Структуракласичної біоекології включає:
аутекологію (екологію окремих організмів),
демекологію (екологію популяцій та видів),
синекологію (екологію угруповань організмів).
В екології виділяють також:
- екологію різних систематичних груп (екологія грибів, рослин, ссавців тощо);
- середовищ життя (суші, грунту, моря тощо),
- еволюційну екологію (зв'язок еволюції видів та супутніх екологічних умов),
- ряд прикладних напрямків(Медична, сільськогосподарська екологія, еколого-економічні науки).
Середовище життя - це частина природи, в якій живуть організми:
- вода,
- повітря,
- грунт,
- організм.
Водне середовище життя.
Вода - первинне середовище для живих істот, оскільки саме в ньому зародилося життя. Більшість організмів не здатні до активної життєдіяльності без надходження води до організму або принаймнібез збереження певного вмісту рідини усередині організму. Внутрішнє середовищеорганізму, в якій відбуваються основні фізіологічні процеси, очевидно, як і раніше, зберігає риси того середовища, в якому відбувалася еволюція перших організмів. Так, вміст солей у крові людини (підтримуване на відносно незмінному рівні) близький до такого в океанічній воді. Властивості водного океанічного середовища багато в чому визначили хіміко-фізичну еволюцію всіх форм життя. Головною відмінною особливістю водного середовища є її відносна стабільність (амплітуда сезонних або добових коливань температури у водному середовищі набагато менше, ніж у наземно-повітряному). Рельєф дна, відмінність умов на різних глибинах, наявність коралових рифів та інше створюють різноманітність умов у водному середовищі.
Особливості водного середовища походять з фізико-хімічнихвластивостей води. Так, велике екологічне значеннямають високу щільність та в'язкість води. Питома маса води можна порівняти з такою у тіла живих організмів. Щільність води приблизно в 1000 разів вище за щільність повітря. Тому водні організми(Особливо активно рухаються) стикаються з великою силою гідродинамічного опору. Еволюція багатьох груп водних тварин з цієї причини йшла у напрямку формування форми тіла та типів руху, що знижують лобовий опір, що призводило до зниження енерговитрат на плавання. Так, обтічна форма тіла зустрічається у представників різних групорганізмів, що у воді, - дельфінів (ссавців), костистих і хрящових риб.
Висока щільність води також є причиною того, що механічні коливання (вібрації) добре поширюються у водному середовищі. Це мало важливе значенняв еволюції органів чуття, орієнтації у просторі та комунікації між водними мешканцями. Вчетверо більша, ніж у повітрі, швидкість звуку у водному середовищі визначає більш високу частоту ехолокаційних сигналів.
У зв'язку з високою щільністюводного середовища її мешканці позбавлені обов'язкового зв'язку з субстратом, який характерний для наземних форм і пов'язаний із силами гравітації. Тому є ціла група водних організмів (як рослин, так і тварин), які існують без обов'язкового зв'язку з дном або іншим субстратом, що «парять» у водній товщі. Електропровідність відкрила можливість еволюційного формування електричних органів чуття, оборони та нападу.
Наземно-повітряне середовище життя характеризуєтьсявеличезною різноманітністю умов існування, екологічних ніш і організмів, що їх заселяють. Важливо відзначити, що організми відіграють першорядну роль у формуванні умов наземно-повітряного середовища життя, і насамперед газового складуатмосфери. Практично весь кисень земної атмосферимає біогенне походження.
Основними особливостяминаземно-повітряного середовища є велика амплітуда зміни екологічних факторів, неоднорідність середовища, дія сил земного тяжіння, низька щільністьповітря. Комплекс фізико-географічних та кліматичних факторів, властивих певній природній зоні, призводить до еволюційного становлення морфофізіологічної адаптації організмів до життя в цих умовах, різноманітності форм життя.
Атмосферне повітря відрізняється низькою та мінливою вологістю. Ця обставина багато в чому лімітувала (обмежувала) можливості освоєння наземно-повітряного середовища, а також спрямовувала еволюцію водно-сольового обмінута структури органів дихання.
Ґрунт як середовище життя є наслідком діяльності живих організмів. Заселяли наземно-повітряне середовище організми призводили до виникнення ґрунту як унікального довкілля. Ґрунт єскладну систему , Що включає тверду фазу (мінеральні частинки), рідку (грунтова волога) та газоподібну. Співвідношення цих трьох фаз і визначає особливості ґрунту як середовища життя. Важливийособливістю ґрунту є також наявність певної кількості органічної речовини. Воно утворюється внаслідок відмирання організмів та входить до складу їх екскретів (виділень).
Умови ґрунтового довкілля визначають такі властивості ґрунту, як аерація (тобто насиченість повітрям), вологість (присутність вологи), теплоємність і термічний режим (добовий, сезонний, різнорічний перебіг температур). Термічний режим у порівнянні з наземно-повітряним середовищем консервативніший, особливо на великій глибині. У цілому нині грунт відрізняється досить стійкими умовами життя. Вертикальні відмінності характерні й інших властивостей грунту, наприклад, проникнення світла залежить від глибини.
