Контрольні питання

1. Що захищає Землю від космічного і сонячного впливу?

2. Роль озонового шару у захисті поверхні Землі від дії космічного випромінювання.

3. Причини руйнування озонового шару.

4. До чого призводить руйнування озонового шару на Землі?

5. Які фактори відносять до антропогенних факторів впливу на атмосферу?

6. Що таке первинні та вторинні атмосферні забруднювачі?

7. Причини випадання “кислих” дощів.

8. Назвіть основні галузі промисловості які найбільше забруднюють атмосферу.

9. Вплив сільськогосподарського виробництва на стан атмосфери.

10. Радіоактивне забруднення атмосфери.

11. Забруднення атмосфери внаслідок комунально-побутової діяльності.

12. Чим обумовлен парниковий ефект і який його вплив на земну поверхню.

Список рекомендованої літератури

1. Основи екологічної хімії: Підручник / Б.М. Федишин, В.І. Дорохов, Г.В. Павлюк, Е.А. Головко, Б.В. Борисик; За ред.. Б.М. Федишина. – Житомир: Видавництво "Державний агроекологічний університет", 2006. – 500 с.

2. Экологическая химия: Учебник для студ. Сред. Проф. Учеб. Заведений / Л.С. Астафьева. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 224 с.

3. Хімія та екологія атмосфери: Навч. вид./ Б.М. Федишин, Б.В. Борисюк, М.В. Вовк, В.І. Дорохов та ін.; За ред. Б.М. Федишина. - К.: Алерта, 2003. - 272 с.

Тема 8 Еколого-біохімічна взаємодія між живими організмами і навколишнім середовищем

План

1. Екологічні фактори середовища

2. Вплив хімічного компонента абіотичного фактору на живі організми

3. Хімічні екорегулятори

4. Хімічна взаємодія між рослинами

5. Еколого-біохімічні взаємодії рослин і тварин

6. Біохімічна взаємодія між тваринами

Ключові слова: абіотичні фактори, біотичні фактори, алелопатія, алофони, кайромони, феромони.

8.1. Екологічні фактори середовища. На організм діють найрізноманітніші фактори навколишнього середовища. Чинники навколишнього середовища, які впливають на живі організми, називаються екологічними факторами. Такими можуть бути світло, вода, температура, повітря, оточуючи організми тощо.

Залежно від природи, походження і характеру дії екологічні фактори поділяють на абіотичні, біотичні та антропогенні.

Абіотичні фактори - це фізичні та хімічні чинники неживої природи, вони створюють умови існування рослин і тварин, впливають прямо або опосередковано на їх життєдіяльність. До них належать:

1. кліматичні – світло, температура, вологість, вітер, вогонь;

2. орографічні – рельєф, висота над рівнем моря, експозиція схилу;

3. едафічні (ґрунтові) – механічний склад, вологоємність, волого проникність грунтів;

4. хімічні – склад повітря, концентрація, кислотність і склад ґрунтових розчинів, солоність вод і ґрунтів.

Біотичні фактори ( фактори живої природи) визначають умови існування живого організму - наявність їжі, присутність чи відсутність ворогів, конкурентів, паразитів тощо. Біотичні фактори проявляються у формі взаємовпливів живих організмів один на одного. До них належать:

1. фітогенні (вплив рослин, зокрема виділення фітонцидів для знищення мікроорганізмів);

2. зоогенні (вплив тварин);

3. мікробіогенні (віруси, бактерії).

Антропогенні фактори зумовлені діяльністю людини, вплив якої на природу може бути як свідомим, так і випадковим. Процес взаємодії людини з природою почався з моменту появи людини на Землі. У наш час біосфера Землі підпадає всезростаючий антропогенний вплив, це найбільш могутня геологічна сила на планеті.

8.2. Вплив хімічного компонента абіотичного фактору на живі організми. До хімічних компонентів абіотичних факторів належить хімічний склад навколишнього середовища, концентрація кисню, вуглекислого газу, отруйних речовин, кислотність середовища, наявність забруднень, концентрація гумусу в ґрунті, поживних для рослин речовини, вологість тощо.

