рослинних угруповань у місцеіснуваннях, де рослинності раніше не було. Первинні сукцесії відбуваються в декілька етапів: виникнення ділянок земної поверхні, незайнятої рослинністю; заселення цієї ділянки певними видами рослин; загострення конкурентних взаємозв’язків між різними видами; перетворення організмами середовища існування, зростання видового різноманіття, поступова стабілізація його умов і міжвидових зв’язків.

Вторинні сукцесії – це відновлення природної рослинності після певних порушень, наприклад, відновлення лісів від пожеж, землетрусів, зсувів грунту.

Сукцесії характеризуються певними закономірностями. По-перше, процес сукцесії відбувається в одному напрямку: він не може зупинитись на певному етапі і повернутись до вихідного стану. По-друге, під час сукцесії зростає видове різноманіття організмів, розгалуджується трофічна сітка, споживається все більша частина первинної продукції.

Процес сукцесії триває, аж поки біогеоценоз не досягне значної видової різноманітності., що дає змогу стабілізувати колообіг речовин і перетворення енергії.

Таким чином, сукцесії сприяють формуванню зрілих біогеоценозів зі значним видовим різноманіттям, організмів, розвиненими механізмами саморегуляції і здатністю до самовідтворення.