НАДОРГАНІЗМОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

27. Екологія – це наука, що вивчає взаємовідносини організмів між собою та з умовами навколишнього середовища; наука про структуру та функціонування надорганізмових систем.

Основними методами екології є:

· спостереження з фіксуванням та наступною статистичною обробкою наукових даних;

· екологічний експеримент;

· математичне моделювання екологічних процесів (створення реальних чи знакових моделей);

· екологічний моніторинг (довготривале екологічне дослідження).

Крім того методологічною основою екології, як науки про екосистеми є системний підхід. Екологічні системи складні ієрархічні структури організованої матерії, в яких при об’єднанні компонентів у більші функціональні одиниці, виникають нові якості. Такі нові якості екосистем можна передбачити тільки за умови комплексного підходу до їх вивчення.

Завдання екології:

· встановлення закономірностей взаємозв’язків між окремими організмами, їх угрупованнями, організмами та умовами навколишнього середовища;

· дослідження угруповань організмів (їх структури, особливостей функціонування, екологічного стану);

· спостереження за змінами в окремих екосистемах та біосфері в цілому, прогнозування наслідків цих змін;

· розробка науково обґрунтованих рекомендацій для екологічно безпечного планування господарської та соціальної діяльності людини;

· охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів.

Середовище існування – сукупність усіх зовнішніх умов, які діють на організм, популяцію, або на більш складні екологічні угруповання, викликаючи у них відповідну реакцію. Організм є відкритою системою. Між організмом та середовищем постійно відбувається обмін речовинами та енергією (принцип єдності між організмом та середовищем). Розрізняють декілька основних середовищ існування організмів: наземно-повітряне, водне, ґрунтове, живі організми як особливе середовище існування. В організмів історично виникають пристосування до життя у відповідному середовищі. Окремими елементами середовища існування є екологічні фактори.

Екологічний фактор – це будь-який елемент середовища, здатний виявляти прямий вплив на живі організми хоча б протягом однієї фази їх розвитку. До факторів не належать такі елементи як висота над рівнем моря та глибина водойм.

Залежно від природи та особливостей дії екологічні фактори поділяють на:

Абіотичні – фактори неживої природи, що безпосередньо чи опосередковано впливають на живі організми та їхні угрупування (температура, освітленість, вологість, склад повітря, води, ґрунту, атмосферний тиск, тиск води, радіаційний фон).

Біотичні – це різні форми взаємодій між особинами у популяціях і між популяціями в угрупованнях. Це такі взаємодії як: конкуренція, паразитизм, хижацтво, мутуалізм, коменсалізм, нейтралізм, алелопатія, протокооперація. Кожен з організмів постійно взаємодіє з особинами свого (внутрішньовидові зв’язки) та інших (міжвидові зв’язки) видів.

Антропогенні (антропічні) – різні форми діяльності, що змінюють стан середовища існування різних живих істот, у тому числі й самої людини.

Закономірності впливу екологічних факторів на живі організми.

1. Екологічна адаптація, як пристосування організмів до умов існування.

2. Правило екологічної індивідуальності: не існує двох близьких видів, подібних за своїми адаптаціями.

3. Правило відносної незалежності адаптацій: добра адаптація організму до певного фактора не означає такої самої адаптації до іншого.

4. Закон мінімуму Ю. Лібіха: витривалість організму визначається найслабшою ланкою (лімітуючим фактором) в ланцюзі екологічних потреб.

5. Закон толерантності В. Шелфорда: життєдіяльність організмів характеризується екологічними мінімумом та максимумом, діапазон між якими називають зоною екологічної толерантності (зоною можливого існування виду). Екологічні мінімум, максимум, діапазон толерантності визначаються окремо для кожного абіотичного фактора. Види з широкою зоною толерантності називають еврибіонтами, з вузькою – стенобіонтами.

6.
Явище взаємодії екологічних факторів: оптимум на межі витривалості організму стосовно певного чинника залежить від інтенсивності дії інших чинників.

Життєва форма в рослин – це сукупність видів рослин, схожих за зовнішнім виглядом (габітусом), обумовленим анатомо-морфологічною будовою та еколого-фізіологічними ознаками, що виробилися в процесі еволюції під впливом факторів середовища та закріпилися спадково. Життєва форма рослин показує їх історичну пристосованість до сукупності багатьох екологічних факторів, тобто до специфіки місцезростання в цілому.

Найпоширенішою у світі є класифікація життєвих форм рослин датського ботаніка К. Раункієра, в основу якої покладено характер розташування на рослині бруньок поновлення та кінцевих пагонів, а також їх захищеність від несприятливих умов. Отже, К. Раункієр виділяє п’ять груп життєвих форм рослин:

· Фанерофіти (від грецького фанерос – видимий) – рослини, брунь­ки і кінцеві пагони яких розміщені на кінчиках гілок високо над землею (дерева, кущі, дерев’янисті багаторічні ліани). Домінують у вологому теплому кліматі, де бруньки не вимагають особливого захисту.

· Хамефіти (від грецького хаме – приземкуватий, карликовий) – зимуючі бруньки поновлення розміщені невисоко над землею (напівкущі з дерев’янистою основою стебла, низькорослі сланкі кущики). Хамефіти найчастіше трапляються в місцях з холодним сухим кліматом.

