Урок. "Загальна екологія. Порушення в екосистемах. Біосфера як цілісна система."

                                                                                                9 клас. Біологія

                                                         Урок № _

Тема. Порушення в екосистемах.  Біосфера як цілісна система.

Мета уроку: ознайомити з поняттям «стабільність екосистем», причинами порушення стабільності різних екосистем, відмінностями природних та штучних екосистем; схарактеризувати принципи цілісності та саморегуляції екосистем; формувати знання про взаємодії живих організмів в екосистемах, які можуть впливати на її стабільність .

Розвивати навички аналітичного і логічного мислення, вміння абстрагувати.

Виховання критичне сприйняття наданої інформації, толерантності, гуманізму.

Обладнання: таблиці, малюнки, підручник.

Міжпредметні зв’язки: фізика, хімія, географія, екологія, математика, основи здоров’я.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу.

                                       Хід уроку:

I.Організаційний етап

II. Актуалізація опорних знань

Питання для бесіди

1. На чому ґрунтується явище взаємодії екологічних факторів?

2. Чому взаємокомпенсація екологічних факторів обмежена?

3. Які біотичні фактори вам відомі?

4. Що таке паразитизм, мутуалізм, симбіоз?

5. Які абіотичні фактори вам відомі?

6. Чому антропогенні фактори виділяють в окрему групу?

7. Як організми пристосовуються до існування в різних середовищах?

8. Яке значення мають біологічні ритми для живих організмів?

  ІІІ. Етап засвоєння нових знань

  Розповідь учителя з елементами бесіди

Цілісність і саморегуляція екосистем

Природні екосистеми містять значну кількість видів живих організмів. Ці організми взаємодіють між собою, утворюючи єдину трофічну сітку. Усі організми в екосистемі пов’язані між собою. Хоча часто такий зв’язок є не прямим, а опосередкованим через інші види. Наприклад, дощові черви й непарні шовкопряди між собою напряму не пов’язані, але шовкопряди в разі масового розмноження виїдають листя дерев. Відповідно, листя не падає на ґрунт, що зменшує кормову базу для дощових червів.

Разом усі організми екосистеми утворюють складну цілісну систему, яка перебуває в стані динамічної рівноваги. Тобто через зміну якогось із елементів системи інші елементи компенсують ці зміни й виправляють становище. Так, у разі масового розмноження якогось виду різко зростає чисельність хижаків і паразитів, які ним живляться, і досить швидко чисельність виду зменшується до нормальних величин. Така здатність системи відновлювати свій стан після його порушення називається саморегуляцією.

Саморегуляція екосистем полягає в тому, що кількісні та якісні показники їхньої біопродуктивності, густоти видових популяцій, швидкості колообігу речовин та потоків енергії коливаються навколо певних оптимальних значень. Регулювальними факторами є внутрішньовидові та міжвидові зв’язки, що корегують чисельність окремих популяцій, унаслідок чого підтримується гомеостаз системи в цілому. Щойно густота популяції певного виду перевищить деякий середній (оптимальний) рівень, у біогеоценозі починають діяти регулювальні механізми (наприклад, вплив популяцій хижаків на популяції здобичі, паразитів — на популяції хазяїна, фітофагів - на популяції рослин тощо). Порушення взаємозв’язків організмів в екосистемах унаслідок діяльності людини можуть призвести до різкого скорочення чисельності одних видів та одночасного масового розмноження інших, зокрема шкідників лісу та сільського господарства (наведіть приклади).

Як екологічні фактори впливають на зміни в екосистемах?

Будь-яка екосистема може нормально функціонувати лише за більш-менш стабільних умов довкілля, що потрібно для здійснення колообігу речовин. Екосистеми певною мірою здатні підтримувати сталість своєї структури (гомеостаз), однак у них можуть відбуватися циклічні або поступальні зміни.

 Циклічні зміни є наслідком пристосувань екосистем до періодичних (добових, сезонних тощо) змін навколишнього середовища. Це явище ґрунтується на адаптації популяцій окремих видів, які можуть проявлятись як періодичні зміни густоти окремих популяцій, їхньої вікової структури, активності особин популяцій різних видів тощо.

 Поступальні зміни відбуваються в разі відновлення зруйнованих екосистем (наприклад, відтворення лісів і степів на місці згарищ тощо) або необоротних змін у певному напрямі кліматичних умов (вологості, середньорічної температури тощо). Вони можуть приводити до заміни екосистеми одного типу на інший.

