§ 37. Екологія як наука. Екологічні чинники. Пристосування живих організмів до дії екологічних чинників

• До змісту відповідей

ПОМІРКУЙТЕ Й ОБГОВОРІТЬ СИТУАЦІЮ

Слово «екологія» походить від давньогрецького οἶκος (дім) і “λόγος” (учення). Слово «економіка» походить від “οἶκος” (дім) та “νόμος” (закон). Фактично, екологія є наукою про будову нашого спільного дому, а економіка — наукою про закони правильного ведення господарства. Чи можна ефективно вести хатнє господарство, не розуміючи, як саме побудований дім?

Ні, ефективно господарювати без розуміння будови дому неможливо, бо без знання меж його міцності, вентиляції та комунікацій можна швидко спричинити руйнування власної оселі. Економіка завжди повинна спиратися на екологічні закони, інакше надмірне виснаження ресурсів призведе до незворотної кризи в біосфері.

ВІДКРИТИЙ МІКРОФОН

Користуючись світлинами, розкажіть про основні середовища існування на планеті Земля.

На Землі розрізняють чотири основні середовища існування: водне, наземно-повітряне, ґрунтове та живі організми як середовище. Водне середовище вирізняється високою густиною та стабільною температурою, а наземно-повітряне — великою кількістю кисню й світла за умов частих коливань вологості й тепла. Ґрунт є щільним середовищем без світла зі згладженими змінами температур, а тіла живих істот забезпечують симбіонтів і паразитів постійними поживними ресурсами та захистом.

Яке з них є найбільш комфортним? Аргументуйте.

Поняття комфорту є відносним, оскільки кожен вид ідеально пристосований саме до свого середовища. Водне та організмове середовища є найбільш стабільними за фізичними умовами, проте птах чи наземний ссавець не зможуть там дихати й добувати їжу, тому найкомфортнішим є те середовище, до якого вид виробив еволюційні адаптації.

ЗНАЙДІТЬ ІНФОРМАЦІЮ Й ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ

Поясніть, чому в бочки Лібіха всі дошки різної довжини.

Різна довжина дощок показує, що поживні елементи та ресурси містяться в ґрунті в різній кількості щодо фізіологічної потреби рослини.

Навіщо на дошках написані символи хімічних елементів?

Вони позначають життєво необхідні мінеральні елементи (азот, фосфор, калій, кальцій, залізо тощо), без яких рослина не може повноцінно проходити свій життєвий цикл.

Що визначає найкоротша дошка?

Найкоротша дошка визначає максимальний рівень води в бочці, тобто той лімітуючий чинник, який найбільше стримує ріст і продуктивність рослини.

Який принцип ілюструє «Бочка Лібіха»?

Вона ілюструє закон мінімуму Лібіха, згідно з яким виживання та врожайність організму визначаються тим ресурсом, рівень якого перебуває в найбільшому дефіциті порівняно з потребою.

Чому цей принцип є важливим для розуміння, які добрива та поживні речовини потрібні рослинам для отримання максимального врожаю?

Він доводить, що надлишкове внесення одних добрив є неефективним, якщо в ґрунті бракує бодай одного критичного мікро- чи макроелемента. Для максимального врожаю потрібно збалансувати живлення і насамперед усунути дефіцит найкоротшої складової.

Чому журавлі починають свій осінній переліт на початку серпня, коли ще тепло й достатньо їжі?

Птахи вилітають завчасно, щоб безпечно дістатися теплих країв за сприятливої погоди до настання осінніх заморозків і замерзання водойм. Ця поведінка виробилася еволюційно як випереджальна реакція на сезонні кліматичні зміни.

Що викликає фізіологічну та поведінкову готовність до перельоту? Який фактор є основним?

Основним сигнальним фактором є фотоперіодизм — зміна тривалості світлового дня. Скорочення світлового дня в серпні сприймається органом зору й запускає ендокринні зміни в організмі журавлів: відкладення жирових запасів та міграційне занепокоєння.

РОБОТА В ПАРІ

Про яку адаптацію колібрі йдеться в тексті?

