Підручники з Біології / Біологія 11 клас / Соболь В.І. Біологія 11 клас. 2019

§ 9. Водне середовище існування

31

Тема 5. АДАПТАЦІЇ

32

є клопи-водомірки (іл. 13). Нижня частина тіла і кінчики кінцівок вкриті хітиновими волосками й воскоподібною речовиною, завдяки чому водомірки не тонуть й ковзають по воді. До поверхневої плівки примикають жуки-водолюби, молюски, личинки комарів з дещо іншими адаптаціями. Так, у молюска блакитний ангел наявні довгі вирости ноги для збільшення плавучості та періодичного заковтування бульбашок повітря. Згодом він їх зберігає у шлунку та підтримує положення тіла, за якого спинний бік звернений униз, а нога прилягає до поверхні води.

руху, але вони допомагають лише їхньому ширянню у воді. Деякі організми для переміщення мають утвори, що використовують силу вітру (наприклад, міхур у вигляді паруса у фізалії португальської). Прикладом адаптацій великих планктонних організмів (ціанея арктична, реброплав венерин пояс) є відсутність важких скелетних утворів, підвищений (до 99 %) вміст води, напівпрозорість тіла.

пінгвіни, ластоногі, морські видри. Прикладами адаптацій нектонних організмів є плавці, ласти, сильні м’язи для швидкого руху, обтічна форма тіла, слизовий шар та особлива будова покривів для зменшення опору води, розвинуті органи дихання для швидкого газообміну й тривалого занурення та ін.

У багатьох малорухливих донних мешканців сплощена форма тіла (камбала, скати), є додаткові органи дихання (покриви у в’юнів), розвинута біолюмінесценція (глибоководні вудильники).

Отже, в межах екологічних груп гідробіонтів існують свої стратегії формування адаптацій й життєві форми організмів.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Самостійна робота з ілюстрацією. Адаптованість гідробіонтів до середовища існування

Визначте та назвіть окремі морфологічні, фізіологічні та етологічні адаптації карася звичайного (Carassius carassius) до середовища існування. Розпізнайте та вкажіть приналежність виду до певної екологічної групи гідробіонтів.

Біологія + Екологія. Гідробіонти й біоіндикація

Ряска мала (Lemna minor) – один з найпоширеніших видів вищої водної рослинності прісноводних екосистем усіх континентів, крім Антарктиди. Рослина невибаглива до умов зростання, швидко розмножується як у забрудненій воді, так і в чистих водоймах із стоячою водою. Визначте екологічну групу та адаптації, що забезпечують високий ступінь адаптованості ряски малої до водного середовища існування.

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Фізика. Гідробіонти й звук

Звуки використовуються гідробіонтами для полювання, передбачення шторму, організації у зграї, комунікації, приваблювання особин протилежної статі тощо. У гідробіонтів орієнтація на звук і звукове сприйняття розвинута краще, ніж на світло (іл. 17). На вашу думку, чому? Якими є адаптації гідробіонтів до звуку?

§ 9. Водне середовище існування

33

Тема 5. АДАПТАЦІЇ

34

Ще неймовірніше, ніж море, Ще більш змістовніше – повітря.

А. Вісенте

§ 10. НАЗЕМНО-ПОВІТРЯНЕ СЕРЕДОВИЩЕ ІСНУВАННЯ

Основні поняття й ключові терміни: НАЗЕМНО-ПОВІТРЯНЕ СЕРЕДОВИЩЕ ІСНУВАННЯ. Аеробіонти.

Пригадайте! Що таке екологічні чинники?

Вступна вправа

Атмосферне повітря – це життєво важливий компонент навколишнього середовища, що є природною сумішшю газів. У повітрі розрізняють сталі (кількість яких не змінюється) й змінні (кількість залежно від умов може значно змінюватись) складники. Це азот, вуглекислий газ, водень, озон, кисень, інертні гази, метан, сірководень, водяна

пара, амоніак, оксиди Сульфуру. Визначте, які з цих газів є сталими, а які – змінними складниками повітря. Яке значення має повітря для живого?

ЗМІСТ

Які особливості наземно-повітряного середовища існування?

НАЗЕМНО-ПОВІТРЯНЕ СЕРЕДОВИЩЕ ІСНУВАННЯ – це абіотичне, найрізноманітніше за своїми умовами існування середовище, основним ресурсом якого є повітря. Складність й різноманітність умов існування цього середовища пояснюється взаємодією трьох оболонок Землі: гідро-, літо- і атмосфери. У формуванні умов існування середовища і, насамперед газового складу повітря, першочергову роль відіграють організми. Живі істоти поглинають вуглекислий газ і виділяють кисень в процесі фотосинтезу або поглинають кисень й виділяють вуглекислий газ під час дихання, фіксують атмосферний азот, утворюють амоніак тощо. Провідна роль у середовищі належить таким чинникам, як газовий склад повітря, світло, температура й вологість. Лімітуючими чинниками найчастіше є нестача або надлишок тепла й вологи.

