Закономірності взаємодії організму із навколишнім середовищем. Закономірності взаємодії організму із середовищем

Лекція №6

1. Біотичні фактори

1.1. Поняття, види біотичних чинників.

1.2. Біотичні фактори наземного та водного середовища, ґрунтів

1.3. Біологічно активні речовини живих організмів

1.4. Антропогенні фактори

2. Загальні закономірності взаємодії організмів та екологічних факторів

2.1. Поняття лімітуючого фактора. Закон мінімуму Лібіха, закон Шелфорда

2.2. Специфіка впливу антропогенних факторів на організм

2.3. Класифікація організмів по відношенню до екологічних факторів

Біотичні фактори

Посередні взаємодії полягають у тому, що одні організми є середоутворювачами стосовно інших, причому пріоритетна значимість тут належить, безумовно, рослинам-фотосинтетикам. Добре відома, наприклад, локальна і глобальна функція лісоутворення, у тому числі їх грунто- і полезахисна і водоохоронна роль. Безпосередньо в умовах лісу створюється своєрідний мікроклімат, який залежить від морфологічних особливостей дерев і дозволяє мешкати саме тут специфічним лісовим тваринам, трав'янистим рослинам, мохам та ін. У водоймах та водотоках рослини - основне джерело такого найважливішого абіотичного компонента середовища, як кисень.

Одночасно рослини є безпосереднім місцем проживання для інших організмів. Наприклад, у тканинах дерева (у деревині, лубі, корі) розвиваються багато грибів, плодові тіла яких (трутовики) можна бачити на поверхні стовбура; всередині листя, плодів, стебел трав'янистих і деревних рослин живе безліч комах та інших безхребетних, а дупла дерев - звичайне місце проживання ряду ссавців та птахів. Для багатьох видів тварин живе місце харчування поєднане з місцем проживання.

Взаємодії між живими організмами в наземному та водному середовищі

Взаємодії між живими організмами (переважно тваринами) класифікують з погляду їхньої взаємної реакції.

Розрізняють гомотипічні (від грец. гомос- однаковий) реакції, тобто взаємодії між особинами та групами особин одного й того ж виду, та гетеротипічні (від грец. гетерос- Інший, різний) - взаємодії між представниками різних видів. Серед тварин існують види, здатні харчуватися тільки одним видом їжі (монофаги), на більш менш обмеженому колі джерел їжі (вузькі або широкі олігофаги), або на багатьох видах, використовуючи в їжу не тільки рослинні, але і тваринні тканини (поліфаги). До останніх належать, наприклад, багато птахів, здатні поїдати як комах, так і насіння рослин, або такий відомий вид, як ведмідь - за своєю природою хижак, але охоче поїдає ягоди, мед.

Найбільш поширений тип гетеротипічних взаємодій між тваринами - хижацтво, т. е. безпосереднє переслідування і поїдання одних видів іншими, наприклад комах - птахами, травоїдних копитних -плотоядними хижаками, дрібних риб - більшими і т. п. комахами, павукоподібними, хробаками та ін.

З інших форм взаємодій між організмами можна назвати добре відоме запилення рослин тваринами (комахами); форезію, тобто. перенесення одними видами інших (наприклад, насіння рослин птахами та ссавцями); коменсалізм (співтрапезництво), коли одні організми харчуються залишками їжі або виділеннями інших, прикладом чого є гієни та грифи, що пожирають залишки їжі левів; синійкію (співжиття), наприклад використання одними тваринами житла (нір, гнізд) інших тварин; нейтралізм, т. е. взаємонезалежність різних видів, що мешкають на загальній території.

Одним з важливих типів взаємодії між організмами вважається конкуренція, яку визначають як прагнення двох видів (або індивідуумів одного виду) мати один і той же ресурс. Таким чином, виділяють внутрішньовидову та міжвидову конкуренцію. Конкуренцію міжвидову розглядають, крім того, як прагнення одного виду витіснити інший вид (конкурента) з цього місця проживання.

Однак реальні докази конкуренції у природних (а не в експериментальних) умовах знайти важко. Звичайно, дві різні особини одного виду можуть намагатися відібрати один у одного шматки м'яса або іншої їжі, але подібні явища пояснюються різноякісністю самих особин, їх різною пристосованістю до тих самих екологічних факторів. Будь-який вид організму пристосований не до одного будь-якого фактора, а до їхнього комплексу, причому вимоги двох різних (нехай навіть близьких) видів не збігаються. Тому один із двох виявиться витісненим у природному середовищі не в силу конкурентних прагнень іншого, а просто тому, що він гірше адаптований до інших факторів. Характерний приклад - конкуренція за світло між хвойними та листяними деревними породами в молодняках.

Листяні (осика, береза) випереджають у зростанні сосну або ялинку, але це не можна вважати конкуренцією між ними: просто перші краще адаптовані до умов вирубок і гарей, ніж другі. Багаторічні роботи зі знищення листяних "бур'янів" за допомогою гербіцидів та арборицидів (хімічних препаратів для знищення трав'янистих та чагарникових рослин), як правило, не призводили до "перемоги" хвойних, оскільки далеко не тільки світлове забезпечення, а й багато інших факторів (як біотичні) , так і абіотичні) не відповідали їхнім вимогам.

Всі ці обставини людина повинна враховувати при управлінні живою природою, експлуатації тварин і рослин, тобто при промислі або проведенні таких господарських заходів, як захист рослин у сільському господарстві.

Біотичні фактори ґрунту

Як згадувалося вище, грунт - біокосне тіло. У процесах її утворення та функціонування найважливішу роль відіграють живі організми. До них відносяться, в першу чергу, зелені рослини, що витягують з ґрунту живильні хімічні речовини і повертають їх назад разом з тканинами, що відмирають.

Але в процесах грунтоутворення вирішальну роль відіграють живі організми (педобіонти), що населяють грунт: мікроби, безхребетні та ін. Мікроорганізмам належить провідна роль у трансформації хімічних сполук, міграції хімічних елементів, харчуванні рослин.

Первинне руйнування мертвої органіки здійснюють безхребетні тварини (хробаки, молюски, комахи та ін.) у процесі харчування та виділення у ґрунт продуктів травлення. Фотосинтетичне зв'язування вуглецю в ґрунті здійснюють у деяких типах ґрунтів мікроскопічні зелені та синьо-зелені водорості.

Ґрунтові мікроорганізми здійснюють основне руйнування мінералів і призводять до утворення органічних та мінеральних кислот, лугів, виділяють синтезовані ними ферменти, полісахариди, фенольні сполуки.

Найважливішою ланкою у біогеохімічному циклі азоту є азотфіксація, яку здійснюють азотфіксуючі бактерії. Відомо, що загальна продукція фіксації азоту бактеріями становить 160-170 млн. т/рік. Необхідно також згадати, що фіксація азоту, як правило, є симбіотичною (спільною з рослинами), що здійснюється бульбочковими бактеріями, що розташовуються на коренях рослин.

Біологічно активні речовини живих організмів

До екологічних чинників біотичної природи ставляться хімічні сполуки, активні які продукуються живими організмами. Такі зокрема, фітонциди - утворювані організмів рослинами переважно леткі речовини, що вбивають мікроорганізми або пригнічують їх зростання. До них відносяться глікозиди, терпеноїди, феноли, дубильні та багато інших речовин. Наприклад, 1 га листяного лісу виділяє близько 2 кг летких речовин на добу, хвойного – до 5 кг, ялівцевого – близько 30 кг. Тому повітря лісових екосистем має найважливіше санітарно-гігієнічне значення, вбиваючи мікроорганізми, що спричиняють небезпечні захворювання людини. Для рослини фітонциди виконують функцію захисту від бактеріальних, грибних інфекцій, найпростіших. Рослини здатні виробляти захисні речовини у відповідь зараження їх патогенними грибами.

Летючі речовини одних рослин можуть бути засобом витіснення інших рослин. Взаємний вплив рослин шляхом виділення у навколишнє середовище фізіологічно активних речовин називають алелепатією (від грец. алелон- Взаємно, патос- Страждання).

