Популяційно-видовий рівень, методи його вивчення.

. Поняття популяційно-видового рівня організації живої природи та його характеристика

Рівень має в природі величезну різноманітність видів та їхніх популяцій.

1. Компоненти

•    Групи споріднених особин, об’єднаних певним генофондом та специфічною взаємодією з навколишнім середовищем

2. Основні процеси

•    Генетична своєрідність

•    Взаємодія між особинами та популяціями

•    Накопичення елементарних еволюційних перетворень

•    Здійснення мікроеволюції та вироблення адаптацій до мінливого середовища

•    Видоутворення

•    Збільшення біорізноманіття

3. Науки, що ведуть дослідження на цьому рівні

•    Генетика популяцій

•    Еволюція

•    Екологія

3. Методи вивчення популяційно-видового рівня організації живої природи

— Що таке науковий метод?

Науковий метод (від грец. methodos — спосіб пізнання, дослідження) — це сукупність прийомів та операцій, які використовують при формуванні системи наукових знань.

— Які наукові методи пізнання вам відомі? (Теоретичні та експериментальні.)

Методи дослідження в біології:
Емпіричні	Теоретичні
— спостереження — експеримент	— порівняльний — історичний — моделювання — статистична обробка — формулювання гіпотез, законів і теорій

— Назвіть методи, що дозволяють вивчати екологію. (Польові, експериментальні (лабораторні) дослідження.)

Польові — вивчення життя організмів та їхніх угруповань у природних умовах, тобто тривале спостереження в природі за допомогою різної апаратури.

Експериментальні (експерименти в стаціонарних лабораторіях, де є можливість не тільки варіювати, але й чітко контролювати вплив на живі організми будь-яких факторів за визначеною програмою).

Моделювання біологічних явищ, тобто відтворення в штучних екосистемах різних процесів, що відбуваються в живій природі. За допомогою моделювання можна вивчити поведінку будь-якої системи з метою оцінки можливих наслідків застосування різних стратегій та методів керування ресурсами, тобто для екологічного прогнозування.

Поєднання польових та експериментальних методів дослідження дає змогу екологові з’ясувати всі аспекти взаємозв’язків між живими організмами й численними факторами навколишнього середовища, що дозволить не тільки відновити динамічну рівновагу природи, але й керувати екосистемами.

Для вивчення й прогнозування природних процесів широко використовують також метод математичного моделювання. Однак сама по собі математична модель не може бути абсолютним доказом правильності тієї чи іншої гіпотези, натомість вона є одним зі шляхів аналізу реальності.

Екологічний моніторинг — це один з головних методів вивчення динаміки екосистем (біогеоценозів), живих організмів, що відбувається під впливом природних та антропогенних факторів. Під моніторингом мають на увазі спеціальне тривале спостереження за станом одних і тих самих екосистем.

Запитання до учнів:

— Назвіть методи, що дозволяють вивчати популяційно-видовий рівень організації живої природи.

У сучасних популяційних дослідженнях використовують математичні моделі зростання, самопідтримання та зменшення чисельності тих чи інших видів. Побудова моделей пов’язана з такими поняттями, як народжуваність, виживаність та смертність. Популяційний підхід забезпечує теоретичну базу для розуміння спалахів чисельності шкідників та паразитів, що мають значення для медицини й сільського господарства, дає можливість боротьби з ними за допомогою біологічних методів, наприклад шляхом використання хижаків і паразитів шкідника, дозволяє оцінити критичну чисельність виду, необхідну для його виживання. Це особливо важливо при організації заповідників, веденні сільського й мисливського господарства, а в теоретичному аспекті — при вивченні питань еволюційної та історичної екології.

Взаємозв’язки між організмами: позитивні, негативні, нейтральні.

У будь-якому середовищі існування живуть різноманітні організми. Приміром, у змішаних лісах ростуть осики, дуби, сосни, а живуть лисиці, вовки, жуки-короїди та багато інших тварин. При всьому цьому різноманітті життя одних організмів залежить від життя інших організмів, що живуть у тих самих місцях. Завдяки цьому утворилися різні взаємозв’язки між організмами, такі як:

Екологічні взаємозв’язки організмів

1. Взаємовигідні: «+» «+»

2. Взаємошкідливі: «–» «–»

3. Корисно-шкідливі: «+» «–»

4. Нейтральні: «0» «0»

5. Корисно-нейтральні: «+» «0»

6. Шкідливо-нейтральні: «–» «0»

Класифікація біотичних взаємозв’язків (типи взаємозв’язків)

1. Симбіоз. У природі часто зустрічається співжиття двох або більше видів, що в ряді випадків стає необхідним для обох партнерів. Таке співжиття називають симбіотичним взаємозв’язком організмів або симбіозом.