Хімічний склад повітря є досить однорідним: азот – близько 78 %; кисень – близько 21 %, інертні гази – 0,9 %; вуглекислий газ – 0,03 %. Однак різні домішки (метан, сірководень, амоніак, оксиди Сульфуру й Нітрогену, часточки пилу тощо) можуть мати суттєве екологічне значення. Низька густина повітря визначає його малу підйомну силу та незначну силу опору, а також зумовлює порівняно низький тиск на суходолі. У нормі він дорівнює 760 мм рт. ст. Зі збільшенням висоти над рівнем моря тиск зменшується і може обмежувати розповсюдження видів.

Світловий режим наземно-повітряного середовища характеризується великою інтенсивністю і кількістю світла. Світло – це єдиний чинник, зміни якого є ритмічними, і тому це основний сигнальний чинник, що зумовлює наявність в організмів сезонних і добових ритмів. Значення світла для різних організмів пов’язане з променями трьох ділянок спектра: ультрафіолетовими променями

(до 0,4 мкм; близько 10 % енергії променів, що досягають земної поверхні), видимим світлом (0,4 – 0,75 мкм; близько 45 % від загальної кількості) та інфрачервоними променями (більш ніж 0,75 мкм; близько 45 % від загальної кількості).

Температура має велике значення в житті організмів, оскільки впливає на температуру тіла, що позначається на швидкості реакцій обміну речовин. Характеризуючи температуру як екологічний чинник, треба розрізняти температуру повітря, температуру ґрунту і різницю між ними. Особливістю температурного режиму наземно-повітряного середовища є велика амплітуда температурних коливань як упродовж доби, так і протягом року. Разом із дією світла це має важливе сигнальне значення, оскільки регулює періоди активності організмів і забезпечує їхні біоритми.

Вологість повітря є чинником, що характеризується вмістом водяної пари в атмосфері. Наявність вологи в повітрі різко змінює його теплопровідність і теплоємність. Через те спеку і холод за умов високої вологості витримувати значно важче. Вологість у наземно-повітряному середовищі коливається в широких межах, а дефіцит вологи – це одна з його найістотніших особливостей.

Отже, в наземно-повітряному середовищі достатньо світла і повітря, проте вологість і температура

повітря є досить мінливими чинниками.

Що є причиною різноманітності екологічних форм аеробіонтів?

Аеробіонти (від грец. аерос – повітря, біонтос – той, хто живе) – організми, які населяють наземно-повітряне середовище. В основу екологічних класифікацій мешканців наземного середовища покладено найрізноманітніші критерії: способи живлення, локомоції, відношення до вмісту кисню, температури, вологості, тиску тощо.

За відношенням до вмісту кисню організми поділяють на анаероби та аероби. Анаероби – організми, які здатні жити й розвиватися в безкисневому середовищі. Це анаеробні бактерії, дріжджеві гриби, внутрішні паразити, глибоководні організми. Аероби – організми, здатні існувати лише в кисневмісному середовищі. Представниками групи є більшість рослин, тварин і грибів.

За відношенням до температури аеробіонти поділяють на теплолюбні (термофіли) і холодолюбні (кріофіли). Термофіли – це екологічна група видів, які живуть в умовах постійно високих температур. Це ціанобактерії гарячих джерел, археї чорних курців, тварини пустель, тропічні птахи. Кріофіли – види, які спеціалізовані до життя в холодних умовах. Прикладом таких організмів є хламідомонада снігова, снігова муха, безкрилі зимові комарі, білий ведмідь (іл. 18).

За відношенням до вологості аеробіонти поділяють на гігрофіли й ксерофіли. Гігрофіли пристосовані до життя в умовах високої вологості (мокриці, дощові черв'яки, росянка), а ксерофіли пристосовані до місцеіснувань зі зниженою вологістю (саксаул, ковила, тушканчики, верблюди).

§ 10. Наземно-повітряне середовище існування

35

Тема 5. АДАПТАЦІЇ

Отже, різноманітність умов існування наземно-повітряного середовища зумовлює наявність багатьох екологічних класифікацій, що відображають подібність представників різних груп,

для яких характерні подібні шляхи адаптації.

Чому повітря є екологічним чинником для наземних організмів?

Наземно-повітряне середовище є набагато складнішим для життя, ніж водне. Живі організми постійно оточені повітрям, що є газуватим середовищем з малою густиною, високим вмістом азоту, кисню, малою кількістю вуглекислого газу та водяної пари.

