Тема 3. Популяції та їх основні характеристики.

Тема: Екологічна ніша. Лімітуючі фактори. Екологічна валентність.

Питання для самоконтролю

1. Що таке екологічна ніша?

2. Яка кількість екологічних ніш існує?

3. Скільки популяцій можуть міститися в одній екологічній ніші?

4. Пояснити поняття „діапазон толерантності”.

5. Що називається екологічною валентністю видів?

Література

1. Г.О.Білявський, Р.С.Фурдуй, І.Ю.Костіков Основи екології. – К.: Либідь, 2004.-408с. § 2.5 стор. 91 – 95.

2. 3.Юрченко Л.І. Екологія. Навчальний посібник. – К.: „Видавничий дім „Професіонал”, Центр учбової літератури, 2009. – 304с.

    Кожна популяція у біосфері виконує певні функції у трофічних ланцюгах, вона певним чином пристосована до умов середовища, займає у біогеоценозі певний простір. Ці три складові становлять екологічну нішу. Термін було введено американським екологом Ю. Одумом. У стійких, клімаксних біогеоценозах кількість екологічних ніш збігається з кількістю видів, які цей біогеоценоз населяють (принцип Гаузе). Ніші різних популяцій можуть частково перекриватися, тоді виникає конкуренція.Вона має дуже важливе значення для підтримання видової структури біогеоценозу та запобігає надмірному розселенню певних конкурентних видів.

   Кожен вид по-своєму реагує на чинники середовища (температуру, світло, вологість і т.д.) і може нормально розвиватися лише у певному діапазоні. Діапазон толерантності– діапазон значень бідь-якого фактора, в межах якого вид здатний існувати. Наприклад, верес вегетує в діапазоні рН 3,5 – 4,5, жовтець - рН  4.5 – 6,5. Ці значення є діапазоном толерантності до кислотності грунту. Зрозуміло, що верес і жовтець в одному біогеоценозі існувати не зможуть. Природні екосистеми дуже вразливі і концепція лімітуючих факторів допомагає це зрозуміти.

    Діапазон лімітуючих факторів містить зону оптимуму, в якій умови проживання виду найкращі, та зону песимуму, де умови найгірші. Область за зоною песимуму – це зона смертіаболетальна зона. Діапазон зони оптимуму утворює критерій екологічної валентності виду. Види з високою екологічною валентністю – евритопні, тобто пристосовані до широких змін значень даного фактора. Стенотопні види мають вузькі зони оптимуму. Наприклад, евритопними є більшість бур’янів, кліщі, цвілеві гриби, черепашкові амеби тощо, а стенотопними – більшість лишайників, орхідеї, багато хижих птахів та ін. Види з широкою екологічною амплітудою одразу за багатьма факторами середовища називаються убіквістами. У разі виходу системи з рівноважного стану першими випадають з біогеоценозів стенотопні види, що може свідчити про початок процесу сукцесії.

Стенотопні та евритопні види в біогеоценозі

Тема 4. Екологічні системи.

Тема: Біогеоценоз як елементарна одиниця біосфери. Просторова та трофічна структура біогеоценозу.

Питання для самоконтролю

1. Дати визначення біогеоценозу.

2. Чому біогеоценоз вважається саморегулюючою системою?

3. Які чинники призводять до зміщення рівноваги у біогеоценозі?

4. Що таке сукцесії, які їх типи?

Література

1. Г.О.Білявський, Р.С.Фурдуй, І.Ю.Костіков Основи екології. – К.: Либідь, 2004.-408с. § 2.4 стор. 80 – 90.

2. А.О. Слюсарів, О.В. Самсонов Біологія: Навчальний посібник. – К.: Вища школа, 2001. – 622с.:іл.Стор. 202 – 210

Термін „екосистема” введено в науку у 1935 році англійським вченим  А.Тенслі.

Історично утворена сукупність популяцій різних видів, що населяють певну територію або акваторію і характеризуються певними взаємозв’язками – біоценоз.

Мешканці біоценозу тісно пов’язані абіотичними факторами. Їхня сукупність складає екологічну систему – біогеоценоз.

    Екосистема включає в себе певні угруповання популяцій різних видів.

    Біогеоценоз і екосистема - поняття подібні але не тотожні. Обидва поняття – це взаємодіючі сукупності живих організмів і середовища, але екосистема – це поняття безмежне. Біогеоценоз – це екосистема, межі якої визначені фітоценозом, це окремий ранг екосистеми. Біогеоценоз – це непроста сукупність організмів та інших природних тіл, а особлива, узгоджена, організована форма існування організмів і навколишнього середовища, що здатна до саморегуляції та само- відтворення. Фітоценоз – сукупність популяцій рослин, зооценоз – сукупність популяцій тварин, мікробоценоз – сукупність мікроорганізмів. Поняття „біогеоценоз” було введене в науку у 1940 році радянським вченим В.М. Сукачовим. Агроценоз – штучний біогеоценоз, створений людиною, що відрізняється малою кількістю видів, що його населяють, тому саморегуляція проходить слабо.