Ґрунтове середовище займає проміжне положенняміж водним та наземно-повітряним середовищами. У ґрунті можливе проживання організмів, що володіють як водним, так і повітряним типомдихання. Вертикальний градієнт проникнення світла у ґрунті ще більш виражений, ніж у воді. Мікроорганізми зустрічаються по всій товщі ґрунту, а рослини (насамперед кореневі системи) пов'язані із зовнішніми горизонтами. Для ґрунтових організмів характерні специфічні органиі типи руху (ріють кінцівки у ссавців; здатність до зміни товщини тіла; наявність спеціалізованих головних капсул у деяких видів); форми тіла; міцні та гнучкі покриви; редукція очей та зникнення пігментів. Серед ґрунтових мешканців широко розвинена сапрофагія – поїдання трупів інших тварин, гниючих залишків тощо.
Екологічні фактори - елементи середовища, що впливають на організми, у відповідь на які організми реагують пристосувальними реакціями.
За природою розрізняють:
- неорганічні, або абіотичні фактори: температура, світло, вода, повітря, вітер, солоність та щільність середовища, іонізуючі випромінювання;
- біотичні факторипов'язані з спільним проживанням, взаємним впливом тварин і рослин один на одного;
- антропогенні фактори- Вплив людини, людської діяльностіна природу; за розмахом та глобальністю свого впливу вони наближаються до геологічних сил.
Кожен із екологічних факторів незамінний. Так, нестачу тепла не можна замінити великою кількістю світла, мінеральні елементи, необхідні для живлення рослин - водою.
Антропогенні фактори пов'язані з діяльністю людини, під впливом якої середовище змінюється та формується. Діяльність людини поширюється практично на всю біосферу: видобуток корисних копалин, освоєння водних ресурсів, розвиток авіації та космонавтики позначаються на стані біосфери. В результаті виникають руйнівні процеси в біосфері, до яких відносяться забруднення вод, парниковий ефект», пов'язаний із збільшенням концентрації діоксиду вуглецю в атмосфері, порушення озонового шару, «кислотні дощі» тощо.
Організми адаптуються(Пристосовуються) до впливу певних факторів у процесі природного відбору. Їхні адаптаційні можливості визначаються нормою реакціїпо відношенню до кожного з факторів, як постійно діючих, так і вагаються у своїх значеннях. Наприклад, довжина світлового дня в конкретному регіоні стала, а температура і вологість можуть коливатися в досить широких межах.
Екологічні фактори характеризуються інтенсивністю дії, оптимальністю значення ( оптимумом), максимальним та мінімальним значеннями, в межах яких можливе життя конкретного організму. Ці параметри для представників різних видіврізні.
Відхилення від оптимуму будь-якого фактора, наприклад, зниження кількості їжі, може звузити межі витривалостіптахів або ссавців по відношенню до зниження температури повітря.
Фактор, значення якого в даний моментзнаходиться на межах витривалості, або виходить за них називається обмежує.
Інтенсивність впливу різних екологічних чинників на популяцію загалом називається правилом оптимуму та описується графічно. По осі ординат відкладається чисельність популяції залежно від дози тієї чи іншої чинника (вісь абсцис). Виділяють оптимальні дози фактора та дози дії фактора, при яких відбувається пригнічення життєдіяльності. даного організму. На графіку це відповідає п'яти зонам : зона оптимуму, праворуч і ліворуч від неї зони песимуму (від межі зони оптимуму до max або min) і летальні зони (що знаходяться за межами max і min), в яких чисельність популяції дорівнює 0. Інтенсивність фактора, найбільш сприятливу для життєдіяльності, називають оптимальною , чи оптимумом. Межі, за якими існування організму неможливе, називають нижнім і верхньою межеювитривалості .
Еврібіонти -
організми, які проживають у різних умовахсередовища (виносять широкий діапазон коливань фактора)
Стенобіонти -
організми, які потребують строго певних умов існування (вузький діапазон коливань фактора).
При комплексному впливі різних факторівна організми лімітуючим(Обмежує розвиток організмів) фактором є фактор, що перебуває в нестачі або надлишку. Образно це становище допомагає уявити так звана «бочка Лібіха». Уявіть бочку, в якій дерев'яні рейки з боків мають різну висоту. Зрозуміло, якою б висоти не були інші рейки, але налити води в бочку можна рівно стільки, якою є довжина найкоротшої рейки.
Закон оптимуму, мінімуму та максимуму.
Цей закон говорить про те, що найвищий урожай можна отримати лише за середнього, тобто оптимального, наявності фактора життя рослин.
Дія цього закону наочно проявляється при вирощуванні рослин на тлі різного забезпечення будь-яким одним фактором життя, наприклад водою, теплом, вуглекислим газом або будь-яким іншим. У всіх випадках у міру збільшення кількості фактора від мінімального до оптимального умови зростання рослин поліпшуватимуться, а врожай збільшуватиметься. При подальшому збільшенні кількості фактора врожай почне зменшуватися, поки не досягне близького до нульового при максимальній кількостіфактор життя рослин.
На зростання культурних рослин впливає не одиничний чинник життя, а сукупність чинників життя та умов середовища. Було встановлено, що, змінюючи лише один фактор життя, без прямого впливуна інші, збільшення врожаю поступово згасають, а потім і зовсім припиняються від однакових додаткових доз фактора. Причина тому - що обмежує вплив інших чинників життя, оскільки набирає чинності закон мінімуму, чи що обмежують чинників, - врожайність сільськогосподарських культур залежить від чинника життя, що у відносному мінімумі.
