Підручники з Біології / Біологія 11 клас / Шаламов Біологія 11 клас 2019

Цікаве життя

Як учені слоненят у популяціях рахують

Рис. А. Використання накладного квадрату дозволяє підрахувати кількість коралів на 1 м2 рифу. Рис. Б. Акула зі спагетіподібною міткою.

Проблема Петрика П’яточкіна, пов’язана із підрахунком кількості слоненят, добре знайома тим, хто займається популяційною екологією! Коли говорятьпрокількістьособинупопуляції,томаютьнаувазіїїабсолютну чисельність. Але часто достатньо знати лише відносну чисельність популяції, тобто кількість особин у певному місці території в певний час. Визначення відносної чисельності є нескладним: треба підрахувати кількість слідів біля водопою, чисельність риб у сітці, число птахів, що побачив спостерігач чи спостерігачкавздовжпевногомаршрутучипротягомвизначеногочасу.Якщопорівняти ціданізданими,отриманимитимжеметодомудругійпопуляціїчивіншийчас, то можна знайти її відносну чисельність: наприклад, що горобців на одному полі втричі більше, ніж на іншому, та їхня чисельність зросла на 10 % про-

тягом останнього місяця.

Але часто, як і Петрику, екологиням й екологам треба відшукати саме абсолютну чисельність популяції. Для знаходження кількості нерухомих чи малорухомих організмів можна скористатися методом пробних ділянок. Він полягає в підрахунку середньої кількості особин на певній площі території чи в певному об’ємі середовища. Далі отримане число множать на кількість пробних ділянок, що поміщаються на території проживання популяції, і визначають її абсолютну чисельність. Підрахунок особин на ділянці можна здійснювати за допомогою різних приладів: мікроскопа — для дрібних, рахівниці — середніх і вертольота чи навіть супутника — для великих.

Іншим способом, що зручний для визначення чисельності популяцій рухливих особин, є метод мічення й повторного відлову. Для його здійснення спершу відловлюють певну кількість особин, яких мітять і відпускають на волю. Згодом, дозволивши їм поширитися популяцією й змішатися з рештою особин, відлов повторюють. Але тепер рахують, у скількох особин із пійманих є мітка. Завдяки рівнянню можна швидко знайти абсолютну чисельність популяції.

Тож тепер ви точно знаєте, за допомогою якого методу Петрику П’яточкіну найкраще рахувати невтомних слоненят! А, до речі, якого?

101

Життєві запитання — обійти не варто!

Елементарно про життя

1. Заповніть пропуски в реченні про популяцію.

Якщо ймовірність схрещування між особинами двох груп організмів одного виду є (1), ніж між особинами всередині кожної з груп, то ці групи є (2).

А 1 — більшою, 2 — окремими популяціями

Б1 — меншою, 2 — окремими екосистемами

В1 — більшою, 2 — єдиною популяцією

Г 1 — меншою, 2 — єдиною екосистемою 2. Зазначте рису, притаманну кочовим популяціям.

А проживання в різних місцях, що віддалені одне від одного

Бусе життя проводять поряд із місцем, де народилися В знаходяться в постійному русі з місця на місце

Г добре освоюють одне місце, у якому постійно мешкають

3. Що сповільнить зростання чисельності в перенаселеній популяції? А зниження стійкості до інфекцій

Бзбільшення кількості яєць, що відкладає самка

В зменшення відстані, на яку поширюється насіння Г зменшення тривалості ембріональних етапів життєвого циклу

4. Розгляньте статево-вікову структуру населення України у 2014 році й зазначте, як змінюватиметься чисельність населення країни найближчими роками (без урахування міграцій).

У житті все просто

6. У чому полягає різниця між популяціями-расами й суперпопуляціями? Чи може одна популяція належати до обох типів водночас?

7. Схарактеризуйте структури популяції одного з видів птахів України. 8. Особини виду Людина розумна надзвичайно мобільні. Проаналізуйте,

як змінюється густота популяції вашого населеного пункту протягом доби, тижня, місяця, року. Чому ці дані потрібно враховувати в економіці?

У житті не все просто

9. Яка ємність біосфери стосовно людини? Як вона змінилася?