· Гемікриптофіти (від грецького кріптос – потаємний) – рослини, пагони яких з настанням несприятливих умов зимових місяців відмирають до рівня ґрунту (більшість трав’яних багаторічників). Ця форма харак­терна для холодних вологих областей.

· Криптофіти (від грецького кріптос – потаємний) – зимуючі бруньки ще краще захищені від замерзання і висихання, оскільки вони зовсім заховані в ґрунті (бульбові і корене­вищні рослини) або на дні водойм. Трапляються також у холодному воло­гому кліматі.

· Терофіти (від грецького терос – літо) – рослини, які відмирають в несприятливі пори року, вони не мають зимуючих бруньок чи пагонів. Поновлюються виключно за рахунок насіння, яке легко витримує сильні морози і посуху. До терофітів належить більшість однорічних рослин, які особливо поширені в пустелях і степах.

Найбільш детальне визначення життєвої форми дав видатний біоморфолог І.Г. Серебряков. Під життєвою формою він розумів своєрідність тих чи інших груп рослин, виражену в специфіці їх сезонного розвитку, способах щорічного наростання та відновлення, зовнішньому вигляді, що історично виник у певних ґрунтово-кліматичних і фітоценотичних умовах і відтворює пристосованість рослин до цих умов. Він виділяв такі життєві форми:

· дерев’янисті рослини (дерева, кущі, кущики);

· напівдерев’янисті рослини (напівкущі і напівкущики);

· наземні трав’янисті рослини (полікарпіки і монокарпіки);

· водні трав’яни­сті рослини.

У тварин життєва форма – це група споріднених у систематичному відношенні організмів з близьких рядів або родин, що мають схожі еколого-морфологічні пристосування для життя в однаковому середовищі.

Життєві форми по відношенню до основних абіотичних факторів:

· по відношенню до світла рослини бувають світлолюбні, тіньолюбні та тіньовитривалі; тварини бувають “денні” (активні вдень) та “нічні” (активні вночі);

· по відношенню до температури всі види поділяються на холодостійкі та теплолюбні;

· по відношенню до вологи рослини бувають вологолюбні та посухостійкі види; тварини дістають воду під час пиття, з їжею та в результаті розщеплення органічних сполук і мають відповідні пристосування до цього в залежності від умов проживання.

Біологічні ритми – циклічні коливання інтенсивності й характеру біологічних процесів і явищ. Спостерігаються в усіх рослин, тварин, мікроорганізмів, а також у тканинах та окремих клітинах. Біологічні ритми властиві також окремим біохімічним реакціям. Деякі біологічні ритми відносно самостійні (серцебиття, частота диханні та ін.), інші відповідають циклічним змінам напруженості факторів навколишнього середовища. Біологічні ритми бувають: секундні (біохімічні реакції у організмі); добові (зміна дня та ночі); припливні (припливи та відпливи); річні (зміна пір року); багаторічні (вплив активності Сонця).

Фотоперіодизм – це сукупність спадкових реакцій організмів, однак, вони проявляються лише за певного поєднання тривалості світлового дня та інших екологічних факторів. У рослин фотоперіодизм – це реакція на співвідношення тривалості дня та ночі, підкріплена іншими факторами, наприклад температурою повітря, ґрунту. Виявляється в швидкості настання періоду цвітіння та плодоношення. В залежності від тривалості фотоперіоду рослини поділяють на три групи: рослини короткого світлового дня, що досягають повного розвитку в умовах 9 – 12 годинного світлового дня (просо, бавовник, айстри); рослини довгого світлового дня, що досягають розвитку в умовах15 – 20 годинного світлового дня (пшениця, жито, ячмінь, овес); нейтральні рослини, у яких цвітіння і плодоношення настають незалежно від тривалості світлового дня (гречка, кавуни).

Фотоперіодичні подразнення сприймаються листками рослин, де утворюються речовини, що, переходячи до квіткових бруньок, зумовлюють їх розвиток.

Популяція – це сукупність особин одного виду, які відтворюють себе протягом великої кількості поколінь і тривалий час займають певну територію, функціонуючи і розвиваючись в одному або в ряді біоценозів. Популяція – елементарна еволюційна одиниця, еволюційними ознаками якої є щільність, розподіл особин за віком і статтю, характер розміщення в межах екосистеми чи угруповання та ін. В біоценозах популяція може мати становище ценопопуляції (сукупність особин одного виду в межах угруповання), поліценотичної популяції (популяції тварин, які переходять з одного виду в інший), інвазійної популяції (популяції, що нападають на популяції інших видів: сарана, грибкові захворювання, епідемії).

Просторова структура популяції. Кожна популяція займає певну територію суші або акваторії, розміри якої залежать від багатьох чинників: умов існування виду, кількості особин у популяції, маси особин тощо. У рослинних угрупованнях просторова структура популяцій виявляється через характерне розміщення особин даного виду:

Екологічна структура популяції – це її стан на даний момент часу. Виділяють два підходи до вивчення структури популяцій: описовий (морфо – фізіологічний) та функціональний. Перший полягає у вивченні та порівнянні між собою різних локальних популяцій, виділенні особин за статтю, віком, морфофункціональними ознаками. Другий підхід охоплює ті елементи функціональної структури, які відіграють визначну роль у перебігу популяційних процесів, зокрема, таких, як зміна чисельності особин чи статей.

