Войти
Закрыть

Способи терморегуляції організмів

11 Клас

Температура є одним із екологічних факторів, що змінюється як із часом — протягом доби чи року, так і в просторі — при переміщенні між середовищами чи в межах одного середовища. Тому в організмів виробилися адаптації до життя за певної температури й до перенесення її змін. Температурні пристосування є необхідною умовою існування живих істот через несприятливий вплив низьких і високих температур на біохімічні процеси. Так, за низької температури хімічні реакції сповільнюються, їхня швидкість стає недостатньою для забезпечення потреб організму. А за температури нижче нуля кристалики льоду, що утворюються в клітинних розчинах, розривають мембрани й спричиняють загибель клітин. Висока ж температура розбалансовує процеси обміну речовин: одні починають відбуватися настільки швидко, що інші не встигають забезпечувати їх реагентами чи утилізувати продукти. При подальшому нагріванні білки втрачають природну структуру (денатурують), а разом із нею і функції. Щоб уникнути цих явищ, організми намагаються підтримувати температуру свого тіла у відповідному діапазоні. Залежно від здатності підтримувати сталу температуру тіла виокремлюють пойкіло- та гомойотермні організми Температуру тіла організму визначає його тепловий баланс: співвідношення кількостей отриманої і втраченої теплової енергії (рис. 8.1). Основними джерелами теплоти для організму є надходження енергії від більш нагрітих об'єктів (переважно Сонця, повітря й води) і вироблення в організмі. Теплота в тілі всіх істот виробляється як побічний продукт процесів окиснення й розщеплення АТФ. Тому чим активніший метаболізм організму, тим більше теплової енергії в ньому утворюватиметься. Загалом терморегуляція може здійснюватися двома принциповими механізмами: зміною інтенсивності теплоотримання чи регуляцією своїх тепловитрат. І організми користуються обома. Якщо основним джерелом теплоти для організму є зовнішні об'єкти, то температура тіла залежатиме безпосередньо від температури довкілля. Такі організми називають пойкілотермними. На Землі їх більшість. Гомойотермні1 ж організми підтримують більш-менш сталу температуру тіла завдяки високій інтенсивності обміну речовин й ефективному використанню енергії, що виділяється під час біохімічних перетворень. Лише птахи та ссавці із сучасних тварин здатні до такого «самозігрівання» і є гомойотермними....

Життя у водному та ґрунтовому середовищах

11 Клас

Водне середовище є «колискою життя» — саме в ньому виникли перші організми й протягом понад 3 млрд років там розвивалося все живе. У водному середовищі виділяють дві основні екологічні зони: товщу води й дно. Умови в середовищі змінюються із глибиною. Так, для поверхневого шару характерна часта зміна умов (до прикладу, зміна освітлення вдень і вночі, температури влітку й взимку, концентрації речовин після дощу тощо), оскільки цей шар контактує з мінливим наземно-повітряним середовищем. Чим глибше проживають організми, тим зміни умов менші, й, починаючи з глибини в кілька сотень метрів, майже всі параметри стають досить сталими (окрім тиску, що безперервно зростає). А умови середовища на дні водойми залежать від того, як глибоко це дно розташоване. Життєві форми гідробіонтів відрізняються своєю рухливістю У водному середовищі існують різні життєві форми водних організмів — гідробіонтів1. Залежно від прикріплення виділяють дві основні життєві форми рослин і тварин: ті, які вільно плавають, і прикріплені. А рослини, що плавають, поділяють на групу тих, які плавають на поверхні, й тих, які плавають у товщі водойми (рис. 7.1). Адаптаціями до розміщення на поверхні води є різноманітні повітроносні утворення, що зменшують середню густину тіла рослин. Тварини ж товщі води можуть плисти за течією, не маючи змоги протидіяти їй, і тоді їх відносять до планктону, або ж активно рухатися проти течії — це представники нектону (рис. 7.2). Планктонні організми, завдяки високій густині води, можуть у ній зависати на одній глибині. Для цього в них сформувалися специфічні пристосування: зменшена густина тіла за рахунок накопичення крапель жиру, пухирців газу чи втрати скелета і збільшене тертя завдяки сплющеній формі тіла й утворенню численних виростів. Нектонні тварини мають пристосування до активного руху — це плавці й ласти для греблі, утворення для реактивного руху (у головоногих молюсків і медуз) та обтічна форма тіла....

