Мета: Розглянути, чим забезпечується стабільність екосистем та відмінність штучних екосистем від природніх
Екосисте́ма або екологічна система — це сукупність живих організмів (біоценоз), які пристосувалися до спільного проживання в певному середовищі існування (біотопі), утворюючи з ним єдине ціле. Велике значення для підтримки стабільності екосистеми мають різні форми взаємодії живих організмів. У біоценозах спостерігаються різні види симбіозу (форми співіснування двох видів).
Найбільш поширеними формами взаємодії є конкуренція, хижацтво, мутуалізм, паразитизм та коменсалізм. Кожен з видів живих організмів пов’язаний з багатьма іншими видами. Навіть на прикладі людини можна продемонструвати всі можливі варіанти взаємодії. Наприклад, людина конкурує зі шкідниками сільського господарства за харчові ресурси. А міські ластівки по відношенню до людини є коменсалами, бо використовують будинки для розміщення своїх гнізд.
Природні й штучні екосистеми
Штучні екосистеми часто розглядають як окремий тип екосистем (агроценози). Вони створюються людиною й використовуються нею для господарських цілей.
Існувати без підтримки людини такі екосистеми не можуть. У них переважають організми одного виду, і вони не здатні до саморегуляції. Регуляцію цих систем здійснює людина. Вона також постійно вилучає із систем речовини (коли споживає вирощену в них продукцію). Тому ці речовини доводиться постійно поновлювати (вносити добрива).
Мета: Розглянути різноманітність екологічних чинників, та як впливає на організм той чи інший чинник
ЕКОЛОГІЧНІ ЧИННИКИ — це усі компоненти навколишнього середовища, які впливають на живі організми та їх угруповання. Прикладом екологічних чинників є світло, температура, взаємний вплив організмів тощо.
Існують певні загальні закономірності їхнього впливу на організми й угруповання.
• Правило адаптивності: у відповідь на вплив умов середовища у організмів у процесі еволюції формуються пристосування (наприклад, адаптація риб до життя у воді).
• Закон оптимуму: кожен чинник позитивно впливає на життєдіяльність організмів лише у певних межах. Стан організму, популяції чи екосистеми, за якого вони виявляють найвищі показники життєдіяльності, описують поняттям екологічний оптимум, а умови, в яких організми з найменшими енергетичними затратами зберігають властивий їм обмін речовин, називаються оптимальними.
• Правило взаємодії екологічних чинників: за сумісної дії на організм одні чинники можуть посилювати чи послаблювати впливи інших чинників. Так, впливи температури середовища може посилювати підвищена вологість.
• Правило обмежувального чинника: життєдіяльність виду обмежується тим чинником, дія якого є найбільш віддаленою від оптимальної (іл. 155). Обмежувальний (лімітуючий) чинник — це чинник середовища, який найбільше відхиляється від оптимуму дії серед всіх інших факторів і виходить за межі витривалості. Автором цієї закономірності є німецький хімік Ю. Лібіх (1803-1873), який сформулював її як закон мінімуму ще в 1840 р. Найчастіше лімітуючими чинниками є вода, температура,їжа. Так, життєдіяльність струмкової форелі обмежується вмістом кисню у воді, життя північних оленів залежить від глибини снігового покриву.
На організм одночасно впливають багато різних чинників. Мінімальні й максимальні значення чинника, за якими життєдіяльність особин стає неможливою і вони гинуть, називаються межами витривалості. Розрізняють нижню й верхню межі витривалості. Як мінімум, так і максимум екологічного впливу може бути обмежувальним чинником.Ті значення чинника, що є найсприятливішими для життєдіяльності організмів і за яких спостерігаються ріст й розмноження організмів, називають оптимальними, а відповідні значення чинника — оптимумом. Ці значення утворюють зону нормальної життєдіяльності. Між зоною оптимуму і межами витривалості розташовані зони пригнічення (зони песимуму, або стресові зони). Організми за цих значень чинника живуть, але не ростуть і не розмножуються
Домашнє завдання: вивчити § 56.
Проаналізуйте мережу діброви. Складіть можливі ланцюги живлення. Запишіть в робочі зошити.
Мета: Розглянути структуру та властивості екосистеми
ЕКОСИСТЕМА — сукупність організмів різних видів та середовища їхнього існування, що пов’язані з обміном речовин, енергії та інформації. Визначальним чинником існування екосистеми є автотрофні організми, що засвоюють енергію Сонця з ефективністю близько 1 % . Прикладами екосистем, що можуть мати різні розміри, є краплина води, домашній акваріум, ставок, широколистий ліс.
Але в будь-якій екосистемі виокремлюють дві частини — абіотичну і біотичну. Абіотична частина (або біотоп) є комплексом чинників неживої природи, неорганічних й органічних речовин, що в загальній взаємодії формують певні кліматичні, ґрунтові, рельєфні, гідрологічні умови екосистеми. Біотичну частину (біоценоз) формують живі організми, що проживають в екосистемі. Її утворюють угруповання рослин (фітоценози), угруповання тварин (зооценози) та угруповання мікроорганізмів (мікробіоценози).
Під структурою екосистеми розуміють сукупність компонентів цілісної системи, що умовно виділяються за певними критеріями. Будь-яка екосистема має просторову, видову та екологічну структури.
Просторова структура визначається розташуванням елементів абіотичної та біотичної частин у просторі екосистеми. Оскільки засвоєння енергії Сонця в екосистемі пов’язане з рослинами, то просторова структура визначається переважно ярусним розташуванням рослин. Виділяють ярусність надземну і підземну. Через ярусне розташування рослин в угрупованнях найповніше використовуються природні умови (світло, тепло, ґрунт) та співіснують мешканці екосистеми.
Видова структура екосистеми визначається видовою різноманітністю, тобто кількістю популяцій та видів, а також співвідношенням особин цих видів. Саме цей показник забезпечує стійкість та саморегуляцію екосистем.
Екологічна структура — це співвідношення популяцій різних видів, які виконують певні функції в екосистемі. Цими групами є продуценти, консументи та редуценти (іл. 149). Їхня наявність є обов’язковою умовою існування будь-якої екосистеми.
Продуценти — популяції автотрофних організмів, здатних синтезувати органічні речовини з неорганічних. Це зелені рослини, ціанобактерії, фото- і хемосинтезуючі бактерії. У водних екосистемах основними продуцентами є водорості, а на суші — насінні рослини.
Консументи — популяції гетеротрофних організмів, які живляться безпосередньо або через інші організми готовою органічною речовиною, синтезованою автотрофами.
За масштабами екосистеми поділяються на мікроекосистеми (трухляві пні, мертві стовбури дерев, мурашники тощо) і макроекосистеми (екосистеми тундри, тайги, степу, пустелі, саван, лісів, а також морські екосистеми). За походженням екосистеми поділяють на природні (наприклад, ліси, річки, озера) й штучні (наприклад, сади, парки, городи, поля, штучні водойми).
Мікросистема — мурашникМакросистема — лісШтучна екосистема — сад
Домашнє завдання: вивчити § 54, дати відповідь на запитання у відео
Мета: Обгрунтувати роль палеонтології, ембріології, морфології в обгрунтуванні теорії еволюції
Найбільшу роль у розвитку дарвінізму того часу зіграв знаменитий німецький учений Ернст Геккель — засновник філогенетичного (від грец. філон — рід, пам’ять та генезіс — походження) напряму дослідження еволюційних процесів, пропагандист ідей Ч. Дарвіна та дослідник різноманіття живих істот. Він звернув увагу на те, що внаслідок добору протягом історичного розвитку певної систематичної групи ті організми, які зазнали змін у процесі еволюції, передають нащадкам свої властивості. Отже, філогенез — це історичний розвиток як усього живого разом, так і окремих груп (видів, родів, родин і т. д. до царств включно). Для встановлення філогенезу певної групи Е. Геккель запропонував метод потрійного паралелізму: зіставлення даних палеонтології, порівняльних анатомії та ембріології.
Вивчення решток викопних організмів та їх порівняння із сучасними видами, а також будови сучасних видів між собою дають змогу виявити відмінності між ними, а також встановити напрями історичних змін в організмів певної систематичної групи: як окремих рис будови, так і типу організації в цілому. Таким чином, викопні і сучасні форми зв’язуються в єдиний філогенетичний ряд — послідовність історичних змін організмів у цілому чи їх окремих органів у межах певної систематичної групи (наприклад, послідовність еволюційних змін черепа і кінцівок у предків коней, черепашок молюсків тощо). Філогенетичні ряди включають у себе перехідні форми і організми, які поєднують у собі ознаки споріднених систематичних одиниць: тих, які виникли раніше, та тих, що з’явилися пізніше в процесі історичного розвитку певної групи.
Е. Геккель і Ф. Мюллер незалежно один від одного відкрили філогенетичний закон. Він показує зв’язки між філогенезом та онтогенезом: індивідуальний розвиток (онтогенез) всякого організму — це вкорочене і стиснуте повторення історичного розвитку (філогенезу) даного виду. На прикладі багатоклітинних тварин було показано, що наявність однакових початкових фаз ембріонального розвитку (яйце, бластула, гаструла) вказує на спільні походження. Так, аналіз відповідних фаз ембріонів різних класів хребетних показує наявність у них стадій розвитку зябрових щілин, хорди. Це свідчить про походження наземних хребетних від рибоподібних предків.
Наступні дослідження, зокрема українських учених O.A. Ковалевського, І.І. Шмальгаузена та російського О.М. Сєверцова, показали, що онтогенез не є точним і однозначним відображенням філогенезу. Зокрема встановлено, що під час онтогенезу повторюється будова не дорослих стадій предкових форм, а їхніх зародків і личинок. Крім того, у зародків можуть з’являтись ознаки, які є адаптаціями до умов розвитку і яких не було у предкових форм (наприклад, плацента у зародків ссавців, яйцевий зуб пташенят, яким вони розрізають шкаралупу яйця).
Для пояснення походження кількох видів-нащадків від спільних предків Ч. Дарвін увів поняття дивергенція (від лат. диверго — відхиляюсь, відходжу) — явище розходження ознак у нащадків спільного предка як наслідок пристосувань особин предкового виду до різних умов довкілля (пригадайте приклад з галапагоськими в’юрками). Е. Геккель дійшов висновку, що всі нащадки певного виду, які виникли шляхом дивергенції, мають єдине походження (тобто монофілетичні). Монофілія (від грец. монос — один і філе — рід, плем’я) — походження певної систематичної групи від одного спільного предка. На підставі цього Е. Геккель запропонував принципи побудови природної (філогенетичної) класифікації, яка базується на походженні від спільного предка, та розробив спосіб графічного зображення філогенезу у вигляді філогенетичних дерев. Він склав перші філогенетичні схеми розвитку живих організмів.
Учені дослідили різноманітні адаптації організмів та пояснили їх з дарвінівських позицій. Це, зокрема, різні види захисних забарвлень, форми
тіла і поведінки у різних організмів, переважно тварин, які роблять їх носіїв менш помітними для ворогів. Тварини із захисними забарвленням і формою тіла в разі небезпеки завмирають у певній позі.
У помірних широтах завдяки сезонним линянням ссавці і птахи набувають темного літнього чи світлого зимового забарвлень, під загальне тло довкілля. Багато тварин здатні швидко змінювати забарвлення залежно від довкілля: восьминоги, камбали, хамелеони тощо.
При демонстрації, навпаки, забарвлення і поведінка тварин роблять їх помітними на тлі довкілля. Попереджувальне і погрозливе забарвлення та поведінка пов’язані з різними способами захисту тварин. Наприклад, отруйні тварини своїм яскравим забарвленням немов попереджують потенційного ворога про небезпечність контактів з ними. Для цього ж слугують погрозливі пози різних комах, павуків, змій.
Приваблюючі забарвлення та поведінка забезпечують зустріч особин різних статей, збирання зграй для полювання тощо. Утім, навіщо денному метелику-махаону яскраве забарвлення, якщо воно приваблює хижаків? Це пов’язано з тим, що тривалість життя цієї комахи становить усього близько трьох тижнів, за які цьому досить рідкісному виду потрібно знайти партнера для парування й залишити нащадків.
Мімікрія (від грец. мімікос — наслідувальний) — здатність до наслідування забарвлення чи форми добре захищених організмів погано захищеними. Вона ефективна лише при захисті від хижих тварин за умови, коли вид, що наслідує (імітатор), та вид, якого наслідують (модель), мешкають в одній місцевості, причому чисельність імітатора істотно нижча, ніж моделі (інакше умовний рефлекс на певний подразник, пов’язаний з нерівністю, у хижака не виробиться). Англійський ентомолог Г. Бейте і німецький зоолог Ф. Мюлллер відкрили дві форми мімікрії у тварин.