Чисельність популяції – загальна кількість особин на даній території або в даному об’ємі (води, ґрунту, повітря), які належать до однієї популяції. Коливання чисельності популяцій бувають неперіодичні (такі, що рідко спостерігаються) і періодичні (постійні).

Щільність популяцій – середня кількість особин на одиниці площі чи об’єму. Середня щільність – це кількість особин, або біомаса на одиницю всього простору. Екологічна щільність – це кількість особин, або біомаса на одиницю заселеності простору, тобто доступної площі чи об’єму, які фактично можуть бути зайняті популяцією. При збільшенні чисельності щільність популяції не росте лише у випадку розширення ареалу.

Співвідношення статей – це відношення кількості самців до кількості самок або кількості самців до загальної кількості самок і самців. Співвідношення статей – стосується лише різностатевих організмів. У деяких популяціях існують одностатеві структури. Одностатеві популяції складаються лише з жіночих особин, розмноження у них часто партеногенетичне (бджоли, тлі, коловертки, багато спорових та насінних рослин). Чоловічі особини у таких популяціях існують тільки протягом певного періоду часу (у рослин протягом певного часу існує чоловічий гаметофіт). У природі поширені двостатеві популяції. У тваринному світі переважають двостатеві види, які зрідка трапляються і в рослин.

Віковий розподіл – це співвідношення чисельності особин різних вікових груп і поколінь. Такі популяції називаються поліциклічними (деревовидні рослини, багаторічні трави, хребетні та безхребетні тварини, життя яких триває понад один рік). Моноциклічні популяції складаються з особин одного віку (однорічні рослини, комахи).

Народжуваність (плодючість) – здатність популяції до збільшення своєї чисельності, яка визначається числом нових особин, що з’явилися за одиницю часу в результаті розмноження.

Потенційні можливості щодо розмноження у деяких організмів дуже великі: у головці маку може бути до одного мільйона насінин, матка термітів відкладає одне яйце на секунду протягом всього життя, риба тріска відкладає до чотирьох мільйонів ікринок на рік. У природі не можлива реалізація цих потенційних можливостей (переважна більшість насіння та ікри гине) інакше ці живі організми швидко заполонили б великі території.

Обмежуючими факторами швидкого росту популяцій можуть бути запаси їжі на даній території, конкуренція з популяціями, що займають близькі екологічні ніші, чисельність популяцій хижаків.

За сприятливих умов спочатку спостерігається швидкий ріст чисельності популяції, потім чисельність особин поступово стабілізується і, якщо умови не змінюються, залишається приблизно однаковою. З погіршенням умов існування чисельність популяції зменшується.

Смертність – характеризує загибель особин у популяції за одиницю часу. Якщо уявити, що популяція не піддається лімітуючим впливам, тоді теоретично можна охарактеризувати загибель особин показником мінімальної смертності. Це постійна величина для кожної популяції.

Екологічна ніша – притаманне кожному виду місце у біогеоценозі, яке є результатом його взаємодії з біотичними та абіотичними факторами середовища. Розрізняють:

· потенційну екологічну нішу виду – це така ніша, яку даний вид міг би зайняти за умови відсутності конкуренції з боку інших видів;

· реалізовану екологічну нішу виду – ніша, яку вид займає реально, вужча від потенційної, оскільки коливання інтенсивності фактора часто виходять за рамки меж витривалості.

Популяційні хвилі – це зміна чисельності популяцій в залежності від сезонної зміни кліматичних факторів чи життєвих циклів (сезонні популяційні хвилі), або спричинені зміною екологічних факторів (несезонні популяційні хвилі).

Підтримання чисельності популяції на певному для даного середовища існування рівні дістало назву гомеостазу популяції. На гомеостаз популяцій можуть впливати як абіотичні фактори, так і міжвидові та внутрішньовидові зв’язки.

Екосистема – це сукупністьживих організмів і неживого середовища, які функціонують разом, як система.

Біоценоз – це сукупність рослин, тварин і мікроорганізмів, що населяють дану ділянку суші або водоймища і характеризуються певними стосунками між собою та пристосованістю до умов навколишнього середовища.

Біогеоценоз – це сукупність рослинності, тваринного світу, мікроорганізмів і певної ділянки земної поверхні, які пов’язані між собою обміном речовин та енергії.

Терміни “біогеоценоз” та “екосистема” можна вважати синонімами лише у тому випадку, якщо вони розглядаються як біоценоз, який займає певну ділянку земної поверхні з подібними атмосферними, літосферними, гідросферними та педосферними умовами і характеризується однорідністю взаємозв’язків і взаємовпливів всередині біоценозу, наявності в цьому комплексі живої та неживої природи, колообігу речовин та енергії.

П. Троян виділив п’ять основних властивостей біоценозу:

1. Єдність біотопу і біоценозу. Всі біотичні та абіотичні компоненти, що входять до складу біогеоценозу, пов’язані між собою таким чином, що явища, які виникають в одних елементах системи, впливають на процеси і стани в інших її складових. Біотоп впливає на біоценоз, який в свою чергу діє на стан біотопу.