Закон мінімуму, або обмежуючих факторів, має відношення і до фізіології рослин, де його трактували так; що у відносному мінімумі чинник обмежує вплив решти чинників життя. Передбачалося, що фактори життя діють на рослини ізольовано один від одного. Однак цього у природі немає. Численними дослідами та практикою встановлено, що життєдіяльність культурних рослин дійсно залежить від факторів життя, що перебувають у відносному мінімумі, але в окремих випадкахНестача одних факторів життя можна трохи згладити гарним забезпеченняміншими факторами життя. Наприклад, якщо в процесі фотосинтезу обмежуючим фактором буде вуглекислий газ, то це обмеження можна зняти кількома способами: по-перше, збільшення концентрації вуглекислого газуу навколишньому рослини атмосферному повітрі; по-друге, шляхом створення оптимальної температури навколишнього повітря. Останнє призведе до посилення дифузії молекул вуглекислого газу навколишнього середовищау міжклітинні простори листа, тобто на краще забезпечення хлоропластів вуглекислим газом.
Складність взаємовідносин факторів життя між собою, а також між ними та рослинами не дозволяє спрощено розуміти дію закону мінімуму, або обмежуючих факторів.
У виробничих умовах необхідно знати фактори життя, що перебувають у першому, другому та наступних мінімумах, та агротехнічними, а також іншими прийомами знімати їх обмежуючий вплив.
Обмежувати врожай можуть не лише фактори життя, а й несприятливі умовисередовища: ґрунтові, фітологічні та агротехнічні, наприклад кислотність ґрунту, його засміченість. Слід застосовувати заходи до їх обмеження негативного впливукультурні рослини.
Біологічні ритми
Багато біологічних процесів у природі протікають ритмічно, тобто. різні стани організму чергуються із досить чіткою періодичністю. До зовнішнім факторамвідносяться - зміна освітленості (фотоперіодизм), температури (термоперіодизм), магнітного поля, інтенсивність космічних випромінювань. Зростання та цвітіння рослин залежать від взаємодії між їх біологічними ритмами та змінами середовищних факторів. Ці фактори визначають час настання перельотів птахів, линяння тварин тощо.
Фотоперіодизм
- Фактор, що визначає довжину світлового дня і в свою чергу впливає на прояв інших факторів середовища. Довжина світлового дня для багатьох організмів є сигналом зміни сезонів. Дуже часто на організм впливає поєднання факторів, і якщо якийсь із них є обмежуючим, то вплив фотоперіоду знижується або не проявляється зовсім. При низьких температурахнаприклад рослини не зацвітають.
Тематичні завдання
А1. Організми, як правило, пристосовуються
1) до кількох, найбільш суттєвих екологічних факторів
2) до одного, найважливішого для організму фактора
3) до всього комплексу екологічних факторів
4) в основному, до біотичних факторів
А2. Обмежуючим називається фактор
1) що знижує виживання виду
2) найбільш наближений до оптимального
3) із широким діапазоном значень
4) будь-який антропогенний
А3. Обмежуючим фактором для струмкової форелі може стати
1) швидкість течії води
2) підвищення температури води
3) пороги у струмку
4) тривалі дощі
А4. Актинія та рак-самітник перебувають у відносинах
1) хижацьких
3) нейтральних
4) симбіотичних
А5. Біологічним оптимумом називається позитивна дія
1) біотичних факторів
2) абіотичних факторів
3) всіх видів факторів
4) антропогенних факторів
А6. Найбільш важливим пристосуваннямссавців до життя в непостійних умовах середовища можна вважати здатність до
1) саморегуляції
2) анабіозу
3) охороні потомства
4) високої плодючості
А7. Чинник, що викликає сезонні зміниу живій природі, – це
1) атмосферний тиск
2) довгота дня
3) вологість повітря
4) t повітря
А8. До антропогенного фактора відноситься
1) конкуренція двох видів за територію
4) збирання ягід
А9. Вплив факторів з відносно постійними значеннями піддається
1) домашній кінь
3) бичачий ціп'як
4) людина
А10. Більш широкою нормою реакції по відношенню до сезонних коливань температури має
1) ставкова жаба
2) струмок
4) пшениця
В1. До біотичних факторів відносять
1) органічні залишки рослин та тварин у ґрунті
2) кількість кисню в атмосфері
3) симбіоз, квартиранство, хижацтво
4) фотоперіодизм
5) зміна пір року
6) чисельність населення
У межах біосфери можна виділити чотири основні довкілля. Це водне середовище, наземно-повітряне середовище, грунт і середовище, утворене самими живими організмами.
Водне середовище
Вода служить довкіллям для багатьох організмів. З води вони отримують всі необхідні життя речовини: їжу, воду, гази. Тому, хоч би якими були різноманітні водні організми, всі вони повинні бути пристосовані до головних особливостей життя у водному середовищі. Ці особливості визначаються фізичними та хімічними властивостями води.
Гідробіонти (мешканці водного середовища) мешкають як у прісній, так і в солоній воді і за місцем проживання поділяються на (3) групи:
- планктон - організми, що живуть на поверхні водойм і пасивно пересуваються за рахунок руху води;
- нектон - води, що активно пересуваються в товщі;
- бентос - організми, що мешкають на дні водойм або зариваються в мул.