Більшість організмів-гідробіонтів не переносять коливань кислотності. Обмін речовин у них відбувається лише в середовищі з певним рівнем рН. Концентрація йонів Гідрогену залежить від карбонатної системи: розчинення СО₂ в прісних водах:

СО₂ + Н₂О ↔ Н⁺ + НСО₃^-

Саме ця реакція являється причиною того, що кислотність прісних природних вод рідко буває нейтральною. Найчастіше рН прісної води коливається від 6,9 до 5,6. У воді з низьким рН міститься мало біогенних елементів, у зв'язку з чим продуктивність тут низька. рН впливає на розподіл водних органімів.

Риби живуть в умовах, коли рН коливається в межах від 5,0 до 9,0. При рН більше 10 небезпечна для усіх риб. Рослини ростуть у воді з рН нижче7,5.

Залежність живих організмів від концентрації мінеральних солей в середовищі. В прісній воді максимальний вміст мінеральних солей складає 0,5 г/л. В морський воді середній вміст розчинених солей 35 г/л. Водні організми поділяються на прісноводні та морські по ступені солоності води, в якій вони мешкають. В солоновтих водах живуть види риб, які можуть переносити підвищену солоність. Здатність існувати в водах з різною солоністю забезпечується механізмом осморегуляції (медузи, мідії, краби здатні виживати при зміні концентрації NaCl від 50 до 1600 ммоль/л).

Вплив розчиненого кисню на видовій склад і чисельність гідробіонтів. Ступінь насиченості води киснем обернено пропорційна її температурі (0-14 мг/л). Вміст кисню в поверхневих водах залежить значною мірою від співвідношення інтенсивності процесів його продуціювання й споживання. Якщо інтенсивність процесу фотосинтезу висока можливе значне пересичення води киснем (20 мг/л і вище).

Різні види водних тварин переносять низький вміст кисню у воді неоднаково. Деякі види пристосувались до сезонних ритмів у споживанні кисню. Так у деяких видів рачків інтенсивність дихання зростає разом з температурою та змінюється протягом року. У тварин, що живуть в місцях, бідних киснем (донний мул)виявлені дихальні пігменти, що служать резервом кисню. Інші водні безхребетні підіймаються за повітрям на поверхню (жук-плавунець, водяні клопи). Деякі жуки створюють навколо себе повітряний пузир, який утримують волоском, а комахи можуть використовувати повітря із повітроносних пазух водяних рослин.

8.3. Хімічні екорегулятори. При взаємодії живих організмів між собою та навколишнім середовищем відбувається передача інформації. Для цього використовуються усі можливі засоби: звук, світло, молекули тощо. Кожна молекула відповідає певному сигналу, потенційним носієм якого вона являється. Між собою можуть взаємодіяти тварини, рослини, тварини і рослини. Це може бути захисна функція, індикаційна, орієнтацій на, сигнальна і адаптивна.

Різні види взаємовідносин між організмами мають одну спільну рису: їх мета – забезпечити збереження виду. Самозбереження та успішний розвиток живих особин являється прихованою рушійною силою їх взаємодії з середовищем існування.

Класифікація типів хімічного впливу організмів на середовище:

1. Речовини, що беруть участь в міжвидових алелохімічних взаємодіях:

   1. аломони – це речовини, які приносять користь або перевагу тим організмам, які їх виробляють у результаті впливу на організм інших видів:

• відлякуючі речовини;

• речовини, приховуючи втечу;

• суперсенсори (антибіотики);

• яди;

• протияддя;

• приманки (приваблюють здобич до організму-хижака);

1. кайромони - це речовини, які приносять користь організму реципієнту:

• речовини, що приваблюють до їжі;

• індуктори, що стимулюють адоптацію;

• сигналу, що попереджують реципієнта про небезпеку або токсичність.

2. Речовини, що беруть участь у внутрішньовидових взаємодіях:

   1. аутотоксини (викиди, токсичні для організму продуцента, які не приносять користі іншим видам);

   2. аутоінгібітори адаптації (стримують чисельність популяції в таких межах, щоб вона знаходилась в рівновазі з навколишнім середовищнм);

2.3. феромони - хімічні сполуки, що виділяються тваринами та використовуються для комунікації (спілкування) у межах одного виду:

• статеві феромони;

• суспільні;

• феромони тривоги та оборони;

• феромони мічення.

Хімічна екологія вивчає ці взаємодії та речовини, які використовуються для цього. Основи хімічної екології викладені Флоркіним (1966 р.), який розробив термінологію і сформулював основні ідеї та напрями цієї науки.

8.4. Хімічна взаємодія між рослинами. У процесі боротьби за існування рослини конкурують між собою в екосистемах за поживні речовини, вологу та світло. При цьому вони виробляють заходи захисту один від одного.

Алелопатія – біохімічна взаємодія рослин, зумовлена дією хімічних речовин, що продукуються та виділяються рослинами. Пряма або опосередкована негативна дія одних рослин і ґрунтових організмів на інші, шляхом хімічних речовин, які продукуються та виділяються в довкілля.

До алелопатично активних належать речовини, які синтезуються рослинами чи є продуктами їх біотрансформації та метаболізму сапрофітів, що руйнують органічні речовини рослин.

За своєю будовою алелопатичні речовини є переважно низькомолекулярними. Серед них – синильна кислота, вуглеводи (етилен, бутилен, ізопрен тощо), альдегіди (оцтовий, масляний, мурашиний, пропіоновий та ін..), жирні кислоти, кетони, феноли і фенольні кислоти тощо.

Алелопатично активні речовини виконують різноманітніші функції:

1. пригнічують швидкість фотосинтезу;

2. пригнічують поглинання Оксигену корінням, листями;

3. несприятливо впливають на дихання рослин;

4. впливають на процеси поділу клітин рослин;

5. впливають на поглинання мінеральних солей рослинами.

Так картопля, яка вирощується між рядами молодих яблунь, виділяє токсичні речовини, які пригнічують ріст дерев. Кукурудза, висіяна на полях, засмічених пирієм, страждає від нестачі Нітрогену і Калію. Алелопатією пояснюють те, що ріст винограду пригнічує сусідство капусти, редьки, лавру, а от фіалка, навпаки, сприяє росту і розвитку вінограду.

Алелопатичні речовини культурних рослин здатні пригнічувати ріст бур'янів. Речовини, які виділяються коріннями кукурудзи пригнічують ріст таких бур'янів, як лобода біла, щириця. Висушена зелена маса жита пригнічує ріст ряда бур'янів.

Встановлено, що незбирані залишки врожаю деяких культурних рослин, які залишилися на ґрунті або в його глибині, виділяють токсини, які впливають на продуктивність наступних культур.

Певні алелопатичні впливи між рослинами можуть опосередковуватися тваринами. Так алелопатичні речовини листя евкаліпта (феноли, терпени) потрапляють у грунт з екскриментами жуків, які живляться листям евкаліпта, і впливають на ріст травяністої рослинності.

8.5. Еколого-біохімічні взаємодії рослин і тварин. Рослини створюють енергетичну базу для тварин, вони також виділяють кисень, необхідний для дихання. Для тварин рослини є притулком і сховищем. Рослинний опад утворює покрив, в якому багато тварин проводять зиму.

Рослини домінують у природі внаслідок того, що вони проявляють токсичні та репелентні властивості стосовно тварин. Захист рослин від тварин відбувається за рахунок як фізичних, так і хімічних факторів.

До фізичних пристосувань рослин від поїдання належать жорсткий епідерміс, шипи, шпильки, жалючі волоски тощо. Один із способів захисту рослин від тварин – це виділення летких сполук, які для комах і травоїдних мають їдкий, неприємний запах. Попереджальним сигналом є також гіркий смак.

Ще один спосіб попередження – візуальний, коли токсини відкладаються на поверхні листка, або іншого органа рослин. Виділення смоли з кори та плодів теж є однією з ознак хімічного захисту. Деякі рослини з метою захисту можуть біосинтезувати гормони комах (екдізони), які оказують пагубну дію на гусеніц метеликів.