  Угруповання живих організмів поділяються на продуценти, консументи І, ІІ, ІІІ роду та редуценти. Всі вони пов’язані ланцюгами живлення. Ланцюг живлення – це послідовності особин одного виду, їхніх решток або продуктів життєдіяльності, які є об’єктом живлення організмів іншого виду, тобто ряд видів організмів, пов’язаних між собою трофічними зв’язками, що складають певну послідовність у передаванні речовин та енергії. Існує два типи ланцюгів живлення: ланцюг виїдання (розпочинається з рослин) та ланцюг розщеплення (напіврозщеплена мікроорганізмами маса). Кожен ланцюг живлення має розгалуження через наявність паразитів і надпаразитів і включає 4 – 5 ланок. Загальна маса кожної наступної ланки у 10 разів менша від попередньої. Цю закономірність називають правилом екологічної піраміди. В біогеоценозах буває багато ланцюгів живлення, формується трофічна сітка. Тому біогеоценоз є цілісним і динамічним.  Типів екологічних пірамід є декілька: піраміда чисел, піраміда біомаси, піраміда енергії.

Піраміди чисел і біомаси можуть бути оберненими або частково оберненими. Енергетична піраміда завжди звужена вгору, але може мати декілька вершин.

    Між „ хижаками” і „жертвами" завжди встановлюється рівновага, як і в усьому біогеоценозі. Ознаки рівноваги: 1. Ярусність рослин, що збільшує засвоєння сонячної енергії. 2. Висока первинна продуктивність. 3. Наявність численних і різноманітних споживачів утворюваної органічної маси і довгих ланцюгів живлення. 4. Здатність до саморегуляції в біогеоценозі. 5. Відсутність невикористаних решток, повна їх мінералізація.

   Склад і структура біогеоценозів може змінюватися під впливом різних чинників. Сукцесії – поступові необоротні зміни складу та структури біогеоценозу, спричинені зовнішніми чи внутрішніми чинниками. Вони бувають природними, антропогенними, швидкими, повільними та ін. Їх можливість визначається законом „одного процента”. Зміна енергетики природної системи в межах 1%, як правило не виводить систему із рівноважного стану і навпаки.

Тема 5. Біосфера

Тема: Вчення про біосферу В.І. Вернадського

Питання для самоконтролю

1. Пояснити поняття „біота”.

2. Які функції має жива речовина?

3. Які властивості живої речовини?

4. Чим обумовлені верхня та нижня межі біосфери?

5. Які фази еволюції біосфери?

Література

1. Г.О.Білявський, Р.С.Фурдуй, І.Ю.Костіков Основи екології. – К.: Либідь, 2004.-408с. § 2.1 – 2.2 стор. 53 – 66.

2. В.О. Аніщенко Основи екології. Навчальний посібник. – К.: Кондор, 2009.- 148с. Стор. 24 – 26.

  „Якби на Землі не було життя, - писав академік В.І.Вернадський, - обличчя її було б так само незмінним і хімічно інертним, як нерухоме обличчя Місяця, як інертні уламки небесних світил.”

  Життя на Землі реалізується у формі живої речовини – біоти. Поняття „жива речовина” ввів у науку В.І. Вернадський і розумів під ним сукупність усіх живих організмів планети. Жива речовина виконує різноманітні функції: протидіє хаосу і ентропії, використовуючи сонячну енергію, створює з простих речовин ( води і вуглекислого газу) складні, енергетично впорядковані речовини: білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти та інші – або переробляє їх, концентрує хімічні елементи і розподіляє їх у земній корі, руйнує й агрегує неживу матерію, окиснює, відновлює й перерозподіляє хімічні сполуки.

   Простір нашої планети, в якому існує й працює жива речовина, називається біосферою.Перші уявлення про біосферу як „зону життя” дав відомий французький природознавець Ж.- Б.Ламарк, а термін „біосфера” ввів у науку австрійський геолог Е.Зюсс. Цілісне вчення про біосферу створив наш видатний співвітчизник, засновник і перший президент Академії наук України В.І. Вернадський.

  Біосфера охоплює три геологічні сфери – частини атмосфери й літосфери та всю гідросферу. Межі біосфери визначаються межами поширення й активної роботи живої речовини. Верхня межа біосфери – досягає нижніх шарів стратосфери (30 км), де ще трапляються спори й навіть клітини бактерій, грибів і деяких водоростей, що активно вегетують. Межа біосфери у літосфері – 2 – 3 км у глибину, де часто зустрічаються острівці життя. Навіть на глибині 5 – 7 км, у родовищах нафти можна знайти „нафтові” бактерії. Межа біосфери у гідросфері окреслена чітко: біосфера охоплює усю гідросферу, у тому числі і глибоководні западини (Маріанська западина – більше 11км). Екологічний діапазон поширення живої речовини досить великий. Проте важливо пам’ятати, що, незважаючи на свої великі потенційні можливості, „працює” жива речовина лише в межах біосфери.