Мала густина повітря зумовлює низьку опірність щодо переміщення, тому велика кількість видів наземних тварин (близько 75 %) у ході еволюції набула здатності літати. Це комахи, птахи, літаючі амфібії, рептилії, ссавці. Адаптаціями до польоту є крила, розвинуті «літальні» м'язи, полегшена маса тіла. Спеціальними пристосуваннями до пасивного польоту є збільшення площі тіла або частин тіла (вирости, велика відносна поверхня крил, використання павутини).

Убагатьох видів розвинута анемохорія – розселення за допомогою повітряних течій. Анемохорія характерна для спор, насіння, плодів, цист найпростіших, дрібних комах, павуків. Через незначну силу опору повітря усі мешканці повітряного середовища пов’язані з поверхнею землі, яка слугує їм для закріплення

уґрунті, відпочинку, розмноження. Ця властивість повітря зумовлює наявність

умешканців такої адаптації, як опорні структури. Так, у вищих рослин є механічні тканини, у комах – хітиновий екзоскелет, у птахів – кістковий ендоскелет.

Високий вміст кисню в повітрі сприяв підвищенню ефективності обміну речовин, і саме тому виникли гомойотермні організми, якими є птахи й ссавці.

Уцих організмів розвинуті фізіологічні механізми швидкої доставки кисню до клітин і біохімічні реакції його використання. Вміст вуглекислого газу в повітрі може змінюватися у досить значних межах. Через те в аеробіонтів наяв-

ні адаптації для регуляції надходження СО2 в організм або його видалення з організму. Так, для надходження вуглекислого газу ґрунтового походження в багатьох видів рослин продихи розташовані тільки на нижній поверхні листків або ж їх там набагато більше, ніж на верхній. Високий вміст азоту в повітрі сприяв формуванню у прокаріотів (ціанобактерій, бульбочкових бактерій) здатності до азотофіксації, завдяки чому відбувається біологічний кругообіг Нітрогену.

Отже, повітря як абіотичний компонент наземного середовища існування є екологічним чинником, оскільки в організмів

на його впливи існують різноманітні адаптації.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Самостійна робота з таблицею. Порівняльна характеристика середовищ існування

За допомогою таблиці порівняйте умови існування організмів водного й наземно-повітряного середовищ.

Основний ресурс середовища

Лімітуючі чинники

Газовий склад

Вологість

Освітленість

Температура

Густина

Екологічні групи

Біологія + Міфологія. Адаптованість виду до умов існування

Для назв організмів досить часто використовують імена персонажів грецької міфології. Назвіть імена богині пам’яті, бога світла й мудрості та відомого лікаря грецької армії під Троєю. Зіставте їх з відповідними зображеннями метеликів. Назвіть адаптації метеликів до наземно-повітряного середовища існування.

А Мнемозина Б Махаон В Аполлон

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Музика. Спів птахів і наземно-повітряне середовище

Наприкінці XX ст. виник новий напрям науки – зоомузикологія, що досліджує співи тварин. Зіставте зображення найкращих лісових «вокалістів» з їхніми назвами і отримайте прізвище французького композитора, який є засновником зоомузикології. Чому саме спів є найважливішим засобом комунікації птахів у на- земно-повітряному середовищі?

А Дрізд чорний М Зяблик

ШСоловейко

східний

§ 10. Наземно-повітряне середовище існування

37

Тема 5. АДАПТАЦІЇ

38

Зміна температури дуже сильно позначається на багатьох фізіологічних процесах.

К. Шмідт-Нієльсон

§ 11. СПОСОБИ ТЕРМОРЕГУЛЯЦІЇ ОРГАНІЗМІВ

Основні поняття й ключові терміни: ТЕРМОРЕГУЛЯЦІЯ. Пойкілотермія. Гомойотермія.

Пригадайте! Яке значення температури як екологічного чинника?

Новини науки

За допомогою інфрачервоних теплових камер австралійські науковці виявили, що під час спеки сірі коали (Phascolarctos cinereus) спускалися по деревах нижче, де стовбури прохолодніші, й притискалися до них. У спеку, коли повітря прогрівалося до 39 °С, температура стовбурів була на 7 °С нижчою. Коали вико-

ристовують стовбури як тепловий насос, що забирає надлишок тепла і є одним із механізмів фізичної терморегуляції. А якими є основні способи терморегуляції в організмів?

ЗМІСТ

Як відбувається терморегуляція тіла організмів?

ТЕРМОРЕГУЛЯЦІЯ (від грец. термо – тепло і лат. regulo – впорядковую) –

сукупність фізіологічних процесів, що підтримують температуру тіла організму відмінною від температури навколишнього середовища. Організми мають різноманітні способи терморегуляції, що дають змогу в певних межах регулювати температуру тіла. Різниця між температурами тіла й середовища у рослин, твариноподібних організмів, більшості безхребетних є незначною, а терморегуляція здійснюється зазвичай через прояви поведінки або випаровування. Наслідком власної терморегуляції у рослин є те, що їхні листки тепліші, аніж повітря за низької температури, і холодніші – за високої. Найдосконалішими є механізми терморегуляції птахів і ссавців, у яких температура тіла підтримується на майже сталому рівні. Розрізняють три основні способи терморегуляції – етологічний, фізичний і хімічний.

