Загальна характеристика клітинних мембран

САМОСТЙНА РОБОТА З БІОЛОГІЇ

Самостійна робота № 1

Тема: Історія вивчення клітини. Методи цитологічних досліджень. Хімічний склад, будова і функції клітинних мембран (біомембран). Транспорт речовин через мембрани

Питання для самостійного опрацювання:

1. Історія вивчення клітини.

2. Рідинно-мозаїчна модель будови біологічних мембран.

3. Хімічний склад та функції плазматичної мембрани.

4. Транспорт речовин через мембрани

Література:

1. Загальна біологія: Пробн. підручник для 10 кл. серед. загальноосвітніх навчальних закладів / М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Вервес, П.Г. Балан, В.М. Войціцький. – К.: Ґенеза. – 2001. – С. 47-51, 51-53, 56-61.

2. Біологія: 10 кл.: Підручник для загальноосвітніх навчальних закладів: рівень стандарту, академічний рівень / П.Г. Балан, Ю.Г. Вервес, В.П. Поліщук. К.: Ґенеза. 2010. – С. 79-86, 86-94.

3. Тагліна О.В. Біологія. 10 клас (рівень стандарту, академічний рівень). Підручник для загальноосвітніх навчальних закладів. – Х.: Вид-во «Ранок». – 2010. – С. 96-111.

4. Загальна біологія: Підручник для учнів 10-11 кл. серед. загальноосвітніх шкіл / М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Вервес, П.Г. Балан і ін. – К.: Ґенеза. – 2000. – С. 42-47, 48-50, 53-58.

 

Самостійна робота № 2

Тема: Складники цитоплазми: цитозоль (гіалоплазма), цитоскелет, мембранні, не мембранні органели, включення. Будова і функції цитоскелету, роль його складників у просторовій організації рухів у клітині. Реакції проміжного обміну речовин, що відбуваються в цитозолю (на прикладі гліколізу). Будова і функції одномембранних органел клітин (гранулярна і гладенька ендоплазматичні сітки, апарат Гольджі, лізосоми, вакуолі)

Питання для самостійного опрацювання:

1. Будова і функції цитоскелету, роль його складників у просторовій організації клітин, в організації рухів в клітині та руху клітин.

2. Будова клітинного центру, його роль в організації цитоскелету.

3. Хімічний склад, будова і функції рибосом.

Література:

1. Загальна біологія: Пробн. підручник для 10 кл. серед. загальноосвітніх навчальних закладів / М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Вервес, П.Г. Балан, В.М. Войціцький. – К.: Ґенеза. – 2001. – С. 64-67, 67-70, 77-79, 109-113.

2. Біологія: 10 кл.: Підручник для загальноосвітніх навчальних закладів: рівень стандарту, академічний рівень / П.Г. Балан, Ю.Г. Вервес, В.П. Поліщук. К.: Ґенеза. 2010. – С. 113-115, 116-121, 127-131, 159-165.

3. Тагліна О.В. Біологія. 10 клас (рівень стандарту, академічний рівень). Підручник для загальноосвітніх навчальних закладів. – Х.: Вид-во «Ранок». – 2010. – С. 121-124, 125-133, 133-138.

4. Загальна біологія: Підручник для учнів 10-11 кл. серед. загальноосвітніх шкіл / М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Вервес, П.Г. Балан і ін. – К.: Ґенеза. – 2000. – С. 64-67, 67-71, 80-82, 99-104.

 

Самостійна робота № 3

Тема: Обмін речовин і енергії в клітині – енергетичний і пластичний обмін

Питання для самостійного опрацювання:

1. Процес фотосинтезу, його планетарне значення.

2. Автотрофи, гетеротрофи та мікотрофи.

3. Енергетичний обмін та його етапи: підготовчий, безкисневий та кисневий.

Література:

1. Загальна біологія: Пробн. підручник для 10 кл. серед. загальноосвітніх навчальних закладів / М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Вервес, П.Г. Балан, В.М. Войціцький. – К.: Ґенеза. – 2001. – С. 101-103, 103-106, 106-108, 113-115, 115-120.

2. Біологія: 10 кл.: Підручник для загальноосвітніх навчальних закладів: рівень стандарту, академічний рівень / П.Г. Балан, Ю.Г. Вервес, В.П. Поліщук. К.: Ґенеза. 2010. – С. 153-159, 164-165, 165-170.

3. Тагліна О.В. Біологія. 10 клас (рівень стандарту, академічний рівень). Підручник для загальноосвітніх навчальних закладів. – Х.: Вид-во «Ранок». – 2010. – С. 138-148, 164-167.