10. З’ясуйте, якими дослідженнями займаються українські популяційні екологи. Чи використовуються результати їх досліджень при формуванні екологічної політики держави?

102

§ 16. Екосистема

Основна умова існування екосистеми — наявність колообігу хімічних елементів

Усі організми пов’язані зі середовищем свого мешкання й отримують неорганічні речовини з нього: рослини поглинають воду, вуглекислий газ і мінеральні солі, тварини — кисень і воду. Але запаси цих речовин у певному місці обмежені й вичерпалися б, якби не відновлювалися. Тому організми повертають неорганічні речовини назад до середовища в процесі життєдіяльності (під час видиху чи випорожнення) або після смерті — у вигляді компонентів своїх решток. У результаті формується колообіг хімічних елементів (поглинання — використання — виділення), який і є основою екосистеми — сукупності організмів різних видів, що пов’язані між собою та з навколишнім середовищем колообігом речовин і потоком енергії.

103

яку займає екосистема, має назву біотоп1. Основними компонентами біотопу є неорганічні й органічні речовини, що потрібні для існування екосистеми, а також фізичні умови (температура, вологість, освітлення тощо) і джерело енергії. Головним постачальником енергії для водних і наземних екосистем є Сонце.

Живий (біотичний) компонент представлений сукупністю взаємопов’язаних організмів, що входять до складу екосистеми, — угрупованням, або біоценозом2. Його складають популяції всіх видів, які утворюють цю екосистему. У складі угруповання виокремлюють три відмінні за функцією й типом живлення групи популяцій: продуценти, консументи й редуценти.

Продуценти — це автотрофні організми, які здатні перетворювати неорганічні сполуки на органічні й використовувати останні для побудови власного організму. До них відносять хемоавтотрофних і фотоавтотрофних прокаріотів, здатних до фотосинтезу одноклітинних еукаріотів, та вищі рослини. Вони забезпечують включення неорганічних речовин у колообіг речовин всередині екосистеми.

У подальшому органічні речовини, що їх утворили продуценти, поглинаються консументами — гетеротрофними організмами, які живляться іншими організмами. Зазвичай це рослиноїди, які харчуються продуцентами. А рослиноїдів їдять інші консументи: хижаки чи паразити. Консументи перетворюють органічні речовини, отримані від продуцентів, на інші органічні речовини, що потрібні їм для життєдіяльності. Наявність консументів у складі біоценозу не є обов’язковою, але угруповання без них трапляються вкрай рідко (найчастіше це винятково мікробні екосистеми).

Зрештою, редуценти3 переводять органічні залишки, джерелом яких є продуценти й консументи, у неорганічні речовини, замикаючи в такий спосіб колоообіг (рис. 16.2). Переважно редуцентами є гриби та бактерії.

Рис. 16.2. Схематична структура екосистеми

1 Від грец. bios — життя та topos — місце.

2 Від грец. bios — життя та koinos — спільний.

3 Продуценти й консументи частково виконують функції редуцентів, оскільки також перетворюють органічні речовини на неорганічні, наприклад, у процесі дихання.

104

Біоценоз характеризується різними структурами

Подібно до популяції структуру біоценозу можна схарактеризувати за різними ознаками. Його видова структура залежить від кількості видів організмів, що входять до складу екосистеми (видове різноманіття), чисельності та поширеності особин цих видів. Видове різноманіття біоценозу залежить від стану екосистеми й особливостей її розвитку. У молодих екосистемах є незначна кількість видів, тоді як у давно наявних — кількість видів значно більша (докладніше про розвиток екосистем ітиметься в § 18).

Також видове різноманіття залежить від умов абіотичного середовища. Якщо вони екстремальні (занадто низькі чи високі температури, надмірна чи недостатня вологість тощо), то кількість видів у екосистемах є невеликою. Через це пустелі чи арктичні регіони менш заселені організмами. Порівняйте: у тундровій екосистемі є близько 4,5 тисяч видів, а у вологому тропічному лісі — кілька десятків тисяч (рис. 16.3).