У товщі води постійно ширяє безліч дрібних рослин і тварин, що ведуть життя у зваженому стані. Здатність до ширяння забезпечується не тільки фізичними властивостямиводи, що володіє виштовхувальною силою, але і спеціальними пристроямисамих організмів, наприклад, численними виростами і придатками, що значно збільшують поверхню їх тіла і, отже, підвищують тертя навколишню рідину.
Щільність тіла таких тварин, як медузи дуже близька до щільності води.
Утримуватися в товщі води допомагає їм до того ж характерна форматіла, що нагадує парашут.
У активних плавців (риб, дельфінів, тюленів та ін) веретеноподібна форма тіла, а кінцівки у вигляді ласт.
Їхнє пересування у водному середовищі полегшується, крім того, завдяки особливій будові зовнішніх покривів, що виділяють спеціальне мастило - слиз, що знижує тертя про воду.
Вода має дуже високу теплоємність, тобто. властивістю накопичувати та утримувати тепло. З цієї причини у воді немає різких коливань температури, які часто трапляються на суші. Дуже глибокі води можуть бути дуже холодними, проте завдяки постійності температури у тварин зміг розвинутися ряд пристосувань, які забезпечують життя навіть у цих умовах.
Тварини можуть жити на великих океанських глибинах. Рослини виживають тільки у верхньому шарі води, куди потрапляє промениста енергія, необхідна для фотосинтезу. Цей шар називають фотичною зоною .
Так як поверхня води відображає більшу частину світла, навіть у найбільш прозорих океанських водах товщина фотичної зони не перевищує (100) м. Тварини великих глибин живляться або живими організмами, або останками тварин і рослин, що постійно опускаються вниз з верхнього шару.
Подібно до наземних організмів водні тварини та рослини дихають, їм потрібний кисень. Кількість розчиненого у воді кисню знижується зі збільшенням температури. Причому в морській воді кисень розчиняється гірше, ніж у прісній. З цієї причини води відкритого морятропічного пояса бідні на живі організми. І, навпаки, полярні води багаті на планктон - дрібні рачки, якими годуються риби і великі китоподібні.
Дуже важливий для життя сольовий склад води. Особливе значення для організмів мають іони (Ca2+). Молюскам та ракоподібним кальцій необхідний для побудови раковини чи панцира. Концентрація солей у воді може сильно змінюватись. Вода вважається прісною, якщо в одному її літрі міститься менше (0,5) г розчинених солей. Морська водавідрізняється сталістю солоності і містить у середньому (35) г солей в одному літрі.
Наземно-повітряне середовище
Наземно повітряна середовище, освоєна під час еволюції пізніше водної, складніша і різноманітна, і його населяють більш високоорганізовані живі організми.
Найбільш важливим фактором життя організмів, що тут живуть, є властивості і склад навколишніх повітряних мас. Щільність повітря набагато нижче щільності води, тому у наземних організмівсильно розвинені опорні тканини – внутрішній та зовнішній скелет. Форми руху дуже різноманітні: бігання, стрибання, повзання, політ та ін. У повітрі літають птахи та деякі види комах. Потоки повітря розносять насіння рослин, суперечки, мікроорганізми.
Повітряні маси постійно перебувають у русі. Температура повітря може змінюватися дуже швидко і на великих просторах, тому організми, що живуть на суші, мають численні пристосування, що дозволяють витримувати. різкі перепадитемператури або уникати їх.
Найбільш чудовим з них є розвиток теплокровності, що виник саме в наземно-повітряному середовищі.
Важливе значення для життя рослин і тварин має хімічний склад повітря ((78%) азоту, (21%) кисню і (0,03%) діоксиду вуглецю). Діоксид вуглецю, наприклад, є найважливішим сировинним джерелом фотосинтезу. Азот повітря необхідний синтезу білків і нуклеїнових кислот.
Кількість водяної пари в повітрі (відносна вологість) визначає інтенсивність процесів транспірації у рослин та випаровування зі шкіри деяких тварин. Організми, що живуть в умовах низької вологості, мають численні пристрої, що запобігають сильним втратам води. Так, наприклад, у пустельних рослин потужна коренева системаздатна насмоктувати в рослину воду з великої глибини. Кактуси запасають воду в тканинах і ощадливо її витрачають. У багатьох рослин для зменшення випаровування листові пластинки перетворені на колючки. Багато пустельних тварин у найспекотніший період впадають у сплячку, яка може тривати кілька місяців.
Ґрунт - це верхній шар суші, перетвореної внаслідок життєдіяльності живих істот. Це важливий і дуже складний компонент біосфери, що тісно пов'язаний з іншими її частинами. Життя грунту надзвичайно багате. Деякі організми проводять у ґрунті все життя, інші – частина життя. Між частинками ґрунту є численні порожнини, які можуть бути заповнені водою чи повітрям. Тому ґрунт населяють як водні, так і дихальні організми. Величезну роль грає ґрунт у житті рослин.
Умови життя у ґрунті багато в чому визначаються кліматичними факторами, найважливішим з яких є температура. Однак у міру занурення в ґрунт коливання температури стають все менш помітними: швидко згасають добові, а в міру збільшення глибини та сезонні зміни температур.