     Біосфера має довгу і драматичну історію, тісно пов’язану з еволюцією Землі. Еволюцію Землі можна умовно розділити на декілька фаз: 1. Формування ранньої земної кори, атмосфери та гідросфери.               2. Хімічна еволюція. 3. Давня біосфера. Еволюція прокаріот.                      4. Виникнення еукаріот. Заселення суші. Сучасна біорізноманітність світу.

    За орієнтовними оцінками, протягом усієї історії існування біосфери в біогеохімічному колообігу брало участь не менше ніж 1,5 млрд. видів живих істот, переважна більшість з яких виникла протягом четвертої фази історії Землі. При цьому одні види поступово, а іноді й раптово, вимирали внаслідок локальних чи глобальних катаклізмів або поступово витіснялися новими, більш пристосованими видами. Сьогодні людині відомо понад 1,7 млн. видів, які існують на нашій планеті: близько 30 тис. видів прокаріот, 450 тис. видів рослин, 100 тис. видів грибів, 1 млн. 200 тис. видів тварин (з них понад 1 млн. – комахи). Проте навіть за дуже обмеженими оцінками, це становить менш як 10% числа видів, котрі справді живуть разом із нами на Землі. Частка нашого виду – Homo sapiens – у загальному генофонді планети становить 0,00006%.

Тема: Поняття про ноосферу. Погляди В.І. Вернадського на ноосферу. Сучасне розуміння ноосфери.

Література

1. Г.О.Білявський, Р.С.Фурдуй, І.Ю.Костіков Основи екології. – К.: Либідь, 2004.-408с. § 2.7 стор. 101 – 110.

2. В.О. Аніщенко Основи екології. Навчальний посібник. – К.: Кондор, 2009.- 148с. § 2.2 Стор. 25 – 26.

Термін „ноосфера” у 1927 році запропонував французький математик і філософ Е.Леруа, спираючись на ідеї В.І.Вернадського про біохімічну основу біосфери. Цю позицію поділяв визначний французький геолог і палеонтолог П.Тейяр де Шарден. Він вважав, що ноосфера є однією із стадій еволюції світу. Визнавав, що ця стадія, як і сама людина, є результатом тисячоліть історії розвитку органічного світу , рушійною силою якого є цілеспрямована свідомість.

      На відміну від нього В.І.Вернадський розглядає виникнення мислення як закономірний результат еволюції біосфери. Один раз виникнувши, мислення  і розум починають все більше впливати на біосферу завдяки трудовій діяльності людини. Дехто з учених розглядає людину як своєрідну „помилку Природи”, хворобливе відхилення від „норми”, що виникло на Землі випадково.

      В.І.Вернадський обстоював іншу думку. Він був переконаний, що поява на Землі носія Розуму підготовлена усією її геологічною історією. „Людина, - писав він, - є геологічною силою більшого значення, ніж ми собі це уявляємо. І ця сила, створена усім попереднім життям, не може ні зникнути, ні повернути назад”.

     Хто ж вона, людина, яке її місце і світі? Які її права і обов’язки перед Матір’ю – Природою й самою собою? Чи є межа цих прав? А якщо є, то де вона? В.І.Вернадський  висунув тезу про те, що біосфера Землі закономірно й неминуче перейде в нову якість, стане ноосферою (ноос – розум). Людина перебере на себе керівництво усіма процесами у біосфері, спрямує її розвиток у потрібному для себе напрямі. На зміну „дикій” біосфері прийде нова розумна оболонка – ноосфера – якісно новий стан біосфери, переробленої, перебудованої розумом людини та її працею.

          Сьогодні біосфера справді різко змінилася під впливом технологічної діяльності людини і все більше замінюється техносферою, у якій ще недавно вчені вбачали початок формування ноосфери. Проте сьогодні стало ясно, що наступ техносфери супроводжується такими змінами природного середовища, які вже почали загрожувати самому існуванню людини на Землі. Відбувається прискорене руйнування основних, життєво важливих комірок біосфери, яке прогресує й уже здатне призвести до повної деградації й загибелі, що автоматично означає загибель людства, оскільки люди не можуть існувати в іншому середовищі, крім того, у якому вони появилися та існували. Отже, дедалі активніше рухаючи вперед „технічний прогрес”, людство лише погіршує загальну ситуацію в біосфері й своє власне становище в ній.

        У загальному вигляді закон В.І.Вернадського про ноосферу дає відповідь на запитання, в який бік спрямовувати соціально-екологічний процес: біосфера неминуче перетвориться на ноосферу, де розум людини відіграватиме головну роль у розвитку системи „людина – природа”... Мрія і віра , звичайно світлі, але далекі від реальності й недостатні як науковий прогноз. Він точний у тому розумінні, що у разі, якщо людство почне розумно регулювати свою чисельність і тиск на природу, зважаючи на її закони, біосфера у її зміненому вигляді може зберегтися, але цивілізація, не виключено – й вид людина-розумна, загинуть... Керуватимуть люди не природою, а передусім собою, й у цьому суть закону ноосфери.