4. Загальна біологія: Підручник для учнів 10-11 кл. серед. загальноосвітніх шкіл / М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Вервес, П.Г. Балан і ін. – К.: Ґенеза. – 2000. – С. 90-93, 93-95, 96-99, 104-107, 107-112.

 

Самостійна робота № 4

Тема: Генетичні основи селекції організмів. Основні напрямки сучасної біотехнології

Питання для самостійного опрацювання:

1. Системи схрещувань організмів та їхні генетичні наслідки.

2. Центри походження і різноманітності культурних рослин і свійських тварин.

3. Основні напрями і досягнення сучасної біотехнології.

4. Генетична і клітинна інженерія.

Література:

1. Загальна біологія: Підручник для 11 кл. загальноосвітніх навчальних закладів / М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Вервес, П.Г. Балан, В.М. Войціцький. 3-є видання. – К.: Ґенеза. – 2006. – С. 83-88, 88-92, 92-97, 97-101, 101-105.

2. Біологія: 11 кл.: Підручник для 11 кл. загальноосвітніх навчальних закладів: рівень стандарту, академічний рівень / П.Г. Балан, Ю.Г. Вервес, В.П. Поліщук. – К.: Ґенеза. 2011. – С. 99-107, 107-115.

3. Загальна біологія: Підручник для учнів 10-11 кл. серед. загальноосвітніх шкіл / М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Вервес, П.Г. Балан і ін. – К.: Ґенеза. – 2000. – С. 244-248, 248-254, 255-260, 261-264, 265-270.

 

Самостійна робота № 5

Тема: Екологічні чинники. Поняття про середовище існування, шляхи пристосувань до нього організмів. Біологічні адаптивні ритми організмів

Питання для самостійного опрацювання:

1. Біологічні адаптивні ритми організмів.

2. Біоценоз та його структура.

3. Біогеоценоз та екосистема. Властивості біогеоценозів.

4. Поняття про сукцесії.

5. Агроценози та особливості їхнього функціонування.

Література:

1. Загальна біологія: Підручник для 11 кл. загальноосвітніх навчальних закладів / М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Вервес, П.Г. Балан, В.М. Войціцький. 3-є видання. – К.: Ґенеза. – 2006. – С. 114-117, 117-121, 121-125, 126-130, 130-132, 132-136, 136-139, 146-150, 150-154, 154-159, 159-163.

2. Біологія: 11 кл.: Підручник для 11 кл. загальноосвітніх навчальних закладів: рівень стандарту, академічний рівень / П.Г. Балан, Ю.Г. Вервес, В.П. Поліщук. – К.: Ґенеза. 2011. – С. 145-150, 151-158, 158-161, 162-166.

3. Загальна біологія: Підручник для учнів 10-11 кл. серед. загальноосвітніх шкіл / М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Вервес, П.Г. Балан і ін. – К.: Ґенеза. – 2000. – С. 271-274, 274-278, 278-285, 285-290, 290-293, 294-299, 299-304, 317-320, 320-331, 332-336.

 

Самостійна робота № 6

Тема: Загальна характеристика біосфери. Вчення В.І. Вернадського про біосферу. Роль живих організмів у біосфері. Біомаса. Вплив діяльності людини на стан біосфери. Збереження біорізноманіття. Охорона біосфери

Питання для самостійного опрацювання:

1. Колообіг речовин у біосфері.

2. Роль живих організмів у перетворенні оболонок Землі.

3. Вплив діяльності людини на стан біосфери.

4. Застосування екологічних знань у практичній діяльності людини.

Література:

1. Загальна біологія: Підручник для 11 кл. загальноосвітніх навчальних закладів / М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Вервес, П.Г. Балан, В.М. Войціцький. 3-є видання. – К.: Ґенеза. – 2006. – С. 163-167, 167-172, 172-175, 175-181, 181-185, 185-189.

2. Біологія: 11 кл.: Підручник для 11 кл. загальноосвітніх навчальних закладів: рівень стандарту, академічний рівень / П.Г. Балан, Ю.Г. Вервес, В.П. Поліщук. – К.: Ґенеза. 2011. – С. 183-188, 188-192, 192-199.

3. Загальна біологія: Підручник для учнів 10-11 кл. серед. загальноосвітніх шкіл / М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Вервес, П.Г. Балан і ін. – К.: Ґенеза. – 2000. – С. 336-341, 342-346, 346-350, 350-355, 356-360, 360-366.

 

Самостійна робота № 7

Тема: Становлення еволюційних поглядів. Адаптації як результат еволюційного процесу. Основні положення синтетичної гіпотези еволюції

Питання для самостійного опрацювання:

1. Основні положення синтетичної гіпотези еволюції.