2. Організація біоценозу. Види, що входять до складу біоценозу пов’язані між собою біоценотичними залежностями, внаслідок яких утворюється специфічна організаційна структура, що спирається на багатосторонні зв’язки між окремими компонентами, зокрема на кормові та конкурентні (продуценти, консументи, автотрофи, гетеротрофи, редуценти).

3. Автономія біоценозу. Територіальна відокремленість, внутрішня організація, взаємозв’язок і взаємозалежність усіх компонентів творять автономію біогеноценозу та його біоценозу.

4. Екологічна рівновага. Біогеоценоз, як природна система перебуває в стані динамічної рівноваги. В процесі еволюції природній комплекс адаптувався до умов навколишнього середовища і вивести його з цієї рівноваги можуть лише якісь зовнішні чи внутрішні фактори.

5. Екологічна сукцесія. Процес збільшення ступеня інтеграції складових компонентів і максимальне пристосування біологічного комплексу до умов середовища, що являє собою прогрес у напрямку зростаючої стабілізації системи називається екологічною сукцесією.

Просторову структуру біоценозів можна розглядати в декількох різних аспектах: поверховість чи ярусність, розмежування біоценозів (шари водних екосистем; перехідна зона біоценозів суші).

Вертикальна структура біоценозу (ярусність) – зумовлена різними умовами освітлюваності, які зумовлюють одночасно і ефективність утворення первинної продукції біоценозу. Для водних біоценозів кількість фотосинтетичної енергії є первинним фактором розшарування товщі води. Товщина шару води, у якому світло є в кількості, що не перевищує компенсаційну точку фотосинтезу рослин, становить приблизно 80 метрів. Градієнт проникнення сонячних променів у біоценози суші має вторинний характер і залежить від розвитку рослинності і особливо проявляється у лісових біоценозах. Тут налічується чотири основних яруси:

1) ярус крон (крони дорослих дерев);

2) чагарниковий, підлісковий ярус (чагарники, кущі, молоді дерева);

3) трав’яний ярус (однорічні та багаторічні трави);

4) приземний ярус (мохи, лишайники, шапкові гриби).

Горизонтальна структура (мозаїчність) біоценозу пов’язана передусім з різноманітністю підстилаючої поверхні: сухіша чи вологіша, родючіша чи пісніша, потужний чи малопотужний шар ґрунту. Мозаїчність біоценозу розвивається вторинно, оскільки передусім дане місцезростання повинні зайняти рослини. Характерною особливістю горизонтальної структури біоценозів є перехідні смуги від одного до іншого фітоценозу, або екотони. Тут представлені види обох сусідніх біоценозів, проте в екотонах трапляються види не представлені ні в одному, ні в іншому біоценозі. Типовим для екотону є явище стику. Воно полягає у збільшенні чисельності популяції у екотоні, порівняно з обома сусідніми біоценозами (наприклад узлісся).

Вплив особин одного виду на особини іншого виду (міжвидові взаємовідносини) може бути нейтральним, сприятливим або несприятливим:

Нейтралізм – обидва види незалежні один від одного і не впливають один на одного (лось і білка).

Конкуренція – це взаємодія, коли один організм споживає ресурс, який міг би бути доступним для іншого організму (широкопалий та довгопалий річкові раки).

Мутуалізм – це можливість життя кожного з видів лише в присутності іншого (співіснування рака самітника та актинії).

Протокооперація – угруповання, утворене двома видами, що дозволяє обом видам краще пристосуватись до певних умов середовища (спільне життя крячків і чапель, що дає їм можливість краще захищатись від ворогів).

Коменсалізм – взаємозв’язок при якому один вид (коменсал) одержує користь від співжиття з іншим видом, а останній користі від співжиття не має.

Аменсалізм – один вид (аменсал) відчуває на собі пригнічення росту та розмноження, а інший вид (інгібітор) таких незручностей не відчуває. Конкретним і найпоширенішим випадком аменсалізму є алелопатія, що полягає у гальмуванні росту одного виду (аменсала) продуктами виділення іншого виду (інгібітора). Наприклад нечуй-вітер здатний витісняти інші рослини та утворювати зарості на великих площах.

Хижацтво – один вид (хижак) живиться живою органічною речовиною іншого виду (жертва), вбиваючи його.

Паразитизм – один вид (паразит) живиться живою органічною речовиною іншого виду (хазяїна), не вбиваючи його або вбиваючи поступово, протягом певного часу. У реальних природних умовах різниця між хижаком і паразитом не завжди чітко виражена, оскільки існують перехідні форми, яких важко віднести до однієї чи іншої категорії. Наприклад, деякі паразитичні види комах щадять до певного часу життєво важливі органи господаря, а під кінець свого розвитку, або масово розмножившись, з’їдають його.

Динаміка біоценозів. Біоценоз перебуває у постійному розвитку. Процесові розвитку можуть сприяти або шкодити певні внутрішні та зовнішні фактори. Характерні типи цих змін, що відбуваються у біоценозі, такі: 1) сезонні, 2) різнорічні, 3) випадкові зміни (сукцесії), 4) загальні зміни, 5) еволюція ценозів.

Сукцесія – спрямовані зміни в біогеоценозі, якщо в середовищі не відбувається різких змін, спричинених зовнішніми факторами.

