Розділ 3. Біогеоценотичний рівень організації життя та місце людини в ньому при цьому її концентрація підвищується до небез- печної (біологічне накопичення).
Окис вуглецю, або чадний газу найбільшій кількості порівняно з іншими хімічними забрудню- вачами міститься в міському повітрі. Небезпека підвищення концентрації цього газу полягає в тому, що його не можна визначити органами чуттів. Го- ловним чином він потрапляє у повітря з вихлопних газів автомобілів. Високий вміст CO спричиняєть- ся до асфіксії (задухи), а малі концентрації до по- ступового збільшення в крові вмісту карбоксиге моглобіну. Ця речовина надзвичайно стійка, внаслі- док чого з гемоглобіном не може зв'язуватися ки- сень або вуглекислий газ. У людей з підвищеним вмістом карбоксигемоглобіну знижується рівень сприйняття зовнішніх подразнень, порушуються процеси мислення, координація рухів і адекватність прийняття рішень. Постійно високий рівень карбок- сигемоглобіну спостерігається в людей, які багато палять. Вони перебувають у стані підвищеного ри- зику раптового порушення серцевої діяльності. Якщо в нормі на долю карбоксигемоглобіну припадає 1 % загальної кількості гемоглобіну в крові, то у людей, які багато палять, цей показник в кінці дня може досягати 10 15 %.
Особливої уваги потребує вивчення канцероген- них властивостей речовин забруднювачів. В сере- дині XX ст. вчені помітили, що серед жителів США число випадків захворювання на рак легенів наба- гато нижче, ніж серед жителів Великобританії. Се- ред людей, народжених у Великобританії, що пере-
їхали на постійне проживання до США, рівень цієї хвороби також набагато нижчий, ніж серед спів- вітчизників. Це пояснюється тим, що традиційно у Великобританії дуже широко користувалися ву- гіллям і для опалювання, і для добування побуто- вого газу. Саме вмістом канцерогенів у продуктах згоряння та переробки вугілля пояснюється така статистика.
Збільшення вмісту в атмосфері метану може викликати парниковий ефект, оскільки метан затри- мує теплове випромінювання з поверхні планети.
Відстань, на якій відчувається дія джерел за- бруднення атмосфери, становить 30 50 км. Якщо оцінювати ефект забруднення твердими частка- ми або аерозолями, то слід враховувати висоту ди- марів підприємств, інтенсивність їхньої роботи І
414 тощо. Результати досліджень, проведених у різних країнах, свідчать про транскордонне перенесення забруднювачів.
Фізичні чинники це порушення цілісності ґрун- ту (механічні), зміни електромагнітного поля тощо.
Джерелом їх є звичайна оранка або розпушування фунту, будівельні роботи, лінії електропередач, си- лові установки, військове обладнання. Все більш помітним стає вплив рекреаційного навантаження, пов'язаний з масовим відвідуванням природних еко- систем відпочиваючими. Внаслідок цього поступо- во ущільнюється ґрунт, знищуються окремі види тварин, рослин та грибів. Найбільше таке наванта- ження припадає на парки, лісопарки, приміські ліси та луки, узбережжя водойм. Варто нагадати й про так зване шумове забруднення. Рівень шуму позна- чається на стані нервової системи людини; про це знали ще древні римляни, які регламентували рух колісниць вулицями міста. Надмірний шум тривалої дії може спричинити затримку розумового розвит- ку дітей, прискорити старіння організму. Періодич- ний вплив надмірного шуму може спричинити підви- щення тиску крові, зниження перистальтики кишків ника, секреції слинних залоз, порушити роботу ен- докринних залоз. Кількісний показник шуму гучність, вимірювана в децибелах (Дб). Комфорт- ним вважають рівень шуму до 25 Дб. Рівень шуму в 40 70 Дб спричинює порушення сну. Безпечними є звуки гучністю до 80 Дб. Гучність вище 85 Дб може спричинити негативні зміни функціонального стану організму людини. Навіть короткотривале перебування під впливом шуму в 105 Дб може при- звести до втрати слуху. До комбінованих чинників слід віднести, напри- клад, ерозію і зсуви ґрунту, спричинені сільськогос- подарським виробництвом чи будівництвом, загаль- не потепління, викликане підвищенням концентрації вуглекислого газу, та інші явища. В деградованих
ґрунтах зменшується вміст гумусу, погіршуються аерація і мікробіологічні показники.
Постійно діючими антропогенними чинниками слід вважати, наприклад, зміни в режимі ґрунтових вод, спричинені будівництвом. Так, унаслідок про- кладання каналів водопостачання на півдні України з часом відбулося підтоплення і засолення прилег- лих земель. У результаті цього із користування було виведено тисячі гектарів сільськогосподарських
3.1. Основи загальної екології та екології людини угідь, потерпіли жителі населених пунктів, позбав- лені якісної питної води. Медичний аспект цієї про- блеми полягає в загостренні епідеміологічної обстановки в таких регіонах. До періодичних антропогенних чинників можна віднести оранку, вирубку лісу. Ці чинники є контро- льованими, але й тут існує небезпека порушення цілісності екосистеми. Вирубка може призвести до різкої зміни чисельності окремих видів рослин або тварин. Якщо серед них виявляться переносники чи збудники хвороб людини, це може спричинити спа- лах захворюваності. Малопомітним антропогенним чинником є, наприк- лад, зміна концентрації органічної речовини в морській воді. Оскільки водні (особливо морські) екосистеми мають потужний потенціал утилізації органіки, до екстремальних наслідків цене призводить. Катастрофічні наслідки мають одномоментні викиди великих мас забруднювачів у природне се- редовище. До таких належить, зокрема, радіаційне забруднення довкілля в результаті чорнобильської катастрофи, виливи нафти під час аварій танкерів, пожежі, потужні вибухи. Чинником пристосувального рівня є зміна сольо- вого складу грунту, питної води тощо, внаслідок чого можуть виникати локальні зміни в ході життєдіяль- ності окремих популяцій. В сучасній природі його слід розглядати як додаткову рушійну силу мікрое золюційного процесу. Сигнальний вплив антропогенних чинників вира- жається в зміні місць проживання окремих видів. Наприклад, після зменшення токсичних викидів у атмосферу до міст повертаються співочі та хижі птахи, яких раніше можна було спостерігати тільки за межами індустріальних зон. Сучасна наука змогла встановити факти глобаль- них змін клімату, спричинених діяльністю людини. Знімки поверхні планети, зроблені в інфрачервоних променях, свідчать про наявність так званих "теп- лових островів" на місцях розташування міст. Причиною цього, зокрема, є покриття поверхні асфальтом та іншими матеріалами, які нагріваються кра- ще, ніж грунт. Потужні викиди тепла від працюю- чих агрегатів ще більше посилюють цей ефект. