Підручники з Біології / Біологія 9 клас / Шаламов Біологія 9 клас 2017

3Чи може один вид займати різні екологічні ніші в різних екосистемах? А ні, бо це суперечить принципу конкурентного виключення Гаузе

Б ні, бо це суперечить законам Лібіха та Шелфорда В ні, бо місцепроживання унікальне для кожного виду Г ні, бо екологічні фактори в усіх екосистемах однакові

Д так, бо екологічні фактори, що діють у різних екосистемах, можуть значно відрізнятися

4 Поняття екологічної ніші та місцепроживання співвідносяться так:

А поняття екологічної ніші ширше, у нього входить місцепроживання виду, його трофічні зв’язки, спосіб життя та інші фактори

Б поняття місцепроживання ширше, воно включає в себе екологічну нішу виду та низку інших характеристик

В поняття місцепроживання застосовується лише до окремих організмів, а поняття екологічної ніші — до біологічних видів

Г поняття екологічної ніші стосується лише певної території, а поняття місцепроживання включає в себе територію та екологічні фактори, що діють на цій території

Д поняття місцепроживання й екологічної ніші рівнозначні

5Діапазон між припустимим мінімумом і максимумом екологічного фактора

Сформулюйте відповідь кількома реченнями

6Наведіть по два приклади біотичних, абіотичних та антропічних факторів середовища, що впливають на картоплю на грядці.

7Схарактеризуйте екологічну нішу вовка, звертаючи увагу на його місцепроживання, спосіб життя й харчування.

8Наведіть два приклади дії закону Лібіха.

9Які обмеження притаманні правилам Лібіха та Шелфорда?

10І птахи, і кажани здатні до польоту й харчуються комахами, але при цьому можуть співіснувати на одній території, не витісняючи один одного. Чи не суперечить це принципові конкурентного виключення Гаузе?

Знайди відповідь і наблизься до розуміння природи

11Чому один екологічний фактор не може повністю компенсувати відсутність іншого?

12Чи для всіх екологічних факторів можна побудувати криву із зоною оптимуму? Які фактори можуть діяти інакше?

Дізнайся самостійно та розкажи іншим

13Крім екологічних закономірностей, розглянутих у цьому параграфі, є багато інших. Сформулюй та поясни їх.

14Досліди наукову діяльність одного зі згаданих учених-екологів: Юджина Одума, Георгія Гаузе, Юстуса Лібіха чи Віктора Шелфорда. Завдяки яким дослідженням вони з’ясували запропоновані екологічні закономірності?

291

§ 54. Стабільність екосистем

Стійкість — невіддільна властивість екосистем

Екосистеми — це складні структури, що функціонують як єдине ціле, у яких усі компоненти у той чи той спосіб взаємопов’язані. З одного боку, це забезпечує стійкість екосистем та їхню здатність до саморегуляції, з другого, — робить їх дуже чутливими до змін у будь-якому з компонентів. Виключення однієї ланки трофічної мережі неминуче позначається на всіх інших її учасниках; зникнення одного виду призводить до порушення рівноваги всієї системи.

Стійкість екосистем — це їхня здатність протистояти зовнішнім впливам. Стійкість можна розглядати у двох планах: як здатність опиратися змінам чи як здатність швидко відновлюватися після них. Перший вид стійкості називають резистентною стійкістю, а другий — пружною. Наприклад, листяні ліси в середньому мають більш високу резистентну стійкість до полум’я, ніж степи: пожежа в сухому степу виникає від однієї іскри та поширюється набагато швидше, ніж у вологому листяному лісі. Водночас степи мають вищу пружну стійкість до цього ж фактора: відновлення угруповань степових екосистем після пожежі відбувається протягом кількох сезонів, натомість повне відновлення лісової екосистеми може тривати багато десятиліть (рис. 54.1).