Видове різноманіття залежить і від різноманітності умов у біотопі. Що більш відмінними за своїми умовами є ділянки біотопу та що більше таких клаптиків, то більшим буде видове різноманіття. Тому, наприклад, в екосистемах лісостепу за інших однакових умов існуватиме більше видів, ніж в екосистемах сусіднього лісу. Також на межі двох екосистем проявляється так званий «ефект узлісся»1. Він полягає в тому, що різноманіття рослин, а тому й тварин, є більшим, ніж у кожній з екосистем нарізно. Так відбувається через те, що на межі між двома різними екосистемами умови більш різноманітні, ніж у самих екосистемах, а тому з’являється більше екологічних ніш, які заселяє більша кількість видів. Тому узлісся має більше видове різноманіття флори й фауни, ніж ліс чи лука.

У деяких біоценозах добре проявляється явище домінування, коли популяція одного виду за чисельністю чи біомасою має перевагу над рештою популяцій. Домінантний вид часто визначає весь мікроклімат екосистеми. Наприклад, умови в дубовому лісі визначаються дубами, а в ковило-типчаковому степу — ковилою й типчаком. Однак види, що не домінують, також важливі для екосистеми,

Рис. 16.3. Тундра (А) і тропічний ліс (Б) значно відрізняються видовим багатством

1 Інші назви цього явища — «ефект межі», або «прикордонний ефект».

105

ними. Прикладами таких видів є фікуси в тропічному лісі, оскільки вони забезпечують більшість тварин їжею; хижаки, вимирання яких спричиняє спалах чисельності рослиноїдів, що згодом знищують свою харчову базу й гинуть, або акації в савані, які є єдиним джерелом затінку й довкола яких групується все життя в спекотні періоди (рис. 16.4).

У межах біотопу організми різних видів переважають в окремих місцях. Їхнє розміщення в просторі визначає просторову структуру біоценозу. Основою просторової структури є розміщення на різній висоті рослин та їхніх органів — ярусність. Вона реалізується через окремі життєві форми — дерева, кущі, трави (про них ішлося в § 6), тому найяскравіше проявляється в лісових екосистемах, де нараховують від 3 до 10 ярусів (рис. 16.5). Надземна ярусність помітна в розташуванні листя рослин на різній висоті. На верхніх рівнях розміщуються дерева, яким необхідно багато світла, а під ними ті, що потребують його менше. Ці два яруси поглинають до 90 % усього світла. Решту ж використовують кущі, трави й мохи, що ростуть біля поверхні землі й належать до окремих ярусів. Зрозуміло, що тварини, услід за рослинами, живляться на відповідних рівнях, тобто також розміщуються ярусами. Але їхня здатність до руху робить тваринну ярусність не такою очевидною. Завдяки пошаровому розміщенню зменшується перекривання екологічних ніш популяцій, а значить, і конкуренція, що дозволяє всім видам краще розвиватися.

106

втрачає її у вигляді тепла. Простіше кажучи, життєдіяльність біоценозу зігріває навколишнє середовище, й ці необоротні втрати тепла постійно треба компенсувати.

Для екосистеми характерна саморегуляція. Вона проявляється в тому, що швидкість колообігу речовин і потоку енергії, густина популяцій, темпи розмноження організмів визначаються внутрішніми процесами в екосистемі. Саморегуляція екосистем забезпечується взаємодією всередині популяцій та між популяціями різних видів: чисельність і густина популяцій хижаків і жертв, рослиноїдів і рослин, паразитів і хазяїв є взаємозалежними, як про це вже йшлося в попередніх параграфах. Також, наприклад, якщо редуценти не встигатимуть поновлювати запаси мінеральних речовин у землі, розклавши рештки, то швидкість збільшення біомаси рослин (їхня продуктивність) зменшуватиметься.