2. Суть природного добору як головної рушійної сили. Форми природного добору.

3. Вид і його критерії. Видоутворення.

4. Макроеволюційні процеси. Біологічний прогрес і регрес.

Література:

1. Загальна біологія: Підручник для 11 кл. загальноосвітніх навчальних закладів / М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Вервес, П.Г. Балан, В.М. Войціцький. 3-є видання. – К.: Ґенеза. – 2006. – С. 196-199, 200-202, 202-207, 207-208, 209-213, 213-216, 216-217, 217-220, 220-223, 223-225, 225-227, 228-233.

2. Біологія: 11 кл.: Підручник для 11 кл. загальноосвітніх навчальних закладів: рівень стандарту, академічний рівень / П.Г. Балан, Ю.Г. Вервес, В.П. Поліщук. – К.: Ґенеза. 2011. – С. 202-207, 208-210, 211-217, 218-219, 219-224, 224-244.

3. Загальна біологія: Підручник для учнів 10-11 кл. серед. загальноосвітніх шкіл / М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Вервес, П.Г. Балан і ін. – К.: Ґенеза. – 2000. – С. 367-369, 369-371, 371-374, 374-382, 383-385, 386-390, 391-394, 394-397, 397-400, 400-417.

 

Самостійна робота № 8

Тема: Гіпотези виникнення життя на Землі. Еволюція одноклітинних та багатоклітинних організмів. Періодизація еволюційних явищ

Питання для самостійного опрацювання:

1. Розвиток життя в архейську та протерозойську ери.

2. Розвиток життя протягом палеозойської ери.

3. Основні еволюційні події мезозойської ери.

Література:

1. Загальна біологія: Підручник для 11 кл. загальноосвітніх навчальних закладів / М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Вервес, П.Г. Балан, В.М. Войціцький. 3-є видання. – К.: Ґенеза. – 2006. – С. 233-234, 234-237, 237-239, 239-240, 240-241, 243-257.

2. Біологія: 11 кл.: Підручник для 11 кл. загальноосвітніх навчальних закладів: рівень стандарту, академічний рівень / П.Г. Балан, Ю.Г. Вервес, В.П. Поліщук. К.: Ґенеза. 2011. – С. 246-252, 252-275.

3. Загальна біологія: Підручник для учнів 10-11 кл. серед. загальноосвітніх шкіл / М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Вервес, П.Г. Балан і ін. – К.: Ґенеза. – 2000. – С. 417-419, 419-422, 422-424, 424-426, 426-431, 431-456.

Самостійна робота № 1

Тема: Історія вивчення клітини. Методи цитологічних досліджень. Хімічний склад, будова і функції клітинних мембран (біомембран). Транспорт речовин через мембрани

Історія вивчення клітини

Клітина – основна структурно-функціональна одиниця всіх живих організмів, елементарна біологічна система. Виняток становлять віруси, які є неклітинними формами життя. На клітинному рівні повністю проявляються всі основні риси життя: обмін речовин та енергії, здатність до розмноження, збереження й передача спадкової інформації нащадкам тощо. Розрізняють одноклітинні, колоніальні та багатоклітинні організми. Одноклітинний організм є водночас і самостійним цілісним організмом. Колоніальні організми складаються з багатьох клітин одного чи кількох типів. Кожна з цих клітин здебільшого функціонує незалежно від інших (живлення, розмноження тощо). У багатоклітинних організ м ах клітини тісно взаємодіють між собою: вони відрізняються за будовою та функціями (спеціалізація клітин) й утворюють тканини, органи та системи органів. Багатоклітинний організм діє як єдине ціле, а клітини є його елементарними складовими частинами (компонентами). Будову та процеси життєдіяльності клітин вивчає наука – цитологія.

Хронологія основних подій у галузі цитології:

Дата	Подія
1665р.	Роберт Гук за допомогою сконструйованого власноруч мікроскопа розглянув оболонки клітин корка рослин і запропонував термін «клітина»
1702р.	Антона Ван Левенгук також за допомогою мікроскопів власної конструкції відкрив бактерії та одноклітинні тварини (інфузорії), описав еритроцити та сперматозоїди
1828р.	Роберт Броун відкрив ядро в клітинах рослин, а 1833 року запропонував саму назву «ядро»
1830р.	Ян Євангеліст Пуркіне описав ядро в яйцеклітинах курки
1838р.	Теодор Шванн, спираючись на праці Маті аса Шлей дена, сформулював положення клітинної теорії, основні з яких: усі живі організми складаються з клітин; клітини тварин і рослин подібні за будовою та хімічним складом
1858р.	Рудольф Віхров довів, що клітини виникають не з безструктурної міжклітинної речовини, як вважали раніше, а внаслідок розмноження («усяка клітина – з клітини»)
1869р.	Фредерік Мішер уперше виділив з ядра клітини нуклеїнові кислоти
1880р.	Вальтер Флемінг відкрив та описав процес мітозу в клітинах личинок земноводних
1882р.	Ілля Мечников відкрив явище фагоцитозу в лейкоцитів і повязав із цим захисні властивості організмів
1894р.	Ріхард Альтман під назвою міобластів описав мітохондрії (назву «мітохондрії» 1897 року запропонував К. Бенда)
1898р.	Камілло Гольджі описав органелу, яку згодом назвали на його честь «комплексом Гольджі»
1945р.	Альберт Клод і Кейт Портер відкрили ендоплазматичну сітку
1949р.	Крістіан де Дюв описав лізосоми
1952р.	Фрітьоф Сьостранд і Джордж Пелед встановили внутрішню будову мітохондрій
1954р.	Джордж Пелед відкрив рибосоми, а 1956 року він зясував призначення гранулярної (зернистої) ендоплазматичної сітки
1956р.	Філіпп Сієкевітц і Джордж Пелед уперше виділили рибосоми з клітин
1962р.	Маршал Ніренберг, Семеро Очоа і Хар Гобінд Хорана розшифрували генетичний код
1966р.	Джонатан Зінгер запропонував «рідинно-мозаїчну» модель плазматичної мембрани
1967р.	Едвін Тейлор з’ясував роль мікро трубочок у мітотичному поділі клітини
1971р.	Ел Сазерленд був удостоєний Нобелівської премії за дослідження механізмів транспорту речовин через плазматичні мембрани
1974р.	Крістіан де Дюв, Альберт Клод і Джордж Пелед отримали Нобелівську премію за встановлення морфо-функціональних особливостей молекулярних структур клітини

 

Сучасні дослідження в галузі цитології спрямовані насамперед на вивчення найдрібніших органел і структур. Адже вдосконалені збільшувальні прилади і новітні технології відкривають нові перспективи перед дослідниками.

Самостійна робота № 2

Тема: Складники цитоплазми: цитозоль (гіалоплазма), цитоскелет, мембранні, не мембранні органели, включення. Будова і функції цитоскелету, роль його складників у просторовій організації рухів у клітині. Реакції проміжного обміну речовин, що відбуваються в цитозолю (на прикладі гліколізу). Будова і функції одномембранних органел клітин (гранулярна і гладенька ендоплазматичні сітки, апарат Гольджі, лізосоми, вакуолі)

Цитоскелет і органели руху

Цитоскелет – це клітинний каркас, або скелет, який розташований у цитоплазмі клітини.

Функції цитоскелету:

опорна функція, тобто підтримування і адаптація форми клітини до зовнішніх впливів;

участь в екзоцитозі і ендоцитозі;

забезпечення руху клітини як єдиного цілого;

цитоскелет сполучає між собою всі компоненти клітини, а також сприяє закріпленню органел у певному положенні;

внутрішньоклітинний транспорт;

клітинний поділ.

Цитоскелет складається з білків, має нитчасту структуру і представлений мікрофіламентами, мікротрубочки і проміжними філаментами.

Мікрофіламенти – це тонкі ниткоподібні структури, які складаються зі скоротливих білків, переважно актину. Їх діаметр – 4-7нм.

Функції мікрофіламентів:

одним кінцем прикріплюються до певної структури (наприклад, плазматичної мембрани), а другим – до іншої структури (наприклад, до органели);

беруть участь у зміні форми клітини (під час руху амеби);

екзоцитоз і ендоцитоз;

входять до складу м’язових волокон.

Мікротрубочки – порожнисті циліндричні структури діаметром 10-25нм, які складаються з білка тубуліну.

Функціїмікротрубочок:

формування веретена поділу еукаріотичних клітин;

внутрішньоклітинний транспорт речовин;

входять до складу війок, джгутиків, центріолей.

Проміжніфіламенти побудовані з білків: актину і міозину. Вони відіграють опорну функцію в тих клітинах, які зазнають значних фізичних навантажень (епітеліальні клітини), а також приймають участь в утворенні міжклітинних контактів.