Екосистеми змінюються завдяки сукцесіям

Іноді замість вислову «стійкість екосистем» уживають слово «стабільність». Хоча деякі вчені вважають ці терміни різними, для нас відмінність між ними не принципова. Однак дуже важливо, щоб слово «стабільність» не вводило в оману: в жодному разі не йдеться про незмінність і постійність! Зміни в екосистемах — природний процес, не обов’язково пов’язаний із зовнішніми впливами. Одні угруповання живих організмів змінюються на інші, створюючи, своєю чергою, передумови для подальших змін. Наприклад, лісове озеро через відкладання органічних

Рис. 54.1. Низька пружна стійкість соснового лісу

За два роки після пожежі відновилася лише трав’яниста рослинність.

292

Рис. 54.2. Поступове перетворення озера на болото, болота на луку, а луки на ліс

залишків на дно мілішає та заболочується. Далі в болотній екосистемі відмерлі болотні мохи та інші рослини поступово формують шар ґрунту, на якому можуть рости лугові трави — і болото поступово перетворюється на луку. Лука, у міру формування потужного ґрунтового шару, заростає чагарниками, а згодом і деревами. Урешті-решт, на місці колишнього озера утворюється лісова екосистема (рис. 54.2). Інший приклад: вирубка в сосновому лісі в перший рік після зникнення дерев заростає травами й однорічними будяками, потім чагарниками та швидкорослими листяними деревами, які з часом поступово витісняються хвойними.

Таку послідовну зміну угруповань на певній території називають сукцесією. Кожне угруповання живих організмів, що існує в цей момент, формує умови для існування наступних угруповань. Сукцесія завершується формуванням стійкої екосистеми, у якій немає внутрішніх передумов для подальших змін (у розглянутих нами прикладах такою екосистемою є ліс). Така дозріла стабільна екосистема має назву клімаксної. Клімаксна екосистема теоретично може існувати необмежено довго, якщо не станеться різкої зміни умов чи природного катаклізму, які зруйнують цю систему та зумовлять початок нової сукцесії.

Розрізняють первинну та вторинну сукцесії. Сукцесія може розпочинатися на територіях, де раніше не мешкали живі організми (скелі, потоки вулканічної лави, схили гір після сходження лавин, сипучі піски); таку сукцесію називають первинною. Ключовим фактором первинної сукцесії зазвичай є ґрунтоутворення, без якого неможлива поява складних угруповань живих організмів. Першими на безжиттєвих субстратах оселяються лишайники, які руйнують породу та збагачують її Нітрогеном, створюючи умови для появи мохів і найневибагливіших трав’янистих рослин. Далі, залежно від місцевих факторів, можуть з’являтися чагарники, дерева чи більш складні рослинні угруповання, у яких оселяються відповідні види тварин

(рис. 54.3).

293

Рис. 54.3. Первинна сукцесія

Вторинна сукцесія виникає, наприклад, після пожежі чи іншої катастрофи, що зруйнувала екосистему, яка існувала на цій території раніше. Вторинна сукцесія відбувається швидше, оскільки не потребує ґрунтоутворення. До того ж організми чи їхні захищені форми (спори, насіння), що вижили в катастрофі, одразу стають основою для початку сукцесії. Однак повне відновлення дозрілої клімаксної екосистеми може тривати 100–300 років.

Видове різноманіття є умовою стійкості екосистем

Як ви гадаєте, яка держава буде стійкішою до зовнішніх і внутрішніх потрясінь — «бананова» республіка, економіка якої побудована лише на одному джерелі доходу, чи країна з багатьма розвиненими галузями промисловості? Відповідь на це запитання очевидна: що різноманітніша економічна діяльність у країні, то менший вплив на її добробут чинитимуть зовнішні фактори. Такий самий принцип діє й щодо екосистем: що складнішою є екосистема, тобто чим більше різних живих організмів і зв’язків між ними в ній є, то вона стійкіша. Зникнення одного виду чи будь-яке інше відхилення від рівноваги в такій системі може швидко скомпенсуватися завдяки іншим учасникам. Бідні на види угруповання (наприклад, агроценози, тобто створені людиною сільськогосподарські екосистеми) украй нестабільні. Тому агроценози потребують постійного втручання людини для їх підтримки. Усі знають, що відбувається за якийсь час із покинутою грядкою чи садом: нестабільний, бідний на види агроценоз швидко перетворюється на стабільнішу та багатшу на види, але неефективну з погляду людини екосистему, яка заростає бур’янами.

