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

Джерело тепла

Етологічна терморегуляція

Фізична терморегуляція

Хімічна терморегуляція

Енергетичні затрати

Діапазон активності

Основні групи

Біологія + Екологія. Способи терморегуляції

Глибоководна риба опах звичайний (Lampris guttatus), або сонячна риба, має унікальну здатність до терморегуляції, подібної до такої у ссавців і птахів. Його температура тіла в середньому на 5 °С вища за температуру середовища. Така особливість дає змогу цим рибам конкурувати з іншими хижими мешканцями глибин океанів. У чому таємниця терморегуляції опаха? Як відбувається терморегуляція в цих риб?

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Здоров’я. Загартовування й терморегуляція

Загартовування передбачає низку заходів, що підвищують стійкість організму до дій несприятливих чинників середовища, зокрема низьких або високих температур. Основні елементи загартовування – перебування на свіжому повітрі, водні процедури та сонячні ванни. Поясніть значення загартовування для ефективної терморегуляції в людини. Яким є ваше ставлення до підвищення адаптивного потенціалу шляхом загартовування?

РЕЗУЛЬТАТ

1.Що таке терморегуляція? 2. Назвіть способи терморегуляції організмів. 3. Що

1– 6 таке пойкілотермія? 4. Що таке гомойотермія? 5. Як формулюється правило Бергмана? 6. У чому полягає суть правила Аллена?

7.Як відбувається терморегуляція тіла організмів? 8. Як виживають організми

7– 9 в умовах змінних температур? 9. Яке біологічне підґрунтя правил Бергмана та Аллена?

§ 11. Способи терморегуляції організмів

Тема 5. АДАПТАЦІЇ

42

Усе, що виростає із землі, притягує собі із неї силу більшу, аніж з чого народилося.

Гіппократ

§ 12. ҐРУНТОВЕ СЕРЕДОВИЩЕ ІСНУВАННЯ

Основні поняття й ключові терміни: ҐРУНТОВЕ СЕРЕДОВИЩЕ ІСНУВАННЯ. Едафобіонти.

Пригадайте! Що таке абіотичні чинники?

Знайомтеся!

Василь Васильович Докучаєв (1846 – 1903) – видатний учений-природодослідник, автор першої у світі наукової класифікації ґрунтів, засновник ґрунтознавства. Вперше дав визначення ґрунту як верхнього родючого шару Землі, створеного сумісною взаємодією всіх компонентів природи. Довів, що ґрунт – не гірська порода, а цілком самостійне тіло природи.

ЗМІСТ

Які особливості ґрунтового середовища існування?

ҐРУНТОВЕ СЕРЕДОВИЩЕ ІСНУВАННЯ – це абіотично-біотичне середовище, умови існування якого визначаються верхнім родючим шаром суходолу. За В. І. Вернадським, який був учнем В. В. Докучаєва, ґрунт – це особливе біокосне тіло, що складається одночасно з біологічних (живих) і косних (неживих) тіл – мінералів, води, повітря, органічних решток. Екологічне значення ґрунтового середовища визначається фізичними (пористість, щільність, структурність, вологоємність, теплоємність), хімічними (хімічний склад, кислотність) та біологічними (ґрунтові мешканці та їхня життєдіяльність) властивостями ґрунтів.

Ґрунт як середовище існування характеризується такими особливостями:

вода і повітря містяться в порожнинах між часточками ґрунту, склад ґрунтового повітря відрізняється від атмосферного, немає впливу світла, його вологість завжди вища, ніж повітря, характерна незначна амплітуда добових і річних коливань температур та ін.

Хімічний склад ґрунту подібний до складу літосфери. Проте порівняно з літосферою в ґрунті міститься в 20 разів більше Карбону (2,0 проти 0,1 %) і в 10 разів більше Нітрогену (0,1 проти 0,01 %). Нагромадження цих елементів у ґрунті пов’язане із життєдіяльністю організмів. У ґрунті концентруються елементи й речовин, що їх постачають відмерлі рештки живих організмів. Перетворення цих решток за участі бактерій, грибів, дощових черв’яків називається гуміфікацією, а органічна речовина, що містить гумусові кислоти, гумінові кислоти, гумін, – гумусом. Паралельно з цим процесом у ґрунті відбувається не менш важливий процес мінералізації, що полягає в аеробному розщепленні органічних решток з утворенням мінеральних речовин (біоелементів, мінеральних кислот, солей). Вміст деяких хімічних елементів у різних ґрунтах залежить від умов ґрунтоутворення і властивостей ґрунтів.