Симбіоз (від грец. sym — спільно і bios — життя) — це тісне й тривале співіснування представників різних біологічних видів, що припускає обов’язкове тісне співжиття організмів, іноді навіть з елементами паразитизму.

Класичні приклади симбіозу — співжиття рака-самітника й актинії, зеленої гідри з одноклітинними водоростями. Форми симбіозу набувають взаємозв’язки при живленні мурах цукристими виділеннями гусениць метелика-синявця. Мурахи захищають цих гусениць від хижаків і паразитів, а гусениці перед заляльковуванням зариваються в мурашник.

За ступенем поєднання організмів та їхньою харчовою залежністю один від одного розрізняють кілька типів симбіозу: мутуалізм, коменсалізм, експлуатація, конкуренція.

Мутуалізм

Тісні взаємовигідні зв’язки, при яких присутність кожного з видів-партнерів стає обов’язковою, називають мутуалізмом. Можна навести численні приклади мутуалізму або взаємовигідних зв’язків особин різних видів. Такі, наприклад, взаємозв’язки вузькоспеціалізованих до запилення рослин (інжир, дурман, орхідні) з видами комах, що їх запилюють. Або взаємозв’язки волячих птахів та носорогів. Птахи поїдають комах-паразитів на шкірі носорога, а їхній зліт служить йому сигналом про небезпеку.

Коменсалізм

Взаємозв’язки, при яких один з партнерів отримує користь, не завдаючи шкоди іншому, як уже було зазначено раніше, називають коменсалізмом. Прояви коменсалізму різноманітні, тому в ньому виокремлюють ряд варіантів.

Наочним прикладом коменсалізму можуть бути деякі вусоногі рачки, що прикріплюються до шкіри кита. Вони мають при цьому перевагу — більш швидке пересування, а китові не завдають майже жодних незручностей.

Аменсалізм — це тип міжвидових взаємозв’язків, при якому в спільному середовищі існування один вид пригнічує існування іншого, не зазнаючи протидії.

Протокооперація (буквально: первинне співробітництво) — це простий тип симбіотичних зв’язків. При цій формі спільне існування вигідне для обох видів, але не обов’язкове для них, тобто не є неодмінною умовою виживання видів (популяцій).

У коменсалізмі як корисно-нейтральних взаємозв’язках виокремлюють:

Трапезування — споживання різних речовин або частин однієї й тієї самої їжі. Наприклад, взаємозв’язки між різними видами ґрунтових бактерій-сапрофітів, що переробляють різні органічні речовини з перегнилих рослинних решток, і вищими рослинами, які споживають утворені при цьому мінеральні солі.

Співробітництво — обидва види утворюють угруповання. Воно не є обов’язковим, тому що кожний вид може існувати окремо, ізольовано, але життя в угрупованні їм обом дає користь.

Нахлібництво — споживання решток їжі хазяїна. Такі, наприклад, взаємозв’язки левів та гієн, що підбирають рештки їжі, або акул з рибами-причепами.

Квартиранство — використання одними видами інших (їхніх тіл або їхніх жител) як притулок або житло. Такий тип взаємозв’язків широко розповсюджений у рослин.

Слід пам’ятати, що типи взаємозв’язків конкретної пари можуть змінюватися залежно від зовнішніх умов або стадій життя організмів, які взаємодіють. Окрім того, у природі учасниками взаємозв’язків є не одна пара, а значно більша кількість особин. Міжвидові взаємозв’язки в природі нескінченно різноманітні.

Експлуатація

Паразитизм — це форма взаємозв’язків між видами, при якій організми одного виду (паразита, споживача) живуть за рахунок поживних речовин або тканин організму іншого виду (хазяїна) упродовж певного часу. Хазяїнами, як і паразитами, можуть бути і тварини, і рослини.

Хижацтво — це такий тип взаємозв’язків, при якому представники одного виду поїдають (знищують) представників іншого, тобто організми одного виду служать їжею для іншого.