Етологічна (поведінкова) терморегуляція забезпечує регуляцію температури тіла через прояви поведінки. Основними способами терморегуляції є зміна пози та активний пошук сприятливих місць. У найпростіших така поведінка виражена простими нерефлекторними термотаксисами, у вищих тварин – складними формами рефлекторної індивідуальної (наприклад, риття нір), групової (наприклад, утворення скупчень у люті морози у пінгвінів), соціальної (наприклад, регуляція температури всередині гнізда у бджіл) та умовно-рефлекторної поведінки. Більшість комах, рептилій та амфібій активно відшукують освітлені сонцем місця для нагрівання тіла. Наприклад, прудка ящірка на сонці за 20 – 25 хв підвищує температуру до 33 – 37 °С.

Фізична терморегуляція – це сукупність фізичних процесів, спрямованих на зміну рівня тепловіддачі. Основними процесами такої терморегуляції є кон-

векція, випаровування, теплообмін та випромінювання. Прикладами екологічно вигідної й економної фізичної терморегуляції є транспірація в рослин, чудесна сітка (лат. retе mirabile) теплообмінників у зябрах деяких риб, рефлекторне розширення або звуження судин шкіри, потовиділення у ссавців, сезонні зміни теплоізолювальних властивостей пір’євого покриву птахів, товсті жирові прошарки у китів або тюленів та ін.

Хімічна терморегуляція – це сукупність хімічних процесів для активного збільшення теплоутворення у відповідь на зниження температури середовища. Основою є реакції біологічного окиснення та зміна рівня обміну речовин, що підвищує або знижує рівень утворення тепла в організмі. Хімічна терморегуляція вимагає значних затрат енергії. Проявами хімічної терморегуляції є виділення тепла під час м’язового тремтіння, теплоутворення в клітинах бурої жирової тканини.

Отже, основними способами регуляції температури тіла організмів є етологічна, фізична та хімічна терморегуляції.

Як виживають організми в умовах змінних температур?

Залежно від джерела тепла та ступеня розвитку механізмів терморегуляції у живій природі виокремлюють дві стратегії виживання організмів – пойкіло- й гомойотермію.

нагрітої води, повітря, навколишніх предметів. У них переважає поведінковий спосіб терморегуляції, що підтримує температуру тіла, яка зазвичай лише на 1 – 2 °С вища за температуру довкілля. Ряд пойкілотермних організмів має здатність до фізичної терморегуляції (наприклад, тепловіддача через слизові оболонки ротової порожнини у рептилій). Деякі види можуть утворювати внутрішнє тепло (наприклад, джмелі, метелики-бражники, пітони), але воно генерується внаслідок безпосередньої рухової активності. Загалом пойкілотермія не потребує додаткових енергетичних затрат і забезпечує активність організмів лише у вузькому діапазоні температур.

Гомойотермія (від грец. гомойос – однаковий, термо – тепло) – це стратегія виживання організмів зі сталою температурою тіла, яка не залежить від температури зовнішнього середовища, а залежить від тепла, що утворюється всередині. Гомойотермність властива птахам і ссавцям. Вони здатні підтримувати сталу оптимальну температуру тіла завдяки високому рівню окиснювальних процесів та еволюційному вдосконаленню кровоносної, дихальної та нервової систем. На відміну від пойкілотермних організмів для птахів й ссавців характерна хімічна терморегуляція, що є потужним джерелом внутрішнього тепла.

§ 11. Способи терморегуляції організмів

39

Тема 5. АДАПТАЦІЇ

40

У гомойотермних організмів наявні також різноманітні й досконаліші механізми фізичної та етологічної терморегуляції. Загалом гомойотермія забезпечує біологічну активність організмів у широкому діапазоні температур, але потребує значних енергетичних затрат на терморегуляцію.

Отже, основними стратегіями виживання організмів у температурних умовах, що змінюються, є пойкілотермія й гомойотермія.

Яке біологічне підґрунтя правил Бергмана та Аллена?

Отже, біологічним підґрунтям правил Бергмана та Алена, що вказують на залежність розмірів гомойотермних тварин від температурних умов, є принцип взаємозв’язку між масою та поверхнею тіла.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Самостійна робота з таблицею.

Особливості терморегуляції різних груп організмів

За допомогою таблиці порівняйте стратегії виживання організмів у температурних умовах, що змінюються. Визначте особливості терморегуляції пойкілота гомойотермних організмів.