Життя в наземно-повітряному середовищі

11 Клас

У цьому й наступних параграфах ми проаналізуємо закономірності адаптацій організмів до різних середовищ існування. Під середовищем мешкання організму, популяції чи угруповання розуміють сукупність зовнішніх умов життя, тобто все, що впливає на живий світ. На нашій планеті можна виокремити чотири середовища мешкання: наземно-повітряне, водне, ґрунтове й організми інших істот. Якщо проаналізувати різноманіття зовнішнього вигляду рослин чи тварин, що мешкають у одному середовищі, то можна виокремити кілька груп, які мають схожу організацію тіла. Такі типи побудови організмів, що проявляються в його зовнішньому вигляді, називають життєвими формами. Існують різноманітні класифікації життєвих форм, що залежать від ознаки, покладеної в основу. Найпростішим прикладом життєвих форм наземних вищих рослин є поділ їх на дерева, кущі, напівкущі й трави (табл. 6.1). Серед тварин наземно-повітряного середовища виокремлюють життєві форми наземних, деревних і повітряних тварин. При цьому кожну з життєвих форм можна й далі поділяти для отримання більш детальної класифікації. Наприклад, існують дерева листопадні й вічнозелені, трави одно-, дво- й багаторічні, повітряні тварини дво- й чотирикрилі тощо. Крім того, є й перехідні види (наприклад, багатостовбурове дерево чи білка-летяга). Ба більше, життєві форми можуть змінюватися протягом усього існування організму (наприклад, у мати-й-мачухи чи комара) (рис. 6.1)....

Екологічна ніша

11 Клас

Наявність адаптацій забезпечує організму виживання лише за визначених умов довкілля. Як вам відомо, будь-які впливи середовища на організм називають екологічними факторами. Отже, всяка адаптація ефективна лише у визначених межах впливу екологічних факторів. Наприклад, кенгуру, пристосований до спекотного клімату, не зможе існувати в морозних умовах Арктики, тоді як полярна сова точно не витримає австралійської спеки. Така сукупність екологічних факторів (умов довкілля), за яких популяція організмів певного виду в складі екосистеми може існувати необмежено довго, отримала назву екологічна ніша. Екологічна ніша — це не лише вимоги окремого виду до умов неживої природи — абіотичних факторів (температури, тиску, хімічного складу середовища, вологості тощо), а також це взаємодії з живим оточенням (біотичні фактори): хто полюватиме на представників виду й кого вони поїдатимуть, із ким конкуруватимуть тощо. Усі зв'язки популяції виду з популяціями інших видів у екосистемі, а також впливи на неї з боку неживого середовища й визначають екологічну нішу. Тобто це поняття поєднує в собі як просторове розміщення виду, так і його функціональну роль в угрупованні живих організмів екосистеми. Тому говорять, що екологічна ніша — це умовне місце, яке займає вид в екосистемі, його «фах». Екологічна ніша окремої людини в суспільстві — це її рід занять, інтереси, коло знайомств, а також умови, за яких особа існуватиме. Екологічну нішу можна схарактеризувати графічно. Якщо на осях відкласти межі витривалості за екологічними факторами, то отримана багатовимірна фігура й ілюструватиме екологічну нішу виду в екосистемі (рис. 5.1). Ширина екологічної ніші залежить від екологічної пластичності виду Основним параметром екологічної ніші є її ширина за тим чи тим екологічним фактором. Ця характеристика визначає різницю між мінімальним і максимальним значенями екологічного фактора, за яких виживає вид — його межі витривалості. Виявилось, що для одних організмів згадані межі є досить широкими, а для інших — доволі вузькими. Види, що мають широкі межі витривалості, називають екологічно пластичними, а ті, що вузькі — екологічно непластичними1. Екологічно пластичні види легко витримують значні зміни умов середовища. Наприклад, песець (рис. 5.2, А) має дуже широкі межі витривалості за температурою: він здатний переносити зміну температури до 85 °С (від -55 до +30 °С). А от риби Амазонки (рис. 5.2, Б) дуже чутливі до температурних змін:...

Молекулярні та клітинні адаптації

11 Клас

Більшість розглянутих нами в попередніх параграфах прикладів адаптацій були пов'язані з пристосуваннями організмового рівня. Але всі вони мають своє «коріння» на молекулярному рівні, оскільки основним матеріалом еволюції є саме спадкова мінливість, що виникає внаслідок змін генетичного матеріалу. Тобто, на якому б із рівнів організації живого адаптація не мала вияв, еволюція фіксуватиме її саме на молекулярному. З огляду на це власне молекулярні та клітинні адаптації заслуговують більш детального розгляду. Гени стійкості до антибіотиків дозволяють бактеріям уникати знищення Більшість бактерій ґрунту харчується сапротрофно — рештками живих організмів, розкладаючи їх до неорганічних речовин. Але в цьому вони не єдині: те ж саме властиве й грибам. Наявність спільної харчової бази призводить до появи конкуренції між різними видами бактерій, а також між бактеріями й грибами. Одним із її наслідків є вироблення ними спеціальних речовин, що здатні вбивати інші бактерії — антибіотиків (рис. 4.1, А). Логічно, що бактерії намагаються захиститися від цих речовин: бактерії-жертви, щоб не програти в конкурентній боротьбі, а бактерії-виробники, щоб не загинути від своєї ж зброї. Адаптуючись до середовища з антибіотиками, вони виробили спеціальні ферменти, що здатні їх розщеплювати (рис. 4.1, Б)....