Температурний режим. З кожним сантиметром углиб ґрунту добові та сезонні температурні коливання стають все меншими і на глибині 1,0 – 1,5 м

практично вже не простежуються. У ґрунті згладжено температурні коливання порівняно з атмосферним повітрям.

Вологість. Ґрунтові води й опади створюють запаси вологи в ґрунті та забезпечують режим вологості, проміжний між водним і наземним середовищами. Вологість ґрунту є одним із головних чинників його родючості. Вода в ґрунті перебуває в декількох формах (наприклад, у гравітаційній, гігроскопічній), але найбільше фізіологічне значення має капілярна вода. Вона заповнює усі дрібні пори, швидко переміщується під дією сил капілярного тиску, завдяки чому найкраще засвоюється рослинами.

Газовий склад ґрунтового повітря відрізняється від атмосферного меншим вмістом кисню (близько 11 – 20 %) і більшою концентрацією вуглекислого газу (близько 1 %, але може підвищуватися до 26 %). Це результат «ґрунтового дихання», або точніше, дихання усіх організмів ґрунту. З глибиною в ньому значно зменшується вміст кисню й зростає концентрація вуглекислого газу. Через наявність у ґрунті органічних речовин, що розкладаються, у ґрунтовому повітрі може бути високою концентрація таких газів, як амоніак, сірководень, метан.

Отже, ґрунтове середовище навіть за істотної неоднорідності екологічних умов є достатньо стабільним середовищем існування для організмів.

Яка роль едафобіонтів у ґрунтоутворенні?

Едафобіонти (від грец. едафон – ґрунт), або геобіонти, – мешканці ґрунтового середовища існування. Неоднорідність ґрунтів створює велике різноманіття умов існування та виокремлення різних екологічних груп, що класифікуються за розмірами, характером зв’язків із ґрунтом упродовж життя, вимогами до родючості, кислотності, вмістом деяких біоелементів та ін.

За екологічними особливостями усіх мешканців ґрунтового середовища можна поділити на мікро-, фіто-, мікота зообіонтів.

Ґрунтовими мікробіонтами є бактерії (актинобактерії, міксобактерії, ціанобактерії, хемотрофні бактерії), археї, нижчі гриби, одноклітинні зелені й діатомові водорості, твариноподібні організми (ґрунтові амеби, інфузорії), а також мікроорганізми, які населяють тканини живих рослин (наприклад, бульбочкові бактерії) (іл. 22). Частка цих організмів досягає 90 % від загальної біомаси, і саме завдяки їм відбуваються основні процеси гуміфікації, мінералізації, азотофіксації, біологічного вивітрювання, біо-

акумуляції та біологічного кругообігу хімічних елементів.

Найпоширенішими групами мікобіонтів є цвілеві гриби, слизовики, мікоризні гриби, ліхенізовані гриби. Ці організми розкладають органічні рештки та утворюють органічні кислоти, що підвищують кислотність ґрунтів (цвілеві гриби), виділяють кислоти й руйнують мінерали (ліхенізовані гриби), сприяють життєдіяльності вищих рослин (мікоризні гриби).

Фітобіонтами є водорості та вищі рослини. Відмерлі рештки рослин, перетворені мікроорганізмами і тваринами, – це основне джерело органічних

§ 12. Ґрунтове середовище існування

43

Тема 5. АДАПТАЦІЇ

ґрунт є системою мікроводойм (твариноподібні організми). Мезофауна – організми дрібних розмірів (до 2 – 3 мм), які проживають у системі заповнених повітрям порожнин ґрунту. До цієї групи належать переважно нематоди й членистоногі (кліщі, ногохвістки, псевдоскорпіони, нематоди). Макрофауна – великі ґрунтові організми (із розмірами тіла 2 – 50 мм), для яких осередками життя є щільні шари землі. Це жужелиці, мокриці, багатоніжки, дощові черв’яки, ведмедки тощо. Мегафауна – організми, які мають найбільші розміри серед усіх едафобіонтів (сліпаки, цокори, кроти, сумчасті кроти, голі землекопи). Вони прокладають у ґрунті цілі системи ходів і нір. Прикладами адаптацій цих тварин є розвинутий нюх і слабкий зір, компактне, валькувате тіло з короткою шиєю, коротке густе хутро, сильні копальні кінцівки з міцними кігтями та ін.