В.М. Сукачов виділив основні види сукцесій:

1) Сингенетичні (автогенетичні) – процес заселення рослинами нових місцезростань: кар’єрів, насипів, звалищ, річкових заносів. Головну роль у цих сукцесіях відіграють підбір і взаємодія рослин, що заселили незайману територію, а також грунтово – кліматичні умови.

2) Ендогенетичні – вторинні сукцесії, що виникають тоді, коли рослинність частково або повністю знищена, але залишився ґрунтовий шар, у якому є насіння, спори або органи вегетативного розмноження рослин. Вони відбуваються слідом за сингенетичними сукцесіями вже після того, як піонерне угруповання створило певне середовище.

3) Екзогенетичні – зумовлені причинами, які перебувають за межами даного угруповання і залежать від зовнішніх геофізикохімічних факторів. До них також відносяться зміни, спричинені діяльністю людини (пожежі, вирубки, випас).

4) Гологенетичні – виникають внаслідок зміни всього фізико-географічного середовища або його окремих частин – атмосфери, гілросфери, літосфери. Наприклад, зміна фітоценозів під впливом глобальних змін клімату.

5) Деградаційні – відбуваються при послідовному використанні різних видів ресурсів, які розкладаються. Наприклад, колонії грибів, що поселяються на опалій сосновій хвої.

Ланцюгом живлення – називають ряд живих організмів, у якому одні організми поїдають попередників у ланцюгу і, у свою чергу, з’їдаються тими, хто іде за ними.

Ланцюги живлення – або канали живлення, якими постійно перебігає енергія, прямо чи опосередковано об’єднують всі організми в єдиний комплекс.

Перший трофічний рівень кожного ланцюга живлення представлений продуцентами (автотрофами), які здатні утворювати багаті на енергію органічні сполуки, використовуючи сонячну енергію.

Другий трофічний рівень утворюють травоїдні тварини – консументи І порядку, що використовують готову органічну речовину продуцентів.

Третій трофічний рівень утворюють м’ясоїдні тварини, які живляться травоїдними – консументи ІІ порядку.

Четвертий рівень утворюють тварини, що споживають хижаків (паразити) – консументи ІІІ порядку.

Останній рівень ланцюгів живлення утворюють деструктори (редуценти) – організми, що остаточно розкладають органічну речовину на неорганічну, використовуючи при цьому всю залишкову енергію.

Кількість ланок у ланцюгах живлення рідко перевищує п’ять завдяки великим втратам енергії у кожній ланці. Ланцюг живлення можна уявити у вигляді екологічної піраміди:

А. Піраміда чисел

Б. Піраміда маси

В. Піраміда енергії

Закон 10%: з переходом з одного трофічного рівня на інший біомаси та енергії зберігається приблизно 10%.

Основним джерелом енергії для біосфери служить випромінювання Сонця. З приблизними розрахунками, якщо енергію Сонця прийняти за 100%, то лише 15% її досягає поверхні Землі і лише 1% зв’язується у вигляді органічної речовини продуцентами. Із всієї зв’язаної енергії половина витрачається на життєві процеси. 50% енергії, що залишилася ідуть на зростання біомаси. Отже, тільки 0,5% енергії, що потрапляє на Землю, в процесі фотосинтезу перетворюється на енергію хімічних зв’язків і використовується консументами.

Структура біогеоценозу:

· неорганічні речовини,

· органічні речовини,

· мікроклімат (місцеві кліматичні умови),

· продуценти,

· консументи,

· редуценти.

Властивості біогеоценозів:

· цілісність (взаємозв’язки організмів між собою та з умовами фізичного середовища);

· здатність до самовідтворення (залежить від взаємодії саморегульованих популяцій, що входять до складу біогеоценозу);

· стійкість (наслідок взаємопристосувань популяцій різних видів та їх адаптацій до умов середовища);

· саморегуляція (коливання кількісних та якісних показників біогеоценозу навколо певних.

Агроценоз – збіднене видами угруповання рослин, тварин, мікроорганізмів та грибів, створене людиною для виробництва сільськогосподарської продукції. Для агроценозів характерні такі властивості:

· незначне видове різноманіття;

· недостатньо розгалужена трофічна сітка, що зумовлює слабку стійкість агроценозів;

· висока продуктивність одного чи кількох видів у складі агроценозу;

· відсутня саморегуляція;

· можливе масове розмноження бур’янів та шкідників;

· потребують постійного надходження поживних речовин.

Людина та біосфера. Термін “біосфера” вперше був використаний австрійським геологом Едуардом Зюссом. Сучасне тлумачення біосфери, яке прийняте в усьому світі, належить видатному українському вченому В.І. Вернадському, який розглядав біосферу як “живу” оболонку, ділянку існування живої речовини, ділянку кори, зайнятої трансформаторами, що перетворюють космічні випромінювання в діяльну земну енергію – електричну, хімічну, механічну, теплову і т.д.

Речовина біосфери складається з семи різнорідних природних частин:

· жива речовина – сукупність живих організмів;

· біогенна речовина – потужне джерело потенційної енергії (кам’яне вугілля, бітум, нафта);

· косна речовина – тверда, рідка, газоподібна (повітря, вода, камінь) у відтворенні якої бере участь жива речовина;

· біокосна речовина – створюється одночасно живими організмами і косними процесами (океанська та річкова вода, ґрунт і т.д.);

· речовина, що перебуває у радіоактивному розпаді;

· речовина, просякнута розсіяними атомами, які безпосередньо утворюються з різних земних речовин під впливом енергії сонця;

· речовина космічного походження (космічний пил, метеорити).

