Лекція 2 Основи біоекології

 

 Поняття про екосистеми

 Аутекологія. Екологічні фактори та їх класифікація

 Міжвидові відносини живих організмів

 Біосфера Землі

 

2.1. Поняття про екосистеми

 

Об’єктом вивчення екології є екосистеми. Екосистема – основна оди­ниця біосфери. Цей термін запровадив англійський біолог А. Тенслі у 1935 р.

Екосистема – це функціональна система, яка включає в себе угрупування живих організмів разом із середовищем, в якому вони мешкають. Елементи цієї системи пов’язані між собою обміном речовин та енергії.

Екосистема може бути різних розмірів і складності. Наприклад, можна говорити про екосистему лісу в цілому і про екосистему окремого пенька. Елементарними екосистемами, з яких складається біосфера, є біогеоценози.

Біогеоценоз – це однорідна ділянка земної поверхні з певним складом організмів, що заселяють її, та комплексом абіотичних компонентів (неживі складові довкілля), які пов’язуються обміном речовини й енергії в єдину природну систему.

Складовими біогеоценозу є біотоп і біоценоз.

Біотоп – це ділянка поверхні землі з більш-менш однотипними умовами існування (ґрунтом, мікрокліматом тощо).

Біоценоз – це історично сформована сукупність рослин, тварин та мікроорганізмів, що населяє біотоп.

Функціональними складовими біоценозу є фітоценоз (угрупування рослин), зооценоз (угрупування тварин) та мікробіоценоз (угрупування мікроорганізмів).

Сукупність біогеоценозів із відносно схожими характеристиками (насамперед рослинністю), які займають значну територію й розвиваються в схожих кліматичних умовах, називають біомами.

Взаємодія організмів в екосистемі надзвичайно складна. Взаємодія біоценозів з біотопами відбувається черезречовинно-енергетичний обмін. Для кожної екосистеми характерний свій біологічний кругообіг речовин, який здійснюється через трофічні ланцюги (ланцюги живлення).

Незважаючи на велику різноманітність екосистем – від пустель до тундри, – всім їм притаманна приблизно однакова біотична структура. Всі вони містять одні і ті ж категорії організмів, які взаємодіють у всіх екосистемах (продуценти, консументи, редуценти).

Продуценти – це організми, що створюють органічні речовини з неорганічних в результаті фотосинтезу чи хемосинтезу.

Консументи – це організми, що використовують готові органічні речовини.

Редуценти – це організми, які розкладають органічні речовини відмерлих решток до мінеральних.

За масштабами екосистеми поділяються на:

– мікроекосистеми (трухляві пеньки, мертві стовбури дерев, мурашники тощо);

– мезоекосистеми (однотипні ділянки земної поверхні);

– глобальні екосистеми (біосфера Землі).

За ступенем трансформації людською діяльністю екосистеми поділяються на: природні; антропогенні; антропогенно-природні.

 

2.2. Аутекологія. Екологічні фактори та їх класифікація

 

Аутекологія – це розділ екології, який досліджує межі стійкості виду та його відношення до різних екологічних факторів. Аутекологія вивчає також вплив середовища на морфологію, фізіологію та поведінку організмів.

Також, аутекологію можна визначити, як розділ екології, що вивчає пристосованість окремих видів рослин і тварин до умов середовища та способу їх життя.

Середовище – це комплекс природних тіл та явищ, із якими організм знаходиться у прямих або опосередкованих зв’язках.

Екологічний фактор – будь-який елемент середовища, який здатний здійснювати прямий чи опосередкований вплив на живі організми, хоча б протягом однієї фази їх розвитку.

Фактори навколишнього середовища забезпечують існування організ­мів в просторі і часі.

Для нормального існування організму необхідний певний набір факторів. Якщо хоч один із життєво необхідних факторів відсутній або його дія недостатня, організм не може нормально існувати, розвиватися і давати потомство. Це явище називається “законом мінімуму”, або “законом Лібіха”. Фактор, дія якого недостатня для нормального життя, називається лімітуючим.

Екологічні фактори класифікують за природою їх походження і залежно від їх динаміки та дії на організм.

За характером походження розрізняють такі екологічні фактори:

– абіотичні - це дія неживої природи. Їх поділяють на кліматичні (температура, світло, сонячна радіація, вода, вітер, кислотність, солоність, вогонь, опади тощо), орографічні (рельєф, нахил схилу тощо), геологічні;

– біотичні – дія одних організмів на інші, включаючи всі взаємовідносини між ними;

– антропогенні – вплив на живу природу життєдіяльності людини.