Отже, едафобіонтами є різні за розмірами ґрунтові бактерії, водорості, вищі рослини, гриби, твариноподібні організми та справжні тварини, які здійснюють три групи ґрунтових біологічних процесів: 1) глибоке перетворення органічного та

частково мінерального складу ґрунту; 2) кругообіг хімічних елементів; 3) вплив на фізичні та хімічні властивості ґрунту.

ДІЯЛЬНІСТЬ Самостійна робота з ілюстрацією. Адаптованість едафобіонтів

до середовища існування

Після дощу в повітрі відчувається запах землі. Про це написано чимало поетичних рядків. У науці цей запах називають терміном

«петрікор» (від грец. петра – камінь, іхор – рідина, що тече в жилах грецьких богів). Що ж є причиною запаху землі після дощу? Яке відношення до цього запаху мають такі мешканці ґрунту, як актинобактерії?

РЕЗУЛЬТАТ

§ 12. Ґрунтове середовище існування

45

Тема 5. АДАПТАЦІЇ

46

Все існуюче в природі, тією чи іншою мірою, є симбіозом.

О. Марков

§ 13. СИМБІОЗ ТА ЙОГО ФОРМИ

Основні поняття й ключові терміни: СИМБІОЗ. Мутуалізм. Коменсалізм. Паразитизм.

Пригадайте! Що таке біотичні зв’язки?

Знайомтеся!

Генріх Антон де Барі (1831 – 1888) – німецький ботанік і мікробіолог, один із засновників мікології. Учений дослідив життєві цикли багатьох видів грибів, відкрив запліднення у грибів, створив першу філогенетичну класифікацію грибів. Увів у науку в 1879 р. поняття «симбіоз» і «мутуалізм» (на прикладі лишайників). А. де Барі вказував, що «серед багатьох чинників взаємовпливи організмів різних видів мають особливе значення».

ЗМІСТ

У чому суть сучасних наукових уявлень про симбіоз?

Згідно з усталеними уявленнями під симбіозом (від грец. симбіозис – співжиття) розуміють явище закономірного співжиття організмів різних систематичних груп. У сучасній екології поняття симбіозу поглиблюється й розширюється. Симбіотичними можуть бути відносини неклітинних форм життя з клітинними організмами, неспоріднених клітин у межах організму, між організмами одного виду, між організмами різних видів у межах екосистеми тощо. Симбіотичні взаємність і кооперація настільки поширені в живій природі, що розглядаються як один із законів життя. Через те в екології симбіоз вивчають не лише в екологічному аспекті, а й у біохімічному, популяційному, еволюційному та ін.

Прояви симбіозу можна відшукати на усіх рівнях життя, в усіх групах організмів. Так, під час утворення бактеріоризи у бульбочках бобових з’являється червоний ферумовмісний білок – леггемоглобін. Молекули цього глікопротеїну складаються з гему, що синтезується бактеріями, та глобіну, утвореного клітинами рослини. Класичним прикладом симбіозу на організмовому рівні є лишайники. Прояви симбіозу на біогеоценозному рівні пов’язують з екосистемами коралових рифів, які можуть існувати лише завдяки взаємовигідному співіснуванню коралових

поліпів з одноклітинними водоростями – зооксантелами. Основою екосистем чорних курців також є симбіотичні відносини вестиментифер із хемотрофними бактеріями (іл. 24).

Симбіоз – це особлива стратегія адаптацій живого до середовища існування, що досягається через об’єднання різних організмів для поліпшення живлення, дихання, розмноження, поширення, оселення, побудови гнізд чи схованок,

захисту від ворогів тощо. Адаптивна цінність симбіозу визначається тим, що співіснування біосистем підвищує загальну адаптованість до середовища існування

завдяки використанню особливостей, що вже існували до цього. Окремий організм не володіє комплексом найкращих адаптацій до всіх екологічних чинників. Наприклад, квіткові рослини завдяки фотосинтезу забезпечують ефективне автотрофне живлення, але не здатні до локомоції, тому не можуть поширювати насіння на великі відстані.

Симбіоз розглядають як багатокомпонентну систему, в якій є один домінантний симбіонт і декілька асоціативних. Наприклад, лишайники окрім гриба та одноклітинних зелених водоростей містять ще ціанобактерії, які здійснюють азотофіксацію. А фотосимбіотична система «азола – анабена» містить водну папороть азолу папоротеподібну (Azolla filiculoides), ціанобактерії виду анабена папоротникова (Anabaena azollae) та бактерії роду артробактер.

