Войти
Закрыть

Біосфера як цілісна система

9 Клас

Коли йшлося про екосистеми, то ми зауважували, що вони не обмежені розміром: і невеличке лісове озерце, і гігантський тропічний ліс можна розглядати як екосистему. Дуже важко провести чітку межу між різними екосистемами, оскільки їхні кордони зазвичай умовні й живі організми можуть легко їх перетинати та взаємодіяти з організмами з інших екосистем. Зрештою, усі екосистеми Землі пов’язані між собою спільною атмосферою, міграцією організмів, потоками речовини, енергії й іншими глобальними процесами. Уся сукупність екосистем Землі формує глобальну світову екосистему, яка має назву біосфера. Біосфера, як і будь-яка екосистема, містить біотичний та абіотичний компоненти — усіх живих істот планети й середовища їхнього перебування відповідно. Межі біосфери визначаються межами зустрічності живих організмів у воді, повітрі та в землі. Біосфера простягається від кількох кілометрів углиб земної поверхні, до 10-11 км углиб під водою та до 15-20 км у висоту в атмосфері (рис. 55.1). Межі ці приблизні, особливо в атмосфері, оскільки теоретично живі організми можуть траплятися на висоті озонового шару (20-30 км), вище за який ультрафіолетове випромінювання знищує все живе. Але ймовірність потрапляння навіть найдрібніших спор бактерій на таку висоту зовсім невелика1. Більшість живих організмів мешкає в набагато вужчому шарі — від глибини в кілька метрів під землею до кількох десятків метрів над поверхнею Землі. У планетарних масштабах біосфера невелика: маса всієї біосфери (включаючи біотичний та абіотичний компоненти) становить лише 0,1 % маси Землі, а сумарна маса живих організмів — лише одну мільйонну маси біосфери, тобто лише одну мільярдну маси нашої планети. Однак живі організми (а також людина) є сьогодні одним із найважливіших геологічних факторів, що видозмінюють обличчя нашої планети. Поняття «біосфера» запропонував австрійський учений Едуард Зюсс 1875 року, а найповніше розвинув концепцію біосфери у своїх працях Володимир Вернадський — видатний вітчизняний учений, перший президент Української академії наук. Володимир Вернадський цікавився питаннями кристалографії, мінералогії, ґрунтознавства, геохімії й навіть історії. Це дало йому змогу розробити міждисциплінарну концепцію біосфери, що об’єднує знання з різних галузей науки. Можливо, якісь погляди Володимира Вернадського в наш час можуть здатися дещо абстрактними чи несучасними, але треба пам’ятати, що він працював над питаннями біосфери в 1920-ті роки, тобто...
0 Переглянути

Стабільність екосистем

9 Клас

Екосистеми — це складні структури, що функціонують як єдине ціле, у яких усі компоненти у той чи той спосіб взаємопов’язані. З одного боку, це забезпечує стійкість екосистем та їхню здатність до саморегуляції, з другого, — робить їх дуже чутливими до змін у будь-якому з компонентів. Виключення однієї ланки трофічної мережі неминуче позначається на всіх інших її учасниках; зникнення одного виду призводить до порушення рівноваги всієї системи. Стійкість екосистем — це їхня здатність протистояти зовнішнім впливам. Стійкість можна розглядати у двох планах: як здатність опиратися змінам чи як здатність швидко відновлюватися після них. Перший вид стійкості називають резистентною стійкістю, а другий — пружною. Наприклад, листяні ліси в середньому мають більш високу резистентну стійкість до полум’я, ніж степи: пожежа в сухому степу виникає від однієї іскри та поширюється набагато швидше, ніж у вологому листяному лісі. Водночас степи мають вищу пружну стійкість до цього ж фактора: відновлення угруповань степових екосистем після пожежі відбувається протягом кількох сезонів, натомість повне відновлення лісової екосистеми може тривати багато десятиліть (рис. 54.1). Екосистеми змінюються завдяки сукцесіям Іноді замість вислову «стійкість екосистем» уживають слово «стабільність». Хоча деякі вчені вважають ці терміни різними, для нас відмінність між ними не принципова. Однак дуже важливо, щоб слово «стабільність» не вводило в оману: в жодному разі не йдеться про незмінність і постійність! Зміни в екосистемах — природний процес, не обов’язково пов’язаний із зовнішніми впливами. Одні угруповання живих організмів змінюються на інші, створюючи, своєю чергою, передумови для подальших змін. Наприклад, лісове озеро через відкладання органічних залишків на дно мілішає та заболочується. Далі в болотній екосистемі відмерлі болотні мохи та інші рослини поступово формують шар ґрунту, на якому можуть рости лугові трави — і болото поступово перетворюється на луку. Лука, у міру формування потужного ґрунтового шару, заростає чагарниками, а згодом і деревами. Урешті-решт, на місці колишнього озера утворюється лісова екосистема (рис. 54.2). Інший приклад: вирубка в сосновому лісі в перший рік після зникнення дерев заростає травами й однорічними будяками, потім чагарниками та швидкорослими листяними деревами, які з часом поступово витісняються хвойними....
0 Переглянути