За характером дії екологічні фактори класифікують на такі види:

– стабільні – фактори, що не змінюються протягом тривалого часу (земне тяжіння, сонячна стала, склад атмосферного тяжіння); вони зумовлюють загальні пристосувальні властивості організмів;

– змінні фактори, в свою чергу, поділяються на закономірно змінні і випадково змінні; до закономірно змінних належать періодичність добових і сезонних змін (міграції, сплячка, добова активність тощо); випадково змінніфактори об’єднують біотичні, абіотичні та антропогенні фактори, дія яких повторюється без певної періодичності (коливання температури, дощ, вітер, град, епідемії, вплив хижаків тощо).

Здатність організму витримувати певну амплітуду коливання екологічного фактора називається екологічною валентністю.

За екологічною валентністю організми поділяються на такі види:

– еврибіотні – види, що мають широкі пристосувальні можливості (горобець, кімнатна муха, колорадський жук, таргани, пирій);

– стенобіонтні – види, які можуть існувати лише у відносно сталих умовах (орхідеї, форель, глибоководні риби).

Адаптація – це пристосування або засоби, за допомогою яких організм здійснює взаємодію з середовищем для підтримання гомеостазу і забезпечує безперервність існування в часі через потомство.

 

2.3. Міжвидові відносини живих організмів

 

Синекологія – це розділ екології, який вивчає взаємовідносини між складовими частинами екосистем.

Взаємодія особин одного й того ж виду в більшості випадків має позитивний знак, сприяючи виживанню всієї популяції. Навіть конкуренція (змагання, сутички чи бійки) забезпечують виникнення і стійкість суспільної ієрархії, нормальну діяльність всього об’єднання, продовження еволюції через відбір найефективніших особин для відтворення потомства.

Взаємодії особин різних видів можуть бути нейтральними, позитивними або негативними.

Виділяють такі основні форми взаємодії особин різних видів:

– мутуалізм (взаємне сприяння) – користь мають обидва види;

– коменсалізм (нахлібництво) – перший вид має суттєву вигоду, для другого зв’язок нейтральний;

– паразитизм і хижацтво – особини першого виду (хижаки чи паразити) мають користь з контакту, особини другого (жертви) страждають від нього;

– нейтралізм – обидва види існують незалежно, не суттєво впливаючи один на одного;

– аменсалізм – перший вид безкорисливо шкодить другому, не маючи з цього безпосередніх вигод і не відчуваючи суттєвої негативної реакції;

– конкуренція – безкомпромісна боротьба за ресурси, коли сили видів близькі і обидва несуть втрати.

 

2.4. Біосфера Землі

 

Життя на Землі реалізується у формі живої речовини, яку ще називають біотою.

Жива речовина – це сукупність усіх живих організмів планети. Поняття “жива речовина” ввів у науку В.І. Вернадський.

Простір нашої планети, в якому існує й “працює” жива речовина, називають біосфера (від грец. βιος – життя, σφαιρα – куля).

Перші уявлення про біосферу як “зону життя” дав французький природознавець Ж.-Б. Ламарк, а термін “біосфера” ввів у науку австрійський геолог Е. Зюсс (1875 р.). Цілісне вчення про біосферу створив український вчений В.І. Вернадський.

Біосфера охоплює три геосфери – частини атмосфери, літосфери і гід­росфери.

Верхня межа біосфери в атмосфері, на думку одних вчених, проходить на висоті 10 км над рівнем моря, на думку інших – досягає нижніх шарів стратосфери (30 км), де ще трапляються спори і клітини мікроорганізмів.

Нижня межа біосфери в літосфері також чітко не окреслена. Починаючи з глибин 0,5–2 м від поверхні землі кількість живої речовини зменшується. На глибині 10 м породи, як правило, вже стерильні. Та навіть у товщі стерильної породи іноді трапляються острівці життя. Найбільші глибини, де знайдено живу речовину, – 2–3 км. Деякі дослідники нижньою межею біосфери вважають глибини 7–8 км.

Нижня межа біосфери у гідросфері окреслена чітко: біосфера охоплює всю гідросферу, в тому числі найбільші океанічні западини до 11 км глибиною.

У цілому екологічний діапазон поширення живої речовини досить великий.

Біосфера – це відкрита термодинамічна система, що одержує енергію у вигляді променевої енергії Сонця й теплової енергії процесів радіоактивного розпаду речовин у земній корі та ядрі планети. Трансформація енергії у біосфері підпорядковується двом фундаментальним природним законам – першому і другому законам термодинаміки.

Існування біосфери залежить не лише від потоку енергії, а й від круго­обігу речовин. Живі організми вилучають із довкілля хімічні елементи, які потім використовують на побудову і підтримання своїх організмів і забезпечення процесів розмноження. Біоті необхідно близько 80 хімічних елементів. З продуктами життєдіяльності або після смерті ці елементи знову потрапляють у довкілля й у подальшому використовуються іншими організмами. Так у біосфері здійснюється постійний кругообіг речовин.