 Спрямовані послідовні зміни угруповань організмів, які із часом приводять до перетворення самої екосистеми, називають сукцесією. Угруповання організмів, які існують на початкових етапах сукцесії, характеризуються незначним видовим різноманіттям, слабко розгалуженими трофічними сітками, різкими коливаннями чисельності й густоти окремих популяцій та низькою здатністю підтримувати гомеостаз популяцій. Тому вони із часом заміщуються більш конкурентоспроможними видами. Унаслідок підвищується здатність екосистем до саморегулювання. Цей процес триває, аж поки не сформується багатовидова екосистема з максимально можливим в даних умовах ступенем стійкості. Процес сукцесії триває, доки екосистема не досягне значної видової різноманітності, стабілізації процесів колообігу речовин і перетворень енергії.

Сукцесії можуть бути первинними і вторинними.

  Первинні сукцесії — це поява й розвиток рослинних угруповань у місцях, де рослинності раніше не було (оселення лишайників на скельних породах або вищих рослин на піщаних узбережжях тощо) . Наприклад, оселення сосни звичайної на пісках значно змінює умови існування такого угруповання: затінюючи поверхню ґрунту, сприяючи надходженню до нього органіки, утриманню ґрунтової води, вона створює можливість для оселення інших видів рослин. Тип рослинного угруповання, у свою чергу, визначає видовий склад тварин.

 Вторинні сукцесії - відновлення природної рослинності після певних порушень, наприклад відновлення лісів після пожеж. Наприклад, вторинну сукцесію можна спостерігати на прикладі кинутого поля.

Культурні рослини витісняються дикорослими трав’янистими, а згодом можлива поява кущів і дерев.

Прикладом штучної екосистеми, не здатної до саморегуляції, є агроценози - збіднені видами високопродуктивні угруповання рослин, тварин, грибів і мікроорганізмів, створені людиною для отримання сільськогосподарської продукції. Від природних екосистем агроценози докорінно відрізняються властивостями та особливостями функціонування. Незначне видове різноманіття та погано розгалужені трофічні сітки зумовлюють слабку стійкість агроценозів, але високу продуктивність одного чи кількох видів у його складі. Незважаючи на те, що до складу агроценозів можуть входити представники дикої фауни та флори, без яких вони не здатні існувати, в агроцено-зах, на відміну від природних біогеоценозів, практично відсутня саморегуляція; без постійного втручання людини вони руйнуються і зникають.

Взаємозв'язки організмів у екосистемах

Велике значення для підтримки стабільності екосистеми мають різні форми взаємодії живих організмів. У біоценозах спостерігаються різні види симбіозу (форми співіснування двох видів).

Найбільш поширеними формами взаємодії є конкуренція, хижацтво, мутуалізм, паразитизм та коменсалізм. Кожен з видів живих організмів пов’язаний з багатьма іншими видами. Навіть на прикладі людини можна продемонструвати всі можливі варіанти взаємодії. Наприклад, людина конкурує зі шкідниками сільського господарства за харчові ресурси. А міські ластівки по відношенню до людини є ко-менсалами, бо використовують будинки для розміщення своїх гнізд.

Форми взаємодії живих організмів у екосистемах 

Причини порушення стабільності екосистем

Здатність до саморегуляції екосистем теж має певні межі. Якщо вплив якогось фактора є надто сильним, динамічна рівновага в екосистемі порушується. Це може призвести до руйнування екосистеми й вимирання багатьох видів.

Причиною таких порушень може бути вплив будь-якого з екологічних факторів — абіотичного, біотичного чи антропогенного. Наприклад, виверження вулкана може просто знищити екосистему окремої території. Так, 1883 року виверження вулкана Кракатау знищило екосистему острова, на якому він розміщується.

Біотичними факторами, які порушують рівновагу в екосистемах, часто ставали нові групи, які виникали в процесі еволюції. Так, виникнення голонасінних рослин призвело до того, що наприкінці палеозойської ери вони заселили значні площі суші, де не могли рости їхні попередники — спорові рослини — через нестачу вологи. Формування рослинного покриву і припинення ерозії призвело до різкого зменшення надходження мінеральних речовин до річок і морів. Це призвело до руйнації водних екосистем і масового вимирання організмів.