За бейтсівської мімікрії гірше захищений вид наслідує добре захищеного, наприклад деякі тропічні метелики-білани подібні до неїстівних Для птахів метеликів інших родин; наші їстівні метелики несправжні пістряки нагадують отруйних для птахів справжніх пістряків тощо. Різні метелики, мухи, жуки наслідують отруйних ос та бджіл, неотруйні змії — отруйних тощо. Суть мюллерівської мімікрії полягає в тому, що кілька захищених видів нагадують один одного за забарвленням і утворюючи «кільце»; їхні вороги виробивши рефлекс відрази до одного з видів такого «кільця», не чіпають також і інших. Такі кільця утворюють, наприклад, отруйні комахи, що мають попереджувальне червоне з чорними плямами (сонечка, клоп-солдатик та інші) або жовто-чорне (різні види ос, деякі павуки) забарвлення.
Завдяки дослідженням у галузі порівняльної анатомії англійського вченого Т. Гекслі, українського О. О. Ковалевського та інших були розроблені поняття про аналогії, гомології, рудименти та атавізми.
Гомології (від грец. гомологія — відповідність, згода) — це відповідність загального плану будови органів у представників різних видів, зумовлена їхнім спільним походженням. Часто під час адаптації до певних умов існування внаслідок дивергенції гомологічні органи значно відрізняються між собою, але мають спільне походження.
Аналогії — це зовнішня подібність за будовою різних структур видів, які мають різне походження, однак виконують однакові функції. У тварин це, наприклад, крила птахів і комах; зябра риб і ракоподібних. Аналогічні органи рослин — колючки, які бувають стеблового (глід) чи листкового (барбарис, кактуси) походження тощо. Аналогічні органи виникають унаслідок конвергенції — сходження ознак. Конвергенція проявляється в результаті пристосування до однакових умов існування в неспоріднених організмів. Рудименти — це недорозвинені чи спрощені органи або їхні частини (порівняно з подібними утвореннями предкових форм), які в процесі історичного розвитку виду втратили свої функції.Вони притаманні всім особинам певного виду, наприклад залишки тазового поясу китів; очі тварин, що мешкають в умовах слабкого освітлення (ґрунту — кріт, сумчастий кріт, сліпаки тощо, печер — протей, багато глибоководних тварин). Апендикс (червоподібний відросток сліпої кишки) та хвостові (куприкові) хребці — рудиментарні органи людини. У верблюжої колючки рудименти листків помітні у вигляді лусочок; у квіток злакових оцвітина також зменшена до лускоподібних утворів. Рудиментарні органи нормально закладаються під час ембріонального розвитку, однак згодом їх розвиток припиняється і вони залишаються у недорозвиненому стані. Ці органи або взагалі не виконують жодних функцій (наприклад, мигальна перетинка ока людини — залишок третьої повіки, розвиненої у земноводних, плазунів та птахів), або ж беруть на себе нові функції (так, дзижчальця — рудиментарна друга пара крил двокрилих комах — забезпечують рівновагу під час польоту).
гомологічні органи
Атавізми — прояв у окремих представників виду рис, притаманних їхнім предкам. Наприклад, у людини — це наявність хвоста, густого волосся на всьому тілі, розвиток додаткових пар молочних залоз. У безногих ящірок (веретільниця) інколи помітні недорозвинені кінцівки. Так само у китоподібних інколи спостерігають недорозвинену задню пару кінцівок.
Вивчення рудиментів та атавізмів дає змогу дослідити риси спорідненості між організмами. Наприклад, наявність рудиментів тазового поясу у китів та удавів свідчить про походження від предків з добре розвиненими кінцівками. А наявність, мигальної перетинки чи рудиментів ребер на поперекових хребцях у ссавців дає змогу припустити їхні родинні зв’язки з певними групами викопних плазунів.
Мета: Розглянути, що таке мікроеволюція та утворення видів у природі
ПОПУЛЯЦІЯ — це сукупність особин одного виду організмів, які упродовж багатьох поколінь існують в межах певної території, вільно схрещуються і відносно ізольовані від інших популяцій виду. відбувається на рівні популяції і завершується утворенням нових видів.