Стратегії адаптування

11 Клас

Потрапляючи в «незвичні» для себе умови, організми певного виду починають виробляти нові адаптації чи покращувати вже існуючі, формуючи постадаптації. Учені виокремлюють три стратегії адаптування живих організмів. Стратегія активного адаптування передбачає вироблення в організмів адаптацій, що протидіють новим умовам середовища. Ця стратегія властива утворенню більшості адаптацій. Таким шляхом, до прикладу, адаптувалися сукуленти — збірна група рослин, що здатні накопичувати воду в спеціальних тканинах (кактуси, молочаї, алое тощо). Сукуленти ростуть у спекотних і посушливих регіонах, тому виробили значну кількість адаптацій до таких умов (рис. 3.1). Завдяки товстій воскоподібній кутикулі та незначній кількості продихів зменшується втрата води через випаровування. Ба більше, продихи відкриваються лише вночі, коли прохолодно. Розвинена коренева система ефективно поглинає воду з поверхневого шару ґрунту одразу після дощу, доки та не встигла випаруватися, або, навпаки, заглиблюється аж до підземних водоносних шарів. Листки й стебло є м'ясистими, заповненими водянистими клітинами, що накопичують рідину. Отже, завдяки стратегії активного адаптування організми підвищують здатність до опору неоптимальним умовам середовища й забезпечують свою життєдіяльність за їхній рахунок. Стратегія пасивного адаптування полягає в підкоренні життя організму умовам середовища. Наприклад, окремі тварини впадають у сплячку в періоди нестачі харчів (ведмідь, їжак, тушканчик). Лишайники чи деякі нематоди здатні переживати відсутність вологи, впадаючи в анабіоз, коли в організмі майже повністю припиняються процеси життєдіяльності. Листопадні рослини на зиму скидають листя, щоб не засохнути й витримати вагу снігу на гілках. Тобто за пасивної стратегії організм ніби «переживає» негативний вплив середовища....

Закономірності формування адаптацій

11 Клас

Тривалий час природодослідників хвилювало питання походження адаптацій. Річ у тім, що адаптація завжди добре відповідає вимогам середовища. Наприклад, широке крило дозволяє яструбу ширяти в потоках повітря майже без помахів крил, вистежуючи здобич біля землі. Натомість вужче й загострене крило ластівки вимагає частіших помахів, проте забезпечує чудове маневрування під час польоту, а тому й легкість у полюванні на дрібних і рухливих комах (рис. 2.1). Тож у вчених здавна поставало питання: чи «знає» природа заздалегідь, що вона хоче «створити»? Дати чітку відповідь на нього біологічна наука змогла лише в середині XIX ст. завдяки створенню еволюційної теорії Чарльзом Дарвіном. Саме еволюційне вчення Дарвіна забезпечило розуміння того, що адаптації виникають поступово в процесі природного добору. Нагадаємо, що природний добір забезпечує переважне виживання та розмноження найбільш пристосованих особин у популяції. Завдяки йому зі зміною поколінь у популяції зростає кількість організмів краще адаптованих до даного середовища. Це явище все більшого пристосування в процесі історичного розвитку живого отримало назву адаптивна еволюція. Усе різноманіття видів є її наслідком. Але звідки добір «знає», що треба добирати? У результаті спадкової мінливості, тобто утворення мутацій і нових комбінацій спадкового матеріалу (переважно в процесі статевого розмноження), у популяції постійно з'являються особини, чиї генотипи, а тому й фенотипи, відрізнятимуться. Під час життя, взаємодіючи з іншими представниками свого виду (наприклад, конкуруючи за їжу чи світло), організмами інших видів (мутуалістами, хижаками, паразитами), умовами абіотичного середовища (наприклад, хто з меншими витратами переживе холоди), частина з усієї різноманітності особин популяції краще виживає й розмножується1. Так, власне, і реалізується природний добір, завдяки якому з усього різноманіття генів, до нащадків переважно потрапляють ті, що забезпечують краще виживання....