Псевдоподії, або несправжнініжки – тимчасові вирости цитоплазми клітин одноклітинних і деяких видів багатоклітинних організмів (не мають органел руху). Вони виникають через рух цитоплазми, що перетікає в певне місце клітини, утворюючи виріст. Крім руху, псевдоподії також забезпечують фагоцитоз у одноклітинних – захоплення твердих частинок їжі.

Джгутики та війки – органели руху одноклітинних і деяких багатоклітинних (війчасті клітини епітелію дихальних шляхів ссавців, сперматозоїди тварин, вищих спорових рослин). Це тоненькі вирости цитоплазми, які вкриті плазматичною мембраною. Кількість війок може становити сотні і тисячі, а джгутиків – 1-8.

Вздовж джгутиків і війок проходять мікротрубочки: дві розміщені в центрі, а по краях ще 9 пар мікро трубочок. Уся ця структура вкрита плазматичною мембраною.

Основа джгутиків і війок, яка розташована у цитоплазмі називається базальним тільцем. З нього формуються джгутики і війки. Джгутики і війки рухаються завдяки енергії АТФ. Хоча будова джгутиків і війок подібна, характер їхньої роботи різний. Робота війок нагадує веслування і зазвичай скоординована. Рух джгутиків нагадує рух хвилі.

Функціїджгутиківі війок:

пересування;

надходження частинок їжі;

чутлива (у війчастих червів);

захисна (війки епітелію носової порожнини).

Будова та функції рибосом

Рибосоми - немембранні органели, які беруть участь у синтезі білка в клітинах. Це сферичні тільця діаметром близько 20нм. Вони містять рРНК і білки, що взаємодіють між собою, утворюючи рибонуклеопротеїдні комплекси. Рибосоми складаються з двох субодиниць, різних за розмірами: великої та малої.

Кожна субодиниця являє собою єдиний рибонуклеопротеїдний комплекс. Рибосомні субодиниці можуть роз'єднуватись між собою і сполучатися знову під дією певної концентрації йонів Кальцію, деяких біологічно активних речовин тощо. Вони утворюються в ядерці: на молекулі ДНК синтезуються попередники рРНК, які згодом з'єднуються з рибосомними білками, що надходять з цитоплазми. Велика та мала рибосомні субодиниці сполучаються в рибосому поза ядром у місцях синтезу білків. Спочатку на мембранах зернистої ендоплазматичної сітки мала субодиниця зв'язується з молекулою іРНК, а потім до них приєднується велика субодиниця. Після припинення синтезу білкової молекули субодиниці роз'єднуються. Число рибосом у клітині залежить від інтенсивності процесів біосинтезу білків. Наприклад, у хребетних тварин найбільшу кількість рибосом виявлено в клітинах печінки, червоного кісткового мозку тощо.

 

Самостійна робота № 3

Тема: Обмін речовин і енергії в клітині – енергетичний і пластичний обмін

Самостійна робота № 4

Тема: Генетичні основи селекції організмів. Основні напрямки сучасної біотехнології

Самостійна робота № 5

Тема: Екологічні чинники. Поняття про середовище існування, шляхи пристосувань до нього організмів. Біологічні адаптивні ритми організмів

Добові ритми.

Внаслідок обертання Землі навколо своєї осі, двічі на добу змінюється освітленість, що призводить до коливання температури, вологості та інших абіотичних факторів, впливаючи на активність організмів. Зокрема, сонячне світло визначає періодичність процесів фотосинтезу, випаровування води рослинами, час розкриття та закриття квіток. Тварин залежно від типу добової активності поділяють на нічних і денних. Зміна дня і ночі впливає на перебіг їхніх функцій: рухову активність, інтенсивність процесів обміну речовин. Зі зміною умов існування може змінюватись і добова активність. Наприклад, тварини, які здебільшого активні вдень, в умовах пустелі через підвищену температуру і знижену вологість, найбільшу активність виявляють уночі. У людини виявлено понад 100 життєвих функцій, активність яких залежить від часу доби.

Добові ритми також характерні для угруповань організмів. Наприклад, маси морських планктонних тварин удень пересуваються ближче до поверхні води, а вночі – опускаються вглиб. Ці міграції спричинені добовими змінами освітленості, температури. Услід за зоопланктоном переміщуються тварини, які ним живляться, та хижаки, що полюють на планктоноїдні види.

Припливно-відпливні ритми зумовлені рухом Місяця навколо Землі, який притягує водні маси. Особливо чітко вони визначені у мешканців припливно-відпливної зони (літоралі). Протягом місячної доби (24 години 50 хвилин) спостерігають по два припливи та відпливи. Щодобово фази припливів і відпливів зсуваються приблизно на 50хв. При цьому двічі на місяць у період нового або повного місяця (приблизно кожні 14 діб, коли Земля, Сонце і Місяць розташовуються на одній лінії) припливи стають максимальними. таким чином, на добовий ритм припливів і відпливів накладається ще й місячний.