Навіть на невеликій глибині у ґрунті панує повна темрява. Крім того, у міру занурення у ґрунт падає вміст кисню і зростає вміст вуглекислого газу. Тому на значній глибині можуть мешкати лише анаеробні бактерії, у той час як у верхніх шарахґрунти крім бактерій в достатку зустрічаються гриби, найпростіші, круглі черви, членистоногі і навіть відносно великі тварини, що прокладають ходи і будують притулки, наприклад, кроти, землерийки, сліпи.
Середовище, утворене самими живими організмами
Вочевидь, умови життя всередині іншого організму характеризуються великою сталістю проти умовами довкілля.
Тому організми, що знаходять собі місце в тілі рослин або тварин, часто повністю втрачають органи та системи, необхідні вільноживучим видам. У них не розвинені органи почуттів чи органи руху, зате виникають пристосування (часто дуже витончені) для утримання в тілі господаря та ефективного розмноження.
Джерела:
Кам'янський А. А., Криксунов Є.А., Пасічник В.В. Біологія 9 клас // ДРОФА
Кам'янський А. А., Криксунов Є.А., Пасічник В.В. Біологія Загальна біологія ( базовий рівень) 10-11 клас // ДРОФА
Переваги біологічних методів
Тривалий час спостереження, які ми з використанням сучасної термінології називаємо моніторингом, проводилися лише за змінами концентрацій серед тих чи інших шкідливих речовин, і деякими іншими параметрами стану природного середовища, пов'язаними в основному з природними причинами. На відміну від динаміки екосистем, що викликається природними факторами, їх зміни під впливом антропогенних і техногенних факторіввідбуваються дуже швидко.
Логічно припустити, що оскільки на живі організми сильно і негативно впливають різні хімічні домішки в середовищі, саме хімічними методами і слід оцінювати якість середовища. Однак, це не зовсім так. Справа в тому, що нерідко хімічні методи не здатні визначити наявність у середовищі шкідливих речовин через їх низьку концентрацію, проте за рахунок ефекту кумуляції їх шкідливий впливвиявляється відчутним.
Зауваження 1
Так само хімічні методи що неспроможні відобразити специфіку спільного на організм кількох шкідливих речовин, яка зводиться до сумації окремих впливів. Нарешті, існує явище адаптації, завдяки якому вплив тих самих концентрацій тих самих забруднювачів різні покоління організмів нерівнозначно. Всі ці недоліки хімічних методівстають несуттєвими для біологічних.
Біологічні тест-об'єкти
Визначення 1
Тест-об'єкти - це організми, що використовуються для оцінки токсичності хімічних речовин, промислових викидів, атмосферних домішок, природних та стічних вод, ґрунтів, донних відкладів водойм, кормів та ін.
Це свого роду «датчики» сигнальної інформації, що показує ступінь токсичності середовища, вони дозволяють замінити складні хімічні аналізи, дають можливість оперативно констатувати факт токсичності (отруйності, шкідливості) середовища, незалежно від його обумовленості однією, що легко визначається аналітичною речовиною або цілим комплексом хімічно не визначених речовин. Тест-об'єкти з високим ступенемнаближення дозволяють дати кількісну оцінкурівня токсичності забруднення повітряного, водного та ґрунтового середовища.
Як такі об'єкти використовують самі різні організми- рослини, безхребетних та хребетних тварин.
Методики досліджень також різні. Це вивчення видового складу та чисельності біоіндикаторів у співтовариствах, лабораторні дослідження, в яких відзначається вплив середовища, що тестується на виживання, плодючість, стабільність розвитку організмів. Популярними об'єктами таких досліджень є:
- насіння ряду рослин,
- лишайники,
- дафнії,
- багато водних безхребетних,
- риби,
- і т.д.
Зауваження 2
По об'єкту, що використовується, нерідко називають і весь метод, наприклад, метод, заснований на використанні в якості тест-об'єкта лишайників називається ліхеноіндикацією.
Тест-об'єкти повинні чуйно реагувати на характер та склад субстрату, на мікрокліматичні умови та склад середовища. Використання їх як об'єктів глобального моніторингу сприяє широке поширенняі виражена реакція на зовнішній вплив, при тому, що власна мінливість цих організмів має бути відносно незначною.
Тест-об'єкти служать інтегральним індикатором стану середовища проживання і опосередковано висловлюють своєю реакцією загальну "сприятливість" комплексу абіотичних чинників середовища для біоти. Крім того, більшість хімічних сполук, що шкідливо впливають на організми, входить до складу викидів більшості промислових виробництв, що дозволяє використовувати біологічні тест-об'єкти для тонкої індикації антропогенного навантаження.
Найбільш тонким механізмом подібних досліджень є вивчення стабільності розвитку, при цьому з'являється можливість оцінювати слабкі рівні на середовище, що не призводять до загибелі організмів.
Біологічні системи
Система- це сукупність компонентів, що у взаємодії і утворюють єдине ціле.
Типи біологічних систем:
Відкриті та закриті (для енергії, інформації, речовин)
Живі (біологічні, соціальні) та неживі (хімічні, фізичні)
Високоупорядковані (організми) та з низькою впорядкованістю (кристали)
Саморегулюючі (організми) та із зовнішнім регулюванням (хімічні реакції)
Загальні ознаки систем:Будь-яка система складається з елементів, частин (підсистем) і має певну структуру.
Властивості систем:цілісність (підпорядкованість компонентів загальної мети); взаємопов'язаність (зміна одного компонента призводить до зміни інших); ієрархічність (система може бути частиною іншої більшої системи).