Цей приклад показує важливість однієї з ключових характеристик будь-яких екосистем і всієї біосфери загалом — біологічного різноманіття, або скорочено

біорізноманіття.

Згідноізвизначенням,запропонованимнаконференціїООНу1992році,біологічне різноманіття — це варіабельність живих організмів зі всіх джерел. Зазвичай, коли говорять про біорізноманіття, передусім мають на увазі видове різноманіття, що не зовсім правильно. Термін «біорізноманіття» стосується як різноманіття організмів у межах виду, так і різноманіття самих видів і навіть різноманіття екосистем.

294

належать до одного виду, а інших видів є лише по одному представнику. Як ви гадаєте, у якій з екосистем біорізноманіття вище?

Зрозуміло, у першій, бо за інших однакових умов відносна чисельність тварин кожного з видів у ній вища.

Для кількісної оцінки біорізноманіття було запропоновано багато різних індексів, але всі вони ґрунтуються на двох головних характеристиках — кількості видів в екосистемі та рівності їх розподілу.

Збереження біорізноманіття — одне з головних завдань сучасної охорони природи, визначене в Конвенції ООН про різноманіття (рис. 54.4). Цю Конвенцію було прийнято 1992 року. Її підписали більшість країн світу, зокрема й Україна. ООН також запровадила Міжнародний день біологічного різноманіття, який відзначають щороку 22 травня. Про вплив людини на біорізноманіття та про заходи щодо збереження останнього йтиметься в наступних параграфах.

Поміркуймо

Знайдіть одну правильну відповідь

1Яка екосистема (за інших однакових умов) є стійкішою без втручання людини — лука чи пшеничне поле?

Абез втручання людини екосистема луки стійкіша, оскільки в ній вище біорізноманіття

Б польова екосистема стійкіша, оскільки в ній менше біорізноманіття

Влука стійкіша до несприятливих абіотичних факторів, а поле — до біотичних

Г лука має вищу резистентну стійкість, а поле — пружну стійкість

Добидві екосистеми однаково стійкі, якщо людина не втручається в їхнє існування

2Сукцесія — це А стійкість біологічного угруповання до впливу несприятливих абіотичних

і біотичних факторів

Б здатність екосистеми повертатися у вихідний стан після змін, що в ній сталися

В здатність організмів з плином часу переходити на вищий трофічний рівень в екологічній піраміді

Г сезонні коливання чисельності живих організмів в екосистемі під дією абіотичних факторів

Д послідовна закономірна зміна угруповань на певній території

295

3Ключову роль у ґрунтоутворенні на початкових етапах первинної сукцесії відіграють такі живі організми, як А лишайники й мохи Б злаки й інші однодольні

4Клімаксною називають екосистему,

Аяка завершує сукцесію та в якій відсутні внутрішні передумови для подальшої зміни угруповань живих організмів

Бщо містить перше угруповання організмів у первинній сукцесії, представлене переважно лишайниками та мохами

Вуякійперевищенамежапружноїстійкостідопевногоекологічногофактора

Гяка не здатна більше підтримувати своє існування й вимирає

Дщо характеризується найменшим біорізноманіттям і найнижчою стійкістю

5Біорізноманіття А визначається лише кількістю біологічних видів, що мешкають на певній

території

Бне залежить від кількості біологічних видів в екосистемі

Вяк термін позначає різноманіття живих організмів у межах виду, між видами й екосистемами

Гчим вище в екосистемі, тим нижча її резистентна стійкість

Дчим нижче в екосистемі, тим вища її пружна стійкість

Сформулюйте відповідь кількома реченнями

6У чому відмінність між пружною й резистентною стійкістю екосистем?