Екологічні фактори

9 Клас

Ви вже знаєте, що будь-який організм в екосистемі перебуває в постійній взаємодії з іншими організмами та довкіллям. Усі властивості довкілля, що впливають на організм, називають екологічними факторами. Розрізняють біотичні, абіотичні й антропічні фактори. Під біотичними факторами розуміють вплив інших живих організмів, під абіотичними — вплив неживої природи. Поняття антропічних (антропогенних) факторів об’єднує в собі будь-які впливи, пов’язані з діяльністю людини. Прикладами абіотичних факторів є всі чинники неживої природи: кліматичні (температура, вологість, тиск повітря, вітер), хімічні (солоність і кислотність води, хімічний склад ґрунту), фізичні (світло, шум, радіоактивне випромінювання). Біотичні фактори — це всі форми взаємодії з іншими живими організмами (харчові зв’язки, конкуренція, вплив патогенних мікроорганізмів і паразитів). Антропічні (антропогенні) фактори можуть стосуватися як прямого впливу людини (полювання на тварин, вирубування лісу, збирання грибів), так і опосередкованого — через зміну умов довкілля (радіаційне й хімічне забруднення, зміна клімату й місць проживання). Кожен екологічний фактор має межі інтенсивності, у яких організм може існувати. Верхнє значення інтенсивності, вище за яке життя стає неможливим, має назву максимум фактора, а нижнє, відповідно, — мінімум. Інтервал між максимумом і мінімумом — це діапазон толерантності, чи межі витривалості, виду. Найсприятливіше значення екологічного фактора — це його оптимум, а зона найближчих до нього значень — зона оптимуму (рис. 53.1). Є різні закономірності дії екологічних факторів У середині XIX століття німецький учений Юстус фон Лібіх зацікавився факторами, що впливають на ріст рослин. Він виявив, що коли рослинам не вистачало в ґрунті якогось одного елемента, то їхній ріст припинявся, незалежно від наявності чи навіть надлишку інших речовин. Лібіх сформулював цей закон мінімуму так: «Урожай визначається речовиною, що перебуває в мінімумі». Наприклад, брак Нітрогену в ґрунті не можна компенсувати внесенням калійних добрив, а брак Калію — надлишком Фосфору. Якщо рослинам бракує і Калію, і Нітрогену, то лімітувальним буде той елемент, якого бракує більше. Закон Лібіха можна розширити, включивши до нього температуру, світло, хімічний склад повітря, води та ґрунту — тобто будь-які екологічні фактори, що обмежують ріст і розвиток живих організмів. Такі фактори називають лімітувальними....
0 Переглянути

Колообіг речовин і елементів

9 Клас

У попередньому параграфі ми з’ясували, що в екосистемах спостерігається лінійний потік енергії: сонячна енергія поглинається продуцентами й потім передається від одного трофічного рівня до іншого, підтримуючи існування екосистеми, та зрештою розсіюється у вигляді теплоти. Зміна енергії в екосистемах (як, зрештою, і загалом у Всесвіті) підпорядковується законам термодинаміки. Перший закон термодинаміки (закон збереження енергії) стверджує, що енергія не утворюється нізвідки й не зникає безслідно, а здатна лише переходити з однієї форми в іншу. Стосовно екосистем це означає, що вся енергія, яка міститься на всіх трофічних рівнях у вигляді хімічних зв’язків у живих і мертвих організмах, колись була енергією, яку вловили автотрофні організми. Відповідно до другого закону термодинаміки теплова енергія не може бути використана живими організмами для виконання роботи, тому в екосистемах немає «колообігу» енергії. На відміну від енергії, хімічні елементи в екосистемах беруть участь у складних колообігах, живі організми включають їх до свого складу та повертають назад у довкілля. Розглянемо колообіг двох найважливіших хімічних елементів — Карбону та Нітрогену. У колообігу Карбону беруть участь усі живі організми на планеті Карбон є основою всіх органічних сполук і входить до складу всіх без винятку живих організмів, тому роль цього елемента для життя важко переоцінити. Карбон перебуває в природі в різних формах: у складі викопних вуглеводнів (нафта, природний газ), простих неорганічних сполук (вуглекислий газ, карбонати) і, звісно, у складних органічних сполуках у живих організмах. В атмосфері Карбон перебуває переважно в складі вуглекислого газу й метану, у літосфері — у вигляді вугілля, нафти, карбонатів, графіту та інших сполук....
0 Переглянути