У тексті йдеться про анатомічну (морфологічну) адаптацію — розвиток надзвичайно довгого та тонкого дзьоба мечодзьобого колібрі. Ця форма дозволяє птаху діставати нектар із глибоких трубчастих віночків специфічних видів рослин.

Чи є така адаптація коадаптацією? Чи можна її навести як приклад коеволюції?

Так, це коадаптація, тому що довжина дзьоба птаха формувалася у взаємній відповідності до глибини квітки рослини. Це наочний приклад коеволюції: квіти пристосовувалися до запилення виключно цим видом колібрі, а птахи паралельно спеціалізувалися на живленні саме з цих квітів.

ПОДІЛІТЬСЯ СВОЇМИ ДУМКАМИ

Розгляньте світлини. Чому навіть найсильніша засмага в європейців не може зрівнятися з кольором шкіри корінних мешканців / мешканок Африки? Про яку адаптацію йдеться?

Темний колір шкіри корінних мешканців Африки є спадковою еволюційною адаптацією, закріпленою в генах тисячоліттями природного добору для захисту від руйнівного тропічного ультрафіолету. Натомість засмага європейців — це тимчасова індивідуальна фізіологічна адаптація, яка з’являється у відповідь на сонячні промені й згодом зникає. Генетичні межі європейців просто не дають клітинам виробляти таку високу базову кількість пігменту меланіну.

ПРАКТИЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ «АДАПТАЦІЯ ЛЮДИНИ ДО КЛІМАТИЧНИХ УМОВ»

Знайдіть інформацію про адаптації різних етносів до конкретних кліматичних умов (холодний і жаркий клімат) і на їхньому прикладі проаналізуйте:

а) Анатомічні та фізіологічні адаптації людини до різних кліматичних умов.

б) Як клімат упливає на спосіб життя, житло, одяг, харчування та види діяльності людей?

В умовах холоду люди споруджують присадкуваті куполоподібні або напівпідземні будівлі (іглу, яранги), шиють глухий багатошаровий одяг із хутра тварин, займаються оленярством і полюванням на морських ссавців, а основу щоденного раціону складають висококалорійні тваринні білки та жири.

У жаркому кліматі люди зводять легкі повітропроникні хатини з глини й пальмового листя або розкладають захисні шатра, носять світлий просторий бавовняний одяг, займаються кочовим скотарством чи вирощуванням теплолюбних культур, а харчуються переважно крупами, овочами, фруктами та споживають багато рідини.

ПРАКТИЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ «АДАПТАЦІЯ ЛЮДИНИ ДО ЖИТТЯ В ГОРАХ»

1. Ознайомтеся з основними екологічними чинниками гірського середовища (знижений атмосферний тиск, нестача кисню, низька температура, підвищене ультрафіолетове випромінювання).

У гірській місцевості всі ці чинники зростають у міру підйому на висоту: атмосферний тиск і парціальний тиск кисню стрімко падають, що веде до кисневого голодування, температура повітря опускається приблизно на 6 °C з кожним кілометром угору, а розріджене повітря слабко поглинає жорстку сонячну радіацію.

2. Опишіть уплив цих чинників на організм людини.

Знижений парціальний тиск кисню викликає гіпоксію, задишку, запаморочення, тахікардію та висотну гірську хворобу.

Низька температура спричиняє швидке переохолодження й вимагає від організму величезних енергетичних витрат на підтримання тепла.

Надмірне ультрафіолетове випромінювання призводить до глибоких сонячних опіків шкіри та пошкодження рогівки очей відбитими від снігу променями.

3. Проаналізуйте адаптації людини до життя в горах (фізіологічні, анатомічні та поведінкові).

1. На фізіологічному рівні збільшується кількість еритроцитів і рівень гемоглобіну для активного перенесення кисню, прискорюється частота дихання та зростає швидкість серцевих скорочень.
2. На анатомічному рівні у корінних горян (шерпів, тибетців, індіанців Анд) формується широка бочкоподібна грудна клітка, збільшується об’єм легень і розростається м’язова стінка правого шлуночка серця.
3. На поведінковому рівні жителі гір дотримуються повільного розміреного ритму ходьби, носять щільний захисний одяг із натуральної вовни, вживають гарячу висококалорійну їжу та закривають обличчя й очі від прямого сонячного світла.

ПРАКТИЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ «АДАПТАЦІЯ ЛЮДИНИ ДО ЖИТТЯ В ГОРАХ»

4. Наведіть приклади змін у способі життя людей, які мешкають у гірських районах.

У гірських районах люди пристосовують свій побут до крутого рельєфу та суворого клімату:

1. Займаються відгінним скотарством (випасанням овець, кіз чи яків) і терасовим землеробством на схилах.
2. Будують кам’яні або міцні дерев’яні будинки з товстими стінами й утепленими дахами для захисту від сильних вітрів та нічних морозів.
3. Носять щільний вовняний або хутряний одяг, захищають очі й шкіру від яскравого сонця та ультрафіолету.
4. Вживають калорійну їжу з високим вмістом білків і жирів для підтримки енергії та збереження тепла.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Чому один і той самий екологічний чинник може бути корисним для одного виду й шкідливим для іншого? Наведіть приклад.

Кожен біологічний вид у процесі еволюції пристосувався до свого діапазону умов і має власну зону оптимуму. Чинник, сприятливий для одного організму, для іншого виходить за межі витривалості та стає токсичним чи лімітуючим. Наприклад, висока вологість і затінок ідеальні для папоротей та мохів, але для пустельних кактусів вони згубні й викликають загнивання коренів.

2. На світлині зображений листок рослини, поширеної, зокрема, у Перу та Коста-Риці. Пристосуванням до яких екологічних факторів є форма й особливості будови листків цієї рослини?

На світлині зображено листок тропічної ліани (монстери) з характерними розрізами та отворами. Ці особливості є пристосуванням одразу до кількох екологічних чинників тропічного дощового лісу:

1. До злив і сильного вітру: отвори й розрізи вільно пропускають потужні потоки води та пориви вітру, тому велика листкова пластинка не ламається і не рветься.
2. До нестачі світла: крізь прорізи верхніх листків сонячні промені легше проникають до нижніх ярусів тієї самої рослини.
3. До стікання надлишкової вологи: краплі дощу швидко скочуються, що захищає листок від розвитку паразитичних грибків і бактерій.

3. Що небезпечніше для екосистеми: різка зміна одного екологічного чинника чи повільна зміна багатьох чинників одночасно? Відповідь поясніть.

Небезпечнішою є різка зміна одного чинника, якщо він виходить за критичні межі витривалості організмів. За раптового перепаду температури, раптового висихання водойми чи швидкого хімічного забруднення види просто не встигають увімкнути захисні адаптації та масово гинуть, що спричиняє швидкий колапс харчових ланцюгів. До повільних комплексних змін екосистема ще здатна поступово перебудуватися шляхом міграції, зміни чисельності або екологічної сукцесії.

4. Чи можна вважати людину «універсально адаптованим видом»? Обґрунтуйте відповідь.

Так, умовно людину можна так назвати, але не завдяки анатомії, а завдяки розуму й культурі. Біологічно людина залишається теплолюбним видом із вузькими межами фізіологічної витривалості, проте завдяки технічним адаптаціям — житлу, одягу, опаленню та кондиціонуванню — вона спромоглася заселити майже всі природні зони Землі, від пустель до Антарктиди.

5. Чи можна вважати технічні винаходи людини (одяг, житло, кондиціонери) формою адаптації? Поясніть.

Так, їх можна вважати штучною (технологічною або культурною) формою адаптації. Людина пристосовується до середовища за допомогою розуму й технологій, штучно створюючи навколо себе комфортний мікроклімат замість повільних біологічних змін тіла через еволюцію. Завдяки будинкам, одягу й приладам наш вид зміг заселити території з екстремальним кліматом — від пустель до Арктики.

6. Порівняйте адаптації кактуса й водяної лілії. Який екологічний чинник став вирішальним для формування їхньої будови?

Вирішальним екологічним чинником став рівень зволоженості (наявність і доступність води). Кактус виробив анатомічні пристосування для збереження кожної краплі води в умовах її критичної нестачі, а водяна лілія сформувала будову для виживання в умовах надлишку води та нестачі кисню в товщі водойми.