Завдяки розмноженню організмів екосистемі властива здатність до самовідновлення: після загибелі частини організмів, їхня кількість швидко відновлюється. Крім того, екосистеми володіють стійкістю, тобто здатністю протистояти зовнішнім впливам. Стійкість можна розглядати у двох аспектах: як здатність опиратися змінам і як здатність швидко відновлюватися після них. Так, наприклад, ліси мають більшу стійкість до полум’я, порівняно зі степами, де пожежа виникає від однієї іскри. Але відновлення лісу після пожежі триває кілька десятиліть, а для степу достатньо й кількох років (рис. 16.6). Основою стійкості екосистеми є видове різноманіття біоценозу: чим воно більше, тим вища її стійкість. Така залежність зумовлена тим, що в разі загибелі значної кількості представників одного виду, організми інших видів можуть компенсувати цю втрату за рахунок збільшення своєї чисельності. Наприклад, якщо під дією якось нового вірусу чи інсектициду більшість комарів в екосистемі загине, то замість них ластівки інтенсивніше поїдатимуть мух. Якщо ж різноманіття видів комах і їхня чисельність в екосистемі буде недостатньою, щоб прогодувати ластівок, то існування останніх буде під великою загрозою. А з ними й видів, що пов’язані з ластівками. Таким чином, саме видова структура біоценозу визначає його стійкість.

Рис. 16.6. Степова пожежа й відновлення степу після неї

За два роки після степової пожежі (А) біоценоз степу майже повністю відновився (Б).

107

Життєві запитання — обійти не варто!

Елементарно про життя

1. Серед наведених екосистем оберіть ту, в якій колообіг хімічних елементів

2. Виберіть характеристику екосистеми, що НЕ описує біоценоз. А кількість видів-хижаків Б густина популяції домінантного виду

Врічний діапазон коливань температури Г рослини, що утворюють деревостій

3. Що більше популяцій різних видів входить до складу екосистеми, то А більше в ній продуцентів Б менша конкуренція в ній

Вшвидший колообіг речовин у ній

У житті все просто

7. Схарактеризуйте відношення між біотопом і біоценозом. Чи залежить

функціонування одного з них від другого?

8. Від яких факторів залежить просторове розміщення популяції одного виду в екосистемі?

У житті не все просто

9. Скористайтесь правилом обов’язкового заповнення екологічної ніші й поясніть, чому екосистеми без консументів украй рідкісні.

10. Які особливості лісу підвищують його стійкість до пожеж? А які зумовлюють тривале відновлення після пожежі? Як за цими особливостями відрізняється степ?

108

§ 17. Зв’язки між популяціями в екосистемі

109

Речовини переміщуються екосистемою по трофічних ланцюгах

Основним типом зв’язків, що сполучає популяції в єдиний біоценоз, є трофічні. При цьому представники одних видів стають джерелом їжі для інших, яких також хтось з’їдає. Гусінь їсть листя рослин, синиці їдять гусінь, а яструби — синиць. Подібні послідовності «хто кого їсть» утворюють трофічні (харчові) ланцюги.

Кожен учасник трофічного ланцюга посідає свій трофічний рівень. На початку трофічного ланцюга перебувають організми, які створюють основу для харчування всієї екосистеми. Такі автотрофні організми, що перетворюють неорганічні речовини в органічні, належать до трофічного рівня продуцентів. Як ви пам’ятаєте, найчастіше це рослини, здатні до фотосинтезу.

Ними харчуються рослиноїдні організми, яких відносять до трофічного рівня консументів першого порядку. Консументів першого порядку поїдають уже м’ясоїди — консументи другого порядку, а їх — консументи вищих порядків. Зазвичай на найвищих трофічних рівнях розташовуються великі хижаки чи паразити — у них немає природних ворогів, які б їх з’їдали, тому вони є кінцевою ланкою трофічного ланцюга.

Рештки продуцентів і консументів розкладаються редуцентами до неорганічних речовин. Цей процес виводить хімічні елементи з трофічного ланцюга, що дає змогу їм стати компонентами інших ланцюгів. Утім оскільки мертві рештки організмів містять поживні речовини, вони можуть стати їжею для детритофагів1 — гетеротрофних організмів, які харчуються органічним матеріалом, що розкладається. Поїдання детритофагами рослинних решток розпочинає новий трофічний ланцюг. Такий харчовий ланцюг, що бере початок від мертвих решток, називають детритним, тоді як той, що починається поїданням живих продуцентів — пасовищним (рис. 17.2).

1 Від лат. detritus — розпад і грец. phagos — той, що пожирає.

110