Тема 8. Надорганізмові біологічні системи

З історії відкриттів

В. І. Вернадський (1863-1945)

Накопичення людством знань про взаємини організмів з навколишнім середовищем почалося давно. Ще первісні люди в процесі тісного спілкування з природою та ведення натурального господарства помічали, що різні види тварин пов'язані з певними умовами, а їх чисельність залежить від кількості насіння й плодів, якими вони живляться.

Значний внесок у вивчення навколишнього середовища зробили філософи Стародавньої Греції. Наприклад, Арістотель створив Ліцей (школу), а при ньому сад, де проводив дослідження. У книжці «Історія тварин» він описав понад 500 видів тварин, класифікуючи їх за способом життя.

Термін «екологія» (від грец. ойкос - житло, оселя і логос - вчення) запровадив у 1869 р. німецький природодослідник і філософ Ернст Геккель.

Екологія - наука про взаємозв'язки організмів та їх угруповань між собою і з навколишнім середовищем, про структуру та функціонування надорганізмових систем.

Основним моментом становлення екології як науки було формулювання поняття екосистема (від грец. ойкос - житло, оселя й система - об'єднання). Цей термін у 1935 р. ввів у науку англійський учений Артур Тенслі (1871-1955).

Термін «біосфера» (від грец. біос - життя і сфера - куля) запропонував у 1875 р. австрійський геолог Едуард Зюсс (1831-1914). Він розглядав біосферу як простір, заповнений життям.

Видатний український природодослідник Володимир Іванович Вернадський - творець учення про живу речовину й біосферу. Основи свого вчення він виклав у праці «Біосфера» (1926). Вернадський дійшов висновку, що життя може існувати тільки у формі гігантської системи - біосфери. Багато й плідно Вернадський працював над створенням узагальнювального вчення про взаємини природного середовища й суспільства, що дістала назву теорії ноосфери (від грец. ноос - розум і сфера - куля). На його думку, ноосфера - це новий етап життя людства - оболонка Землі, перебудована його колективним розумом.

Учень і соратник В. І. Вернадського, академік О. Є. Ферсман зазначав: «...Ще багато років доведеться попрацювати і його учням, й історикам природознавства, щоб виявити основні шляхи його наукової творчості, розгадати складні, ще далеко не зрозумілі побудови його тексту. Це завдання майбутніх поколінь...».

Національна бібліотека України імені В. І. Вернадського, Київ

§ 44. Екологічні фактори

Згадаємо!

Які чинники впливають на організми?
Що таке адаптація?

Екологічні фактори. Ви вже могли впевнитися, що кожний організм тісно пов'язаний і значною мірою залежить від середовища, що його оточує, хоча й сам впливає на нього.

Екологічні фактори - це всі складові навколишнього середовища, що впливають на стан і властивості організмів та їхніх угруповань. Залежно від природи та особливостей дії їх поділяють на групи: абіотичні, біотичні та антропогенні.

Абіотичні фактори - компоненти та властивості неживої природи (освітленість, температура, вологість, газовий склад повітря, тиск, сольовий склад води, тип ґрунту тощо), які прямо або опосередковано впливають на окремі організми та їхні угруповання. Біотичні фактори - різні форми взаємодії між особинами в популяціях і між популяціями в угрупованнях. Будь-яка жива істота взаємодіє з особинами свого (внутрішньовидові зв'язки) та інших (міжвидові зв'язки) видів. Антропогенні фактори - різні форми діяльності людини, що впливають на окремі організми, їх угруповання та біосферу в цілому.

Вплив факторів характеризується закономірністю, що називається законом оптимуму: кожен фактор позитивно впливає на організм у певних межах (схема 10). Чим більше інтенсивність дії окремого екологічного фактора відхиляється від оптимальної, тим більшою є його пригнічувальна дія на організм. Значення інтенсивності дії цього фактора, поза якими існування стає неможливим, називають верхньою та нижньою межами витривалості. Фактор, інтенсивність дії якого в певних умовах виходить за межі витривалості, називають лімітуючим.

Схема 10

ДІЯ ЕКОЛОГІЧНОГО ФАКТОРА

Оптимум - сприятлива для організмів інтенсивність впливу екологічного фактора. Зони пригнічення - інтенсивність впливу фактора, за якої відбувається пригнічення життєдіяльності.

Середовище існування. Середовище існування - це сукупність умов існування окремого організму або угруповання в цілому, що впливає на їхню життєдіяльність. Організми населяють чотири середовища: наземно-повітряне, водне, ґрунт та організми інших істот. Основні середовища існування - наземно-повітряне й водне.

Наземно-повітряне середовище - найрізноманітніше за умовами. Визначальними в ньому є світло, температура, вологість і газовий склад повітря.