Принципи організації біологічних систем
- Відкритість - біологічні системи відкриті для вступу до них речовин, енергії та інформації.
- Висока впорядкованість - узгодженість між компонентами, що утворюють систему; ефективне використаннянадходить енергії.
- Оптимальність конструкції - найбільш вдалі поєднання елементів та частин; біологічні системи включають найлегші хімічні елементи; економія будівельного матеріалу, мінімізація живої речовини
- Керованість - перехід із одного стану в інший.
- Ієрархічність - взаємна супідрядність елементів та елементів.
Рівні організації живої матерії
Молекулярний рівень
Визначається хімічним складом живих систем (органічні та неорганічні молекули та їх комплекси), біохімічними процесами- обміном речовин та перетворенням енергії, зберіганням та передачею спадкової інформації. На цьому рівні проходить межа між живою та неживою природою.
Система: біополімери – білки, нуклеїнові кислоти.
Процеси: передача генетичної інформації – реплікація, транскрипція, трансляція.
Органоїдно-клітинний рівень
Зумовлений будовою та функціонуванням клітин, їх диференціацією та спеціалізацією у процесі розвитку та механізмами поділу. Неклітинних форм життя немає, а віруси можуть виявляти властивості живих систем лише усередині живих клітин.
Система: клітка.
Процеси: клітинний метаболізм, життєві циклита розподіл, що регулюються білками-ферментами.
Тканинний рівень
Зумовлений сукупністю клітин, подібних за будовою та об'єднаних виконанням загальної функції.
Система: тканина.
Процеси: процеси взаємодії клітин у багатоклітинному організмі.
Органний рівень
Зумовлений будовою та життєдіяльністю кількох типів тканин, які утворюють окремі органи.
Система: орган.
Процеси: процеси взаємодії органів та систем органів.
Організмальний рівень
Визначається особливостями будови та функціонування окремих особин, механізмами узгодженої роботи органів та систем органів, реакціями на мінливі умови середовища.
Система: організм.
Процеси: онтогенез, метаболізм, гомеостаз, розмноження.
Популяційно-видовий рівень
Визначається взаємовідносинами між організмами однієї популяції, між організмами та їх довкіллям.
Система: населення, вид.
Процеси: зміна генофонду, елементарні еволюційні зміни.
Біогеоценотичний (екосистемний) рівень
Визначається взаємовідносинами між організмами різних видів та різної складності організації.
Система: біогеоценоз (екосистема).
Процеси: кругообіг речовин та перетворення енергії в біогеоценозі (екосистемі), харчові ланцюги та мережі.
Біосферний рівень
Визначається взаємовідносинами між різними екосистемами (біогеоценозами), кругообігом речовин та перетворенням енергії.
Система: Біосфера.
Процеси: кругообіг речовин та перетворення енергії.
Основні властивості живих систем
1. Єдність хімічного складу
Живі організми складаються з тих самих хімічних елементів, Як і тіла неживої природи, лише у різному співвідношенні - 98% хімічного складу живих організмів посідає вуглець, кисень, водень і азот.
2. Обмін речовин
Всі живі організми здатні до обміну речовин із навколишнім середовищем, при цьому вони поглинають необхідні речовинита виділяють продукти життєдіяльності. Обмін речовин забезпечує гомеостаз - сталість фізико-хімічного складуорганізму та всіх його частин. Обмін речовин відбувається і в неживій природі, проте при цьому відбувається їх переміщення (змив ґрунту) або зміна тільки їх агрегатного стану(Випарювання води), а при біологічному обміні речовин - їх перетворення.
3. Самовідтворення (репродукція)
Живі організми здатні відтворювати собі таких. В основі цієї властивості лежить утворення нових молекул і структур на основі інформації, що зберігається в ДНК. Завдяки самовідтворенню як цілі організми, а й клітини, органоїди клітин після поділу ідентичні своїм попередникам.
4. Спадковість
Здатність організмів зберігати і передавати з покоління до покоління ознаки, властивості, особливості, тобто. забезпечувати наступність поколінь.
5. Мінливість
Здатність організмів протягом життя набувати нових ознак і властивостей, в основі якого лежить процес зміни молекул ДНК. Ця властивість постачає матеріал для природного відбору.
6. Розвиток та зростання
Розвиток - загальна властивість матерії - незворотна спрямована закономірна зміна живих і неживих систем, у результаті якого з'являються якісно нові стани систем. Розвиток живих систем представлено індивідуальним розвитком (онтогенез) та історичним розвиткомвидів (філогенез). Розвиток супроводжується зростанням – збільшенням розмірів, маси та обсягу організму.
7. Подразливість
Здатність організмів вибірково реагувати на зовнішні впливидовкілля. Зміна умов довкілля по відношенню до організму - подразнення, а реакція організму на зовнішні подразники- дратівливість – показник чутливості організму до подразників. У рослин – тропізми (зміна характеру росту): геотропізм, геліотропізм, аеротропізм, реотропізм, термотропізм, фототропізм – та настії (рух окремих частин рослинного організму): рух листя до світла; у найпростіших тварин – таксиси (зміна характеру руху): хемотаксис, фототаксис, аеротаксис, геотаксис, реотаксис, термотаксис; у багатоклітинних тварин - рефлекс (у відповідь реакція організму на роздратування, що здійснюється і контрольована нервовою системою).