На сьогоднішній день первинна біосфера значно змінена діяльністю людини. Якісно новий етап її розвитку – біотехносфера. Стан біосфери, за якого перетворююча людська діяльність починає відігравати в ній визначальну роль, Вернадський назвав ноосферою, або сферою розуму.

Жива речовина біосфери за В.І. Вернадським – це форма активованої матерії, і її енергія тим більша, чим більша маса живої речовини. Особливостями живої речовини (за А.В. Лаппо) є:

· Жива речовина біосфери характеризується величезною вільною енергією, яку можна було б порівняти з потоком лави, але енергія лави недовговічна.

· У живій речовині, завдяки ферментам, реакції відбуваються у тисячі, а часом і у мільйони разів швидше, ніж у неживій.

· Деякі хімічні речовини (білки, вуглеводи, вітаміни) синтезуються тільки у живій речовині.

· Жива речовина намагається заповнити собою увесь можливий простір. Є дві форми її руху: пасивна – розмноження, активна – напрямлене переміщення організмів (характерне більшою мірою для тварин).

· Жива речовина проявляє значно більшу морфологічну та хімічну різноманітність ніж нежива.

· Жива речовина представлена організмами (дисперсними тілами), кожен з яких має власний генетичний склад.

· Навіть будучи дисперсною, жива речовина ніколи не трапляється на Землі у відкритій формі, а завжди існує у вигляді біоценозів.

· Жива речовина існує у формі безперервного чергування поколінь і характеризується генетичним зв’язком з живою речовиною минулих поколінь (принцип Реді: все живе – з живого).

· Жива речовина, на відміну від неживої, здійснює упродовж свого історичного життя грандіозну роботу.

Потоки енергії у біосфері:

· потік сонячної енергії, що надходить до біосфери і приводить в дію біохімічний колообіг;

· латеральні потоки повітряних мас (вітер);

· латеральні снігові замети;

· радіальні та латеральні потоки енергії антропогенного походження.

З геохімічної точки зору органічна матерія є кисневою системою багатою на карбон. Земна кора налічує понад 100 хімічних елементів, проте, лише шість із них взаємодіють у атмосфері: гідроген, оксиген, нітроген, карбон, фосфор та сульфур. Крім перечислених організми використовують зольні елементи: кальцій, калій, магній, ферум та мікроелементи: цинк, молібден, бор тощо. Живі компоненти біосфери складаються з тих самих хімічних елементів, що й неживі, але роль хімічних елементів у біосфері неоднакова, тому їх за значимістю поділяють на шість груп:

· Благородні гази (гелій, неон, аргон, криптон, ксенон) – до складу організмів не входять.

· Благородні метали (радій, рутеній, паладій, осмій, іридій, платина, золото) – у земній корі сполук майже не утворюють.

· Органогенні елементи (гідроген, оксиген, нітроген, карбон, фосфор, сульфур, кальцій, калій, магній, ферум) – характеризуються високою реактивною здатністю, з них складаються живі організми.

· Розсіяні елементи (рубідій, цезій, ніобій, тантал) – утворюють сполуки на великій глибині земної кори, або (йод, бром) вступають у реакції лише на поверхні земної кори.

· Сильно радіоактивні – полдоній, радон, радій, уран, нептун, плутоній тощо.

· Рідкісноземельні – лантаноїди та актиноїди.

На групу органогенних елементів у земній корі припадає 99,7% маси, а на решту – 0,3%. Організми складаються з таких основних елементів: оксигену – 70%, карбону – 18%, гідрогену – 10,5%, кальцію – 0,5% та інших.

Здійснюючи колообіги в біогеоценозі, кожний хімічний елемент рухається завдяки енергетичному потоку чітко визначеним шляхом, раз у раз переходячи з органічної форми в неорганічну. Шляхи біогенних елементів у біогеоценозі паралельні потоку енергії.

У біологічному колообігу карбону беруть участь тільки органічні сполуки і вуглекислий газ. Процеси фотосинтезу і дихання повністю комплементарні і взаємно відповідні: ввесь асимільований у процесі фотосинтезу карбон включається у вуглеводи, а в процесі дихання увесь карбон, що міститься у органічних сполуках, перетворюється на вуглекислий газ.

Колообіг оксигену пов’язаний в першу чергу з колообігом кисню (процеси фотосинтезу та дихання), а також з метаболізмом кисневмісних органічних сполук та з процесами окиснення (наприклад горіння). Молекула кисню (О₂), що утворилася в процесі фотосинтезу, одержує один атом оксигену від вуглекислого газу (СО₂), а інший від води. Асимільована в процесі дихання молекула кисню віддає один атом оксигену вуглекислому газу, а інший воді.

Також колообіги гідрогену та оксигену тісно пов’язані з колообігом води, яка бере участь у багатьох біохімічних реакціях, утворює середовище для біохімічних реакцій, відіграє важливу роль у процесах фотосинтезу, дихання, транспірації, мінерального живлення рослин, створенні осмотичного та тургорного тисків, формуванні клімату. Вода є основною складовою частиною всіх клітинних організмів. Вода – основа життя.