Харчові зв’язки

9 Клас

У попередньому параграфі ми почали ознайомлення з основами екології — науки про взаємодію живих організмів між собою та з довкіллям. Живі істоти можуть взаємодіяти між собою найрізноманітнішими способами, але найтиповішим є поїдання одних організмів іншими: травоїдні тварини поїдають рослини, хижаки поїдають травоїдних тварин або інших хижаків. Розгляньмо просту систему, у якій є один вид, що харчується іншим. Виживання хижака безпосередньо залежить від того, наскільки ефективно він полює на жертву. Водночас жертва для збереження себе та свого виду повинна мати можливість уникнути поїдання. Такий «конфлікт інтересів» веде до своєрідних «перегонів озброєнь»: хижаки удосконалюють методи полювання, а жертви — способи захисту. Якщо один із видів відстане в цих перегонах, йому загрожує вимирання. Це дуже нагадує ситуацію, описану Льюїсом Керроллом в «Алісі в Задзеркаллі»: «— У нас, — пояснила Аліса, ледь переводячи дух, — коли отак довго мчиш, мов ошпарений, то зазвичай опиняєшся в іншому місці. — Яка повільна країна! — зауважила Королева. — А в нас, як бачиш, біжиш мов ошпарений, аби тільки втриматися на місці». Подібно до Чорної Королеви, заради того, щоб вижити, і хижакам, і жертвам треба постійно еволюціонувати, відповідаючи на еволюційні пристосування опонентів. Це явище іноді ще образно називають принципом Чорної Королеви, а взаємозалежний паралельний розвиток видів, які пов’язані в одній екосистемі, — коеволюцією. Насправді, цей принцип стосується не лише хижих тварин, а й загалом усіх організмів, що харчуються один іншим, зокрема й рослиноїдних видів. Дуже яскраво цю проблему розкрив у казці «Маленький принц» Антуан де Сент-Екзюпері: «Мільйони років у квітів ростуть колючки. I мільйони років баранці все ж їдять квіти. То хіба це не поважна річ — зрозуміти, чому вони так стараються випустити колючки, які їм нічого не дають?» Тепер, на підставі отриманих знань, ми можемо відповісти Маленькому принцові, що, відповідно до принципу Чорної Королеви, рослини та рослиноїдні тварини (фітофаги) в екосистемі коеволюціонують — рослини виробляють пристосування для захисту від фітофагів (наприклад, колючки), а фітофаги — способи обійти захисні механізми рослин....
0 Переглянути

Різноманітність екосистем

9 Клас

У цьому розділі ми ознайомимося з основами екології — науки про взаємодію живих організмів між собою та з середовищем їхнього існування. Термін «екологія» запропонував Ернст Геккель понад 150 років тому, у 1866 році. Слово «екологія» в перекладі з грецької означає «наука про дім». До речі, у повсякденному мовленні це поняття часто вживають у значенні «навколишнє середовище», «довкілля» чи навіть «чистота навколишнього середовища», хоча це зовсім неправильно. Екологія — це наука, а навколишнє середовище — один з об’єктів її вивчення. Екологія розглядає сам організм як частину складнішої системи взаємин. Річ у тім, що жодна жива істота не мешкає у вакуумі. Живі організми конкурують між собою за ресурси та життєвий простір, співпрацюють, слугують один одному місцем проживання, харчуються один одним і намагаються не бути з’їденими, тобто пов’язані між собою та з довкіллям тисячами невидимих «ниточок». Саме ці зв’язки і є предметом вивчення екології. Екологія як наука, без перебільшення, має вкрай важливе практичне значення для всього людства. Наприклад, незнання базових екологічних закономірностей призвело до смерті 15 млн людей у Китаї протягом 1959-1961 років. Головною причиною стало, хай як це дивно, винищення звичайних горобців. Керівництво Китаю визнало горобців шкідниками за те, що вони їдять зерно. Наслідком такої необдуманої та жорстокої акції було винищення мільярдів птахів, неконтрольоване розмноження шкідників і — страшний голод. Відтак виникла необхідність відновлювати знищену популяцію горобців шляхом закупівлі живих птахів у Радянському Союзі та Канаді. Подібні катастрофи, нехай і не в такому величезному масштабі, відбувалися й продовжують відбуватися постійно, коли людина намагається бездумно втручатися у природні процеси, недооцінюючи їхню складність і багатоманітність. Екосистема є важливим поняттям екології Ключовим поняттям екології є поняття екосистеми, уведене британським екологом Артуром Тенслі 1935 року. Екосистема — це сукупність живих організмів і середовища їхнього проживання, що об’єднані системою фізичних, хімічних і біологічних зв’язків. Екосистема складається з двох компонентів: біотичного — тобто сукупності живих організмів (угруповання) та абіотичного — тобто середовища їхнього проживання. Прикладами екосистем є тропічний ліс і березовий гай, лісове озеро та кораловий риф, пшеничне поле й оаза в пустелі. Біотичним компонентом цих екосистем є всі тварини, рослини, гриби та...
0 Переглянути