Органічні речовини, що утворюються мікроорганізмами і мають здатність вбивати мікробів (або перешкоджати їх росту), називаються антибіотиками; характерним прикладом є пеніцилін. До антибіотиків відносяться також антибактеріальні речовини, що містяться в рослинних та тваринних клітинах.

Небезпечні алкалоїди, які мають отруйну та психотропну дію, містяться в багатьох грибах, вищих рослинах. Найсильніший головний біль, нудота аж до втрати свідомості може виникнути внаслідок тривалого перебування людини на багно.

Властивості виробляти і виділяти відлякуючі, що залучають, сигнальні, вбиваючі речовини мають хребетні і безхребетні тварини. У тому числі можна назвати багатьох павукоподібних (скорпіон, каракурт, тарантул та інших.), плазунів. Людина широко використовує отрути тварин та рослин з лікувальною метою.

Спільна еволюція тварин та рослин виробила у них найскладніші інформаційно-хімічні взаємини. Наведемо лише один приклад: багато комах по запаху розрізняють свої кормові породи, жуки-короїди, зокрема, прилітають тільки до дерева, що вмирає, розпізнаючи його за складом летючих терпенів живиці.

Антропогенні екологічні фактори

Вся історія науково-технічного прогресу, являє собою сукупність перетворення людиною у своїх цілях природних екологічних факторів та створення нових, що раніше в природі не існували.

Виплавка металів із руд та виробництво обладнання неможливі без створення високих температур, тисків, потужних електромагнітних полів. Отримання та збереження високих урожаїв сільськогосподарських культур потребує виробництва добрив та засобів хімічного захисту рослин від шкідників та збудників захворювань. Сучасна охорона здоров'я немислима без засобів хемо- та фізіотерапії. Ці приклади можна помножити.

Досягнення науково-технічного прогресу стали використовуватися в політичних та економічних цілях, що вкрай виявилося у створенні спеціальних вражаючих людини та її майно екологічних факторів: від вогнепальної зброї до засобів масового фізичного, хімічного та біологічного впливу. В даному випадку можна прямо говорити про сукупність антропотропних (тобто спрямованих на людський організм) і, зокрема, антропоцидних екологічних факторів, що викликають забруднення довкілля.

З іншого боку, крім таких факторів цілеспрямованого призначення, у процесі експлуатації та переробки природних ресурсів неминуче утворюються побічні хімічні сполуки та зони високих рівнів фізичних факторів. У ряді випадків ці процеси можуть мати стрибкоподібний характер (в умовах аварій та катастроф) з важкими екологічними та матеріальними наслідками. Звідси і потрібно створювати способи та засоби захисту людини від небезпечних та шкідливих факторів, що реалізувалося в даний час у згадану вище систему - безпеку життєдіяльності.

У спрощеній формі орієнтовна класифікація антропогенних екологічних факторів представлена ​​на рис. 1.

Рис. 1. Класифікація антропогенних екологічних факторів

Загальні закономірності взаємодії організмів та екологічних факторів

Будь-який екологічний фактор динамічний, мінливий у часі та просторі.

Тепла пора року з правильною періодичністю змінюється холодною; протягом доби спостерігаються більш менш широкі коливання температури, освітленості, вологості, сили вітру і т. п. Все це - природні, коливання екологічних факторів, проте впливати на них здатна і людина. Вплив антропогенної діяльності на навколишнє середовище проявляється в загальному випадку у зміні режимів (абсолютних значень та динаміки) екологічних факторів, а також складу факторів, наприклад при внесенні ксенобіотиків у природні системи в процесі виробництва або спеціальних заходів - таких, як захист рослин за допомогою отрутохімікатів або внесення органічних та мінеральних добрив у ґрунт.

Проте кожному живому організму потрібні строго певні рівні, кількості (дози) екологічних чинників, і навіть певні межі їх коливань. Якщо режими всіх екологічних чинників відповідають спадково закріпленим вимогам організму (тобто його генотипу), він здатний виживати і давати життєздатне потомство. Вимоги та стійкість того чи іншого виду організму до екологічних факторів визначають межі географічної зони, в межах якої він може мешкати, тобто його ареал. Фактори навколишнього середовища визначають також амплітуду коливань чисельності того чи іншого виду в часі та просторі, яка ніколи не залишається постійною, а змінюється у більш менш широких межах.

Закон лімітуючого фактора

Живий організм у природних умовах одночасно піддається впливу з боку одного, а багатьох екологічних, чинників - як біотичних, і абіотичних, причому кожен чинник потрібно організму у певних кількостях чи дозах. Рослини потребують значних кількостей вологи, поживних речовин (азот, фосфор, калій), але інші речовини, наприклад бор чи молібден, потрібні у мізерних кількостях. Проте недолік або відсутність будь-якої речовини (як макро-, так і мікроелемента) негативно позначається на стані організму, навіть якщо решта присутні в необхідних кількостях. Один із основоположників агрохімії – німецький вчений Юстус Лібіх (1803-1873) сформулював теорію мінерального харчування рослин. Він встановив, що розвиток рослини або її стан залежать не від тих хімічних елементів (або речовин), тобто факторів, які є в ґрунті в достатній кількості, а від тих, яких не вистачає. Наприклад, достатній для рослин вміст азоту або фосфору в грунті не може компенсувати нестачу заліза, бору або калію. Якщо будь-якого (хоча б одного) з елементів живлення в ґрунті менше, ніж потрібно цій рослині, воно буде розвиватися ненормально, уповільнено або мати патологічні відхилення. Результати своїх досліджень Ю. Лібіх сформулював у вигляді фундаментального закону мінімуму.

Середовище проживання - Це та частина природи, яка оточує живий організм і з якою він безпосередньо взаємодіє. Складові частини та властивості середовища різноманітні та мінливі. Будь-яка жива істота живе в складному світі, що змінюється, постійно пристосовуючись до нього і регулюючи свою життєдіяльність відповідно до його змін.

Окремі властивості або елементи середовища, що впливають на організми, називаються екологічними факторами Чинники середовища різноманітні. Вони можуть бути необхідні або, навпаки, шкідливі для живих істот, сприяти чи перешкоджати виживанню та розмноженню. Екологічні чинники мають різну природу та специфіку дії. Серед них виділяють абіотичніі біотичні, антропогенні.

Абіотичні фактори – температура, світло, радіоактивне випромінювання, тиск, вологість повітря, сольовий склад води, вітер, течії, рельєф місцевості – це всі властивості неживої природи, які безпосередньо чи опосередковано впливають на живі організми.

Біотичні фактори - Це форми впливу живих істот один на одного. Кожен організм постійно відчуває у собі пряме чи опосередкований вплив інших істот, входить у зв'язку з представниками свого виду та інших видів – рослинами, тваринами, мікроорганізмами, залежить від нього і сам впливає на них. Навколишній органічний світ – складова частина середовища кожної живої істоти.

Взаємні зв'язки організмів – основа існування біоценозів та популяцій; розгляд їх відноситься до галузі син-екології.

Антропогенні фактори – це форми діяльності людського суспільства, які призводять до зміни природи як довкілля інших видів або безпосередньо позначаються на їхньому житті. Під час історії людства розвиток спочатку полювання, та був сільського господарства, промисловості, транспорту сильно змінило природу нашої планети. Значення антропогенних впливів весь живий світ Землі продовжує стрімко зростати.

Хоча людина впливає на живу природу через зміну абіотичних факторів та біотичних зв'язків видів, діяльність людей на планеті слід виділяти в особливу силу, що не вкладається у рамки цієї класифікації. Нині майже доля живого покриву Землі, всіх видів організмів перебуває у руках людського суспільства, залежить від антропогенного на природу.

Один і той самий фактор середовища має різне значення в житті спільно мешкають організмів різних видів. Наприклад, сильний вітер взимку несприятливий для великих тварин, що живуть відкрито, але не діє на дрібніших, які ховаються в норах або під снігом. Сольовий склад грунту важливий харчування рослин, але байдужий більшість наземних тварин тощо.

Зміни факторів середовища в часі можуть бути: 1) регулярно-періодичними, що змінюють силу впливу у зв'язку з часом доби, або сезоном року, або ритмом припливів та відливів в океані; 2) нерегулярними, без чіткої періодичності, наприклад, зміни погодних умов у різні роки, явища катастрофічного характеру – бурі, зливи, обвали тощо; 3) спрямованими протягом відомих, іноді тривалих, відрізків часу, наприклад, при похолоданні або потеплінні клімату, заростанні водойм, постійному випасі худоби на тому самому ділянці тощо.

Серед факторів середовища виділяють ресурси та умови. Ресурси довкілля організми використовують, споживають, тим самим зменшуючи їх кількість. До ресурсів відносять їжу, воду за її дефіциту, притулку, зручні місця для розмноження тощо. Умови – це такі чинники, яких організми змушені пристосовуватися, але вплинути ними зазвичай що неспроможні. Один і той самий фактор середовища може бути ресурсом для одних та умовою для інших видів. Наприклад, світло - життєво необхідний енергетичний ресурс для рослин, а для тварин, що володіють зором, - умова зорової орієнтації. Вода багатьом організмів може бути умовою життя, і ресурсом.

Пристосування організмів до середовища зветься адаптації. Під адаптаціями розуміються будь-які зміни у структурі та функціях організмів, що підвищують їх шанси на виживання.

Здатність до адаптацій – одне з основних властивостей життя взагалі, оскільки забезпечує і можливість його існування, можливість організмів виживати і розмножуватися. Адаптації проявляються на різних рівнях: від біохімії клітин та поведінки окремих організмів до будови та функціонування угруповань та екологічних систем. Адаптації виникають та розвиваються в ході еволюції видів.

Основні механізми адаптації лише на рівні організму: 1) біохімічні- проявляються у внутрішньоклітинних процесах, як, наприклад, зміна роботи ферментів або зміна їх кількості; 2) фізіологічні- Наприклад, посилення потовиділення при підвищенні температури у ряду видів; 3) морфо-анатомічні– особливості будови та форми тіла, пов'язані з способом життя; 4) поведінкові- Наприклад, пошук тваринами сприятливих місць проживання, створення нір, гнізд тощо; 5) онтогенетичні– прискорення чи уповільнення індивідуального розвитку, що сприяють виживанню при зміні умов.

Екологічні чинники середовища надають живі організми різні впливу, т. е. можуть впливати як подразники,що викликають пристосувальні зміни фізіологічних та біохімічних функцій; як обмежувачі,що обумовлюють неможливість існування в цих умовах; як модифікатори,викликають морфологічні та анатомічні зміни організмів; як сигнали,які свідчать про зміни інших факторів середовища.

Незважаючи на велику різноманітність екологічних факторів, в характері їх впливу на організми і в реакціях у відповідь живих істот можна виявити ряд загальних закономірностей.

1. Закон оптимуму.

Кожен чинник має певні межі позитивного на організми (рис. 1). Результат дії змінного чинника залежить передусім від сили його прояви. Як недостатнє, і надмірне дію чинника негативно позначається життєдіяльності особин. Сприятлива сила впливу називається зоною оптимуму екологічного фактора або просто оптимумом для організмів цього виду. Чим сильніше відхилення від оптимуму, тим більше виражена пригнічуюча дія даного фактора на організми. (Зона песимуму). Максимально і мінімально перенесені значення фактора – це критичні точки,замежами яких існування вже неможливе, настає смерть. Межі витривалості між критичними точками називають екологічною валентністю живих істот стосовно конкретного чинника середовища.

Рис. 1. Схема дії факторів середовища на живі організми

Представники різних видів сильно відрізняються один від одного як за становищем оптимуму, так і за екологічною валентністю. Так, наприклад, песці в тундрі можуть переносити коливання температури повітря в діапазоні понад 80 ° C (від +30 до -55 ° C), тоді як тепловодні рачки Copilia mirabilis витримують зміни температури води в інтервалі не більше 6 ° C (від +23 до +29 ° C). Одна й та сила прояви чинника може бути оптимальною одного виду, песимальної – іншого і виходити межі витривалості для третього (рис. 2).

Широку екологічну валентність виду стосовно абіотичних факторів середовища позначають додаванням до назви фактора приставки «еврі». Еврітермнівиди – значні коливання температури, що виносять, еврибатні- Широкий діапазон тиску, евригалінні- Різний ступінь засолення середовища.

Рис. 2. Положення кривих оптимуму на температурній шкалі для різних видів:

1, 2 - стенотермні види, кріофіли;

3–7 - Еврітермні види;

8, 9 - стенотермні види, термофіли

Нездатність переносити значні коливання фактора, або вузька екологічна валентність, характеризується приставкою «стіно» стенотермні, стенобатні, стеногаліннівиди і т. д. У більш широкому значенні слова види, для існування яких потрібні строго певні екологічні умови, називають стінобіонтними, а ті, що здатні пристосовуватися до різної екологічної обстановки, – еврибіонтними.

Умови, що наближаються по одному або відразу кільком факторам до критичних точок, називають екстремальними.

Положення оптимуму та критичних точок на градієнті фактора може бути в певних межах зрушено дією умов середовища. Це регулярно відбувається у багатьох видів при зміні сезонів року. Взимку, наприклад, горобці витримують сильні морози, а влітку гинуть від охолодження при температурі трохи нижче за нуль. Явище зсуву оптимуму по відношенню до будь-якого фактора зветься акліматизації. Щодо температури це добре відомий процес теплового загартування організму. Для температурної акліматизації потрібен значний період часу. Механізмом є зміна в клітинах ферментів, що каталізують одні й ті самі реакції, але за різних температур (так звані ізоферменти).Кожен фермент кодується своїм геном, отже, необхідне виключення одних генів та активація інших, транскрипція, трансляція, збір достатньої кількості нового білка тощо. Загальний процес займає в середньому близько двох тижнів і стимулюється змінами в навколишньому середовищі. Акліматація, або загартування, - важлива адаптація організмів, відбувається при несприятливих умовах, що поступово насуваються, або при попаданні на території з іншим кліматом. Вона є у випадках складовою загального процесу акліматизації.

2. Неоднозначність впливу чинника різні функції.

Кожен фактор неоднаково впливає різні функції організму (рис. 3). Оптимум для одних процесів може бути песимумом для інших. Так, температура повітря від +40 до +45 °C у холоднокровних тварин сильно збільшує швидкість обмінних процесів в організмі, але гальмує рухову активність, і тварини впадають у теплове заціпеніння. Для багатьох риб температура води, оптимальна для дозрівання статевих продуктів, є несприятливою для ікрометання, яке відбувається при іншому температурному інтервалі.

Рис. 3. Схема залежності фотосинтезу та дихання рослини від температури (за В. Лархером, 1978): t хв, t опт, t макс– температурний мінімум, оптимум та максимум для приросту рослин (заштрихована область)

Життєвий цикл, у якому певні періоди організм здійснює переважно ті чи інші функції (харчування, зростання, розмноження, розселення тощо.), завжди узгоджений із сезонними змінами комплексу чинників середовища. Рухливі організми можуть також змінювати житла для успішного здійснення всіх своїх життєвих функцій.

3. Різноманітність індивідуальних реакцій чинники середовища.Ступінь витривалості, критичні точки, оптимальна та песимальні зони окремих індивідуумів не збігаються. Ця мінливість визначається як спадковими якостями особин, і статевими, віковими і фізіологічними відмінностями. Наприклад, у метелика млинового вогневки – одного зі шкідників борошна та зернових продуктів – критична мінімальна температура для гусениць -7 °C, для дорослих форм –22 °C, а для яєць –27 °C. Мороз -10 °C губить гусениць, але не небезпечний для імаго і яєць цього шкідника. Отже, екологічна валентність виду завжди ширша за екологічну валентність кожної окремої особини.

4. Відносна незалежність пристосування організмів до різних факторів.Ступінь витривалості до якогось фактору не означає відповідної екологічної валентності виду по відношенню до інших факторів. Наприклад, види, що переносять широкі зміни температури, зовсім не обов'язково повинні бути пристосованими до широких коливань вологості або сольового режиму. Евритермні види можуть бути стеногалінними, стенобатними чи навпаки. Екологічні валентності виду стосовно різних факторів можуть бути дуже різноманітними. Це створює надзвичайне різноманіття адаптації у природі. Набір екологічних валентностей по відношенню до різних факторів середовища екологічний діапазон виду.

5. Розбіжність екологічних спектрів окремих видів.Кожен вид специфічний за своїми екологічними можливостями. Навіть у близьких за способами адаптації до середовища видів існують відмінності щодо будь-яких окремих факторів.

Рис. 4. Зміна участі в лучних травостоях окремих видів рослин залежно від зволоження (за Л. Г. Раменським та ін., 1956): 1 - конюшина лучна; 2 – деревій звичайний; 3 - Келерія Делявіна; 4 - тонконіг луговий; 5 - Типчак; 6 - підмаренник справжній; 7 - осока рання; 8 - Таволга звичайна; 9 - Герань пагорба; 10 – короставник польовий; 11 - козлобородник коротконосиковий

Правило екологічної індивідуальності видівсформулював російський ботанік Л. Г. Раменський (1924) стосовно рослин (рис. 4), потім воно широко було підтверджено і зоологічними дослідженнями.

6. Взаємодія факторів.Оптимальна зона та межі витривалості організмів стосовно будь-якого фактора середовища можуть зміщуватися залежно від того, з якою силою та в якому поєднанні діють одночасно інші фактори (рис. 5). Ця закономірність отримала назву взаємодії факторів. Наприклад, спеку легше переносити у сухому, а не у вологому повітрі. Загроза замерзання значно вища при морозі з сильним вітром, ніж у безвітряну погоду. Таким чином, той самий фактор у поєднанні з іншими надає неоднаковий екологічний вплив. Навпаки, той самий екологічний результат може бути отриманий різними шляхами. Наприклад, в'янення рослин можна призупинити шляхом збільшення кількості вологи в грунті, так і зниження температури повітря, що зменшує випаровування. Створюється ефект часткового взаємозаміщення чинників.

Рис. 5. Смертність яєць соснового шовкопряда Dendrolimus pini при різних поєднаннях температури та вологості

Разом з тим, взаємна компенсація дії факторів середовища має певні межі, і повністю замінити один з них іншим не можна. Повна відсутність води або хоча б одного з основних елементів мінерального харчування робить життя рослини неможливим, незважаючи на найсприятливіші поєднання інших умов. Крайній дефіцит тепла в полярних пустелях не можна заповнити ні великою кількістю вологи, ні цілодобовою освітленістю.

Враховуючи у сільськогосподарській практиці закономірності взаємодії екологічних факторів, можна вміло підтримувати оптимальні умови життєдіяльності культурних рослин та свійських тварин.

7. Правило обмежуючих факторів.Можливості існування організмів насамперед обмежують ті чинники середовища, які найбільше віддаляються від оптимуму. Якщо хоча б один із екологічних факторів наближається або виходить за межі критичних величин, то, незважаючи на оптимальне поєднання інших умов, особам загрожує загибель. Будь-які фактори, що сильно ухиляються від оптимуму, набувають першорядного значення в житті виду або окремих його представників у конкретні відрізки часу.

Обмежуючі чинники середовища визначають географічний ареал виду. Природа цих чинників може бути різною (рис. 6). Так, просування виду на північ може лімітуватися недоліком тепла, аридні райони – недоліком вологи або занадто високими температурами. Обмежуючим поширення чинником можуть бути і біотичні відносини, наприклад зайнятість території сильнішим конкурентом чи брак запилювачів рослин. Так, запилення інжиру повністю залежить від єдиного виду комах - оси Blastophaga psenes. Батьківщина цього дерева – Середземномор'я. Завезений до Каліфорнії інжир не плодоносив доти, поки туди не завезли ос-запилювачів. Поширення бобових в Арктиці обмежується розподілом джмелів, що запилюють їх. На острові Діксон, де немає джмелів, не зустрічаються і бобові, хоча за температурними умовами існування там цих рослин ще допустиме.

Рис. 6. Глибокий сніговий покрив – лімітуючий чинник у поширенні оленів (за Г. А. Новикову, 1981)

Щоб визначити, чи зможе вид існувати в даному географічному районі, потрібно в першу чергу з'ясувати, чи не виходять будь-які фактори середовища за межі його екологічної валентності, особливо в найуразливіший період розвитку.

Виявлення обмежуючих чинників дуже важливе у практиці сільського господарства, оскільки, спрямувавши основні зусилля з їхньої усунення, можна швидко і ефективно підвищити врожайність рослин чи продуктивність тварин. Так, на сильно кислих ґрунтах урожай пшениці можна дещо збільшити, застосовуючи різні агрономічні дії, але найкращий ефект буде отриманий тільки в результаті вапнування, яке зніме дії кислотності, що обмежують дії. Знання обмежуючих факторів, таким чином, є ключем до управління життєдіяльністю організмів. У різні періоди життя особин обмежують виступають різні чинники середовища, тому потрібно вміле і постійне регулювання умов життя рослин і тварин, що вирощуються.

В екології різноманітність і різноплановість способів та шляхів адаптації до середовища створюють необхідність множинних класифікацій. Використовуючи будь-який єдиний критерій, не можна відобразити всі сторони пристосованості організмів до середовища. Екологічні класифікації відображають подібність, що виникає у представників різних груп, якщо вони використовують подібні шляхи адаптації. Наприклад, якщо ми класифікуємо тварин за способами руху, то в екологічну групу видів, що пересуваються у воді реактивним шляхом, потраплять такі різні за систематичним становищем тварини, як медузи, головоногі молюски, деякі інфузорії та джгутикові, личинки ряду бабок та ін. (рис. 7). В основу екологічних класифікацій можуть бути покладені найрізноманітніші критерії: способи харчування, пересування, відношення до температури, вологості, солоності середовища, тискуі т. п. Поділ всіх організмів на еврибіонтних та стенобіонтних за широтою діапазону пристосувань до середовища є прикладом найпростішої екологічної класифікації.

Рис. 7. Представники екологічної групи організмів, що пересуваються у воді реактивним способом (за С. А. Зерновим, 1949):

1 - джгутикове Medusochloris phiale;

2 - Інфузорія Craspedotella pileosus;

3 – медуза Cytaeis vulgaris;

4 - пелагічна голотурія Pelagothuria;

5 - Личинка бабки-коромисла;

6 – восьминіг, що пливе, Octopus vulgaris:

а- Напрямок струменя води;

б– напрямок руху тварини

Інший приклад - поділ організмів на групи характером харчування.Автотрофи- Це організми, які використовують як джерело для побудови свого тіла неорганічні сполуки. Гетеротрофи– всі живі істоти, які потребують їжі органічного походження. У свою чергу, автотрофи поділяються на фототрофіві хемотрофів.Перші синтезу органічних молекул використовують енергію сонячного світла, другі – енергію хімічних зв'язків. Гетеротрофів ділять на сапрофітів,використовують розчини простих органічних сполук, та голозоїв.Голозої мають складний комплекс травних ферментів і можуть вживати в їжу складні органічні сполуки, розкладаючи їх на простіші складові компоненти. Голозої діляться на сапрофагів(живляться мертвими рослинними залишками), фітофагів(споживачів живих рослин), зоофагів(що потребують живої їжі) і некрофагів(трупоїдних тварин). У свою чергу, кожну з цих груп можна поділити на дрібніші, що мають свою специфіку в характері харчування.

Інакше можна збудувати класифікацію за способом добування їжі.Серед тварин виявляються, наприклад, такі групи, як філ'тратори(дрібні рачки, беззубка, кит та ін.), пасуться форми(копитні, жуки-листоїди), збирачі(Дятли, кроти, землерийки, курячі), мисливці на видобуток, що рухається(вовки, леви, мухи-ктирі і т. п.) і низку інших груп. Так, незважаючи на велику відмінність в організації, однаковий спосіб оволодіння видобутком призводить у левів і мух-ктирів до ряду аналогій у їх мисливських звичках та загальних рисах будови: піджарі тіла, сильному розвитку мускулатури, здатності розвивати короткочасно велику швидкість тощо.

Екологічні класифікації допомагають виявляти можливі у природі шляхи пристосування організмів до середовища.

Обмін речовин – одна з найголовніших якостей життя, що визначає тісний речовинно-енергетичний зв'язок організмів із середовищем. Метаболізм виявляє сильну залежність та умовами існування. У природі ми спостерігаємо два основні стани життя: активну життєдіяльність та спокій. При активній життєдіяльності організми харчуються, ростуть, пересуваються, розвиваються, розмножуються, характеризуючись інтенсивним метаболізмом. Спокій може бути різним за глибиною і тривалістю, багато функцій організму при цьому слабшають або не виконуються зовсім, оскільки рівень обміну речовин падає під впливом зовнішніх та внутрішніх факторів.

У стані глибокого спокою, тобто зниженого речовинно-енергетичного обміну, організми стають менш залежними від середовища, набувають високого ступеня стійкості і здатні переносити умови, які не могли б витримати за активної життєдіяльності. Ці два стани чергуються в житті багатьох видів, будучи адаптацією до місцеперебування з нестабільним кліматом, різкими сезонними змінами, що характерно для більшої частини планети.

При глибокому придушенні обміну речовин організми можуть взагалі виявляти видимих ​​ознак життя. Питання, чи можлива повна зупинка обміну речовин із наступним поверненням до активної життєдіяльності, т. е. свого роду «воскресіння з мертвих», дискутувався у науці понад два століття.

Вперше явище уявної смертібуло виявлено 1702 р. Антоні ван Левенгуком – відкривачем мікроскопічного світу живих істот. «Анімалькулі» (коловертки), які спостерігали за ним, при висиханні краплі води зморщувалися, виглядали мертвими і могли перебувати в такому стані тривалий час (рис. 8). Поміщені знову у воду, вони набухали та переходили до активного життя. Левенгук пояснив це тим, що оболонка «анімалькуль», очевидно, «не дозволяє ні найменшого випаровування» і вони залишаються живими в сухих умовах. Однак через кілька десятиліть дослідники природи вже сперечалися про можливість того, що «життя може бути повністю припинено» і відновлено знову «через 20, 40, 100 років або більше».

У 70-х роках XVIII ст. явище «воскресіння» після висихання було виявлено і підтверджено численними дослідами в інших дрібних організмів – пшеничних вугриць, вільноживучих нематод і тихоходок. Ж. Бюффон, повторивши досліди Дж. Нідгема з вугрицями, стверджував, що «ці організми можна змусити скільки завгодно разів поспіль помирати і знову оживати». Л. Спалланцані вперше звернув увагу на глибокий спокій насіння та суперечку рослин, розцінивши його як збереження їх у часі.

Рис. 8. Коловратка Philidina roseola на різних стадіях висихання (за П. Ю. Шмідтом, 1948):

1 - Активна; 2 - Початківець скорочуватися; 3 - повністю скоротилася перед висиханням; 4 – у стані анабіозу

У ХІХ ст. було переконливо встановлено, що стійкість сухих коловороток, тихоходок і нематод до високих і низьких температур, нестачі або відсутності кисню зростає пропорційно до ступеня їх зневоднення. Однак залишалося відкритим питання, чи відбувається при цьому повне переривання життя або лише його глибоке гноблення. У 1878 р. Клод Бернал висунув поняття «приховане життя»,яку він характеризував припиненням обміну речовин та «перервою відносин між істотою та середовищем».

Остаточно це питання було вирішено лише у першій третині XX століття з розвитком техніки глибокого вакуумного зневоднення. Досліди Г. Рама, П. Беккереля та інших вчених показали можливість повної оборотної зупинки життя.У сухому стані, коли в клітинах залишалося не більше 2 % води в хімічно зв'язаному вигляді, такі організми, як коловратки, тихоходки, дрібні нематоди, насіння та суперечки рослин, суперечки бактерій та грибів витримували перебування в рідкому кисні (-218,4 °C ), рідкому водні (-259,4 °C), рідкому гелії (-269,0 °C), тобто температури, близькі до абсолютного нуля. При цьому вміст клітин твердне, відсутній навіть тепловий рух молекул, і будь-який обмін речовин, звичайно, припинено. Після поміщення у нормальні умови ці організми продовжують розвиток. У деяких видів зупинка обміну речовин при наднизьких температурах можлива і без висушування, за умови замерзання води над кристалічному, а аморфному стані.

Повна тимчасова зупинка життя отримала назву анабіозу. Термін був запропонований В. Прейєром ще в 1891 р. У стані анабіозу організми стають стійкими до найрізноманітніших впливів. Наприклад, тихоходки витримували в експерименті іонізуюче опромінення до 570 тис. рентген протягом 24 годин.

Стан анабіозу набагато розширює межі збереження життя, зокрема й у часі. Наприклад, в товщі льодовика Антарктиди при глибокому бурінні були виявлені мікроорганізми (спори бактерій, грибів і дріжджів), що згодом розвинулися на звичайних живильних середовищах. Вік відповідних горизонтів льоду сягає 10–13 тис. років. Суперечки деяких життєздатних бактерій виділені і з глибших шарів віком сотні тисяч років.

Анабіоз, однак, досить рідкісне явище. Він можливий далеко не для всіх видів і є крайнім станом спокою живої природи. Його необхідна умова – збереження неушкоджених тонких внутрішньоклітинних структур (органел та мембран) при висушуванні чи глибокому охолодженні організмів. Ця умова нездійсненна для більшості видів, що мають складну організацію клітин, тканин та органів.

Здатність до анабіозу виявляється у видів, що мають просту або спрощену будову і що мешкають в умовах різкого коливання вологості (пересихають дрібні водоймища, верхні шари ґрунту, подушки мохів і лишайників тощо).

Набагато ширше поширені у природі інші форми спокою, пов'язані зі станом зниженої життєдіяльності внаслідок часткового гноблення метаболізму. Будь-який ступінь зниження рівня обміну речовин підвищує стійкість організмів і дозволяє більш економно витрачати енергію.

Форми спокою у стані зниженої життєдіяльності ділять на гіпобіоз і криптобіоз, або спокій вимушений і спокій фізіологічний. При гіпобіозі гальмування активності, або заціпеніння виникає під прямим тиском несприятливих умов і припиняється майже відразу після того, як ці умови повертаються до норми (рис. 9). Подібне придушення процесів життєдіяльності може виникати при нестачі тепла, води, кисню, при підвищенні осмотичного тиску і т.п. кріобіоз(при низьких температурах), ангідробіоз(при нестачі води), аноксибіоз(в анаеробних умовах), гіперосмобіоз(При високому вмісті солей у воді) та ін.

Не тільки в арктичних і антарктичних, а й у середніх широтах деякі морозостійкі види членистоногих (колемболи, ряд мух, жужелиці та ін.) зимують у стані заціпеніння, швидко відтаючи і переходячи до активності під променями сонця, а потім знову втрачають рухливість при зниженні температури . Навесні рослини припиняють і відновлюють ріст і розвиток за похолоданням і потеплінням. Після дощу, що випав, голий грунт часто зеленіє за рахунок швидкого розмноження ґрунтових водоростей, що перебували у вимушеному спокої.

Рис. 9. Пагон – шматок льоду з прісноводними мешканцями, що вмерзли в нього (з С. А. Зернова, 1949)

Глибина і тривалість придушення обміну речовин при гіпобіозі залежить від тривалості та інтенсивності дії фактора, що пригнічує. Вимушений спокій настає на будь-якій стадії онтогенезу. Вигоди гіпобіозу – швидке відновлення активної життєдіяльності. Однак цей відносно нестійкий стан організмів і при великій тривалості може бути ушкоджуючим через розбалансованість метаболічних процесів, виснаження енергетичних ресурсів, накопичення недоокислених продуктів обміну та інших несприятливих фізіологічних змін.

Криптобіоз – принципово інший тип спокою. Він пов'язаний із комплексом ендогенних фізіологічних перебудов, які відбуваються заздалегідь, до настання несприятливих сезонних змін, і організми виявляються готові до них. Криптобіоз є адаптацією насамперед до сезонної чи іншої періодичності абіотичних факторів довкілля, їх регулярної циклічності. Він становить частину життєвого циклу організмів, що виникає не на будь-якій, а на певній стадії індивідуального розвитку, присвяченій переживанню критичних періодів року.

Перехід у стан фізіологічного спокою потребує часу. Йому передує накопичення резервних речовин, часткова дегідратація тканин та органів, зменшення інтенсивності окислювальних процесів та ряд інших змін, що знижують загалом тканинний метаболізм. У стані криптобіозу організми стають набагато стійкішими до несприятливих впливів зовнішнього середовища (рис. 10). Основні біохімічні перебудови при цьому є багато в чому загальними для рослин, тварин та мікроорганізмів (наприклад, перемикання метаболізму різною мірою на шлях гліколізу за рахунок резервних вуглеводів тощо). Вихід із криптобіозу також потребує часу та витрат енергії та не може бути здійснений простим припиненням негативної дії фактора. Для цього необхідні особливі умови, різні для різних видів (наприклад, проморожування, присутність крапельно-рідкої води, певна тривалість світлового дня, певна якість світла, обов'язкові коливання температури та ін.).

Криптобіоз як стратегія виживання у періодично несприятливих для активного життя умовах – це продукт тривалої еволюції та природного відбору. Він широко поширений у живій природі. Стан криптобіозу характерний, наприклад, для насіння рослин, цист та суперечка різних мікроорганізмів, грибів, водоростей. Діапауза членистоногих, сплячка ссавців, глибокий спокій рослин – також різні типи криптобіозу.

Рис. 10. Дощовий черв'як у стані діапаузи (за Ст Тішлером, 1971)

Стану гіпобіозу, криптобіозу та анабіозу забезпечують виживання видів у природних умовах різних широт, часто екстремальних, дозволяють зберігати організми протягом тривалих несприятливих періодів, розселятися у просторі та багато в чому розсувають межі можливості та поширення життя в цілому.

Незважаючи на різноманітність екологічних факторів, у характері їх впливу на організм і в реакціях у відповідь живих істот можна виявити ряд загальних закономірностей. Ефект впливу екологічних чинників залежить лише від їх характеру, а й від дози, сприймається організмам. У всіх організмів у процесі їхньої еволюції виробилися пристосування до сприйняття факторів у певних кількісних межах, які є межами позитивного впливу на організм, його життєдіяльність. Однак для кожного організму, чи то рослина, тварина чи мікроорганізм, існує конкретна кількість фактора, яка для нього найбільш сприятлива. Сприятлива сила впливу називається зоною оптимуму екологічного фактора або просто екологічним оптимумом для організму цього виду. Оптимальними умовами вважатимуться ті, у яких особини цього виду виявляють максимальну життєдіяльність (ростуть і розвиваються) і залишають найбільше нащадків, тобто. виявляються найбільш пристосованими до умов довкілля. Зменшення чи збільшення сили впливу чинника щодо меж оптимального діапазону знижує життєздатність організмів. І чим сильніше відхилення від
оптимуму, тим більше виражена пригнічуюча дія даного фактора на організм. Максимальне і мінімальне значення фактора, що переноситься, - це критичні точки, за межами яких існування організму вже неможливо, настає смерть. Вони називаються верхньою та нижньою межами або екологічним мінімумом та екологічним максимумом. Діапазон сили фактора між екологічним мінімумом та максимумом називається межами витривалості або межами толерантності. В межах толерантності життєдіяльність організму сильно варіює залежно від ступеня вираженості фактора та графічно описується куполоподібною кривою (рис.1)

Розмноження
Зростання особин
Виживання особин

Як видно на представленому малюнку, у межах толерантності виділяють кілька зон залежно від ступеня прояву життєдіяльності організму за різної сили фактора. Ці зони такі:
1(F - F) - зона оптимуму - це діапазон сили фактора, в межах якого організм виявляє максимальну життєдіяльність та спостерігається його зростання, розвиток та розмноження;
(C – F, F – C) – зона нормальної життєдіяльності – це діапазони сили фактора, в межах яких організм виявляє нормальну життєдіяльність та спостерігається його зростання та розвиток, але розмноження вже неможливо;
(S - C, C - S) - зона виживання - це діапазони сили фактора, у межах яких організм виявляє знижену життєдіяльність, здатну забезпечити лише його існування, але недостатню, щоб забезпечити його зростання, розвиток та розмноження;
(A - S, S - A) - зона пригнічення чи зона песимуму - це діапазони сили чинника, у яких чинник надає гнітючий вплив на організм і життєдіяльність його настільки знижена, що зрештою може статися загибель організму.
Крива може бути симетричною чи асиметричною, широкою чи вузькою. Форма її залежить від видової приналежності організму, від характеру фактора і від того, яка з реакцій організму обрана як відповідна і на якій стадії розвитку.
Представники різних видів сильно відрізняються за зоною оптимуму та межами толерантності до одного і того ж фактору (наприклад, риби теплих та холодних морів). Одна і та ж сила фактора може бути оптимальною для одного виду, песимальною для іншого виду і виходити за межі витривалості для третього виду. Залежно від положення зони оптимуму в межах толерантності організми бувають теплолюбні та холодостійкі, вологолюбні та посухостійкі тощо. Зона оптимуму може бути різною в організмів одного і того ж виду на різних стадіях розвитку (наприклад, у риб при дозріванні статевих клітин та ікрометанні) до одного і того ж фактора, різного по відношенню до різних факторів.
Кожен вид специфічний за своїми екологічними потребами. Для кожного виду характерні свої межі толерантності по відношенню до одного й того самого чинника. Ця особливість видів була сформульована в 1924 році російським ботаніком Л.Г.Раменським як «правило екологічної індивідуальності видів» стосовно рослин, а кількох-
пізніше це правило було підтверджено й у зоологічних дослідженнях.
Властивість видів адаптуватися до того чи іншого діапазону факторів середовища позначається поняттям екологічної пластичності або екологічної валентності виду. Чим ширший діапазон коливання фактора, в межах якого даний вид може існувати, тим більша його екологічна пластичність і тим ширші у нього межі толерантності. Організми з широкими межами толерантності є витривалішими і називають еврибионтными. Види, здатні існувати при невеликих відхиленнях фактора від оптимальної величини, екологічно непластичні і маловитривалі. Вони мають вузькі межі толерантності та називаються стенобіонтними або вузькоспеціалізованими. Види, що довго існують за відносно стабільних умов середовища, виробляють риси стенобіонності, а ті, що існують при значних коливаннях факторів середовища, стають еврибіонтними.
Біонтність організму до того чи іншого фактора позначається додаванням до назви фактора приставки еврі-або стіно-. Наприклад:
стенотермний або евритермний (стосовно температури);
стеногидрический або евригидрический (стосовно вологості);
стеногалінний або евригалінний (стосовно солоності води);
стенофагний або еврифагний (стосовно їжі); стіностійкий або евріойкний (по відношенню до місця проживання).
Еврібіонтних організмів по відношенню до всіх факторів дуже мало. Еврібіонтність сприяє широкому поширенню видів (найпростіші, бактерії, гриби і т.д.). Стенобіонтність зазвичай обмежує ареали. Однак через високу специфічність стенобіонти можуть займати великі території (птах скопа).
Таким чином, до кожного з факторів середовища особини пристосовуються відносно незалежним шляхом, причому
екологічна пластичність по відношенню до різних факторів середовища виявляється неоднаковою. Тому кожен вид має власний специфічний екологічний спектр, тобто. сумою екологічних валентностей по відношенню до факторів довкілля.

Будь-який екологічний фактор динамічний, мінливий у часі та просторі.

Тепла пора року з правильною періодичністю змінюється холодною; протягом доби спостерігаються більш менш широкі коливання температури, освітленості, вологості, сили вітру і т. п. Все це - природні, коливання екологічних факторів, проте впливати на них здатна і людина. Вплив антропогенної діяльності на навколишнє середовище проявляється в загальному випадку у зміні режимів (абсолютних значень та динаміки) екологічних факторів, а також складу факторів, наприклад при внесенні ксенобіотиків у природні системи в процесі виробництва або спеціальних заходів - таких, як захист рослин за допомогою отрутохімікатів або внесення органічних та мінеральних добрив у ґрунт.

Проте кожному живому організму потрібні строго певні рівні, кількості (дози) екологічних чинників, і навіть певні межі їх коливань. Якщо режими всіх екологічних чинників відповідають спадково закріпленим вимогам організму (тобто його генотипу), він здатний виживати і давати життєздатне потомство. Вимоги та стійкість того чи іншого виду організму до екологічних факторів визначають межі географічної зони, в межах якої він може мешкати, тобто його ареал. Фактори навколишнього середовища визначають також амплітуду коливань чисельності того чи іншого виду в часі та просторі, яка ніколи не залишається постійною, а змінюється у більш менш широких межах.

Закон лімітуючого фактора

Живий організм у природних умовах одночасно піддається впливу з боку одного, а багатьох екологічних, чинників - як біотичних, і абіотичних, причому кожен чинник потрібно організму у певних кількостях чи дозах. Рослини потребують значних кількостей вологи, поживних речовин (азот, фосфор, калій), але інші речовини, наприклад бор чи молібден, потрібні у мізерних кількостях. Проте недолік або відсутність будь-якої речовини (як макро-, так і мікроелемента) негативно позначається на стані організму, навіть якщо решта присутні в необхідних кількостях. Один із основоположників агрохімії – німецький вчений Юстус Лібіх (1803-1873) сформулював теорію мінерального харчування рослин. Він встановив, що розвиток рослини або її стан залежать не від тих хімічних елементів (або речовин), тобто факторів, які є в ґрунті в достатній кількості, а від тих, яких не вистачає. Наприклад, достатній для рослин вміст азоту або фосфору в грунті не може компенсувати нестачу заліза, бору або калію. Якщо будь-якого (хоча б одного) з елементів живлення в ґрунті менше, ніж потрібно цій рослині, воно буде розвиватися ненормально, уповільнено або мати патологічні відхилення. Результати своїх досліджень Ю. Лібіх сформулював у вигляді фундаментального закону мінімуму.

МБОУ «Шум'янська ЗОШ ім. В.Ф.Алешина»

Підсумковий проект на тему: «Закономірності взаємин організмів та середовища».

Роботу виконав:

учень 9 класу "А"

Сидоренков Єгор

Вчитель: Василенкова

Ольга Володимирівна

смт. Шум'ячі

Паспорт проекту

Пояснювальна записка

В даний час велика увага приділяється збереженню здоров'я школярів. Урядом Російської Федерації розроблено та затверджено Національну освітню ініціативу «Наша нова школа». Одним із напрямків роботи є збереження та зміцнення здоров'я дітей.

Концепція шкільної освіти говорить, у шкільному віці закладається фундамент здоров'я, відбувається дозрівання та вдосконалення життєвих систем і функцій організму, підвищується стійкість до зовнішніх впливів, формуються рухи, постава, набуваються звички.Уявлення, риси характеру, без яких неможливий здоровий спосіб життя.

p align="justify"> Значимість даної проблеми розглядається і в Федеральній програмі розвитку освіти, Концепції модернізації освіти, в Конвенції про права дитини. У Законі "Про освіту" стаття 51 п.1 говориться, що освітня установа створює умови, що гарантують охорону та зміцнення здоров'я вихованців.

Однією з проблем є, на нашу думку, відсутність у дітей усвідомленого ставлення до свого здоров'я. Ми вважаємо, що головне – допомогти школярам виробити власні життєві орієнтири у виборі здорового способу життя, навчити оцінювати свої фізичні можливості, бачити перспективи їхнього розвитку, усвідомити відповідальність за своє здоров'я.

У сучасному шкільному закладі необхідний пошук нових підходів до оздоровлення дітей, що базуються на моніторингу стану здоров'я кожної дитини, обліку та використання особливостей її організму, індивідуалізації оздоровчих заходів, створення певних умов.

Одним із перспективних методів, що сприяють вирішенню цієї проблеми, є метод проектної діяльності. Ґрунтуючись на особистісно-орієнтованому підході до навчання та виховання, він розвиває пізнавальний інтерес, допитливість до різних галузей знань, формує навички співпраці, практичні вміння. У проекті можна поєднати зміст освіти з різних галузей знань, крім того, відкриваються великі можливості в організації спільної пізнавально-пошукової діяльності школярів, педагогів та батьків.

Школярі відчувають потребу у спілкуванні з природою. Вони вчаться любити її, спостерігати, співпереживати, розуміти, що наша Земля не може існувати без рослин, оскільки вони не лише допомагають нам дихати, а й лікують від різних хвороб. Ми повинні берегти та зберігати їх, вміти правильно користуватися їх лікувальними властивостями.

Формуючи гуманне ставлення до природи, необхідно, щоб школяр зрозумів, що людина і природа взаємопов'язані, тому турбота про природу, є турбота про людину, її майбутнє.

Гіпотеза:Ефективність формування основ здорового життя у школярів забезпечується такими педагогічними умовами: інформацією про основи здорового життя; збагачення предметно-просторового середовища шляхом підбору цілющих рослин для арома та фітотерапії;

Обґрунтування актуальності проекту

Щоб активно впливати на позицію дитини по відношенню до власного здоров'я, необхідно знати, перш за все, що термін «здоров'я» визначається неоднозначно.

Поняття “здоров'я” має багато визначень. Але найпопулярнішим, і, мабуть, найбільш ємним слід визнати визначення, дане Всесвітньою організацією охорони здоров'я: "Здоров'я - це стан повного фізичного, психічного та соціального благополуччя, а не відсутність хвороб або фізичних дефектів" .

Очікувані результати

Розвиток дослідницьких умінь та навичок;

формування у дітей усвідомленого ставлення до свого здоров'я;

Збагачення предметно-просторового середовища шляхом підбору цілющих рослин для арома та фітотерапії;

Цілі:

Формування у дітей усвідомленого ставлення до свого здоров'я та забезпечення максимальної активності дітей у процесі пізнання світу.

Вивчення впливу деревних порід на повітряне середовище та здоров'я учнів.

Завдання:

Привернути увагу до проблеми формування в учнів культури збереження здоров'я.

Вивчити питання впливу деревини на повітряне середовище, спираючись на наукову літературу; фітонцидні властивості деревних порід.

Здійснити відбір деревних порід, виходячи з їх фітонцидних

1. Введення

Питанням клімату пришкільної території (ділянки) в останні роки приділяється велика увага, оскільки стан навчальних, виховно – освітніх, громадських та інших типів установ безпосередньо пов'язаний зі здоров'ям людини.

Створення огорож, що візуально розширює межі ділянки та створює ефект усамітнення є створення насаджень з дерев та чагарників.

Характеризуючи корисні функції насаджень, можна назвати їх істотну роль захисту території від пилу, шкідливих для людини газоподібних сполук. Насадження значною мірою знижують концентрацію шкідливих газоподібних речовин у атмосфері. У цьому плані ефективні чагарники, саме кизильник, глід, калина, з дерев – тополя. Це рослини, що мають опушені або виділяють клейкі речовини листя.

Усьому рослинному світу притаманні фітонцидні властивості, проте ступінь антимікробної активності летких виділень тих чи інших видів різний. Так, фітонциди вбивають шкідливі мікроорганізми у черемхи звичайної – за 15 хвилин, лимонного дерева – за 5 хвилин, у чорної смородини – за 10 хвилин, але варто пам'ятати, що в повітрі мікроби не розмножуються, але можуть зберігати свою життєздатність та хвороботворні властивості. .

Актуальність проекту:В даний час велика увага приділяється збереженню здоров'я школярів. Однією з проблем є, на нашу думку, відсутність у дітей усвідомленого ставлення до свого здоров'я. Ми вважаємо, що головне – допомогти школярам виробити власні життєві орієнтири у виборі здорового способу життя, навчити оцінювати свої фізичні можливості, бачити перспективи їхнього розвитку, усвідомити відповідальність за своє здоров'я.

Одним із перспективних методів, що сприяють вирішенню цієї проблеми, є метод проектної діяльності.

Фітонциди вбивають шкідливі мікроорганізми – це сприяє покращенню здоров'я людини.

Об'єктом дослідженнястало повітряне середовище пришкільної ділянки та стан здоров'я учнів школи.

Мета дослідження:

- вивчення впливу деревних порід на повітряне середовище та здоров'я учнів.

Формування у дітей усвідомленого ставлення до свого здоров'я та забезпечення максимальної активності дітей у процесі пізнання світу.

Завдання:

Привернути увагу до проблеми формування в учнів культури збереження здоров'я.

Вивчити питання впливу деревини на повітряне середовище, спираючись на наукову літературу; фітонцидні властивості деревних порід.

Здійснити відбір деревних порід, виходячи з їх фітонцидних якостей.

Методи дослідження:

аналіз літератури,

пояснювально-ілюстративний метод,

метод практичних дій,

індивідуальна робота.

Методика дослідження:

Дослідження проводилося у три етапи. На першому етапі я вивчив проблему, визначив мету та завдання теоретичної та експериментальної роботи, відібрав найбільш оптимальні діагностичні способи оцінки здоров'я.

На другому етапі на основі даних медичного працівника школи вивчив стан здоров'я учнів за видами захворювань та рівень фізичної підготовленості по відношенню до групи здоров'я.

На третьому етапі дослідження опрацював дані, узагальнив результати та зробив висновки.

2. Літературний огляд

У цьому вся проекті були використані книжки як безпосередньо з цієї темі, а й додаткові книжки з географічному становищу об'єкта дослідження, природним умовам даної території.

Різні книги містять різну інформацію: одні наголошують на місцепроживання та область визначення рослин, інші – на біологічні особливості виду. Тому в проекті я не виділяв жодної книги, на яку спиралася і повністю ґрунтувалася на ній; всі наявні книги були однаково корисні.

Загалом усі книги допомогли мені правильно дослідити територію околиць школи. На основі даних з багатьох книг я зміг правильно сформулювати мету та завдання дослідження, а також чітко зробити висновок.

3. Географія Шум'яцького району

Рослинність

Клімат

Кліматпомірно-континентальний. Середня температура січня −9 C, липня +17 C. Належить до надмірно зволожуваних територій, опадів від 630 до 730 мм на рік, більше у північно-західній частині - де частіше проходять циклони, максимум влітку. Середньорічна кількість днів із опадами від 170 до 190. Вегетаційний період 129-143 дні. Період із позитивною середньодобовою температурою повітря триває 213-224 дні. Середня тривалість безморозного періоду – 125-148 днів. Для району характерна значна мінливість циркуляції атмосфери протягом року, що призводить до помітних відхилень температури і опадів. Розподіл опадів протягом року також нерівномірний. Найбільше їх випадає влітку (порядку 225-250 мм). За рік загалом переважають вітри західного, південно-західного та південного напрямів. Також Шум'яцький район характеризується високою хмарністю (найбільша кількість ясних днів навесні - до 10%)

Ґрунти

Переважними типами ґрунтів є дерново-підзолисті (78 % площі) та супіщані. Рідше зустрічаються типові підзоли, дернові, різні види болотяних та заплавних ґрунтів. Відзначається низький зміст гумусута деградація родючості, а внаслідок припинення меліораціїмісцями розвивається водна ерозія ґрунтів.

4.Результати досліджень

4.1. Вивчення планування пришкільної території

Школа є функціональною установою. Протягом навчального року учні не лише навчаються, а й відпочивають, займаються спортом та гуляють на території пришкільної ділянки. Тому кожній дитині на території має бути не лише комфортно, а й безпечно.

Для цього було проведено оцінку пришкільної території за наявністю та розташуванням поруч із нею основних функціональних зон.

Таблиця №1

Оцінка пришкільної території за наявності та розташування поряд з нею основних функціональних зон

Висновок:у розташуванні основних функціональних зон витримані всі санітарно-гігієнічні норми.

4.2. Вивчення видового складу деревних порід на території пришкільної ділянки МБОУ «Шум'янська ЗОШ ім. В.Ф. Альошина»

Було визначено основний видовий склад дерев та чагарників. Всього 17 видів дерев та 2 види чагарників.

За результатами дослідженнябуло з'ясовано, що на території пришкільної ділянки зустрічаються деревини, що мають фітонцидні властивості (береза, липа, горобина, бузок тощо) і вони розміщені з боку автодороги, захищаючи школу від кіптяви, пилу та шкідливих мікроорганізмів.

Висновок: більшість деревних порід правильно висаджена біля ділянки з урахуванням головної мети захисту дітей від пилу і шкідливих мікроорганізмів.

4.3. Вивчення зеленої захисної смуги пришкільної ділянки

Вона виконує функції захисту шкільної будівлі від шуму, пилу, нормалізує склад повітря. Тому за допомогою рулетки були зроблені виміри основних показників, що характеризують зелену захисну зону, та отримані такі дані

Таблиця №2

Зелена захисна смуга пришкільної ділянки

Висновок: основні показники, що характеризують зелену захисну зону, відповідають санітарно-гігієнічним нормам.

4.4. Санітарно - гігієнічна оцінка деревних порід

Зроблено оцінку життєвої стійкості дерев.

Результати досліджень зведено до таблиці.

Таблиця №3

Санітарно-гігієнічна оцінка деревних порід

4.5. Вивчення лікувальної дії дерев та чагарників

Вивчено фітонцидні властивості деревних порід та виявлено їх вплив на організм людини.

Вивчення проводилося аналізом наукової літератури, результати дослідження зведено таблицю.

Таблиця №4

Дерева і чагарники, леткі виділення яких мають лікувальну дію

З аналізу результатівтаблиці видно, що найбільшими фітонцидними властивостями володіють береза, чорна смородина, бузок, сосна - саме ці породи найбільш корисні для людини.

5. Аналіз стану здоров'я учнів школи

Виходячи із санітарно-гігієнічного стану пришкільної території, я вирішив зробити оцінку здоров'я учнів нашої школи.

Шкільні хвороби

Результати медоглядів показують, що на першому місці стоять захворювання дихальних шляхів, хвороби шлунка, порушення постави та зору.

Більшість діти проводять за партою, телевізором, комп'ютером. Причина порушення зору – перевтома очей від надмірного навантаження та недотримання правил догляду за очима. Дані опитування свідчать, що перевтома не від шкільної завантаженості, як від життя. Більшість вільного часу підлітки витрачають на перегляд серіалів та комп'ютерні ігри.

Групи здоров'я

Таблиця №5

Діагностика здоров'я учнів у режимі школи

Таблиця №6

Простежується негативна динаміка здоров'я дітей, порівняно з кожним попереднім роком.

Діагностика хворих учнів у режимі школи

Таблиця №7

З таблиць видно, що здоровими визнано трохи більше 1/3 учнів школи.

Висновки та висновок:

Говорячи про естетичну оцінку дерев, можна сказати, що в основному дерева мають високі декоративні якості та проведення санітарних заходів не потрібно. Але є і дерева середньої декоративності, яким потрібні невеликі роботи з лікування ран, обрізання сухих гілок і сучків з наступним закладенням та декоруванням місць ушкодження. Така допомога потрібна березі.

У ході роботи проаналізовано чимало матеріалу, проведено дослідження, зроблено висновки. У всіх формах організації використовувалися такі принципи:

робота для школи має бути корисною;

робота має бути спрямована на вирішення питань охорони здоров'я дітей;

робота повинна сприяти здобуттю учнями додаткових знань та умінь у галузі екологічної культури, медицини та збереження здоров'я.

Своїм проектом я вирішив показати своє ставлення та звернути увагу інших хлопців до здорового способу життя. Адже турбота про наше здоров'я – завдання не лише батьків, учителів, а й нас самих.

7. Література

Андрєєва Н.Д., Малиновська Н.В. «Біологія у школі» №8, 2010.

Артюхова І.С. "Біологія в школі" №7, 2008.

Медведєв В.А. «Тисяча забутих рецептів», 2005р.

додаток

Ялівець

Липи по периметру школи

Бузок

Клен

Волейбольний майданчик

Дитячий майданчик

Спортивний майданчик