Під час відпливів мешканці літоралі закривають свої черепашки (молюски), будиночки (вусоногі раки), ховаються у ґрунт (кільчасті черви), змінюють своє забарвлення. Натомість на ділянках, які звільнилися від води, зявляються тварини – мешканці наземно-повітряного середовища (кліщі, комахи, птахи), які знаходять тут достатню кількість їжі (скупчення водоростей, рештки тварин). Активність літоральних гідробіонтів поновлюється під час відпливів. З періодами припливів і відпливів пов’язані й періоди розмноження тварин певних видів (у риби атеріни-груніон, яка мешкає біля узбережжя південної Каліфорнії, під час високих припливів самка підпливає до берега і закопує ікру в пісок, а після нересту повертається у море. Личинки виходять з ікринок під час наступного високого припливу. Нерест атеріни-груніон залежить від певної фази Місяця: він відбувається через день-два після нового або повного Місяця. З фазами Місяця пов'язане розмноження і багатощетинкових червів, наприклад, тихоокеанського палоло.

У мешканця Атлантичного узбережжя - ваблячого краба, у зв'язку з. припливно-відпливними ритмами змінюється забарвлення. Наприклад, в особин, яких утримували в акваріумі, забарвлення змінювалось так само синхронно із тими, що залишалися в природних умовах. Але, коли акваріуми з крабами перевозили в інший часовий пояс, то періодичність зміни забарвлення крабів поступово змінювалася відповідно до місцевих ритмів припливів і відпливів.

Сезонні ритми пов'язані з обертанням Землі навколо Сонця, що зумовлює річні цикли змін кліматичних умов. З певними сезонами в організмів пов'язані розмноження, розвиток, життєві цикли, стан зимового спокою, у тварин - також линяння, міграції, сплячка тощо, а у листопадних рослин — щорічна зміна листя. Отже, залежно від певного сезону в організмів спостерігають значні зміни інтенсивності основних процесів життєдіяльності, поведінки. При цьому періоди активного живлення, розмноження й розвитку припадають зазвичай на сприятливі сезони, несприятливі ж різні організми можуть переживати в стані спокою (анабіозу). Найчіткіше сезонні ритми виражені у вищих рослин, укорінених на певній ділянці, та тварин, що ведуть прикріплений спосіб життя. Сезонні ритми впливають не тільки на життєві процеси організмів, а й на їхню будову.

Багаторічні ритми.

У багатьох організмів спостерігаються менш чітко виражені багаторічні цикли, пов’язані з неперіодичною зміною сонячної активності протягом кількох років (наприклад, масові розмноження перелітної сарани та деяких інших тварин). Звичайно періоди сонячної активності настають приблизно кожні 11 років.

Фотоперіодизм.

Одним із провідних чинників, які впливають на біологічні ритми організмів, є фотоперіод - тривалість довжини світлового періоду доби. Реакція організмів на зміну довжини фотоперіоду дістала назву фотоперіодизму. Тривалість світлового періоду доби є найстабільнішим з екологічних факторів, бо вона завжди постійна в певному місці в даний день року, тоді як інші чинники (температура, вологість, тиск тощо) можуть варіювати у значних межах щодобово. Здатність організмів реагувати на зміну довжин світлового та темного періодів доби дає їм можливість заздалегідь адаптуватись до наступних сезонних змін умов існування. Явище фотоперіодизму властиве всім групам організмів, але найчіткіше виражено у видів, які живуть в умовах різких сезонних змін довкілля.

У рослин на зміну тривалості світлового періоду реагують насамперед листки. Внаслідок цих змін у їхніх клітинах утворюються біологічно активні сполуки (фітогормони), які впливають на різноманітні процеси життєдіяльності (цвітіння, листопад, проростання насіння, бульб, цибулин та ін.). Залежно від реакції на довжину світлового дня розрізняють рослини довгого та короткого дня У рослин довгого дня (блекота, злаки, листопадні дерева тощо) збільшення тривалості світлового періоду стимулює процеси росту та розмноження, а його скорочення - гальмує, зумовлюючи перехід до стану зимового спокою. Рослини короткого дня здебільшого зростають у низьких широтах, довгого – у високих і помірних. При цьому фотоперіодизм чіткіше виражений у рослин короткого дня (тютюн, рис, соя та ін.) цвітуть, коли тривалість світлового дня починає скорочуватися.