8. Дискретність та цілісність
Кожен організм (біологічна система) складається з відокремлених, відмежованих у просторі елементів, які між собою тісно пов'язані та взаємодіють, тобто є структурно та функціонально єдиними.
9. Саморегуляція
Здатність живих організмів підтримувати сталість фізико-хімічного складу, інтенсивність фізіологічних процесіву мінливих умовах довкілля. Нестача поживних речовин мобілізує внутрішні ресурси організму, а надлишок викликає припинення їхнього синтезу.
10. Ритмічність
Зміни інтенсивності фізіологічних процесів та функцій з різними періодами коливань (добові, сезонні ритми). Ритмічність забезпечує пристосування організмів до умов існування, що періодично змінюються.
11. Енергозалежність
Живі організми – це відкриті системи, які є стійкими лише за умови безперервного доступу до них енергії та матерії ззовні.
12. Самооновлення
Здатність відновлювати макромолекули, органоїди та клітини при поступовому їх руйнуванні.
13. Ієрархічність
Все живе, від біополімерів до біосфери, знаходиться у певній супідрядності, і функціонування менш складних біологічних систем уможливлює існування більш складних біологічних систем.
Кириленко О. А. Біологія. ЄДІ. Розділ « Молекулярна біологія». Теорія, тренувальні завдання. 2017.
Під середовищем проживання розуміють простір, використовуване живими організмами існування. Таким чином, тема має пряме відношеннядо питання життєдіяльності будь-якої істоти. Існує чотири типи довкілля, крім того, присутні різноманітні фактори, що перетворюють зовнішній вплив, тому їх також необхідно розглядати.
Визначення
Отже, що ж таке місце існування тварин? Визначення виникло ще дев'ятнадцятому столітті - у роботах російського фізіолога Сєченова. Кожен живий організм постійно взаємодіє з навколишніми явищами, які було вирішено називати середовищем. Її роль має подвійну природу. З одного боку, все життєві процесиорганізмів пов'язані з нею безпосередньо - так тварини отримують їжу, на них впливають клімат, з іншого, їх існування не менш впливає на середовище, багато в чому визначаючи її. Рослини підтримують баланс кисню і затіняють ґрунт, тварини роблять його більш пухким. Практично будь-яку зміну викликають живі організми. Середовище проживання потребує комплексного вивчення кожним, хто хоче мати уявлення про біологію. Важливо також знати, що деякі істоти можуть жити у різних умовах. Земноводні народжуються у водному середовищі, а зимують та харчуються нерідко на суші. Жуки, що живуть у повітрі, часто потребують ґрунту або води для розмноження.
Вода
Водне середовище - це сукупність всіх океанів, морів, льодовиків і континентальних вод нашої планети, так звана гідросфера, крім того, іноді до неї включають також сніги Антарктики, атмосферні рідини та ті, що містяться в організмах. Вона займає понад сімдесят відсотків поверхні з основною масою в океанах та морях. Вода є невід'ємною частиною біосфери, причому не тільки водойм, а й повітря, і ґрунту. Будь-якому організму вона потрібна для виживання. Більше того, саме вода відрізняє землю від сусідніх планет. Крім того, вона відіграла ключову роль у розвитку життя. Вона акумулює органічні та неорганічні речовини, переносить тепло, формує клімат і міститься як у тварин, так і рослинних клітинах. Саме тому водне середовище – одне з найважливіших.
Повітря
Суміш газів, що утворює атмосферу Землі, грає найважливішу рольвсім живих організмів. Повітряне середовищеПроживання спрямовувала еволюцію, так як кисень формує високий метаболізм, що визначає структуру органів дихання та системи водно-сольового обміну. Щільність, склад, вологість – все це має серйозне значення для планети. Кисень утворився два мільярди років тому у процесі вулканічної діяльності, після чого його частка у повітрі стабільно збільшувалася. Сучасне місце існування людини відрізняється 21%-м змістом цього елемента. Важливою її частиною є озоновий шар, який не дозволяє ультрафіолетової радіації дістатися до поверхні Землі. Без неї життя на планеті могло б бути знищене. Наразі безпечне місце існування людини перебуває під загрозою - озоновий шар руйнується через негативні екологічні процеси. Це призводить до необхідності свідомої поведінки та постійного вибору найкращих не тільки для людей, але й для Землі рішень.
Ґрунт
У землі живе багато живих організмів. Середовище проживання також використовується рослинами, які є їжею для більшості живих істот планети. Неможливо однозначно визначити, чи є ґрунт неживим утворенням, тому його називають біокосним тілом. Згідно з визначенням, це речовина, яка перероблена у процесі життєдіяльності організмів. Ґрунтове місце існування складається з твердої маси, що включає пісок, глину, мулисті частинки; рідкої складової; газоподібне - це повітря; живий - це істоти, що її населяють, всілякі мікроорганізми, безхребетні, бактерії, гриби, комахи. На кожному гектарі землі мешкає п'ять тонн таких форм. Ґрунтове довкілля є проміжним між водним і наземно-повітряним, тому й організми, що мешкають у ньому, часто відрізняються. комбінованим типомдихання. Зустріти таких істот можна навіть на значній глибині.