7Схарактеризуйте вторинну сукцесію, яка починається із залишеної грядки на лісовому хуторі, зазначивши угруповання, що змінюють одне одне.

8Чому в природі відбуваються сукцесії?

9Чому біорізноманіття є одним із ключових факторів стабільності екосистем, і чому агроценози — дуже нестабільні екосистеми?

10Які два показники є ключовими для визначення біорізноманіття в екосистемі? Які вони повинні мати характеристики для максимального біорізноманіття?

Знайди відповідь і наблизься до розуміння природи

11В угрупованнях мікроорганізмів, як і в інших екосистемах, може спостерігатися сукцесія. Розкажи про те, як одні мікроорганізми змінюються на інші в різних середовищах перебування.

12Чи змінюються угруповання живих організмів в агроценозах? Що є подібне й відмінне в проходженні сукцесій в агроценозах і природних екосистемах?

Дізнайся самостійно та розкажи іншим

13Остаточно не з’ясовано, у чому полягає причина біорізноманіття, тобто чому на Землі існує стільки різних біологічних видів. Спробуй розібратися в різних теоріях, що пояснюють цей феномен.

14Із якою метою було прийнято Конвенцію ООН із питань біорізноманіття? Про що в ній ідеться?

296

§ 55. Біосфера як цілісна система

Біосфера об’єднує всі екосистеми Землі

Коли йшлося про екосистеми, то ми зауважували, що вони не обмежені розміром: і невеличке лісове озерце, і гігантський тропічний ліс можна розглядати як екосистему. Дуже важко провести чітку межу між різними екосистемами, оскільки їхні кордони зазвичай умовні й живі організми можуть легко їх перетинати та взаємодіяти з організмами з інших екосистем. Зрештою, усі екосистеми Землі пов’язані міжсобоюспільноюатмосферою,міграцієюорганізмів,потокамиречовини,енергіїй іншими глобальними процесами. Уся сукупність екосистем Землі формує глобальну світову екосистему, яка має назву біосфера. Біосфера, як і будь-яка екосистема, містить біотичний та абіотичний компоненти — усіх живих істот планети й середовища їхнього перебування відповідно. Межі біосфери визначаються межами зустрічності живих організмів у воді, повітрі та в землі. Біосфера простягається від кількох кілометрів углиб земної поверхні, до 10–11 км углиб під водою та до 15–20 км у висоту в атмосфері (рис. 55.1). Межі ці приблизні, особливо в атмосфері, оскільки теоретично живі організми можуть траплятися на висоті озонового шару (20–30 км), вище за який ультрафіолетове випромінювання знищує все живе. Але ймовірність потрапляння навіть найдрібніших спор бактерій на таку висоту зовсім невелика1. Більшість живих організмів мешкає в набагато вужчому шарі — від глибини в кілька метрів під землею до кількох десятків метрів над поверхнею Землі. У планетарних масштабах біосфера невелика: маса всієї біосфери (включаючи біотичний та абіотичний компоненти) становить лише 0,1 % маси Землі, а сумарна маса живих організмів — лише одну мільйонну маси біосфери, тобто лише одну мільярдну маси нашої планети. Однак живі організми (а також людина) є сьогодні одним із найваж-

1Утім у травні 2017 року життєздатні спори бактерій було знайдено на поверхні Міжнародної космічної станції. Тому верхню межу біосфери можна розширити до висоти 400 км.

297

Біосфера має унікальні властивості

Біосфера — не просто дуже велика екосистема: крім властивостей, спільних для всіх екосистем, вона має власні, унікальні властивості.

Цілісність. Біосфера як система складається з багатьох компонентів, але функціонує як єдине ціле, оскільки всі організми та середовища їхнього перебування так чи так пов’язані між собою.

