Розділ №1 Основи екології

Тема лекції: Біологічна та екологічна рівновага

ПЛАН

1. Біологічна продуктивність.

2. Продукційний процес.

3. Фактори продуктивності.

4. Загальні принципи стабільності та стійкості біосистем та екосистем.

Тема: ^ Біологічна продуктивніст��
Мета: Досягнути розуміння студентами головної функції живої речовини, значимості харчових зв’язків і форм взаємодії живих організмів для забезпечення стабільності і стійкості біосистем.
Контрольні питання теми

1. Автотрофне та гетеротрофне живлення, Біохімічні процеси автотрофного живлення.

2. Біологічна продуктивність, міра її, первинна та вторинна біологічна продукція, біомаса.

3. Трофічні ланцюги (продуценти, консументи, редуценти), значення їх в потоці енергії в Біосфері.

4. Трофічні рівні. Екологічні піраміди, види їх.

5. Екологічний контроль продуктивності, вплив абіотичних факторів на біологічну продуктивність

6. Ценотичний контроль продуктивності, форми взаємодії між живими організмами.

7. Стабільність та стійкість екосистем, основні категорії біологічного біологічного різноманіття, екологічний резерв екосистеми.

8. Стратегії виживання живих організмів: уникнення (ухилення) та адаптація, значення їх.

Лекція: Біологічна продуктивність.
Все живе створюється в результаті біопродуційного процесу та є наслідком життєдіяльності організмів: живлення та розмноження рослин, тварин та мікроорганізмів.

Питання автотрофного та гетеротрофного живлення вам повинні бути знайомі зі школи, тому в лекції на них я зупинятися не буду. Ці питання ви опрацюєте при самостійній роботі над цією темою.

^ Продуційний процес. Постійна присутність живої матерії в екосистемах забезпечується безперервним процесом оновлення живої речовини, її синтезом. Процес продукування живої речовини, що здійснюється в ході живлення, є центральною екосистемою функцією життя. ЇЇ прийнято називати біологічною продуктивністю. У біологічній продуктивності беруть участь усі живі організми і цим вони роблять свій внесок у підтримку існування біосфери.

Мірою біологічної продуктивності є величина продукції біомаси, яка створюється за одиницю часу, віднесеної до одиниці площі, або об’єму простору (кв.м та куб.м).

В екології розрізняють первинну та вторинну біологічну продукцію, Первинна продукція – це частина живої речовини, що створюється завдяки діяльності організмів з автотрофним типом живлення.
Вторинна продукція складається з органічних речовин, що утворюються при гетеротрофному типі живлення, вона завжди менша за об’ємом, ніж первинна.

У сукупності жива речовина автотрофних та гетеротрофних організмів складає біомасу. Можна говорити про біомасу окремого організму, того чи іншого виду, про біомасу окремих екосистем та біосфери в цілому. ЇЇ вимірюють в одиницях маси (сухого залишку) на одиницю поверхні (кг/кВ.м, т/кВ.км). У зв’язку з тим, що біомаса формується в результаті процесу живлення, спорідненого зі зв’язуванням енергії для оцінки розміру біомаси придатні й енергетичні одиниці (джоулі, калорії).
^ Трофічні ланцюги та трофічні рівні. Одними з центральних зв’язків між живими організмами екосистеми є харчові, або трофічні. Харчові зв’язки об’єднують між собою організми за принципом «їжа – споживач». В екосистемах цими зв’язками охоплюються всі живі організми. Це призводить до виникнення трофічних ланцюгів. На початку кожного трофічного ланцюга знаходиться автотрофна жива рослина, що здійснює фотосинтез (у меншій мірі первиний синтез органічної речовини ведуть хемосинтезуючі мікроорганізми). Ця група організмів називається продуцентами.

Продуценти – (автотрофи) – організми, переважно зелені рослини, які з вуглекислого газу і води продукують органічну речовину, використовуючи для процесу фотосинтезу сонячну енергію і виділяючи кисень. Вони накопичують рослинну біомасу. Рослини називають фототрофами.

Є організми, що також синтезують органічну речовину із вуглекислого газу і води, але використовують енергію, що виділяється при хімічних реакціях. Вони дістали назву хемотрофи.

Далі в трофічному ланцюзі йдуть консументи (гетеротрофи) – це організми, що використовують готові органічні сполуки, як джерело їжі та енергії, Відповідно до способу живлення консументи поділяють на:

- Первинних консументів, якими називаються усі рослиноїдні організми (фітофаги). Їхня їжа – це рослинна біомаса. У процесі живлення вони перетворюють її у нову форму, в органічні речовини свого тіла, збільшуючи тим самим біологічне різноманіття. (Корова, кріль, колорадський жук у цьому розумінні займають однакову екологічну позицію. Вони первинні консументи.)

- Вторинних консументів (м’ясоїдних або хижаків), які споживають тваринну їжу. Основними представниками цієї групи є хижаки та тварини, що живляться мертвими організмами. До консументів відносяться також і паразити, які живуть за рахунок хазяїна.
Редуценти – (детритофаги) – організми, що також споживають готові органічні сполуки, але мертвих решток (опале листя, коріння, гілочки дерев – детрит, трупи та продукти життєдіяльності тварин.. Це гриби, бактерії, найпростіші, черви, раки. Органічні речовини ними сильно спрощуються та, в свою чергу, стають їжею для грунтових мікроорганізмів та грибів, які завершують деструкцію і мінералізацію органічних речовин. Завдяки їхній діяльності знов утворюються форми, доступні для живлення рослин. Це санітари, що очищають екосистему від сміття і замикають ланцюг коло обігу хімічних елементів.

Розглянуті групи організмів, кожна з яких виконує свою екосистемну функцію, відповідно складають так звані трофічні рівні.