Конкуренція

Конкуренція — це тип взаємозв’язків організмів, при якому кожний з видів несприятливо впливає на інший. Види конкурують у пошуках їжі, укриття, місць для відкладання яєць тощо. Обидва види називають конкуруючими.

Конкуренція — це використання ресурсів (їжі, води, світла, простору) одним організмом, який у такий спосіб зменшує доступність цього ресурсу для іншого організму.

Конкуренція відбувається там, де екологічних ресурсів бракує, і між видами неминуче виникає суперництво. Кожний вид при цьому пригнічується, що негативно позначається на рості й виживанні організмів, на чисельності їхніх популяцій. Конкурентні взаємозв’язки є одним з найважливіших типів природних біотичних взаємодій. Розрізняють внутрішньовидову та міжвидову конкуренцію (змагання, боротьбу) за їжу, простір та інші ресурси. Одним із проявів внутрішньовидової конкуренції є територіальність. Значний вплив на результат конкуренції справляють зовнішні фактори та властивості популяцій конкуруючих видів. Конкурентні взаємозв’язки відіграють важливу роль у поширенні організмів, у формуванні видового складу природних угруповань та підвищенні їхньої стійкості.

Конкуренція буває внутрішньовидова й міжвидова, пряма й непряма.

Пряма — це внутрішньовидова конкуренція, пов’язана з боротьбою за місце існування, зокрема захист індивідуальних ділянок у птахів або тварин, що виражається в прямих зіткненнях. При нестачі ресурсів можливе поїдання тваринних особин свого виду (вовки, рисі, хижі клопи, павуки, пацюки, щука, окунь тощо).

Непряма — між чагарниками та трав’янистими рослинами. Той вид, що оселився першим, виключає інший тип. Трави з глибоким корінням, які дуже швидко ростуть, знижують уміст вологи в ґрунті до рівня, не придатного для чагарників. А високі чагарники затінюють трави, не даючи їм рости внаслідок недостатньої кількості світла.

2. Нейтралізм. Якщо два види не впливають один на одного, то має місце нейтралізм. При нейтралізмі особини не пов’язані одна з одною безпосередньо. Обидва види живуть на одній території, не вступаючи в контакт, тому їхнє співжиття не має для них як позитивних, так і негативних наслідків, але залежить від стану угруповань у цілому. Так, лосі й білки (або дятли й дрозди), що живуть в одному лісі, майже не контактують. Взаємозв’язки типу нейтралізму розвинені в насичених видами угрупованнях. Тим часом справжній нейтралізм у природі зустрічається дуже рідко, оскільки між усіма видами можливі опосередковані взаємозв’язки, ефекту яких ми не бачимо внаслідок неповноти наших знань.

Тема. Циклічність фізіологічних функцій організмів

1. Природні ритми

Важлива роль у підтриманні відповідності між організмами та середовищем належить не тільки морфологічним, але й фізіологічним змінам, а також поведінковим реакціям. Із часом будь-які екологічні умови змінюються.
 Зміни можуть бути:
1. Циклічні
2. Спрямовані

3. Хаотичні

Одна з функціональних властивостей живої природи — це циклічність більшості процесів, що відбуваються в ній. Усе життя на Землі, від клітини до біосфери, підпорядковане певним ритмам.

Ритмічність — це повторюваність якихось явищ у часі. Це одна з найважливіших закономірностей земної природи, зумовлена орбітальним рухом та осьовим обертанням Землі.

Ритмічні явища не повторюються повністю наприкінці ритму того стану природних об’єктів, що був на його початку. Цим пояснюється еволюційний розвиток природи.

Природні ритми

Зовнішні (екзогенні) — це циклічні зміни в навколишньому середовищі Мають геофізичну природу, оскільки пов’язані з обертанням Землі стосовно Сонця та Місяця, стосовно Землі. Під впливом цього обертання безліч екологічних факторів на нашій планеті, особливо світловий режим, температура, тиск і вологість повітря, атмосферне електромагнітне поле, океанічні припливи й відпливи закономірно змінюються. Крім того, на живу природу діють і такі космічні ритми, як періодичні зміни сонячної радіації, що істотно впливають на клімат нашої планети.

Внутрішні (ендогенні) — пов’язані із життєдіяльністю організмів (фізіологічні та біохімічні процеси) Усі фізіологічні та біохімічні процеси в природі здійснюються згідно з певним ритмом. Процеси синтезу ДНК та РНК у клітинах, у складанні білків та інші біохімічні процеси також відбуваються ритмічно.

Хронобіологія — (біоритмологія) — розділ біології, що вивчає умови виникнення, природу, закономірності та значення біологічних ритмів.

2. Ритми життя

Біоритми — це регулярні кількісні та якісні зміни життєвих процесів, що відбуваються на всіх рівнях життя: молекулярному, клітинному, організменому, популяційно-видовому, біогеоценотичному, біосферному.

Біологічні ритми (біоритми) — циклічні коливання інтенсивності й характеру біологічних процесів та явищ. Одні біологічні ритми відносно самостійні (наприклад, частота скорочень серця, дихання), інші пов’язані з пристосуванням організмів до геофізичних циклів — добових (наприклад, коливання інтенсивності поділу клітин, обміну речовин, рухової активності тварин), припливних (наприклад, біологічні процеси в організмів, пов’язані з рівнем морських припливів), річних (зміна кількості й активності тварин, росту та розвитку рослин тощо).  

Класифікація біоритмів

1. Сезонні
2. Багаторічні
3. Річні - народження дитини у людини
4. Місячні - менструальний цикл
5. Припливно-відпливні
6. Добові

— сон — неспання

— зміна температури тіла

— розумова та м’язова працездатність

7. Хвилинні

— соковиділення

— перистальтика

8. Секундні

— нервові імпульси 0,001 с

— серцевий цикл 0,8 с

— дихання 8 с

Сезонні зміни являють собою глибокі зрушення у фізіології та поведінці організмів, що заторкують їхню морфологію та особливості життєвого циклу: осінній листопад, різноманітні діапаузи, сплячка, сезонні линяння, міграції.

Реакція організмів на сезонні зміни дня отримала назву фотоперіодизму. Його прояв залежить не від інтенсивності освітлення, а тільки від ритму чергування темної та світлої частин доби.

Сезонні біологічні ритми визначаються фотоперіодом. Одні ритми впливають на синхронізацію циклів індивідуального розвитку з відповідними сезонами та забезпечують збіг періоду розмноження зі сприятливим сезоном; інші ритми викликають діапаузу в несприятливу для активного життя пору року.

Біологічні ритми, період яких дорівнює одній добі, називають циркадними. Такі ритми називають також біологічним годинником. Біологічний годинник взаємопов’язаний з температурою та світлом. Наприклад, деякі комахи можуть існувати впродовж тривалого часу на світлі або в темряві, і навпаки. У тарганів порушується ритм життя, якщо змінювати частину доби — змінювати світло вночі й темряву вдень. Ритм активності залежить також від характеру місцевості.

«Біологічний годинник» — це реакції організму на тривалість дня й ночі впродовж доби, тобто добова ритмічність (сон — неспання, ритм серцевих скорочень, глибина й частота дихання). Це пристосування, що забезпечує виживання особини в певних умовах (здатність тварини й людини орієнтуватися в часі; ґрунтується на чіткій періодичності фізико-хімічних та фізіологічних процесів у клітинах — біологічних ритмах).

Вивчення життєвих форм організмів.

      Серед пристосувань живих організмів до середовища існування особливе значення мають

так звані морфологічні адаптації, тобто зміни у зовнішній будові,  що дали змогу жити рослині

саме в тому, а не іншому середовищі існування.  Певна морфологічна будова рослини, що

склалася в процесі еволюції як пристосування до умов середовища, і є життєвою формою

рослин. 

Основні категорії життєвих форм (типи або класи) — дерева, чагарники і трави відрізняються

висотою, ступенем здерев'яніння осьових органів і тривалістю життя надземних пагонів.

Вивчення життєвих форм рослин є предметом дослідження окремої галузі ботаніки морфології

рослин. 

Характеристика кожної життєвої форми у вищих рослин складається на основі визначення

морфологічних ознак надземних і підземних пагонів та кореневих систем з урахуванням ритму

розвитку і тривалості життя. До однієї  життєвої форми можуть належати рослини різних видів

і родів і, навпаки,  рослини одного виду можуть утворювати кілька життєвих форм.