Зі світлом пов'язане життя на Землі. У спектрі сонячного світла виокремлюють три ділянки, що різняться біологічною дією: ультрафіолетову, видиму та інфрачервону. Ультрафіолетові промені великої інтенсивності є згубними для всього живого, але їх майже повністю поглинає озоновий шар. Завдяки енергії видимих променів відбувається фотосинтез. Інфрачервоні промені слугують джерелом теплової енергії. Щодо вимог до умов освітленості рослини поділяють на світлолюбні та тіньовитривалі (рис. 174).

Температура на земній поверхні залежить від географічної широти й висоти над рівнем моря. Крім того, вона змінюється з порами року. Температура навколишнього середовища впливає на температуру тіла організмів. Для більшості організмів її оптимальні значення мають досить вузькі межі: +10 °С до +30 °С.

Види, які пристосовані до життя за низьких температур, називають холодостійкими. Вони здатні виявляти активність навіть коли температура їхнього внутрішнього середовища знижується до -10 ^°С (деякі бактерії, лишайники, мохи, членистоногі тощо). Теплолюбні види активні за високих температур навколишнього середовища. Деякі бактерії, членистоногі можуть жити в гарячих джерелах за температури до 80 ^°С.

Рис. 174. Рослини наземно-повітряного середовища

Живі істоти наземно-повітряного середовища пристосовані до економного споживання й витрат води. Рослини також мають багато пристосувань для подолання дефіциту вологи (рис. 175). Дерева й кущі, скидаючи листя, зменшують ступінь випаровування в посушливий період. У тварин за економію вологи в умовах посушливого клімату відповідають покриви, що запобігають випаровуванню (кутикула комах, павуків, скорпіонів, а також лусочки плазунів).

Головними складовими нижніх шарів атмосфери є кисень (близько 21 %), вуглекислий газ (близько 0,03 %) та азот (понад 78 %). Містяться в повітрі й забруднювальні компоненти - пил, сажа тощо.

Водне середовище існування за своїми умовами значно відрізняється від наземно-повітряного. Вода має порівняно високу густину, менший уміст кисню, у водоймах спостерігаються значні перепади тиску. Крім того, різні типи водойм різняться за концентрацією солей у них, швидкістю течій, глибиною промерзання тощо. Тому мешканці водойм - гідробіонти - адаптувалися як до існування у водному середовищі взагалі, так і до певного типу водойм чи зони Світового океану (рис. 176).

Ґрунт як середовище існування - це його порожнини, заповнені водою або повітрям. Завдяки наявності вологи умови існування дрібних організмів у ґрунті наближаються до подібних у водоймах. Вологість ґрунту завжди вища, ніж повітря. І тому різноманітні організми легше переживають посушливий період. Ґрунти характеризуються порівняно невеликими добовими й річними коливаннями температури. Це дає змогу наземним організмам мігрувати в товщу ґрунту, де вони можуть переживати період екстремально низьких або високих температур. Ґрунт містить значні запаси органічних речовин, що є кормовою базою для різноманітних організмів.

Рис. 175. Пристосування організмів до посушливих місць зростання

Кактус

Молодило

У якій частині організму запасає воду молодило, а в якій - кактус?

Рис. 176. Тварини Світового океану

Риба

Черепаха

Опишіть пристосування в зовнішній будові зображених тварин до існування у водному середовищі.

Організм живих істот як середовище існування. Організм як середовище існування за своїми властивостями суттєво відрізняється від інших. Так, на організми, які живуть на поверхні інших істот, впливають чинники навколишнього середовища, а на ті, які мешкають усередині організму хазяїна, діють лише опосередковано.

Основні форми біотичних взаємозв'язків. Існують різні форми взаємозв'язків між організмами або популяціями організмів. Популяції або окремі представники виду неминуче вступають між собою в конкурентну боротьбу - це внутрішньовидова конкуренція. Водночас із внутрішньовидовою відбувається й міжвидова конкуренція, наприклад за кормову базу.

Паразитизм - тип взаємозв'язків, за якого один вид (паразит) упродовж тривалого часу використовує іншого (хазяїна) як джерело живлення та середовище існування. Деякі види паразитів мешкають на поверхні організму хазяїна (воші, пір'яні кліщі), інші - усередині його (сисуни, стьожкові та круглі черви).

Коменсалізм - це такий тип взаємозв'язків різних видів, за якого один з них (коменсал) використовує залишки їжі, продукти життєдіяльності чи житло іншого (хазяїна), не завдаючи йому помітної шкоди. Проте й користі від коменсалів організмам хазяїв немає. Коменсалізм може проявлятися у формах квартирантства або нахлібництва.

Мутуалізм - тип взаємозв'язків особин різних видів, від яких вони мають взаємну користь. Приклади мутуалізму - співіснування водорості та гриба в лишайнику, з яких лише водорість може існувати окремо; рака-самітника та актинії, хоча обидва здатні до самостійного життя (рис. 177).

Хижацтво - тип взаємозв'язків особин різних видів, один з яких слугує кормовою базою для іншого (рис. 178).

Рис. 177. Приклад мутуалізму