Розвиваються уявлення й про те, що симбіоз є надорганізмовою системою, в якій можуть відбуватися переходи від однієї форми симбіозу до іншої. Наприклад, бульбочкові бактерії з мутуалістичних можуть перетворюватися на паразитичні. У деяких випадках організми, що традиційно належать до коменсалів, можуть стати патогенними. Прикладом є кишкова паличка (Escherichia coli), яка живе в кишечнику людини як коменсал, але за певних умов стає паразитом.

Симбіоз сприяє збільшенню біорізноманіття, оскільки внаслідок тісного взаємозв’язку може формуватися новий організм з новими властивостями (наприклад, ліхенізовані гриби). Інколи завдяки симбіотичним відносинам життя організмів стає можливим в умовах, що є непридатними для самостійного існування (наприклад, вестиментифери).

Отже, СИМБІОЗ у сучасному розумінні є не лише способом організації взаємовідносин, а й стратегією кооперативної адаптації неспоріднених біосистем у стабільну симбіотичну систему

з наявними стійкими обов’язковими зв’язками.

Які основні форми симбіозу?

Сучасні дослідження розкрили надзвичайно різноманітний характер симбіотичних відносин: мутуалістичні взаємовигідні й паразитичні зі шкідливим впливом, обов’язкові облігатні (виникає залежність між симбіонтами, поза якою самостійне існування неможливе) й необов’язкові факультативні (кожний із симбіонтів за відсутності іншого може жити самостійно), контактні й дистантні, внутрішні ендосимбіотичні (у клітинах або всередині організмів) і зовнішні ектосимбіотичні (на поверхні тіла організмів). За характером взаємодії розрізняють такі основні форми симбіозу, як мутуалізм, коменсалізм і паразитизм.

Мутуалізм – форма симбіозу, за якої співіснування є корисним та обов’язковим для обох симбіонтів. Класичним прикладом є відносини раків-самітників

§ 13. Симбіоз та його форми

47

Тема 5. АДАПТАЦІЇ

48

рослин з комахами-запилювачами, взаємозв’язок між саламандрою амбістомою плямистою і зеленою водорістю яйцелюбою амбістомовою та ін.

тинії), домівку (птахи-дуплогніздники й старі дерева), використовувати його як транспортний засіб (риби-прилипали й черепахи) або опору (епіфітні папороті й дерева) (іл. 26). Коменсалізм може проявлятися у формах квартиранства (наприклад, відкладання гірчаком ікри в черепашку беззубки річкової) або нахлібництва (наприклад, жуки, які живуть у мурашнику і виманюють їжу в мурашок) та ін.

Паразитизм – форма симбіозу, за якої один з симбіонтів отримує користь від сумісного існування і завдає шкоди іншому. Наприклад, фітофтора на картоплі, людська аскарида в тонкому кишечнику людини.

Отже, основними формами симбіозу є мутуалізм, коменсалізм і паразитизм.

Яка роль симбіозу в еволюції?

Симбіоз – це не лише тип відносин між організмами і стратегія адаптацій, а й важливий магістральний шлях біологічної еволюції. Тривале співіснування простих клітин або організмів привело до виникнення складніших й адаптованіших біосистем. Так, завдяки ендосимбіозу первісних клітин з аеробними бактеріями й ціанобактеріями з’явилися еукаріотичні клітини. Завдяки первинному симбіозу ціанобактерій з еукаріотичними клітинами виникли глаукофітові й червоні водорості та зелені рослини, яких об’єднують у сучасній системі еукаріотів у групу Архепластиди. Вторинний симбіоз еукаріотичних клітин з одноклітинними зеленими вооростями привів до виникнення евгленозой. Вихід рослин на суходіл не зміг би відбутися, як стверджують науковці, без симбіозу рослин з грибами. Стрімке завоювання квітковими рослинами планети та їхнє надзвичайне розмаїття значною мірою зумовлено симбіозом з комахами. Приваблюючи комах нектаром і використовуючи їх як запилювачів, квіткові рослини різко збільшили ефективність запилення, а кооперація з квітковими сформувала в процесі коеволюції метеликів, бджіл, джмелів і т. д.

Отже, симбіоз є магістральним шляхом прогресивної еволюції органічного світу та збільшення біорізноманіття планети.

