Мягченко О.П. Основи екології

Подождите немного. Документ загружается.

Розділ 1. Теоретичні основи сучасної екології

відповідності – існування організму завжди залежить від його умов

життя. Це основний принцип органічної еволюції, бо організм для сво-

го виживання і розвитку повинен приводити свої життєві процеси у

відповідність з особливостями та характеристиками довкілля. Принцип

територіальної близькості – основа фізико-географічного районуван-

ня – одна і та ж фізико-географічна одиниця (район, провінція) не мо-

жуть бути представлені різними, віддаленими один від одного ділянка-

ми. Цей принцип відображає неповторність у просторі індивідуального

характеру структури регіону, наприклад індивідуального ландшафту,

для якого тільки йому характерні певні співвідношення між рослина-

ми, тваринами, рельєфом, погодно-кліматичними умовами, що відріз-

няють його від сусідніх ландшафтів.

Екологія, як і будь-яка сучасна наука, виявляє закони і оперує

ними, порушення яких викликає негативні результати в біосфері, а

отже, і в організмі людини. Закони біосфери, які вивчає екологія,

складають основу раціональної взаємодії суспільства, кожної люди-

ни з природою.

Перший закон В.І. Вернадського – біогенна міграція елементів

відбувається в біосфері під впливом її компонентів – тварин, рос-

лин – живої речовини. Антропогенні чинники, впливаючи на стан

біосфери, змінюють її фізичний, хімічний склад, умови еволюційно-

збалансованої міграції речовин. Люди стали рушійною силою змін у

біосфері, а це може бути небезпечним при їх нерозумних діях.

Другий закон В.І. Вернадського, або закон константності – кіль-

кість живої речовини за певний час (як правило ера, період) є постій-

ною величиною. Відповідно до цього закону збільшення кількості

живої речовини в одній частині біосфери супроводжується її змен-

шенням в іншій. Це наслідок вселенського закону збереження речо-

вини, а отже енергії та інформації. Згідно з цьим законом та законом

самовдосконалення будь-якої системи – від атома до суспільства –

більш організовані системи (людина, суспільство) виникають, існу-

ють за рахунок менш організованих.

Третій закон В.І. Вернадського – закон фізичної, хімічної єднос-

ті живої речовини. Все живе має спільну фізичну, хімічну основу,

тобто в основі живих систем знаходяться однакові хімічні, біохімічні,

фізичні процеси, що обумовлені загальними законами хімії, фізики і

діють вони незалежно від стану системи – живої або неживої.

Закон Вернадського-Бауера, відповідно до якого будь-яка біоло-

гічна система, що знаходиться в стані динамічної рухливої рівнова-

Основи екології

ги із довкіллям, розвиваючись, збільшує свій тиск на середовище. Цей

закон пов’язаний із принципом Ле-Шательє, який управляє хіміч-

ними рівноважними зворотними процесами, системами та еколо-

гічним законом внутрішньої динамічної рівноваги. Енергоінформа-

ційні, ентропійні, речовинні та динамічні характеристики системи

змінюються так, щоб загальна стійкість системи була постійною. Це

один із важливих законів природокористування, що визначає про-

цеси саморегулювання і самовідновлення біосфери, її екосистем.

Закон В.І. Вернадського про перетворення біосфери в ноосферу

(1944). В результаті розумної, раціональної взаємодії людини з біо-

сферою обов’язково виникає ноосфера – частина біосфери, де про-

являються наслідки розумної діяльності людини – антропосфера.

Закон Сент-Ілера (1772–1824) – життя на Землі – природна

таксономічна система, яка складається з ієрархічних груп – таксо-

нів різноманітного рангу і є результатом поступового, еволюційного

розвитку. Розмаїтість форм живого є історичною, еволюційною по-

слідовністю їх виникнення і розвитку – від простого до складного,

носить дивергентний (розгалужений) і адаптивний характери.

Закон Долло (1893) – про незворотність еволюційних процесів.

Види, популяції, що зникли, вже ніколи не зможуть з’явитися у тому

ж стані, вигляді. Про це писав ще у 1859 р. Ч. Дарвін.

Закон М. Кренке (1892–1939) – існування будь-якого організму

обмежене в часі. Тимчасові характеристики організмів вивчає хро-

ноекологія. У сучасній біології поняття часу має таке ж фундамен-

тальне значення, як і у фізиці. Про це, виступаючи в 1931 р. на за-

гальних зборах Академії Наук СРСР, говорив В. І. Вернадський у

доповіді «Проблеми часу в сучасній науці».

Закон Уоддінгтона – закон інформаційної обумовленості біоло-

гічних явищ. Системно-регуляторні чинники, що впливають на роз-

виток і життя організму, контролюють процеси обміну речовин, а

отже, енергії, інформації – генетичної (внутрішня) і екологічної (зо-

внішня). В результаті генетичних і біохімічних досліджень виявлені

речовини, близькі до нуклеїнових кислот, що є носіями біологічної

інформації – інформатиди або семантиди.

Загальний закон розвитку природи – абсолютно ізольований са-

морозвиток неможливий, тому що будь-яка природна система може

розвиватися тільки за рахунок обміну речовин, енергії, інформації з

іншими системами. Не є виключенням біосфера Землі, яка пов’язана

з оточуючим Космосом, його об’єктами, наприклад Сонцем, плане-

Розділ 1. Теоретичні основи сучасної екології

тами. Наслідки цього закону – абсолютно безвідхідні антропогенні

виробництва неможливі, крім самої біосфери; будь-яка високоорга-

нізована система в своєму розвитку несе потенційну загрозу існу-

ванню менш організованим. З цього випливає, що повторне само-

зародження життя неможливо – воно буде знищене вже існуючими

організмами; еволюція біосфери Землі відбувається за рахунок вну-

трішніх і космічних ресурсів.

Закон оптимальності – ніяка система не може звужуватися або

розширюватися нескінченно. Цей закон обумовлює оптимальні роз-

міри сільськогосподарських ланів, кількість вирощуваних тварин,

рослин. Ігнорування цього закону призвело до створення величез-

них площ монокультур, змін ландшафтів і викликало порушення

у функціонуванні екосистем, виникнення екологічної кризи. Люд-

ство своїм експансивним розвитком порушило цей і багато інших

законів біосфери.

Закон екологічної кореляції – в будь-якій екосистемі всі біотич-

ні, абіотичні компоненти функціонально пов’язані. Зникнення будь-

якої частини системи неминуче веде до зникнення з нею пов’язаних

інших її компонентів, до появи функціональних змін, її руйнації як

єдиного цілого.

Закон максимізації енергії, інформації – виживає, стабільно існує,

еволюціонує та система, яка максимально ефективно накопичує і ви-

користовує, речовину, енергію та інформацію. Цей закон сформулю-

вали екологи – брати Герберт і Юджин Одуми, а доповнив його М.

Реймерс. Він відображає хід круговоротів речовин, механізми регу-

лювання, підтримки стійкості системи, її спроможності пристосову-

ватися до змін.

Закон зменшення енерговіддачі в природокористуванні – при

одержанні з екосистем продукції витрати енергії зростають у часі.

Наприклад, витрати енергії на одну людину за добу тепер приблиз-

но у 60 разів більші, ніж у часи далеких предків. Збільшення енерге-

тичних витрат не може відбуватися нескінченно, що важливо знати

при плануванні взаємовідносин із природою.

Закон Ліндемана (1942), або закон піраміди енергій – з більш

низького трофічного рівня екологічної піраміди на більш високий пе-

редається в середньому 10% енергії, накопиченої в органічній речови-

ні. Закон встановлює трофічні співвідношення між різноманітними

групами організмів.

Основи екології

Закон однонаправленості потоків енергії. Він характеризує її

розподіл між консументами (споживачами) першого, другого, тре-

тього та інших порядків і редуцентами. Зворотний потік енергії –

від редуцентів до продуцентів складає тільки 0,25% від початкової

кількості.

Закон Мітчерліха-Тінемана-Бауле характеризує сукупну дію

природних чинників, які впливають на біологічну продуктивність

системи, яка залежить не від одного, навіть лімітуючого, чинника, а

від їхньої сукупності.

Закон обмеженості природних ресурсів. Всі природні ресурси, як

речовинні концентратори енергії, в умовах Землі вичерпні, тому що

сама планета є природно обмеженим тілом і тому на ній не можуть

існувати безкінечні складові – ресурси.

Закон Дансеро (1957), або двостороннього зв’язку при взаємодії

людини з біосферою, відповідно до якого будь-яка зміна в природі ви-

кликає відповідні реакції. Наприклад, вирубування лісів в Месопотамії

призвело до змін у кліматі та появи пустелі, будівництво зрошуваль-

них систем – до засолення земель (наприклад на півдні України); су-

часне забруднення атмосфери – до виникнення парникового ефекту,

утворення кислотних осадків, руйнування озоносфери.

Закон Пратта (1965), або закон лімітованої врожайності, відпо-

відно до якого при необґрунтованому збільшенні кількості мінераль-

них добрив зменшується врожайність. Закон стомлення ґрунту, або

зменшення родючості: ґрунт, як один із ресурсів планети, є вичерп-

ним ресурсом. Порушення природних процесів ґрунтоутворення є

наслідком нераціонального ведення сільського господарства – впро-

вадження системи монокультур, застосування токсичних речовин,

що мають властивості ксенобіотиків.

Закон Шелфорда – кожен організм має еволюційно-успадковані

верхню та нижню межі стійкості або толерантності до будь-якого

екологічного фактора.

Закон Берталанфі (1969) – будь-який організм, як і біосфера, від-

крита система, яка здатна саморегулюватися, самовідновлюватися

та вдосконалюватися. Відкритість живої системи виявляється в її

обміні речовинами, енергією та інформацією з навколишнім серед-

овищем.

Закони Баррі Коммонера – американський еколог, сформулю-

вав їх у 1974 р.: «Все пов’язано з усім» – відображають внутрішню

динамічну рівновагу у біосфері, зумовлюють її структуру. «Все по-

Розділ 1. Теоретичні основи сучасної екології

винно кудись діватися» – характеризує розвиток будь-якої частини

природної системи за рахунок іншої. «Природа знає краще» – неза-

лежно від волі, бажань людей в природі постійно діють закони, що

обумовлюють результат будь-якої їх дії і тому природа (біосфера)

виправляє неправильні дії людини, суспільства. «Ніщо не прохо-

дить безслідно», або – за все треба платити – в природі діє один із

Всесвітніх законів – збереження маси речовини, кількості енергії, а

отже, інформації. Відповідно до цього закону суспільство повинно

повертати природі все, що було з неї вилучено. Багато біосферних

процесів тепер охарактеризовані математичними формулами, тобто

з’явилася математична екологія. Вона створила прогнозні основи

для наукового врахування змін у біосфері, основи для сучасної ін-

вентаризації і екологічного моніторингу.

Питання

1. Що є основою будь-якої науки, її вираженням?

2. Що Ви знаєте про аксіоми, постулати екології?

3. Охарактеризуйте основні принципи, закони сучасної еколо-

гії та вкажіть їх значення.

1.4. Основи загальної біоекології

Основи біоекології, поняття про факторіальну екологію.

Аутоекологія. Екологічні чинники, їх класифікація, значення для

організмів. Властивості природного середовища. Середовищні

характеристики. Різноманітність живих організмів, їхня вза-

ємодія із середовищем. Біогеохімічні функції живих об’єктів, їх

групи по відношенню до оточуючого середовища. Поняття про

піраміду енергій. Екологічні системи, їх будова, властивості.

Поняття про популяційну екологію. Значення біоекології в ста-

новленні та розвитку сучасних методів охорони природи.

Біоекологія – найстаріший розділ сучасної екології, що спира-

ється на знання про рослинний і тваринний світ. Це основа сучас-

ного вчення про охорону природи, про методи збереження зникаю-

чих тварин, рослин, про деградаційні зміни в природі через впливи

різноманітних чинників – природного, антропогенного походжен-

ня. Вплив чинників екологічного характеру на розвиток, існування

організмів вивчає факторіальна екологія – розділ загальної екології,

або фундаментальної екології.

Основи екології

1.4.1. Організм і середовище

Будь-який об’єкт – живий, неживий завжди знаходиться під

впливом певних чинників. Екологічні чинники – це елементи довкіл-

ля, що впливають на виникнення, розвиток, існування організмів та

швидкість їх пристосування до оточуючого середовища. Такі чин-

ники утворюють групи: часові – еволюційні (великі часові інтервали

– еони, ери, їх періоди), історичні (порівняно короткі проміжки часу

– первісно общинний лад, рабовласництво, феодалізм, капіталізм,

демократичне суспільство, яке неодмінно повинне перетворитися в

ноосферне); топологічні (гр. топос – місце), або за місцем дії фактора

– екосистемні (гідро,- атмо-, літосферні); фізіологічні, генетичні – бі-

охімічні структури та процеси, що зумовлюють стійкість організму

до умов середовища, здатність пристосовуватися до його змін; за по-

ходженням – абіотичні (речовини – сполуки важких, радіоактивних

металів у кількості більшій, ніж потрібно для біохімічних реакцій, та

фізичні фактори – жорстке ультрафіолетове, радіоактивні випромі-

нювання, які не сприяють життєвим процесам), біотичні – біологіч-

но важливі елементи: вуглець, кисень, азот, водень, кальцій, магній,

сірка, залізо, калій, натрій, сполуки яких у певних концентраціях

сприяють життєвим процесам, є їх основою; космічні – випроміню-

вання, які в малих дозах ініціюють хімічні процеси, а в надмірних

сприяють руйнуванню біологічно важливих структур – вуглеводи,

ліпіди, білки, РНК, ДНК, ферменти, мембрани клітин; природно-

антропогенні – комплексні фактори, які під впливом суспільної

діяльності проявляються природними змінами різних рівнів – гло-

бальними екологічними негараздами: парниковий ефект, руйнуван-

ня озоносфери, танення льодовиків, підвищення рівня Світового

Океану, утворення нових різновидів мікроорганізмів, зменшення

біорізноманіття, техногенні – аварії, катастрофи на підприємствах,

які негативно впливають на природне середовище за характером

дії – енергоінформаційні, фізичні, хімічні, біологічні, кліматичні; за

об’єктом впливу – індивідуальні – впливають на окремий організм,

групові – змінюють передусім адаптаційні можливості групи осо-

бин та видові – позитивно або негативно, що частіше, впливають на

вид і можуть сприяти його зникненню, а отже, руйнують генофонд

біосфери, соціальні – певні суспільні впливи, наприклад потреби у

лісі, воді, кисні, що призводять до негативних змін в біосфері, до її

забруднення, зменшення її стабільності, здатності до самовіднов-

Розділ 1. Теоретичні основи сучасної екології

лення; за ступенем впливу – обмежуючі – будь-який фактор (ре-

човинний, неречовинний), який обмежує чисельність популяції та

територію її розповсюдження; екстремальні – певний фактор, який

при певному рівні дії – максимальному або мінімальному значенні

активно впливає на існування організму, його групи або навіть виду;

мутагенні (гр. мутас – зміна) – дії середовища, як правило, зовніш-

нього, які викликають зміни, що сприяють виключенню (елімінації)

організму, виду з подальшої еволюції; тератогенні (гр. тератос – ка-

ліцтво) – зміни, наприклад мутаційного походження, що роблять

подальше самостійне існування організму неможливим; летальні

(гр. – смертельні, або елімінуючі) – зміни на біохімічному, фізіоло-

гічному рівні, які не сприяють подальшому еволюційному розвитку

організму, виду, що і робить неможливим передачу шкідливих генів.

Всі чинники обумовлюють певні властивості природного середови-

ща, які характеризують відношення організму до зовнішніх впливів:

стійкість, інерційність, ємність, припустимі межі змін, збурення в

середовищі, що викликають забруднення та аномалії середовища.

Тому слід зважити на основні середовищні характеристики.

Стійкість середовища – це його спроможність до самовіднов-

лення і саморегулювання в межах, що сприяють збереженню біоріз-

номаніття.

Інерційність – спроможність природної системи протидіяти у

певних межах впливам зовнішніх чинників без зміни свого стану.

Ємність – спроможність нейтралізувати шкідливі впливи без

структурних змін, поглинати надлишки енергії, сторонні речовини.

Припустимі межі змін – межі, в яких природне середовище збе-

рігає певну стійкість без критичних змін.

Збурення в середовищі – одномоментні, випадкові або періодич-

ні, тобто циклічні зворотні зміни, які не призводять до руйнації сис-

теми.

Забруднення – накопичення сторонніх речовин в кількостях, що

перевищують природні можливості самоочищення.

Аномалії (гр. – відхилення ) – локальні, стійкі кількісні відхи-

лення від фонових параметрів природного середовища, пов’язані з

місцевими особливостями природи.

Розмаїтість чинників середовища, його властивостей зумовила

біологічне різноманіття організмів, їхніх зв’язків із своїм життєвим

середовищем. Між всіма живими та неживими об’єктами існують

певні матеріально-енергетичні, інформаційні зв’язки, які зумовлють

Основи екології

сталість біосфери як системи. Насамперед це енергетичні потоки,

пов’язані з харчовими ланцюгами між різноманітними групами ор-

ганізмів – автотрофи, гетеротрофи, редуценти, консументи. Отже,

сталість біосфери зумовлюють взаємодії між групами організмів.

Автотрофи (гр. авто – сам + гр. трофос – харчування ) – організми

(рослини), що синтезують з неорганічних органічні речовини – вуглеводи,

жири, білки в процесі фотосинтезу, або хемосинтезу. Вони ж є і продуцен-

тами (лат. – виробники) – синонім "автотрофи" – ті, що самі харчуються.

Це виробники первинних органічних речовин, у хімічних зв’язках моле-

кул яких зосереджена енергія, що використовується іншими, більш висо-

коорганізованими об’єктами, наприклад тваринами – гетеротрофами.

Гетеротрофи (гр. гетерос – різний ) – організми, в яких не від-

бувається синтез первинних органічних речовин з неорганічних.

Вони не спроможні безпосередньо використовувати сонячну енер-

гію для біохімічного синтезу органічних речовин. Це тварини, без-

хлорофільні вищі рослини – паразити, гриби, бактерії. Групу гете-

ротрофів складають консументи та редуценти.

Консументи (лат. споживач) – це споживачі готової органічної

речовини, наприклад тварини, які тісно повязані між собою трофіч-

ними зв’язками.

Редуценти (лат. відновлювати) – організми, що розщеплюють

органічні речовини на неорганічні та інші прості органічні речови-

ни, які знову включаються в процеси біосинтезу. Це мінералізатори

органічних речовин, або деструктори (лат. руйнувати), наприклад

гриби. Вони повертають в природні системи речовини, необхідні

для подальшого використання більш складними організмами, під-

тримують рівновагу в природному середовищі, його структуру.

Всі організми взаємодіють із довкіллям, його чинниками. По від-

ношенню до умов середовища існування організми утворюють певні

групи. Відповідно до екологічної валентності, тобто спроможності

утворювати зв’язки з об’єктами, факторами середовища, організми

розділяють на дві групи: еврибіонти (гр. широкий), тобто організми

з широким діапазоном пристосувань до умов середовища (напри-

клад сірі пацюки, горобці, кімнатні мухи), та стенобіонти (гр. вузь-

кий ) – організми з вузьким діапазоном пристосувань, а отже зміна

будь-якого фактора може призвести до загибелі (байбак степовий,

качкодзьоб, журавель степовий). Для позначення адаптаційних

можливостей виду застосовують терміни, що характеризують дію

певного чинника і відповідної реакції організму на нього.

Розділ 1. Теоретичні основи сучасної екології

Термофіли (гр. термо – тепло та філео – любити ) – теплолюб-

ні організми, наприклад синьозелені водорості гейзерів Камчатки,

рослини, тварини тропічного поясу.

Кріофіли (гр. кріос – холод ) – холодолюбні організми, напри-

клад білий ведмідь, окремі види голотурій, що живуть у воді з тем-

пературою не вище одного градуса тепла.

Галофоби (гр. галос – сіль і фобос – страх) – організми, що не пе-

реносять високої солоності води. Наприклад, після підвищення со-

лоності води в Азовському море різко зменшилася кількість прісно-

водних риб – судака, тарані, бо їм необхідна опріснена вода. Їх місце

зайняли організми, яким необхідна підвищена солоність, наприклад

чорноморські медузи, їх атлантичні родичі – гребневик та берое.