^ Трофічний рівень – це сукупність організмів, які дістають перетворену на їжу енергію сонця і хімічних реакцій (від автотрофів) через однакову кількість посередників трофічного ланцюга.

Загальна біомаса кожної наступної ланки (трофічного рівня) в ланцюзі живлення зменшується, тому кількість ланок ланцюга живлення в екосистемі не перевищує 4 – 6 і обмежується правилом екологічної піраміди.

Які бувають трофічні рівні і які живі організми до них відносяться, а також поняття про екологічні піраміди і їх види ви вивчите при самостійному опрацюванні відповідних питань теми.
^ Екологічний контроль продуктивності.

Особливості навколишнього середовища помітно впливають на синтез органічної речовини автотрофними та гетеротрофними організмами. Загальна зумовленість біопродукції екологічними факторами підпорядковується закону толерантності. Відповідно до цього закону в амплітуді дії того чи іншого фактору є зона оптимуму, в межах якої біопрдукція максимальна, та дві зони песимуму, в області яких біопрдуктивність гальмується або нестачею даного чинника, або його надлишком.

Ресурсами, що необхідні для обміну речовин зелених рослин, є вуглекислий газ, вода, мінеральні речовини та сонячна енергія. У тварин головними є доступність та якість їжі, кисень та вода.

Вплив абіотичних факторів на утворення біопродукції має комплексний характер. Визначає можливості біопродукції не один, хоча й важливий фактор, а їхнє сполучення.Сполучення екологічних факторів різноманітні в різних регіонах, тому є чітка різниця в біопродукції на різних континентах.

Важлива сторона екологічного контролю продуційного процесу – це нестабільність абіотичних факторів. Організми змушені витрачати енергію на пристосування до коливань екологічного режиму і біопрдуктивність падає.
^ Ценотичний контроль продуктивності

Оточення будь-якого живого організму включає в себе не тільки абіотичні фактори середовища. Жити та формувати біопродукцію кожній живій істоті доводиться в умовах того чи іншого біоценозу в тісній взаємодії з іншими організмами. Такі ценотичні зв’язки настільки важливі, що інколи як фактор контролю розміру та якості біопродукції вони перекривають за силою дії абіотичні фактори. Кожен живий організм не тільки відчуває певний вплив на себе з боку своїх співмешканців у ценозі, але й сам впливає на них. Такі впливи можуть бути позитивні, нейтральні та негативні.

Детальніше з особливостями ценотичного контролю продуктивності з специфічними формами взаємодії між організмами в біоценозі ви ознайомитися при самостійному опрацюванні відповідних питань теми.

^ Стабільність та стійкість біосистем та екосистем.
Екосистемам властиве біологічне різноманіття. Це інтегральне поняття, що описує варіабельність, яка властива всім видам наземних та водяних екосистем. Основними категоріями біологічного різноманіття є:

- різноманіття індивідуальних організмів за віком, статтю, життєвим станом;

- різноманіття популяцій за їхніми структурними типами;

- різноманіття видів (генотипів);

- різноманіття угруповань;

- різноманіття екосистем.
Біологічне різноманіття є формою існування живої матерії.

У 1884 році французький хімік А. Ле Шательє сформулював принцип, відповідно до якого будь-які зовнішні впливи, що виводять систему зі стану рівноваги, викликають у цій системі процеси, що намагаються послабити зовнішній вплив та повернути систему в початковий стан. Стійкість організмів, популяцій або екосистем проявляється у самому факті їх існування протягом тривалого часу. Але біосистеми не існують вічно. Як смерть окремих особин, так і вимирання видів є природним процесом. У ході еволюції, коли певні види вимирають, а їм на зміну приходять інші, видове різноманіття біосфери зростає.

Для оцінки стійкості екосистем та біосфери корисним є поняття про екологічний резерв екосистеми. Це різниця між гранично допустимим відхиленням та фактичним станом екосистеми. Вона вказує на розміри тієї буферної зони, в межах якої можливі зміни, що не руйнують екосистему.
Серед стратегій виживання організмів існує дві альтернативи:

1. Адаптація – пристосування до середовища;

2. Уникнення, ухилення.
Основною є перша стратегія. Здатність до адаптації є важливою основою стійкості живих організмів. Адаптація може бути визначена як відповідність між організмом та його середовищем. Вона охоплює весь комплекс морфологічних, фізіологічних, поведінкових та інших особливостей живих організмів, які забезпечують їхнє існування в певних умовах.

Адаптація лежить в основі виживання організмів та підтримує на необхідному рівні їхню здатність до розмноження. Організми досить швидко і ефективно адаптуються до факторів, які трапляються часто в межах їхнього місця життя. До незвичайних факторів та умов пристосуватися важче.

Жити – це означає постійно адаптуватися. Кожний конкретний живий організм має адаптований комплекс фізіологічних, морфологічних та екологічних особливостей, які доповнюють одна одну та сприяють більш успішному виживанню та розмноженню виду.

Адаптація – це не тільки властивість окремих організмів, це й властивість популяцій. На популяційному рівні адаптації проявляються у формуванні гетерогенного складу популяції та появі в них екотипів – особливих форм, що відрізняються характером пристосувань до середовища.

Існує пристосованість біоценозів та екосистем. Але темпи адаптації тут нижчі, ніж окремих організмів. Тому екосистеми та біосфера виявляються особливо вразливими щодо антропогенних змін навколишнього середовища, які виникають більш різко та скоріше, ніж природні зміни.

Головний фактор стійкості біосфери – це наявність в ній живої речовини. Саме вона визначає переважання в біосфері процесів синтезу та структурування над процесами розпаду.

Лекція № 4 (1 година)