Біорізноманіття еукаріотів

9 Клас

Як ви пам’ятаєте, класична система класифікації еукаріотів, створена з урахуванням клітинної будови, складалася з трьох царств: Рослини, Тварини та Гриби. Пізніше найпримітивніших представників цих царств було виокремлено й об’єднано в царство Найпростіші. Проте дані, отримані в результаті аналізу послідовностей ДНК, а також глибшого вивчення клітинної будови найпростіших, змусили вчених значною мірою переглянути еволюційні зв’язки між еукаріотичними організмами. Сучасне еволюційне дерево еукаріотів зображене на рисунку 49.1. Усі сучасні еукаріоти розподілені на п’ять великих груп, які називають супергрупами. Супергрупа Archaeplastida — організми, далекий предок яких вступив у симбіоз із ціанобактерією, отримавши хлоропласти з двома мембранами. Сюди належать червоні та зелені водорості, а також вищі рослини. Супергрупа Excavata — доволі різноманітна супергрупа. Сюди входять різні одноклітинні організми з джгутиками: паразити людини, такі як лямблія та трипаносома, а також непаразитичні організми, наприклад, евглена зелена. Супергрупа SAR — багатоманітна супергрупа еукаріотів. Сюди входять багатоклітинні бурі водорості, що утворюють густі підводні ліси, планктонні діатомові водорості, що мешкають у черепашках із кремнезему, паразит людини — малярійний плазмодій, а також найскладніше влаштовані та багатоманітні одноклітинні організми — інфузорії. Також до цієї супергрупи належать радіолярії й форамініфери — одноклітинні організми, що формують тверду черепашку. Вони мешкають у планктоні або на морському дні. Супергрупа Amoebozoa — супергрупа, до якої входять різні амеби (і звичайна амеба протей також) і більш складні слизовики. Супергрупа Opisthokonta — супергрупа, до якої належить людина. Її представники первісно мають лише один джгутик на своїх джгутикових стадіях. Сюди відносять царства Тварини та Гриби....
0 Переглянути

Основні групи живих організмів

9 Клас

За будовою клітин живі організми можна поділити на прокаріотів, що не мають клітинного ядра, та еукаріотів, або ядерні організми. Еукаріотична клітина влаштована значно складніше за прокаріотичну, тому вважається, що еукаріоти пішли від якихось давніх прокаріотів. Проте встановити родинні зв’язки між прокаріотами та еукаріотами виявилося не так легко. Для цього було використано аналіз послідовності РНК рибосом. Ці молекули РНК є в усіх живих організмів, від кишкової палички до людини, і доволі повільно змінюються в процесі еволюції. Тому вони чудово підходять для відтворення давніх еволюційних подій. Аналіз рибосомних РНК дав змогу розподілити все біорізноманіття на три групи, що їх називають доменами: Бактерії, Археї та Еукаріоти (рис. 48.1). Поглянувши на еволюційне дерево на рисунку, ви одразу можете помітити дві цікаві особливості. По-перше, багатоманітність прокаріотів становить собою дві чітко відокремлені гілки, які було не дуже вдало названо Бактерії та Археї. По-друге, гілка Архей є сестринською до Еукаріотів. Отож в еукаріотів та архей був спільний предок, що не належав до бактерій. Це також підтверджується тим, що геном архей має набагато більше спільного з ядерним геномом еукаріотів, ніж із геномом бактерій. Отже, предок еукаріотів був більше подібний до сучасних архей, ніж до сучасних бактерій. Бактерії й археї не мають ядра Аналіз ДНК показує, що різноманіття прокаріотів представлено двома групами — бактеріями й археями. Ці гілки еволюції розійшлися на самому початку формування життя на Землі. Зараз бактерії є найпоширенішими організмами на планеті: вони населяють океани, ґрунт, свердловини в земній корі, живі організми; їхні спори розносяться атмосферою та вкривають усю поверхню землі....
0 Переглянути