Різноманіття. Водночас єдність компонентів біосфери характеризується величезним різноманіттям живих організмів і середовищ їхнього існування. Біосфера — найбагатша екосистема на Землі. Нині на нашій планеті мешкають 9–15 млн видів живих організмів, а загалом за всю історію біосфери в ній мешкали понад 100 млн видів.

Стійкість і здатність до саморегуляції. Ця властивість є ключовою для існу-

вання життя на Землі й забезпечується тими самими механізмами, що й в окремих екосистемах, тільки в глобальному масштабі. Одним із найважливіших параметрів стійкості як окремих екосистем, так і біосфери загалом є біорізноманіття.

Централізованість. Володимир Вернадський підкреслював, що живі організми формують основу біосфери та є її центральним компонентом.

Наявність колообігу речовин і потоку енергії. Біосфера — відкрита система,

тобто вона обмінюється речовиною й енергією з іншими системами. Насамперед це стосується, звісно, сонячної енергії, без надходження якої існування біосфери неможливе.Водночаснадходженняречовинубіосферуззовніобмежене,томущеодна її властивість — наявність механізмів, що забезпечують колообіг речовин. Саме колообіги забезпечують тривале існування біосфери без виснаження власних ресурсів.

Еволюція біосфери відбувається постійно

Біосфера — динамічна структура, що постійно змінюється. Володимир Вернадський приділяв значну увагу питанням еволюції біосфери та виокремив три ключові етапи в її розвитку. Перший етап пов’язаний із виникненням життя на Землі й початком формування біосфери як такої. Другий етап супроводжувався ускладненням біосфери і збільшенням біорізноманіття. Третій, сучасний етап, пов’язаний із появою людини і поступовим перетворенням біосфери під впливом людини.

Володимир Вернадський

Народився 1863 року в Санкт-Петербурзі. Дитинство провів у Полтаві, Харкові й Києві. Навчався в Харківській гімназії, потім у Санкт-Петербурзь- кому університеті. Був першим президентом Української академії наук. Якщо спробувати визначити, яким ученим був Вернадський, то одним-дво- ма словами не обійтися: він заснував геохімію, біогеохімію, радіогеологію, вчення про біосферу, був висококласним природознавцем, філософом, мислителем. Доробок ученого дуже великий і різноманітний. Утім найголов-

нішим надбанням Вернадського є створена ним система уявлень про біосферу й ноосферу. Володимир Вернадський брав активну участь у політичному житті держави. Був головою комісії Міністерства освіти і мистецтв України за часів гетьмана Скоропадського. У цей час він писав: «Важливо створити сильний центр наукових досліджень українського народу, його історії, його мови, природи України. Звичайно, треба вести ці дослідження в найширшому загальнолюдському масштабі. Треба якнайшвидше створювати кафедри і лабораторії, інститути». Помер Володимир Вернадський на початку 1945 року в Москві від інсульту.

298

Александер фон Гумбольдт

Народився 1769 року в Берліні. Освіту здобув в Університеті Віадріна, Фрайберзькій гірничий академії й Геттінгенському університеті. Гумбольдт був різнобічним ученим — геологом, географом, ботаніком, екологом, кліматологом. Всесвітньо відомий як засновник географії рослин, вчення про життєві форми. Важливими є погляди ученого на живу природу як невіддільну частину планети Земля: він вважав, що хімічний склад організмів залежить від складу неживого довкілля. Зрештою, Гумбольдт вказував на існування

особливої частини географічної оболонки Землі, заселеної живими організмами, яка об’єднує літосферу, гідросферу й атмосферу. І хоча термін «біосфера» був запропонований не Гумбольдтом, його уявлення про її будову стали піонерськими й на довгі роки визначили напрями її дослідження. Помер учений 1859 року в Берліні. Нині Берлінський університет носить його ім’я.

