Тема 8. Надорганізмові біологічні системи

У цій темі ви дізнаєтесь про:

основні закономірності дії екологічних факторів на організми та їхні угруповання;
структуру та закономірності функціонування екосистем, їхню різноманітність;
трофічні зв’язки, потоки енергії та колообіг речовин в екосистемах;
стабільність екосистем та причини її порушення;
єдину глобальну цілісну екосистему - біосферу; закономірності її функціонування;
вплив людини на стан біосфери; основні методи охорони видового різноманіття організмів і стану навколишнього середовища.

§ 51. Екологія. Екосистема та її характеристики

Пригадайте, що таке моніторинг і моделювання в біології. Що таке популяція, вид, екосистема?

Екологія як біологічна наука існує вже понад 155 років. Назву «екологія» запропонував 1866 р. видатний німецький біолог Е. Геккель. Основні завдання екології:

з’ясування закономірностей взаємозв’язків між організмами, їхніми угрупованнями та умовами довкілля;
дослідження структури та функціонування угруповань організмів;
спостереження за змінами в окремих екосистемах і біосфері в цілому, прогнозування їхніх наслідків;
створення баз даних і розроблення рекомендацій для екологічно безпечного планування господарської та соціальної діяльності людини;
застосування екологічних знань у справі охорони довкілля та раціонального використання природних ресурсів.

Предметом вивчення екології є різноманітність і структура зв’язків між організмами, їхніми угрупованнями та середовищем життя; склад і закономірності функціонування угруповань організмів (популяцій, екосистем, біосфери в цілому).

Учені-екологи використовують різноманітні засоби й методи досліджень. Зокрема, методи екологічної індикації дають змогу визначити стан і властивості екосистем за видовим складом і співвідношенням між собою певних (індикаторних) груп видів (мал. 51.1). Це види, які чітко реагують на ті чи інші зміни в довкіллі. Для проведення постійних спостережень застосовують метод екологічного моніторингу. Широко впроваджують у сучасних екологічних дослідженнях моделювання та статистичне оброблення отриманих результатів. Різноманітні екологічні установи спрямовують свою діяльність на екологічну просвіту населення.

Мал. 51.1. 1. Хвощ польовий - індикатор підвищеної кислотності ґрунтів; 2. Біле латаття - індикатор чистоти води

Екологія — наука про взаємозв’язки організмів та їхніх угруповань між собою і навколишнім середовищем, про структуру та функціонування надорганізмових систем (популяцій, екосистем, біосфери тощо).

У зв’язку з тим, що сучасна екологія розширила предмет своїх досліджень за межі біологічних систем різного рівня, з біологічної науки вона перетворилася на комплексну дисципліну, увібравши в себе дані інших наук: географії, геології, хімії, фізики, соціології, економіки тощо. У зв’язку із цим український учений В. Ю. Некое (мал. 51.2) запропонував сучасний стан екології називати неоекологією.

Неоекологія (від грец. неос — новий) — комплекс наук, які вивчають розвиток, функціонування та прогнозування сучасного розвитку біосфери, розробляють принципи та методи управління взаємовідносинами у системі «природа — людське суспільство» з метою їх гармонізації та забезпечення екологічно безпечного існування.

Популяція як структурна одиниця виду та екосистеми. Ви вже знаєте, що кожна популяція є структурно-функціональною одиницею виду. Це пов’язано з тим, що кожен вид становить собою систему взаємопов’язаних популяцій. Лише зрідка (як-от, у деяких рідкісних і зникаючих видів) вид може бути представлений лише однією популяцією. Вам також відомо, що популяція є елементарною одиницею еволюції, оскільки в ній відбуваються мікроеволюційні процеси (спадкова мінливість, популяційні хвилі, ізоляція тощо), які можуть спричинити утворення нових видів.

Також вам відомо, що популяції різних видів існують у природі не відокремлено, а пов’язані між собою різноманітними взаємозв’язками.

Мал. 51.2. Некос Володимир Юхимович (1938-2010) - відомий український еколог, професор Харьковського національного університету імені В. Н. Каразіна. Брав активну участь у розвитку екологічної освіти в Україні

Угруповання взаємопов’язаних між собою популяцій організмів різних видів, які населяють ділянку місцевості з однорідними умовами існування, називають біоценозом (від грец. біос — життя і койнос — спільний).

Екосистема. Популяції видів, які входять до складу певного угруповання, тісно пов’язані не лише між собою, а й з умовами фізичного середовища життя (тобто неживою природою). Таким чином, угруповання організмів утворюють з фізичним середовищем єдину функціональну систему - екосистему.

Екосистема (від грец. ойкос — житло, місцеперебування і система — поєднання) — сукупність популяцій організмів різних видів, які взаємодіють між собою і з неживою природою таким чином, що всередині такої системи виникають потоки енергії і колообіг речовин.

Поняття «екосистема» запропонував 1935 р. англійський учений А. Тенслі. Він розглядав екосистеми як функціональні одиниці природи нашої планети, що можуть охоплювати будь-які ділянки біосфери. 1942 р. відомий еколог В. М. Сукачов запропонував поняття біогеоценоз. Це певна територія з більш або менш однорідними умовами життя, населена взаємопов’язаними популяціями різних видів, об’єднаних між собою і фізичним середовищем життя колообігом речовин і потоками енергії. На відміну від екосистеми, біогеоценоз охоплює ділянку місцевості з однорідними умовами існування. Основою будь-якого біогеоценозу є угруповання фотосинтезуючих організмів.

Біогеоценоз — це екосистема, яка займає територію з однорідними умовами існування.

В екосистемі виділяють біотичну (сукупність популяцій організмів - біоценоз) та абіотичну (умови фізичного середовища життя) частини (мал. 51.3). Кожна екосистема характеризується певним видовим різноманіттям, біомасою, продуктивністю, густотою видових популяцій, площею або об’ємом, яку вона займає.

Мал. 51.3. Структура екосистеми: 1 - абіотична частина; 2 - біотична частина; 3 - екосистема, що включає як біотичну, так й абіотичну частини

Видове різноманіття екосистеми визначається числом видів, популяції яких входять до її складу. Є екосистеми з незначним (пустелі, тундра) і багатим (тропічні ліси, коралові рифи) видовим різноманіттям (мал. 51.4). Видове різноманіття залежить від тривалості існування екосистеми: у процесі її становлення і розвитку екосистеми її видове різноманіття здебільшого зростає. Види з найчисленнішими популяціями визначають характер екосистеми (наприклад, ковила в ковиловому степу, дуб і граб - у дубово-грабовому лісі).

Кожна екосистема характеризується певною видовою та просторовою структурою. Видова структура зумовлена як видовим різноманіттям, так і співвідношенням чисельності й густоти популяцій окремих видів. Види, які переважають чисельно, називають домінуючими (від лат. домінантіс - пануючий).

Мал. 51.4. Приклади маловидових (1 - тундра) та багатовидових (2 - кораловий риф) екосистем. Завдання. Визначте, у якому із цих типів екосистем переважання окремих видів виражене чіткіше

Просторова структура визначається, насамперед, ярусністю. Ярусне розташування в екосистемі рослин знижує конкуренцію за світло, тварин - за кормові ресурси.

Ключові терміни та поняття: екосистема, біоценоз, біогеоценоз.

Перевірте здобуті знання

1. Що вивчає екологія? 2. Які основні завдання екології? 3. Якими методами досліджень користуються екологи? 4. Що таке екосистема? Якими показниками вона характеризується?

Поміркуйте. 1. Який зв’язок існує між екологією та охороною природи. 2. У той час, коли В. М. Сукачов запропонував термін «біогеоценоз», уже існувало поняття «екосистема». Чим, на вашу думку, була викликана необхідність введення терміна «біогеоценоз»?

Зміст