Адаптація — властивість біологічних систем

11 Клас

Усе різноманіття живого на всіх рівнях організації — від молекулярного до біосферного — є пристосованим, тобто адаптованим, до тих умов, у яких воно існує. Чи це молекула ферменту, що пришвидшує проходження реакції синтезу, чи це спеціалізована клітина в серці, чи це рослина на схилі гори, чи лісове озеро — усі згадані біологічні системи функціонують саме в тому оточенні, за тієї температури, освітленості, вологості тощо, які є довкола них. Тобто вони є пристосованими до свого середовища мешкання. А значна кількість різних живих організмів, яких ми маємо змогу спостерігати в довкіллі, якраз і є наслідком різноманітності умов оточення. Інакше кажучи, саме процес пристосування організмів до умов навколишнього середовища й породжує все різнобарв'я живої природи. Ба білше, саме адаптація організмів та їх угруповань до довкілля якраз і є метою еволюційного процесу, оскільки чим краще є пристосованою біологічна система до умов свого існування, тим вона більш еволюційно успішна. Тому важко не погодитися з еволюційним фізіологом Леоном Орбелі, який стверджував, що «поняття "життя” й "адаптація”, якщо й не ідентичні, то значною мірою перекривають одне одного». Саме вивченню властивостей адаптацій, їх різноманіття та формування й буде присвячено цей розділ. У процесі адаптування виникають пристосування, що покращують виживання й відтворення організмів Поняття «адаптація» зрозуміле саме собою: у тюленя є ласти, щоб плавати (рис. 1.1, А), у ластівки — крила, щоб літати, у соняшника — яскраві квітки для приваблення комах-запилювачів тощо. Це і є яскраві й очевидні приклади адаптацій, тобто пристосувань організмів до навколишнього середовища. З огляду на сказане вище можна зрозуміти, що адаптація1 — це певна характеристика організму, що покращує його виживання та відтворення за певних умов. Окрім адаптації як наслідку, тобто характеристики організму, нею часто називають і сам процес виникнення таких пристосувань (далі — адаптування). Говорячи про виживання та відтворення організму, мають на увазі популяцію й вид загалом. Тобто адаптації, що виникають на рівні молекул, клітин, органів чи організмів, повинні сприяти виживанню популяції й виду, а не окремого організму (хоча й не виключають останнього). Крім того, адаптації можуть з'являтися й на вищих за організмовий рівнях організації живого. Наприклад, кількість особин різних видів, популяції яких входять до складу екосистеми, буде змінюватися при появі в ній нового...

Узагальнення теми 9. Застосування результатів біологічних досліджень у селекції, медицині та біотехнології

11 Клас

Результатом біологічних досліджень є знання, необхідні для забезпечення сталого розвитку людства, розв'язування глобальних проблем, розроблення та впровадження досягнень біотехнології, що визначають рівень розвитку багатьох галузей, передусім селекції, медицини, сільського господарства, промисловості, охорони довкілля й біорізноманіття....

Поняття про біологічну небезпеку та біологічну безпеку

11 Клас

Біологічну та екологічну небезпеку становлять забруднення природних ресурсів, масове розмноження комах, зміни природного біорізноманіття та порушення біологічної рівноваги. До біологічних ризиків належать також ненавмисні наслідки наукових досліджень та біологічні інвазії. За останні роки швидко розмножуються і поширюються слизняки, які за відсутності контролю можуть пошкоджувати врожай практично усіх культур на городах і в садах. Впродовж 3-4 останніх років на водних теренах країни успішно «мігрує» пістія шарувата, або водяний латук. Основними джерелами виникнення біологічних загроз є: 1) епідемії та спалахи інфекційних захворювань людини; 2) масові захворювання тварин (епізоотії) й рослин (епітофітії); 3) аварії на біологічно небезпечних об'єктах; 4) природні резервуари патогенних мікроорганізмів; 5) транскордонне перенесення патогенних мікроорганізмів і чужорідних видів; 6) диверсії на біологічно небезпечних об'єктах; 7) біологічний тероризм; 8) застосування біологічної зброї державою. Отже, носіями біологічної небезпеки є біологічні явища, процеси, об'єкти, здатні у певних умовах завдавати шкоди здоров'ю людини. Що таке біологічна зброя? Біологічний тероризм - застосування небезпечних біологічних агентів для завдання шкоди життю і здоров'ю людей заради досягнення цілей політичного або ідеологічного характеру. Зазвичай ідеться про навмисне «вивільнення» патогенних біологічних засобів з метою завдання максимальної шкоди людині, тваринам і рослинам для досягнення особистих, політичних, соціальних або релігійних цілей. У XX ст. було зафіксовано понад 100 підтверджених випадків використання біологічних агентів, з яких 19 були терористичними актами. Окремим випадком біологічного тероризму є агротероризм з використанням біологічної зброї проти культурних рослин або домашніх тварин....

Навігація