Стосовно колообігу нітрогену виділяють чотири відмінності:

· Більшість організмів не можуть асимілювати нітроген з велетенського фонду, який є у атмосфері (приблизно 78%);

· Нітроген не бере безпосередньої участі у вивільненні хімічної енергії в процесі дихання, він входить до складу білків та нуклеїнових кислот, які створюють структуру біологічних систем і регулюють їх функціонування;

· Біологічний розклад нітрогеновмісних органічних сполук відбувається у кілька стадій, причому, окремі з цих перетворень можуть здійснюватися лише спеціалізованими бактеріями;

· Більша частина біохімічних перетворень пов’язаних з розкладом нітрогеновмісних сполук відбувається в ґрунті, що полегшує доступність нітрогену для рослин через полегшену розчинність неорганічних нітрогеновмісних сполук.

Отже, джерелом нітрогену може бути нітроген повітря з одного боку або нітроген, який міститься у відмерлих рештках рослин і тварин. Але вільний нітроген з атмосфери можуть використовувати лише окремі організми: бульбочкові бактерії та деякі синьо-зелені водорості.

Фосфорвходить до складу нуклеїнових кислот, складних білків, клітинних мембран, кісткової тканини та дентину, є основою біоенергетичних процесів. Узагальнена найпростіша схема колообігу фосфору для наземних біогеоценозів виглядає так: ґрунт ® рослина ® тварина ® ґрунт. Рослини асимілюють фосфор у вигляді фосфат – іона (РО₄^3-) в процесі мінерального живлення. Деякі групи бактерій перетворюють наявний у ґрунті фосфор у фосфат.

50% сульфуру з’являється у атмосфері за рахунок перетворень наземними та водними екосистемами, де сульфур внаслідок мікробіологічних процесів перетворюється на сіркогідроген (Н₂S). Мікроорганізми продукують сіркогідроген двома шляхами: відновленням сульфатів та розклад органічної речовини. Інші мікроорганізми перетворюють сіркогідроген у сульфати, які потім у процесі мінерального живлення засвоюються рослинами.

Калій, кальцій, натрій і магній містяться у великих кількостях у клітинах та позаклітинних комплексах у вигляді катіонів. Колообіг катіонів у біогеоценозах мало пов’язаний з асиміляцією і вивільненням енергії, але відіграє важливу роль у функціонуванні організмів. Основним джерелом катіонів металів у екосистемах є вивітрювання материнських гірських порід та органічні рештки рослин та тварин.

Мікроелементи називають стимуляторами, мінеральними ферментами, мінеральними каталізаторами. До них належать: ферум, манган, мідь, молібден, цинк, бор, хлор, а також натрій, кремній, кобальт, ванадій, йод, селен, алюміній, платина, флуор, кадмій, ртуть, бром, хром, миш’як, нікол, стронцій. Потреби організмів у мікроелементах мізерні, але значення їх для процесів, що відбуваються у організмах велике. Основним джерелом мікроелементів у біогеоценозах є вивітрювання материнських гірських порід, а також розклад відмерлих решток. Останнім часом потужним джерелом мікроелементів є антропогенний фактор.

Основні наукові положення вчення В.І. Вернадського про біосферу:

· Жива речовина є насамперед планетним явищем і не може бути відірвана від біосфери, геологічною функцією якої вона є. У межах біосфери скрізь зустрічається або жива речовина, або сліди її біохімічної діяльності. І гірські осадові породи, і природні води, і гази атмосфери у своїй основі створені живою речовиною планети.

· Космічне випромінювання охоплює всю біосферу і пронизує усе в ній, тому біосфера повинна розглядатись як область перетворення космічної енергії.

· Біосфера є планетне явище космічного характеру.

Сучасний стан біосфери В.І. Вернадський назвав ноосферою. Він визначав місце людини у біосфері трьома положеннями:

· Людина, як і всі живі організми, як і вся жива речовина є певною функцією біосфери в певному її просторі і часі.

· Людина в усіх її проявах становить певну закономірну частину будови біосфери.

· “Вибух” наукової думки у ХХ столітті підготовлений усім минулим біосфери і має глибинні корені. Цивілізація “культурного людства” не може перериватися і знищитися, оскільки це велике природне явище, яке відповідає історично, геологічно встановленій організованості біосфери.

Біосфера неминуче перетвориться у ноосферу, тобто сферу, де людський розум буде відігравати домінуючу роль в розвитку системи людина – природа.

Природокористування – це сукупність усіх форм експлуатації ресурсного потенціалу і заходів його збереження. Сюди відносяться видобування, переробка та відновлення природних ресурсів, використання й охорона природних умов життя, збереження та відновлення екологічного балансу природних екосистем. Як сфера знань природокористування включає в себе елементи природних, суспільних і технічних наук.

Природокористування може бути раціональним і нераціональним.

Раціональне природокористування – це високоефективне, розумне господарювання, яке не призводить до різких змін природно-ресурсного потенціалу та підтримує продуктивність природних комплексів або окремих їх об’єктів.

Нераціональне природокористування – це таке господарювання, в результаті якого природа втрачає здатність до самовідновлення, саморегулювання та самоочищення, порушується рівновага біологічних систем, вичерпуються мінеральні ресурси, погіршується використання рекреаційних, оздоровчих та естетичних функцій природних об’єктів.