Галофіли – це морські тварини – медузи, актинії, яким потрібна

висока солоність води, це перед усім організми Океану, солоних во-

доймищ.

Стосовно інтенсивності освітлення розрізняють геліофілів (гр.

геліос – сонце) – потребують яскравого освітлення, наприклад біль-

шість квіткових, сільськогосподарських рослин, і сциофілів (гр. сци-

ос – тінь), наприклад папороті, мохи, деякі тварини, наприклад кріт,

землерийка.

Водні тварини, середовищем життя яких є гірські річки з швид-

кою течією – реобіонти ( гр. рео – текти).

Рослини, які потребують великої кількості атмосферних опадів,

високої відносної вологості середовища – гігрофіти. Це перед усім

рослини тропіків, де кількість опадів понад 2000 мм за рік.

Між всіма групами організмів існують певні зв’язки, за рахунок

яких біосфера існує як стійка у часі та просторі система. Це біотичні

зв’язки – взаємовідношення між різними організмами. Вони можуть

бути прямими і непрямими. Прямі зв’язки здійснюються при без-

посередньому впливі одного організму на інший. Непрямі зв’язки

виявляються через вплив на зовнішнє середовище життя.

Антибіоз – тип біотичного зв’язку, при якому одна із взаємоді-

ючих популяцій виробляє речовину, яка шкідливо впливає на кон-

куруючу з нею популяцію, а отже негативно впливає на неї. Конку-

ренція – тип біотичних взаємин, при яких види суперничають один

з одним у споживанні однакових ресурсів. Конкуренція внутрішньо-

видова – суперництво, що відбувається між особинами одного виду,

конкуренція міжвидова – суперництво близькоспоріднених видів.

Основи екології

Симбіоз (від гр. сим – разом та біо – зв’язок двох різних орга-

нізмів – симбіонтів, коли між ними існують тісні функціональні, а в

багатьох випадках і морфологічні зв’язки. Наприклад, краби співіс-

нують з актиніями, гриби-паразити з рослинами. Симбіоз охоплює

всі форми співіснування різних організмів, в тому числі і парази-

тів. Цей тип зв’язку може проявлятися як на рівні багатоклітинних

організмів, так і між окремими клітинами – внутрішньоклітинний

симбіоз. При цьому обидва об’єкти мають користь від співіснуван-

ня. Мутуалізм (лат. – взаємний, обопільний) – форма симбіозу, яка

вигідна для обох організмів різних видів, за якого кожен із симбі-

онтів не може існувати без іншого. Наприклад, жуйні тварини та

мікроорганізми їх рубця, і присутність кожного з симбіонтів стає

обов’язковим для обох. Коменсалізм (лат. – співтрапезник) – форма

симбіозу, при якій один з видів одержує користь, але натомість ні-

чого не дає партнеру.

Квартиранство (нім. – квартира) – особина одного виду вико-

ристовує іншу, часто іншого виду, в якості притулку для себе; «на-

хлібництво» – один вид споживає рештки їжі іншого; «співтрапез-

ництво» – кілька видів споживають однакові речовини.

Протокооперація (гр. протос – первісний та лат кооперація –

співробітництво, співдружність) – форма симбіозу, при якій спільне

існування вигідне для обох видів, популяцій. Нейтралізм (лат. – ні

той, ні інший) – форма біотичного зв’язку, при якому спільно жи-

вуть організми, не впливаючи один на одного.

Така класифікація організмів за їх властивостями, зв’язками з

іншими організмами, видами відбиває їх найбільш загальні відно-

шення до чинників середовища, до наслідків їхньої дії, що закріпи-

лися на певних етапах еволюції.

Питання

1. Охарактеризуйте екологічні чинники.

2. Які Ви знаєте середовищні характеристики?

3. Охарактеризуйте групи організмів по відношенню до серед-

овища.

4. Що таке біотичні з’вязки, їх види?

1.4.2. Екологія популяцій

Термін популяція (лат. – населення, народ) запозичив із демо-

графії (гр. демос – народ, гр. графо – писати) В. Іогансен в 1903 р.