Приваблення комах духмяними речовинами квітів, що сприяє запиленню, є прикладом міжвидових алелохімічних взаємодій. Комахи, птахи, коли перелітають з квітки до квітки в пошуках нектару та пилку для харчування, як правило, здійснюють запилення квітів. Взаємодії між запилювачами-тваринами та рослинами встановлюються завдяки таким біохімічним факторам, як забарвлення та запах квітів, харчова цінність нектару та пилку.

Запахи квітів поділяють на дві групи - приємні (ароматні, фруктові) і неприємні (аміноїдні). Деякі рослини харчуються комахами. Для захоплення комах такі рослини використовують запах, який принаджує комах.

8.6. Біохімічна взаємодія між тваринами. Між собою тварини вступають у складні зв'язки. На відміну від рослин захисна реакція тварин повинна забезпечити збереження цілісності організму.

Хімічні засоби, які застосовують тварини в боротьбі за збереження виду, різноманітні: від токсинів і ядів до зміни забарвлення та маскування. Всі отруйні тварини поділяють на три категорії:

1. активно-отруйні тварини виробляють отрути в спеціальних залозах і мають спеціальний отруйний апарат із пристроєм для ураження (зуби у змій, жало у комах, шипи в риб);

2. неозброєні активно-отруйні тварини не містять урожаючого пристрою (шкірні отруйні залози, секрети яких викликають токсичний ефект під час контакту з покровами тіла жертви);

3. пасивно-отруйні тварини (риби, молюски, комахи) отрута синтезується в організмі, токсичність їх проявляється при зіткненні з ними або їх поїданні.

В хімічних взаємодіях між тваринами важливе місце займає мімікрія – подібність незахищених тварин до предметів навколишнього середовища і рослин або до захищених тварин. В забарвленні комах беруть участь пігменти, які відносяться до різних типів речовин: меланіни, каротиноїди, флавони та ін..

Хімічні речовини сигнали (феромони, алофони, кайрамони) викликають негайну реакцію у тварин, які їх сприймають.

У широкому розумінні феромони – це комплекси (комбінації) речовин або окремі речовини, які виділяються в довкілля організмами та несуть функції передавання інформації, що викликає певну реакцію – характерну поведінку, фізіологічні процеси, або, навпаки, пригнічує певні процеси.

В залежності від характеру викликаємого ефекту розрізняють:

- статеві феромони;

- феромони занепокоєння (тривоги);

- феромони слідів;

- феромони мічення;

- агрегаційні феромони.

Феромони занепокоєння, втечі, активної оборони виявлено у бджіл, мурашок, термітів, блошиць та ін. тварин. Отруйна залоза виділяє феромон занепокоєння разом з отрутою. Ворог, якого вжалила бджола, мітиться феромоном занепокоєння і стає, навіть при втечі, об'єктом нападу інших бджіл, які знаходять його запахи.

Феромони слідів і мітки тварини наносять на грунт або навколишні предмети і використовують як орієнтири на території під час добування їжі та для інших видів діяльності. Запах пахучого слідового феромону специфічний для кожного виду. Бджола наносить слідовий феромон на стебла трави, гілки, каміння, які слугують орієнтиром. Що ближче до джерела їжі. То більше слідового феромону наносить бджола на поверхню орієнтирів.

Феромони мічення слугують пахучими мітками, які вказують на зайнятість даної території певною особиною або родиною.

Агрегаційні (скупчення) феромони приваблюють особин свого виду. Завдяки цьому в певному місці можуть утворюватися великі скупчення комах, які належать до одного виду. Таргани виділяють речовину, запах якої сприяє скупченню тарганів цього виду в певних місцях. Кімнатні мухи, коли сідають на їжу, виділяють летку речовину «мушиний фактор», яка приваблює інших мух цього виду. Тому муха, яка сіла на їжу, принаджує велику кількість інших.

Надзвичайно велика роль феромонів ссавців у регулюванні статевого інстинкту. У самок виявлено феромони, які в період лактації слугують атрактантами для дитинчат з метою приваблення їх до матері. Мальки деяких риб виділяють у водне середовище феромон, який викликає у самців і самок характерну реакцію піклування про нащадків, пов'язану з їх захистом.