У багатоклітинних тварин фотоперіодичні реакції регулюються нервовою та ендокринною системами. Наприклад, у період найдовших днів нервові клітини деяких комах виробляють нейрогормони, під впливом яких відкладаються яйця, що можуть тривалий час перебувати у стані спокою. Личинки з цих яєць виходять лише навесні наступного року, коли достатньо їжі та сприятливі кліматичні умови. Завдяки цьому регулюється зростання чисельності популяцій, що запобігає виснаженню кормових ресурсів.

Довжина світлового дня впливає не тільки на процеси життєдіяльності окремих особин або видів, але й на функціонування екосистем у цілому, зумовлюючи закономірні сезонні заміни одних видів іншими (наприклад, тюльпани в степах і пустелях цвітуть і дають насіння навесні, потім їхні надземні частини відмирають, а цибулини залишаються у ґрунті в неактивному стані до наступної весни). Перелітні птахи влітку входять до складу біоценозів помірних кліматичних зон, узимку - тропічних і субтропічних. У більшості рослин і холоднокровних тварин узимку значно гальмуються процеси життєдіяльності тощо.

Дослідження фотоперіодичних реакцій організмів має важливе практичне значення. Змінюючи довжину світлового періоду в умовах штучного утримання свійських тварин і культурних рослин, можливо регулювати процеси їхнього росту й розвитку, підвищувати продуктивність, стимулювати розмноження.

Шляхи пристосувань організмів до умов існування. Кожна істота пристосована до періодичних змін інтенсивності дії багатьох екологічних факторів.

Активні пристосування.

Організми регулюють власні процеси життєдіяльності залежно від змін умов довкілля. Це дає змогу підвищити стійкість до несприятливих змін умов існування (наприклад, температура тіла птахів і ссавців залишається сталою навіть за сильних морозів, а пустельні членистоногі підтримують відносно постійний вміст води в тілі за умов значної посухи).

Пасивні пристосування.

Процеси життєдіяльності організмів підпорядковуються змінам у довкіллі. Так, під час зниження температури повітря у холоднокровних тварин різко знижується рівень процесів обміну речовин, вони можуть переходити у станзаціпеніння. В деяких випадках це спостерігають і в теплокровних тварин (наприклад, зимова сплячка їжаків або бурих ведмедів). Листопадні рослини взимку припиняють фотосинтез, ріст і розвиток, зменшують інтенсивність транспірації або припиняють її взагалі. Ще одним типом пристосувань є уникнення несприятливих змін умов існування (міграції та кочівлі деяких комах, риб, птахів, ссавців тощо). При цьому найуразливіші фази розвитку завершують у сприятливі періоди, а на несприятливі періоди припадають фази спокою (наприклад, фази яйця або лялечки у комах).

Поняття про біоценоз

Популяції різних видів існують у природі не відокремлено, а пов'язані між собою різноманітними взаємозв'язками. Завдяки цьому існують багатовидові угруповання - певні сукупності популяцій організмів різних видів, що займають певну ділянку біосфери. Біоценоз (від грец. біос - жити та кайнос - загальний) — угруповання популяцій організмів різних видів, які населяють ділянку біосфери з однорідними умовами існування і пов’язані між собою різноманітними взаємозв'язками. Це поняття запропонував наприкінці минулого сторіччя німецький гідробіолог К. Мьобіус.

Основою біоценозів є фотосинтезуючі організми (переважно зелені рослини). Рослинні угруповання (фітоценози ) визначають межі біоценозів, наприклад біоценози соснового лісу, ковилового степу та ін. Водні біоценози розташовані в однорідних частинах водойм (наприклад, біоценози літоралі, дна озера тощо).

Ділянку середовища з більш-менш однорідними фізико-кліматичними умовами, яку займає біоценоз, називають біотопом (від грец. біос та топос - місце). Кожний біоценоз має певні характеристики: видове різноманіття, біомасу, продуктивність, густоту популяцій, площу або об'єм, які він займає.

Видове різноманіття - це сукупність популяцій різних видів, які входять до складу даного біоценозу. Існують біоценози з незначним (жаркі пустелі, тундра тощо) і багатим (тропічні ліси, коралові рифи тощо) видовим різноманіттям. Видове різноманіття залежить від тривалості існування біоценозу: в процесі становлення і розвитку біоценозу його видове різноманіття, як правило, збільшується. Види, які входять до складу біоценозу, мають різну чисельність. Види, популяції яких найчисленніші, називають домінантними. Домінантні види рослин визначають характер біоценозу в цілому (наприклад, ковила у ковиловому степу, дуб і граб у дубово-грабовому лісі). Є види, які створюють умови для існування інших і відіграють провідну роль у структурі й функціонуванні біоценозу, без яких він не може тривалий час існувати. Наприклад, сосна, яка росте на пісках, створює умови для оселення інших видів рослин і формування угруповання. Існує певний зв'язок між видовим різноманіттям біоценозу та ступенем домінування окремих видів: чим бідніше видовий склад, тим чіткіше виражене домінування.