Еволюційні процеси в межах популяцій, що завершуються формуванням пристосованості організмів та утворенням нових популяцій й підвидів, називаються мікроеволюцією. Найпростіша еволюційна подія — зміна генного складу популяції. Причини: а) вплив природного добору б) мутації Для того, щоб відбулося утворення нового виду в популяціях повинні статися значні генетичні зміни, які призведуть до формування бар’єру несхрещуваності між популяціями.
Географічне видоутворення Ізоляція відстанню. Перешкоди: річки, гірські масиви.
Екологічне видоутворення Відмінності місць або умов існування.
З часом між підвидами утвориться бар’єр несхрещуваності, що приведе до утворення нових видів.
Домашнє завдання: вивчити § 46, виконати завдання на зіставлення на стор. 197
Зіставте і визначте значення адаптацій у запропонованих тварин. Чому для адаптацій властива відносна доцільність?
Мета: Встановити, які є форми мінливості та як досліджують модифікаційну мінливість
Мінливість — це властивість живих організмів змінюватися. Ці зміни можуть відбуватися як із самим організмом упродовж певного часу, так і зі зміною поколінь у кожного з видів живих організмів.
Генетики виділяють дві основні форми мінливості — спадкову (генотипову) і неспадкову (модифікаційну, або фенотипову). Зміни, які виникають у випадку спадкової мінливості, передаються нащадкам. А зміни, які виникають у випадку неспадкової мінливості, нащадкам не передаються.
Неспадкову мінливість іще називають фенотиповою, або модифікаційною. Модифікації — це фенотипові зміни, які виникають під впливом умов середовища. Модифікаційні зміни ознаки не успадковуються, але її діапазон (норма реакції) генетично зумовлений і успадковується. Вони не спричиняють змін генотипу. Модифікаційна мінливість відповідає умовам існування, є пристосувальною.
Прикладами модифікаційної мінливості є:
— зміна маси тіла тварин у разі зміни кількості їжі;
— зміна забарвлення хутра у зайця біляка після настання зими (мал. 33.1);
— зміна розміру окремих листків на одному дереві (мал. 33.1);
— утворення засмаги на шкірі людини під впливом сонячного проміння.
Мета: Ознайомитися з еволюційним вченням Ч. Дарвіна
Еволюційна теорія Ч. Дарвіна полягає на тому, що:
Організми розмножуються в геометричній прогресії, проте до дорослого стану доживає лише незначна їх частина.
2. Більшість особин гинуть у боротьбі за існування, яка проявляється, головно, у конкуренції особин одного виду між собою за кращі місця проживання, їжу, ресурси; у тварин самці, до того ж, змагаються за самку.
Для природи характерна загальна мінливість. Кожний організм має певні індивідуальні особливості, що відрізняють його від інших. За Дарвіном, у природі мають місце неспадкова групова (нині її називають модифікаційною) й спадкова індивідуальна мінливості. Саме остання форма мінливості, згідно з теорією Дарвіна, відіграє ключову роль в еволюції, постачає для неї матеріал.Особини одного виду відрізняються одна від одної, а тому мають різні шанси вижити й залишити потомство. Частіше виживають і, відповідно, залишають потомство більш пристосовані до умов проживання організми, які володіють особливо корисними у боротьбі за життя ознаками чи властивостями. Саме це виживання найбільш пристосованих у боротьбі за існування організмів і є природним добором. За Дарвіном, саме природний добір є основним чинником — рушійною силою еволюційного процесу. Як головний доказ реальності природного добору Дарвін наводив приклади штучного добору, за допомогою якого людина вивела безліч потрібних їй порід тварин і сортів рослин з невідомими у природі властивостями.
Так само і природа за допомогою природного добору створює потрібні їй види.
Оскільки середовище життя організмів постійно змінюється, то щоразу в боротьбі за існування перевагу мають особини з новими ознаками, які спадково закріплюються. Ці зміни, що накопичуються під дією природного добору, поширюються в ряді поколінь і неминуче ведуть до істотних змін будови тіла й особливостей функціонування цілих груп особин. У результаті утворюється новий вид.
Таким чином, основоположна ідея вчення про природний добір — головну рушійну силу органічної еволюції — полягає у виживанні найбільш пристосованих у боротьбі за існування. Найпристосованішими слід вважати організми, які залишили найбільше нащадків.
Основні рушійні сили еволюції за Дарвіном: СПАДКОВА МІНЛИВІСТЬ ТА ПРИРОДНИЙ ДОБІР.
Блог Гаєвої Вікторії Анатоліївни 