Кінцевою вищою стадією розвитку біосфери Володимир Вернадський уважав формування ноосфери1. Теорія вченого про ноосферу доволі складна для розуміння, але можна сформулювати кілька основних положень, що характеризують його уявлення про ноосферу. Цікаво, що деякі з постулатів Вернадського, що їх у першій половині ХХ століття вважали фантастичними, уже справдилися. Отже, ось основні передумови, які Вернадський уважав ключовими для формування ноосфери.

1.Розселення людини по всій планеті та повне панування над іншими біологічними видами.

2.Глобалізація, зміцнення зв’язків між державами, формування глобальних систем зв’язку та єдиних інформаційних систем.

3.Використання нових джерел енергії, що дає людям змогу стати ще важливішою геологічною силою.

4.Розвиток демократії, рівність усіх людей, зростання їхнього добробуту, припинення війн.

5.Розвиток науки, створення умов для вільного розвитку наукової думки, зростання ролі науки в житті людей.

6.Розширення біосфери шляхом космічної експансії людини та підкорення

інших планет.

Ми живемо в перехідний період, і людство має взяти на себе відповідальність за своє майбутнє, аби ноосфера справді стала сферою розуму, а не світовою катастрофою.

Поміркуймо

Знайдіть одну правильну відповідь

1Внеском Вернадського у вивчення біосфери стало те, що

А він запровадив терміни «біосфера» й «ноосфера» Б він уперше точно визначив межі біосфери в повітрі, воді та літосфері

В він докладно розробив концепції біосфери й ноосфери Г працями Вернадського та його учнів було встановлено, що живі організ-

ми взаємодіють один з одним та з довкіллям

Двін визначив точну кількість живих організмів у біосфері та розрахував їхню сумарну біомасу

1У перекладі з грецької — «куля розуму».

299

2 До складу біосфери НЕ входять

Д ґрунт, вода й інші абіотичні компоненти екосистем

3 Властивістю ноосфери є те, що вона — це А частина біосфери, яка містить розумні живі організми

Б частина біосфери, яка містить всі живі організми й речовину органічного походження

В вища стадія розвитку біосфери, сформована людським розумом

Гісторична стадія існування біосфери, протягом якої сформувався вид Людина розумна

Дпочаткова стадія розвитку біосфери, яка передувала формуванню життя на Землі

4Згідно з концепцією Володимира Вернадського, НЕ є передумовою формування ноосфери

Аглобалізація, посилення зв’язків між державами та континентами

Брозвиток засобів зв’язку

В формування єдиної загальнолюдської інформаційної системи Г розвиток науки та використання нових джерел енергії Д зростання ролі релігії в житті людей

Сформулюйте відповідь кількома реченнями

6Назвіть приблизні межі біосфери в літосфері, гідросфері та атмосфері.

7Як ви розумієте твердження про те, що біосфера — відкрита система?

8Чи можна вважати, що на сьогодні еволюція біосфери завершена й ми живемо в повністю сформованій ноосфері?

9Володимир Вернадський уважав живі організми важливою геологічною силою. Як живі організми беруть участь у геологічних процесах на планеті?

10Які властивості біосфери відрізняють її від звичайної екосистеми? Чому ці властивості не притаманні екосистемам?

Знайди відповідь і наблизься до розуміння природи

11Чому живі організми досі не заселили глибокі пласти земної кори, зате змогли заселити дно океанів?

12На сьогодні описано близько 1,9 млн видів живих організмів, водночас учені вважають, що їх понад 8 млн. Чому не вдається описати усі види живих організмів?

Дізнайся самостійно та розкажи іншим

13Біогеохімія — наука, фундатором якої є Володимир Вернадський. Що вивчає ця наука та які її основні досягнення?

14Не всі вчені погоджуються з концепцією ноосфери та піддають її критиці як ненаукову й умоглядну теорію, на підставі якої виникло багато псевдонаукових концепцій. Які аргументи при цьому наводять такі противники концепції ноосфери? Чи є в цих аргументах раціональне зерно?

300