Біомаса біоценозу - це сумарна маса особин різних видів у перерахунку на одиницю площі або об'єму.

Кожен біоценоз характеризується певною продуктивністю - біомасою, що створюється за одиницю часу. Розрізняють первинну і вторинну продуктивність. Первинна продуктивність - це біомаса, створена за одиницю часу автотрофними організмами, вторинна - гетеротрофними.

Кожен біоценоз має певну структуру: видову, просторову, екологічну. Видова структура зумовлена як видовим різноманіттям, так і співвідношенням чисельності та густоти популяцій окремих видів.

Просторова структура визначається насамперед просторовим розташуванням різних видів рослин - ярусністю. Розрізняють ярусність надземну і підземну. Надземна ярусність зумовлена певним розташуванням надземних частин різних видів рослин по висоті, а підземна - відповідно, кореневих систем по глибині. Виділяють до п'яти надземних ярусів рослинного угруповання і відповідну кількість підземних. Ярусне розташування рослин у біоценозі знижує гостроту конкуренції за світло: верхні яруси, як правило, займають світлолюбні рослини, а нижні - тіньовитривалі й тіньолюбні. Ярусне розташування рослин впливає також і на просторове розташування популяцій тварин, особливо тих видів, які трофічно або просторово тісно пов'язані з рослинністю.

Екологічна структура біоценозу визначається певним співвідношенням популяцій різних екологічних груп організмів (їхніх життєвих форм). За типом живлення всі організми належать до автотрофів, гетеротрофів чи мікотрофів.

Серед гетеротрофів розрізняють сапротрофів, хижаків, паразитів, фітофагів.

Сапротрофи – організми, які живляться рештками організмів або продуктами їхньої життєдіяльності. Зокрема, копрофаги споживають послід тварин і людини (жуки-гнойовики, личинки мух). Некрофаги (від грец. некрос - мертвий) поїдають трупи тварин (жуки-гробарики, гієни та ін.). Детритофаги (від лат. детритус - розтертий) - організми, які споживають подрібнену органіку - детрит, та мікроорганізми, що в ній містяться (дощові черви, личинки багатьох комах тощо).

Хижацтво – міжвидові взаємозв’язки тварин (рідше – між іншими організмами та тваринами), за яких одна особина (хижак) ловить, вбиває і споживає іншу (здобич). Хижацтво досить поширене серед різноманітних груп тварин – від найпростіших до ссавців. Хижаки трапляються і серед рослин (непентес, росичка).

Фітофагів (виїдання) – міжвидові взаємозв’язки рослиноїдних тварин (фітофагів) з рослинами, якими вони живляться.

Усі популяції організмів, які входять до складу певного біоценозу, пов’язані між собою прямими та непрямими зв’язками. Прямі зв’язки безпосередньо зв’язують популяції двох видів. У разі непрямих зв’язків популяція одного виду впливає на популяцію іншого опосередковано, через популяції третього. Наприклад, хижаки, регулюючи чисельність здобичі, водночас впливають і на популяції організмів, якими живляться жертви.

Отже, між популяціями різних видів, які входять до складу певного біоценозу, існують складні і різноманітні взаємозв’язки. Їхня сукупність забезпечує функціонування біоценозу як цілісної біологічної системи та його саморегуляцію. Чим розгалуженіші та різноманітніші взаємозв’язки, тим стабільніший біоценоз (наприклад, за достатньої видової різноманітності кілька видів фітофагів краще обмежують густоту популяцій певного виду рослин, ніж один).

Біогеоценоз та екосистема

Популяції різних видів, які входять до складу біоценозу, тісно взаємопов'язані не тільки між собою, але й з умовами фізичного середовища існування. Зокрема, вони дістають з довкілля певні речовини, потрібні для забезпечення їхньої життєдіяльності та виділяють туди продукти обміну. Таким чином угруповання організмів утворюють із фізичним середовищем певну систему — екосистему.

Екосистема - це сукупність організмів різних видів, які взаємодіють між собою і з фізичним середовищем існування таким чином, що всередині системи відбуваються потоки енергії та колообіг речовин, які забезпечують її видове різноманіття та створюють певну трофічну структуру.