Життєва форма рослин — це зовнішній вигляд біологічної особливості рослин,
що відображає їхню пристосованість до певних умов середовища перебування. В екологічній
класифікації життєва форма рослин — це група рослин з подібними пристосувальними структурами, необов’язково пов’язаних спорідненням.
В еколого-морфологічній класифікації життєвих форм рослин виокремлюють такі групи:
деревні рослини, що поділяються на дерева, чагарники й чагарнички; напівдеревні рослини —
проміжна група, що включає напівчагарники й напівчагарнички; трав’янисті рослини, що по-
діляються на багаторічні, дворічні й однорічні трави.

•Дерева — багаторічні рослини з дерев'янистими надземними частинами, чітко вираженим

одним стовбуром, не нижче 2 м висоти

Кущі — багаторічні рослини з дерев'яніючими надземними частинами. На відміну від дерев,

не мають яскраво вираженого стовбура: кущення починається від самої землі. Тому

утворюється кілька рівноцінних стовбурів.

•Кущики схожі з кущами, але низькі, не вищі за 50 см.

•Напівкущі відрізняються від кущиків тим, що у них дерев'яніють тільки нижні частини

пагонів, верхні часто відмирають.

•Ліани — рослини зі стеблами, що в'ються і чіпляються за опору.

•Сукуленти — багаторічні рослини з соковитими стеблами і листками, що містять запаси

води.

•Трав'янисті рослини — багаторічні та однорічні рослини, в яких на зиму відмирають

надземні частини (багаторічні, дворічні) або відмирає уся рослина (однорічні).

Основою класифікації життєвих форм рослин К. Раункієра (1905 р.) є важлива в адаптив-
ному відношенні ознака: розташування й спосіб захисту бруньок відновлення в рослин упро-
довж несприятливого періоду, холодного або сухого. 

Згідно із цією класифікацію виокремлюють п’ять категорій життєвих форм:
• фанерофіти (дерева, чагарники, дерев’янисті ліани, епіфіти), бруньки відновлення яких
розташовані високо над землею й захищені лусочками;
• хамефіти (чагарнички, напівчагарники, напівчагарнички), бруньки відновлення яких
розташовані трохи вище рівня ґрунту, тобто на висоті 20–30 см. У Сибіру рослини цієї
групи в зимовий період зазвичай перебувають під снігом;
• гемікриптофіти — це багаторічні трав’янисті рослини, бруньки відновлення яких пере-
бувають на рівні ґрунту або в підстилці (рослини з розетковими або подовженими пагона-
ми, які щорічно відмирають до основи);
• криптофіти — це рослини, бруньки відновлення яких перебувають у ґрунті
(кореневищні, цибулинні, бульбові рослини, які об’єднані назвою «геофіти») або під во-
дою (гідрофіти);
• терофіти — це однорічні рослини, усі вегетативні частини яких відмирають до кінця
сезону, зимуючих бруньок не залишається. Рослини відновлюються на наступний рік із
насіння.
Життєві форми тварин. У зоології термін «життєва форма» почали використовувати пізніше ніж у ботаніці, лише у XX ст. Життєві форми тварин виокремлюють за різними ознаками для різних систематичних груп. Так, для тварин однією з основних ознак для виокремлення життєвих форм, окрім середовища існування, уважають способи пересування (ходьба, біг, стрибки,плавання, повзання).
Наприклад: стрибучі тварини — азіатські тушканчики, австралійські кенгуру, африканські
стрибунці тощо, які живуть на різних континентах, мають компактне тіло з подовженими задніми кінцівками й короткими передніми. У них добре розвинені м’язи — розгиначі спини, що збільшують потужність поштовху. Нарешті, їхній хвіст — це й балансир, і кермо, і додаткова точка опори. Життєві форми птахів розрізняють за типом їхнього середовища існування й способом добування їжі, у риб — за формою тіла й способом добування їжі. У мешканців водойм — за типом їхнього місцеперебування (планктон, бентос).
Класифікація життєвих форм тварин за О. М. Формозовим:
• наземні;
• підземні;
• деревні повітряні;
• водні.
Класифікація життєвих форм за Д. М. Кашкаровим:
• плавучі форми:
а) суто водні;
б) напівводні;
• рийні форми:
а) абсолютні землекопи;
б) відносні землекопи;
• наземні форми:
а) ті, що не роблять нір;
б) ті, що роблять нори;
в) тварини скель;
• деревні повзучі форми;
• повітряні форми.
Біоформа — це життєва форма рослин і тварин залежно від особливостей їхнього росту та
біологічних ритмів.