Дія антропогенного фактора часто пов’язана із завезенням людиною в екосистему нових видів організмів. Наприклад, у давнину моряки часто залишали на островах кіз, щоб потім мати змогу поповнювати запаси м’яса, коли заходили на острів, але без контролю хижаків кози швидко розмножувалися й виїдали всю рослинність островів. У результаті острови перетворювалися на пустелі.

Природні й штучні екосистеми

Екосистеми, які розглядалися до цього, є природними. Вони виникли й розвивалися без участі людини. Людина й зараз є складовою частиною цих екосистем. Але вона також формує і власні екосистеми — штучні.

Штучні екосистеми часто розглядають як окремий тип екосистем (агроценози). Вони створюються людиною й використовуються нею для господарських цілей.

Існувати без підтримки людини такі екосистеми не можуть. У них переважають організми одного виду, і вони не здатні до саморегуляції. Регуляцію цих систем здійснює людина. Вона також постійно вилучає із систем речовини (коли споживає вирощену в них продукцію). Тому ці речовини доводиться постійно поновлювати (вносити добрива).

Разом усі організми екосистеми утворюють складну цілісну систему, яка перебуває у стані динамічної рівноваги. Якщо вплив якогось фактора є надто сильним, динамічна рівновага в екосистемі порушується. Штучні екосистеми часто розглядають як окремий тип екосистем (агроценози).

Біосфера

Поняття «біосфера» (від грец. біос — життя) запропонував 1875 року австрійський геолог Е. Зюсс. Учення про біосферу, як особливу частину Землі, населену живими організмами, створив український учений В. І. Вернадський, хоча, на його думку, вперше до цієї ідеї наблизився французький біолог Ж.-Б. Ламарк.

Біосфера не утворює окремої оболонки Землі, а є частиною геологічних оболонок земної кулі, заселених живими організмами. Вона займає верхню частину літосфери, усю гідросферу та нижній шар атмосфери. Це єдина глобальна екосистема вищого порядку.

Компоненти біосфери

Біосфера складається з чотирьох компонентів, які є важливими для її нормального функціонування.

                                                     Компоненти біосфери

Ноосфера

В. І. Вернадський  ще в першій половині ХХ століття передбачав, що біосфера розвинеться в ноосферу (термін запропонували 1927 року французькі вчені Е. Леруа та П. Т. де Шарден . Спочатку В. І. Вернадський розглядав ноосферу (від грецького ноос — розум) як особливу «розумову» оболонку Землі, яка розвивається поза біосферою. Однак згодом він дійшов висновку, що ноосфера — це певний стан біосфери, за якого розумова діяльність людини стає визначальним фактором її розвитку.

Характерною рисою ноосфери є екологізація всіх сфер людського життя. До вирішення будь-яких проблем людина повинна підходити з позиції екологічного мислення, тобто збереження і поліпшення стану природного середовища.

Біосфера — це сукупність усіх біогеоценозів Землі, єдина глобальна екосистема вищого порядку. Ноосфера — це певний стан біосфери, за якого розумова діяльність людини стає визначальним фактором її розвитку. Основними компонентами біосфери є жива, біогенна, косна та біокосна речовини.

  IV. Узагальнення й закріплення знань

 Запитання на закріплення

1. Чому незначні впливи на екосистему не призводять до її руйнації?

2. Які типи взаємодії існують між організмами в екосистемах?

3. Що таке паразитизм?

4. Порівняйте між собою агроценоз і природний біоценоз на конкретних прикладах.

5. На конкретному прикладі поясніть, як дія антропогенного фактора може порушити рівновагу в екосистемі.

6. На конкретному прикладі поясніть, чому людина повинна постійно регулювати процеси в штучній екосистемі.

7. Що таке біосфера?

8. Що таке ноосфера?

9. Які компоненти входять до складу біосфери?

10. На конкретних прикладах поясніть, як компоненти біосфери взаємодіють між собою.

11. Спроби створити абсолютно ізольовану від біосфери штучну екосистему поки що закінчувалися невдачею. Такі екосистеми могли функціонувати лише досить короткий час. Які фактори могли призвести до таких невдач?

V. Домашнє завдання

 Опрацювати §51-52, конспект уроку.

 Повторити  §26.

VI. Підсумок  уроку   

-         аналіз роботи на уроці

-         виставлення та коментар оцінок.