Взаємодія організмів та середовища
Кожна істота відрізняється від присутності обміну речовин та клітинної організації. Взаємодія із середовищем відбувається постійно і має вивчатися комплексно через складність процесів. Кожен організм безпосередньо залежить від того, що відбувається навколо. Наземно-повітряне середовище проживання людини впливає на нього опадами, ґрунтовими умовами та діапазоном температур. Деякі з процесів корисні для організму, деякі байдужі, інші приносять шкоду. У кожного є окреме визначення. Наприклад, гомеостаз – сталість внутрішньої системи, якою відрізняються живі організми. Середовище може змінюватися, що вимагає адаптації - рухів, зростання, розвитку. Метаболізм - обмін речовин, що супроводжується хімічними реакціями, наприклад, диханням. Хемосинтезом називають процес створення органіки із сполук сірки чи азоту. Зрештою, варто запам'ятати визначення онтогенезу. Це сукупність перетворень організму, на які впливають всі фактори довкілля за весь період його існування.
Екологічні фактори
Для кращого розуміння біологічних процесів необхідно вивчити це визначення. є комплексом навколишніх умов, що впливають на живий організм. Вони поділяються відповідно до складної класифікації на кілька видів. Пристосування до них організму називають адаптацією, яке зовнішній вигляд, що відбиває чинники довкілля, носить найменування життєвої форми.
Біогенні речовини
Це один із видів екологічних факторів, що впливають на живі організми. Середовище проживання містить солі та елементи, що надходять з водою та їжею. Біогенними з них є ті, що в великих кількостяхнеобхідні організму. Наприклад, це фосфор, важливий освіти протоплазми, і азот, основа для білкових молекул. Джерелом першого є відмерлі організми та гірські породи, а другого - атмосферне повітря. Недолік фосфору впливає існування майже так само гостро, як відсутність води. Трохи поступаються за значенням такі елементи, як кальцій, калій, магній та сірка. Перший необхідний для раковин та кісток. Калій забезпечує роботу нервової системита зростання рослин. Магній входить до молекул хлорофілу та рибосом, а сірка – до складу амінокислот та вітамінів.
Абіотичні фактори середовища
Є й інші процеси, які впливають живі організми. Середовище проживання включає такі фактори, як світло, клімат та подібні, які є за визначенням абіотичними. Без них неможливі процеси дихання та фотосинтезу, обмін речовин, сезонні перельоти, розмноження багатьох тварин. Насамперед, важливе світло. Враховуються його довжина, інтенсивність та тривалість впливу. Стосовно нього виділяється ціла класифікація, яку вивчає біологія. Середовище проживання, наповнене світлом, потрібне геліофітам - луговим і степовим злакам, бур'янам, рослинам тундри. Сціофітам необхідні тінь, вони вважають за краще жити під пологом лісу – це лісові трави. Факультативні геліофіти можуть адаптуватися до будь-яких умов: до такого класу належать дерева, суниця, герань. Так само важливим чинником є температура. Кожен організм має певний діапазон, комфортний для життєдіяльності. Вода, присутність хімікатів у ґрунті та навіть пожежі – все це теж стосується абіотичної сфери.
Біотичні фактори
Антропогенний фактор
Водне, повітряне або наземне місце існування завжди пов'язані з діяльністю людини. Люди інтенсивно змінюють навколишній світ, сильно впливаючи на його процеси. До антропогенних факторів можна віднести кожну дію на організми, ландшафт чи біосферу. Воно може бути прямим, якщо спрямоване на живих істот: наприклад, неправильне полювання і рибальство підривають чисельність деяких видів. Іншим варіантом є опосередкований вплив, коли людина змінює ландшафт, клімат, стан повітря та води, будову ґрунту. Свідомо чи несвідомо, але людина знищує багато видів тварин чи рослин, у своїй культивуючи інші. Так з'являється нове середовище. Існують також випадкові види впливу, наприклад раптове завезення чужих організмів з вантажем, неправильне осушення боліт, створення гребель, поширення шкідників. Втім, деякі істоти вимирають і без будь-якої участі людини, тому звинувачувати людей у всіх екологічних проблемпросто несправедливо.
Лімітуючі фактори
Різноманітний вплив, що чиниться на організми з усіх боків, проявляється в різного ступеня. Іноді ключовими виявляються речовини, які потрібні в мінімальній кількості. Відповідно до цього був розроблений Він припускає, що найслабшою ланкою в ланцюзі потреб організму вважається його витривалість загалом. Таким чином, якщо у ґрунті є всі елементи, крім одного, необхідного для зростання – урожай буде поганим. Якщо додати лише відсутній, залишивши всі інші в колишній кількості - він стане кращим. Якщо ж додавати решту, не виправляючи брак, ніяких змін не відбудеться. Недостатній елемент у такій ситуації і буде лімітуючим фактором. Втім, варто враховувати і максимум дії. Його визначає закон толерантності Шелфорда, який передбачає, що є лише певний діапазон, у якому чинник може бути благотворним для організму, в надлишку ж він стає шкідливим. Ідеальні умовиназиваються зоною оптимуму, а відхилення від норми – пригнічення. Максимуми та мінімуми впливів носять найменування критичних точок, за якими існування організму просто неможливе. Ступені толерантності до тих чи інших умов різні для кожної живої істоти і дозволяють відносити їх до більш менш витривалих різновидів.