ДІЯЛЬНІСТЬ Самостійна робота з таблицею. Форми симбіозу

Використайте умовні позначення («+» – користь для організмів, «−» – шкода для організмів; «0» – ні користі, ні шкоди) та визначте форму симбіозу в названих

1.Інфузорії у шлунку жуйних

2.Орхідеї на гілках дерев

3.Джгутикові в кишечнику термітів

4.Гострики в кишечнику людини

5.Рак-самітник й актинії

6.Вусоногі раки на китах

7.Амеба кишкова в людини

8.Сажкові гриби на кукурудзі

9.Вірус сказу й лисиці

Біологія + Географія. Симбіоз рептилії з птахами

шуком їжі, плазуни відпочивають у норі, а з настанням сутінків – все навпаки. Визначте українські назви й географічне поширення названих видів і форму симбіозу між ними.

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Медицина. Чайний гриб

Батьківщиною чайного гриба вважають Цейлон, звідки він потрапив до Індії, а потім до Китаю. В Китаї його називали еліксиром здоров’я та безсмертя. Про східне походження чайного гриба свідчить і інша його назва – комбуча. Сучасна медицина визнає корисні властивості чайного гриба і рекомендує вживання його настою для профілактики деяких захворювань. Які організми утворюють чайний гриб? Яке значення різних форм симбіозу для біорізноманіття?

РЕЗУЛЬТАТ

1. Що таке симбіоз? 2. Наведіть приклади симбіотичних відносин. 3. Що таке му-

1– 6 туалізм? 4. Наведіть приклади мутуалізму. 5. Що таке коменсалізм? 6. Наведіть приклади коменсалізму.

§ 13. Симбіоз та його форми

Тема 5. АДАПТАЦІЇ

50

Що складніший організм, то різноманітніші умови існування для його співмешканців.

З підручника екології

§ 14. ОРГАНІЗМ ЯК СЕРЕДОВИЩЕ МЕШКАННЯ

Основні поняття й ключові терміни: ГОСТАЛЬНЕ СЕРЕДОВИЩЕ ІСНУВАННЯ. Онтобіонти.

Пригадайте! Що таке симбіоз?

Поміркуйте!

У Джонатана Свіфта (1667–1745), автора всесвітньо відомих творів про Гуллівера, є такі рядки:

Під мікроскопом він відкрив, що на блосі живе й її кусає блішка; На блішці ж тій існує блошеня – манюня, У блошеня ж встромляє зуб сердито блошиненя...

І так ad infinitum, тобто без кінця.

Які ж особливості організмів як середовища життя для інших організмів?

ЗМІСТ

Що вирізняє гостальне середовище існування?

ГОСТАЛЬНЕ СЕРЕДОВИЩЕ ІСНУВАННЯ (від англ. host – господар) – це біотичне середовище існування, пов’язане з ресурсами живого організму. Особливості організмів як середовища існування визначаються їхньою будовою, процесами життєдіяльності та поведінкою. І що складнішою є організація організмів-хазяїв, то більш різноманітними є умови існування для співмешканців.

Організм як середовище існування має низку переваг перед іншими середовищами життя: стабільність водного режиму, сталість сольового складу, велика кількість їжі, захищеність мешканців, відсутність температурних перепадів. Водночас гостальне середовище життя має й певні недоліки для його мешканців: обмеженість життєвого простору, незначний вміст кисню, нестача світла, наявність захисних бар’єрів та ін.

Лімітуючими чинниками в гостальному середовищі є біотичні впливи з боку організму хазяїна. У випадку сумісного проживання співмешканців декількох чи багатьох видів обмежувальні впливи можуть мати ресурси середовища або антибіотичні відносини.

Отже, гостальне середовище є специфічним біотичним середовищем із своїми перевагами й недоліками для його мешканців.

Як організовані відносини між мешканцями гостального середовища життя?

Онтобіонти – мешканці гостального середовища життя. Віруси, однота багатоклітинні організми мають своїх численних внутрішніх або зовнішніх мешканців. Наприклад, організм людини є середовищем життя для вірусів, бактерій, архей, грибів й тварин, серед яких наявні мутуалісти, коменсали та паразити зі своїми складними симбіотичними й антибіотичними відносинами. Онтобіонти освоїли усі рівні організації живих істот від молекулярного до біосферного, від вірусів до ссавців. Їм стали доступними майже всі структурні елементи будови