Розвиток світової економіки на сучасному етапі має дві важливі закономірності стосовно економіки природокористування: надвиробництво продукції (часто пропозиція перевищує попит) світовою промисловістю, яке веде за собою надвикористання природних ресурсів; перетворення держав, економіка яких перебуває у стані становлення, на сировинні придатки держав з розвинутою економікою, що приводить до нераціонального використання природних ресурсів на територіях цих держав.

Людство вступило в такий етап екологічного розвитку, коли економічний ефект визнається реальним лише з урахуванням екологічних наслідків і обмежень. Економіка товарів поступово повинна замінюватися на економіку інформації, а принципи природокористування у ХХІ столітті набути нових особливостей:

1. Підхід до вивчення будь-якого природного об’єкту чи процесу має бути універсальним, цілісним, в основі якого лежить ідея єдності світу, тісних взаємозв’язків всіх явищ і процесів у природі, розуміння того, що будь-яке втручання в екосистему ззовні неминуче вплине на природну рівновагу, встановлену в екосистемі протягом тривалого часу.

2. Людська діяльність повинна супроводжуватися думкою, що людина є часткою природи, її елементом, який своїм функціонуванням не має права порушувати гармонію життєвих процесів біосфери.

3. Моделювання стратегії еколого-економічного розвитку людства повинно іти шляхом поліваріантного прогнозу, який повинен передбачити кілька варіантів наслідків розвитку нашої цивілізації: наслідки, що прогнозуються і проектуються; наслідки, що прогнозуються і не проектуються; наслідки, що не прогнозуються і не проектуються. Демократичне суспільство повинно обрати розвиток, екологічні наслідки якого прогнозуються і проектуються. Якщо ж обирається інший шлях, то суспільство повинно розуміти, яку ціну в майбутньому доведеться платити.

4. Суспільно – виробничі технології нової цивілізації повинні бути спрямовані на формування діючих природних систем, які здатні здійснювати еквівалентний обмін речовини та енергії між суспільством та природними екосистемами, дозволяли екосистемам самовідновлюватись і самоочищатись, підтримувати природній гомеостаз.

Природно-заповідний фонд України становить 2, 4 млн. га (4% від території держави). Включає природні об’єкти, що охороняються: національні парки, заповідники, заказники, пам’ятки природи, заповідні урочища, дендрологічні парки, державні ботанічні сади.

Заповідник – простір (територія, акваторія), що особливо охороняється законом, він повністю виключений з будь – якої господарської діяльності, закритий для відвідувачів, з метою збереження у незайманому вигляді природних комплексів, охорони всіх видів живого та стеження за природними ресурсами. У заповіднику дозволяються тільки заходи для підтримання природи, якщо їй загрожують зовнішні впливи.

Найбільші заповідники України:

Заказник – ділянка, на території якої заборонена певна господарська діяльність, призначена для охорони видів рослин і тварин, екосистем, ландшафтів. Існують заказники орнітологічні, мисливські, ландшафтні, озерні та ін.

Національні парки – великі території, де охорона природи поєднується з відпочинком людей у природному, мало зміненому середовищі, у яких охороняються ландшафти, кліматоутворюючі компоненти, екосистеми, рідкісні види рослин та тварин.

Пам’ятки природи – природні об’єкти, часто пов’язані з історичними подіями чи особистостями, виділені як природні території, що охороняються.

Заповідні урочища – лісові, степові, болотні та цілісні ландшафти, що мають важливе наукове, природоохоронне, естетичне значення і відокремлені з метою збереження їх у природному стані.

Дендрологічні парки – території, виділені з метою збереження, вивчення та збагачення в природно-антропогенних умовах видового складу деревних та чагарникових порід з метою їх ефективного наукового, культурного та господарського використання.

Державні ботанічні сади – науково-дослідницькі установи, де вивчаються, культивуються та акліматизуються різні види рослин.

Природно – заповідний фонд Івано – Франківщини включає всі категорії заповідних територій. В області діє природний заповідник “Горгани” (площа 5344,2 га), Карпатський біосферний заповідник (12,8 тис. га), 4 регіональні ландшафтні парки Дністровський, Галицький, Поляницький та “Гуцульщина”, ландшафтні заказники (8 лісових, 26 ботанічних, 2 загальнозоологічні, 5 гідрогеологічних); пам’ятки природи 3 загальнодержавного значення: “Касова гора”, “Скелі Довбуша”, ”Верхнє Озерище”, ботанічних 145, зоологічний “Вільхівець”, парків – пам’яток 7.

Основними природоохоронними нормативними документами в Україні є: Конституція України; Положення про Червону книгу України; закон “Про охорону навколишнього природного середовища” (1991рік); закон «Про тваринний світ» (1993 рік); закон «Про охорону атмосферного повітря» (1992 рік); Кодекс України про надра; Водний кодекс України; Лісовий кодекс України.

Червоні книги (червоні листки) – офіційні наукові документи неурядових адміністративних організацій, що містять систематизовані відомості про рослин і тварин світу (світова Червона книга) чи держави (Червона книга України) стан яких викликає стурбованість за їх майбутнє.

Зелена книга містить систематизовану інформацію про рослинні біоценози, які перебувають під загрозою зникнення.

Поиск по сайту: