1
Тема 4. Середовище та умови існування організмів. Аутекологія
Тема заняття. Середовище і абіотичні екологічні фактори
Мета: сформувати поняття про екологічні фактори, поділ їх на групи, з’ясувати вплив абіотичних факторів на організми, вивчити закони залежності організмів від факторів середовища; розвивати в учнів системне екологічне мислення, уміння синтезувати й аналізувати, виховувати екологічну культуру, установити практичне використання отриманих знань у житті.
Матеріали й обладнання: таблиця «Абіотичні фактори середовища та їхній вплив на живу природу», комп’ютерна презентація, завдання за групами з картинками рослин і тварин, фрагменти фільмів за темою.
Поняття: терморегуляція, діапауза, анабіоз, сплячка, світлолюбний, тіньолюбний, тіньовитривалий, теплолюбні й холодостійкі рослини, пойкілотермні та гомойотермні тварини, аероби, анаероби.
Хід заняття
— Як поділяються екологічні фактори?
— Дайте характеристику абіотичним факторам.
У природі впродовж тривалого часу сформувалися різні угруповання живих організмів (тундра, хвойні й широколисті ліси, степи, гори тощо). Які фактори й чому стали визначальними в цьому процесі?
Вивчення матеріалу організувати як пошукову роботу в групах. Кожна група отримує завдання вивчити, проаналізувати особливості конкретного абіотичного фактора, його вплив на живі організми при різних значеннях (оптимальному, мінімальному, максимальному) та оформити результати роботи у вигляді таблиці, поданої нижче.
Завдання групи 1. Абіотичний фактор — повітря
— Що таке повітря?
— Як довести, що повітря існує?
— Яке значення повітря?
— Чому забруднюється повітря?
— Як охороняти повітря?
— Як пов’язані між собою терміни «повітря» та «обмін речовин»?
— Що таке асиміляція й дисиміляція?
— Який із цих процесів супроводжується утворенням кисню та вуглекислого газу?
— Який із цих процесів супроводжується виділенням кисню та вуглекислого газу?
Фактор |
Вплив на організм рослин |
Пристосованість (адаптації) |
|
у рослин |
у тварин |
||
Повітря (суміш газів (кисню, вуглекислого газу, азоту)) |
Для дихання рослини поглинають кисень, а для фотосинтезу — вуглекислий газ. Під час дихання виділяється вуглекислий газ, а під час фотосинтезу — кисень. Дихання здійснюється й удень і вночі (кисень бере участь в обміні речовин — здійснює реакції розщеплення складних органічних речовин до більш простих, при цьому вивільняється енергія). Для світлової фази фотосинтезу необхідна світлова енергія сонця, а для темнової фази — вуглекислий газ (він використовується для побудови органічних речовин). Тварини використовують кисень для дихання. За способом дихання їх поділяють на аеробів та анаеробів |
• Повітря надходить крізь сочевички, численні продихи, далі по міжклітинниках та повітроносних ходах через пори в клітинній мембрані — у цитоплазму, мітохондрії, пластиди. • У рослин тропічних боліт розвинені дихальні корені. • Рослини використовують кисень, що утворився під час фотосинтезу. • Дифузія кисню до коренів від пагонів |
• Анаеробний спосіб дихання • аеробний спосіб дихання • створення постійного переміщення води над дихальними поверхнями у водних тварин (рух зябрових кришечок) • дихання усією поверхнею тіла (черви, водні ракоподібні) • повернення з водного середовища на поверхню, щоб зробити вдих (кити, дельфіни, черепахи, тритони) |
Завдання групи 2. Абіотичний фактор — температура
— Як впливає температура на рослину?
— Як пристосовані рослини до перенесення зими та спекотного літа?
— Як впливають низькі температури на життєдіяльність холоднокровних (пойкілотермних) тварин?
— Як впливають високі температури на життєдіяльність теплокровних тварин?
— Чи впливає висока температура навколишнього середовища на тривалість життєвого циклу рослин і тварин?
Фактор |
Вплив на організм |
Пристосованість (адаптації) рослин і тварин до різних значень фактора |
|
При низьких |
При високих |
||
|
Від температури навколишнього середовища залежить температура тіла рослин, а отже, швидкість біохімічних процесів, що становлять обмін речовин. У природі температура непостійна, тому розрізняють рослини теплолюбні й холодостійкі. При замерзанні води в міжклітинних просторах і всередині клітин кристали льоду, що утворюються, викликають механічні ушкодження клітин і наступну загибель.При дії надмірно високих температур відбувається зневоднювання та висушування, опіки, руйнування хлорофілу, розлад дихання, руйнування білків і насамкінець загибель. Примітка: * Теплолюбні рослини — це рослини, що живуть при підвищеній температурі (+30 °С і більше) ** Холодостійкі рослини здатні переносити тривалий вплив низьких позитивних температур навколишнього середовища (+1 — +10 °С); наприклад: пшениця, овес, ячмінь, горох. *** Підготовка до зими здійснюється не у зв’язку зі зміною досить мінливих температурних умов, а внаслідок зменшення довжини дня, яка на відміну від інших сезонних характеристик завжди однакова в певну пору року в певному місці |
• Рослини перебувають у стані зимового спокою, інтенсивність обміну речовин знижується, у тканинах запасаються білки, жири, вуглеводи, кількість води в клітинах зменшується; • у багаторічних трав’янистих рослин відмирають надземні органи, закладаються зимуючі бруньки, бульби, цибулини; • у багаторічних деревних форм — опадає листя (листопад), закладаються зимуючі бруньки, вкриті бруньковими лусочками; • в органах накопичуються речовини, що гальмують ростові процеси; • невеликі розміри (карликовість) рослин північних районів; дрібне листя; • сланкі форми рослин, їхня висота відповідає висоті сніжного покриву, оскільки частини, що виступають над снігом, гинуть від замерзання та висихання |
• При підвищенні температури підсилюється випаровування води через продихи, що призводить до зниження температури рослини; • у багатьох рослин посушливих місць епідерміс укритий кутикулою або волосками, що відбивають світло; • вертикальне розташування листя; згортання листкових пластинок (у злакових); зменшення поверхні листя, розвиток колючок (кактус); • здатність до запасання великої кількості води;
|
|
Пойкілотермні тварини (з непостійною температурою тіла) |
||
|
Завдання 1. Серед перелічених тварин назвіть холоднокровних (тобто з непостійною температурою тіла). Крокодил, кобра, ящірка, черепаха, сазан, миша, кіт, степовий боривітер |
При низьких температурах• стан зимового спокою (сплячка): зниження обміну речовин; запасання жирів і вуглеводів; зменшення води в клітинах; накопичення цукру, гліцерину — перешкоджає замерзанню (жаби); • пошук схованок; • анабіоз — стан, при якому життєві процеси настільки вповільнені, що відсутні всі видимі прояви життя |
При високих температурах • поведінкові: зміна пози, пошук сприятливих мікрокліматичних умов, зміна місць існування, риття нір, ховаються в нори та затінок, деякі плазуни залізають на кущі, щоб уникнути зіткнення з розпеченою поверхнею ґрунту; анабіоз швидкий розвиток (ікра у форелі) |
|
Температурні адаптації тварин можуть бути пов’язані: — з особливостями будови білків, стійких до цього фактора; — хімічною або фізичною терморегуляцією. Терморегуляція — це здатність підтримувати постійне співвідношення між теплом, що виробляється в організмі (теплопродукція), або його поглинанням з навколишнього середовища та втратами теплової енергії. Залежно від механізму розрізняють хімічну та фізичну терморегуляцію в гомойотермних організмів. Хімічна терморегуляція забезпечує зміни рівня загальних енерговитрат і теплопродукції тканин (терморегуляційний тонус м’язів, теплопродукцію мозку, міокарда, печінки тощо). Здійснюється шляхом змін
Фізична терморегуляція забезпечує зміни тепловіддачі за рахунок судинних реакцій шкіри, потовиділення, сезонних змін теплоізолюючих властивостей й хутра, терморегуляторної поведінки тощо. Терморегуляторна поведінка як сукупність рухових актів, спрямованих на обмін теплом між організмом і довкіллям, може бути рефлекторною і нерефлекторною. Рефлекторна — найчастіше це теплова задишка, наприклад пелікани, які не мають потових залоз, піж час спеки застосовують для охолодження внутрішню поверхню піддзьобного міхура, розтягуючи її й одночасно відкривши дзьоб. До нерефлекторних дій можна віднести пошук необхідного температурного середовища — наприклад, затінку під час спеки.
Крокодил, кобра, ящірка, черепаха, сазан, миша, кіт, степовий боривітер, білий ведмідь |
Гомойотермні тварини (з постійною температурою тіла) |
|
При низьких температурах |
При високих температурах |
||
Покриви (шерсть, пір’я, товстий шар підшкірної жирової клітковини) Поведінкові реакції (пінгвіни в сильні морози й бурани збиваються в купу) Хімічна терморегуляція забезпечується збільшенням вироблення тепла у відповідь на зниження температури в навколишньому середовищі (наприклад, скороченням м’язів) |
Фізична терморегуляція: — регуляція стану волосяного або пір’яного покриву, — органи, що посилюють випаровування (слизові оболонки язика в собаки, терморегуляція через судини вушної раковини в зайця та лисиці фенек), — потовиділення |
Завдання групи 3. Абіотичний фактор — вологість
— Яке значення в житті тварини має вода?
— Чому вода є найбільш твердим обмежувальним фактором?
— Які пристосування до життя в безводних пустелях виробилися в рослин і тварин?
Фактор |
Вплив на організм рослин |
Пристосованість (адаптації) рослин |
|
Вологість — це вміст води у повітрі, ґрунті та живих організмах. Усі живі організми на 80 % складаються з води |
Вода — це необхідний компонент клітини, тому її кількість у тих чи інших місцях перебування є обмежувальним фактором для рослин та тварин і визначає характер флори й фауни в даній місцевості. Вода є складником цитоплазми й клітинного соку; забезпечує транспорт речовин по провідній системі (ксилемі, флоемі); забезпечує фотосинтез; забезпечує випаровування. За відсутності води ріст рослин припиняється, рослини в’януть і гинуть. Стосовно вологи розрізняють рослини: гідрофіти (водні) — ряска; гігрофіти (мешканці зволожених місць) — лепеха; мезофіти (ті, що розвиваються в умовах із середньою зволоженістю) — конвалія; ксерофіти (ті, що живуть у посушливих умовах) — кактуси. Тварини добувають воду трьома основними шляхами: коли п’ють, з їжею, у результаті розщеплення органічних сполук. На період тривалої засухи тварини посушливих місцевостей можуть впадати в діапаузу. Діапауза (від грец. diapausis — зупинка, перерва) — це період тимчасового фізіологічного спокою тварин, коли в них припиняється ріст, розвиток, знижується загальний рівень обміну речовин. Сплячка, у фізіології — це стан, у якому періодично перебувають деякі тварини (гризуни, кажани тощо). У період сплячки вповільнюються процеси життєдіяльності, насамперед обмін речовин, що полегшує переживання несприятливих сезонних умов; може бути літньою та зимовою. Анабіоз (від грец. anabiosis — оживлення) — це стан організму, при якому життєві процеси різко вповільнюються, що сприяє його виживанню в несприятливих умовах температури, вологості тощо. Анабіоз поширений у тварин, рослин та мікроорганізмів. У деяких організмів входить у нормальний цикл розвитку (насіння, спори, цисти) |
Рослини посушливих місць (нестача вологи) |
Рослини зволожених місць (надмір вологи) |
• Міцна глибока коренева система • підвищений осмотичний тиск клітинного соку, що сприяє втримуванню води в тканинах • ощадлива витрата вологи • короткий період вегетації і тривалий період спокою, несприятливі умови переживають у вигляді насіння, цибулин або бульб • здатні накопичувати й утримувати воду в органах • листя змінене на голки або колючки • опадання листя • стовщена кутикула • сильно зменшена або змінена на колючки листкова пластинка, а фотосинтез здійснюють зелені стебла • невелика кількість продихів • продихи відкриті вночі й закриті вдень • поглинання води з повітря (мохи, лишайники)
У пустельних тварин • отримують воду з їжею (гризуни, плазуни, членистоногі) • джерелом води служить жир, що накопичується у великій кількості (верблюди, курдючні вівці) • у спекотну пору впадають у сплячку (гризуни, черепахи) • анабіоз (африканська риба протоптер) • впадають у діапаузу • нічний спосіб життя • здатність у пошуках води пробігати величезні відстані (копитні, слони, антилопи) • деякі ящірки отримують воду через капіляри тонкої шкіри, занурюючи кінцівки у вологий пісок • утриманню вологи сприяє кутикула комах, лусочки плазунів |
• Накопичення повітря в коренях для дихання • низький осмотичний тиск клітинного соку, а отже, незначна водоутримувальна здатність • наявність водовмісних клітин (сфагнові мохи) • великі листкові пластинки • інтенсивна транспірація (випаровування) через широкі відкриті продихи • наявність дихальних коренів • коренева система в болотних рослин погано розвинена або відсутня У водних тварин • форма тіла • органи для пересування • легені, що запасають багато повітря; зябра • органи для занурення й спливання • використовують силу поверхневого натягу води для пересування по цій плівці (клоп-водомірка) • невеликі розміри тіла й вирости у тварин, нездатних протистояти течії • газові вакуолі в найпростіших |
||
|
|
Завдання 3. Виберіть рослини, що належать до різних груп стосовно води. Кульбаба лікарська, жовтець їдкий, росичка, волошка, кактус, латаття, товстянка (красула) |
|
|
|
Завдання 4. Виберіть тварин, що належать до різних груп стосовно води. Варан, тюлень, верблюд, пінгвіни, жирафи, водосвинка, білка, риба-клоун, бобер |
Завдання групи 4. Абіотичний фактор — світло
1. Яку роль відіграє світло в житті живих організмів?
2. Яка роль ультрафіолетових, інфрачервоних, видимих ділянок спектра променів світла в життєдіяльності рослин і тварин?
3. Із чим пов’язані сезонні явища в природі?
4. Як реагують на сезонні зміни рослини?
5. Які перебудови в життєвому циклі тварин відбуваються навесні й восени?
6. Що таке фотоперіодизм?
7. Яку роль у сезонних змінах відіграє довжина світлового дня?
8. Як змінюється довжина світлового дня при переміщенні від екватора до полюсів?
9. Де спостерігаються найдовші дні — біля екватора чи біля полюсів?
10. Як пов’язані сезонні зміни в рослин з фотоперіодизмом?
11. Чому айстри, жоржини, хризантеми цвітуть восени?
12. Яку роль відіграє керування довжиною світлового дня для тепличного господарства?
Яку роль відіграє світло в житті живих організмів?— Ультрафіолетові промені довжина хвилі 0,29–0,40 мкм, у великих кількостях шкідливо впливають на процеси життєдіяльності живих організмів (у невеликих кількостях сприяють синтезу вітаміну D у шкірі)Видимі променідовжина хвилі 0,41–0,74 мкм, забезпечують зеленим рослинам і деяким прокаріотам фотосинтезІнфрачервоні променідовжина хвилі понад 0,75 мкм Є джерелом теплової енергії для живих організмів |
• Світло — це джерело тепла, від якого залежить активність життя на певній території • Світло служить сигналом, що визначає активність процесів життєдіяльності • Служить орієнтиром при пересуванні в просторі для тварин • Утворюється вітамін D • Світло необхідне для фотосинтезу (оранжево-червоні й синьо-фіолетові промені), транспірації (випаровування), фотоперіодизму (контролює бутонізацію, цвітіння, листопад); ростові процеси (у затінених рослин пагони блякнуть і стають довшими, тоншими). Стосовно світла рослини поділяють на: світлолюбні: живуть на відкритих місцях, в умовах повного сонячного освітлення (збільшення освітленості понад норму — пригнічує фотосинтез).Світлолюбні рослини живуть у відкритих місцевостях: степові й лугові трави, дуб, сосна;тіньолюбні: живуть в умовах слабкої освітленості й не витримують яскравого світла. Живуть у нижніх затінених ярусах рослинних угруповань, у їхньому листі міститься багато хлоропластів (копитняк, вороняче око, квасениця звичайна тощо, рослини нижнього ярусу лісу). Тіньовитривалі: добре ростуть при повній освітленості, але адаптуються й до слабкого світла (черемшина, ялина, граб, липа). Завдання 5. Виберіть із запропонованих рослин ті, що є світлолюбними, тіньолюбними та тіньовитривалими. Ромашка, ялина, кульбаба лікарська, волошка, шавлія лугова, ковила степова, папороть орляк. Фотоперіодизм (від фото і період) — реакції організмів на сезонні зміни довжини дня (на зміну дня й ночі, що проявляються в коливаннях інтенсивності фізіологічних процесів). Найбільшою мірою фотоперіодизм властивий зеленим рослинам, життєдіяльність яких безпосередньо залежить від променистої енергії Сонця. У тварин і людини фотоперіодизм проявляється, у першу чергу, в коливаннях інтенсивності обміну речовин та енергії. «Біологічний годинник» — реакція організму на тривалість дня й ночі протягом 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 і фізіологічних процесів у клітинах — біологічних ритмах). 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 й розвитку рослин тощо) |
Зміна довжини дня завжди тісно пов’язана з річними коливаннями температури. У регуляції активності живих організмів та їхньому розвитку велике значення має тривалість освітлення — фотоперіод. Освітленість |
|||
Добова(добова ритмічність — це реакція організму на тривалість дня й ночі протягом доби) |
Сезонна(річний ритм) — реакція організму на тривалість світлового дня за сезонами, називають фотоперіодизмом |
||||
Рослини |
|||||
Короткого дня — для нормального росту й розвитку потрібно не менше ніж 12 год безперервного темнового періоду (капуста, жоржини, хризантеми, айстри) |
Довгого дня — потребують для нормального росту й розвитку не менше ніж 12 год світлового дня (це весняно-літні рослини: цибуля, морква, овес, льон, пшениця) |
Нейтральні — розвиток генеративних органів і переходи до цвітіння здійснюються при будь-якій довжині дня (бузок, виноград, гречка) |
|||
Зміна довжини дня в рослин сприймається спеціальними пігментами, починають активно діяти ферменти (білки, що прискорюють реакції), виробляються гормони (речовини, що регулюють процеси життєдіяльності) і здійснюються фізіологічні реакції. Наприклад, навесні з подовженням світлового дня починається ріст і цвітіння в рослин. Укорочення світлового дня восени служить рослинам сигналом для скидання листя. Довжина дня (фотоперіод) на екваторі більш-менш постійна (близько 12 год). Там відсутні виражені сезонні зміни клімату, більшість видів не має фотоперіоду. Наприклад, у багатьох тропічних дерев цвітіння й плодоносіння розтягнуте в часі, і на дереві одночасно зустрічаються й квіти, і плоди. У помірному кліматі види, що встигають швидко завершити свій життєвий цикл і не зустрічаються в активному стані в несприятливі сезони року, також не проявляють фотоперіодичних реакцій. Наприклад, ефемери. Ефемери — це рослини, у яких різко скорочений вегетаційний період (до 4–6 тижнів) і тривалий період спокою, який вони переживають у вигляді насіння, цибулин, бульб (тюльпани, мак, гусяча цибулька). Тварини Стосовно світла тварин поділяють на дві групи: «нічну» (активні вночі) і «денну» (активні у світлу частину доби) Тварини |
|||||
«денні» — добре розвинений зір — розрізняють кольори — часто мають яскраве забарвлення |
«нічні» (або тварини, предки яких вели нічний спосіб життя: вовчі, котячі) — колірний зір не розвинений — очі великих розмірів, щоб уловлювати хоча б незначну кількість світла (сови, лемури) |
тварини, що живуть в умовах відсутності світла (ґрунт, печери) — органи зору редуковані (кріт, сліпець) — органи зору втрачені (дощовий черв’як, протей) |
|||
Завдання 6. Виберіть тварин, що ведуть денний, нічний і сутінковий спосіб життя. Сова, ящірка, леопард, окапі, білий ведмідь, кажан, метелик |
|||||
1. Розподіліть зазначені групи тварин у два стовпчики: 1 — холоднокровні; 2 — теплокровні.
Членистоногі, Плазуни, Риби, Черви, Молюски, Кишковопорожнинні, Птахи, Найпростіші, Губки, Ссавці, Земноводні
2. Тестове завдання з однією правильною відповіддю
1. Частина сонячного спектра, що сприяє утворенню засмаги:
А інфрачервона;
Б червона;
В ультрафіолетова;
Г фіолетова.
2. Такі абіотичні фактори, як температура й ступінь насичення води киснем, змінюються в різних водоймах суходолу залежно від висоти місця та пори року. Найхолодніша вода та максимальний уміст кисню характерні:
А для середнього плину ріки;
Б гірських рік;
В стоячих водойм;
Г боліт.
3. Назва процесу, що є наслідком виникнення фотосинтезу:
А диференціація клітин і утворення тканин;
Б розвиток багатоклітинних організмів;
В накопичення вуглекислого газу в атмосфері;
Г накопичення кисню в атмосфері.
Написати міні-твір (або есе) про один з абіотичних факторів на тему: «Що буде, коли…»
Есе — невеликий прозовий твір із довільною композицією, відзначається довільним невимушеним трактуванням теми, яскравою образністю, суб’єктивністю, поєднанням різнорідних елементів, афористичністю, побутовістю мовлення.
VII. Підсумок уроку Рефлексія – вправа «Доповніть речення» - «Дуже цікаво було дізнатися…», «Для мене було новим…», «Я обов’язково розповім вдома про…», «Мені не сподобалося…» та ін.