Біологічна систематика

9 Клас

Еволюційні процеси, розглянуті нами в попередніх параграфах, створили величезне різноманіття живих організмів, що населяють Землю. Учені неодноразово здійснювали спроби систематизувати живі організми, виділяючи ті чи ті види, а потім об’єднуючи останні в більші таксони — систематичні одиниці. Для зручності опису було розроблено ієрархію таксономічних одиниць. Історично склалося дві ієрархічні системи — ботанічна та зоологічна, які розвивалися паралельно. Річ у тім, що розроблення цих систем почалося, коли ботаніка й зоологія були окремими незалежними дисциплінами, до того, як біологія стала цілісною наукою. У таблиці 47.1 показано порівняння ієрархії таксонів у ботаніці та зоології на прикладі Соняшника однорічного й Вусача соняшникового (рис. 47.1). Спочатку все різноманіття біологічних організмів поділяли на два царства — Рослини й Тварини, пізніше до них додали царство Гриби. Відкриття Левенгуком мікроорганізмів значно розширило відоме вченим різноманіття організмів, однак перші дослідники намагалися не порушувати усталеної класифікації та відносили нововідкриті організми до одного з уже наявних царств на підставі їхньої рухливості й здатності до фотосинтезу. Подальший розвиток мікроскопії дав змогу виявити значні відмінності в клітинній будові мікроорганізмів, а головне — поділити все біорізноманіття на дві групи — прокаріотів та еукаріотів — на підставі важливої ознаки: наявності чи відсутності клітинного ядра. Але перш ніж перейти до опису сучасного погляду на біорізноманіття, звернемо увагу на одне дуже важливе, і тому нечасто порушуване, питання. Штучна класифікація систематизує організми за довільно взятими ознаками А яка мета систематики? Систематизувати організми можна для різних цілей, а отже, з використанням різних критеріїв. Ми можемо поділяти організми на їстівні та неїстівні, а також на такі, які з’їсти можна, але не повністю, або на такі, які можна з’їсти, але для цього потрібне спеціальне оброблення. Критеріїв для систематики чимало, а отже, класифікацій безліч. Такі класифікації, побудовані на довільно взятих ознаках, є штучними. То яка ж мета класифікації, яку створюють для своєї роботи біологи-систематики?...
0 Переглянути

Походження життя

9 Клас

Так склалося, що протягом століть найпоширенішою версією виникнення життя на Землі був певний акт творіння, здійснений вищою надприродною силою. І хоча механізми творіння та характеристики вищих сил різняться в релігіях і міфологіях, усі ці вчення пояснюють виникнення життя діяльністю якоїсь потойбічної сили. Такий погляд називають креаціонізмом1. Креаціоністські погляди є ненауковими, оскільки не можуть бути підтверджені або спростовані фактами чи експериментами. У них можна лише вірити або не вірити. Наукові уявлення про походження життя на Землі почали формуватися ще в античну добу Проблема походження життя була усвідомлена вченими доволі пізно. З античних часів до середини XIX століття в наукових колах приймалася гіпотеза постійного самозародження життя з неживої речовини. Аристотель вважав, що миші виникають із брудної білизни, а мухи — з гнилого м’яса. Механізм такого явища не був відомим, але ніхто не намагався заперечувати, що самозародження життя відбувається безперервно. Одним із ключових завдань середньовічної алхімії (поряд із пошуком філософського каменя) було створення гомункулуса — істоти, подібної до людини, яку можна отримати шляхом змішування якихось хімічних інгредієнтів. Однак у вчення про самозародження існувало багато супротивників. Один із них — відомий італійський лікар Франческо Реді — ще в середині XVII століття продемонстрував, що личинки мух не розвиваються з гнилого м’яса, а формуються з яєць, відкладених іншими мухами. Він помістив шматок м’яса у посудину, прикриту тонкою тканиною (аби перекрити до неї доступ мухам), і в ній не «самозародилися» личинки мух — опариші (рис. 46.1, А). Проте теорія самозародження вистояла — було відкрито мікроорганізми, які, як вважалося, достатньо прості, щоб виникнути з неживої матерії....
0 Переглянути
Вперед
1 ... 181 182 183 184 185 186 187 188 189 ... 343
Назад

Навігація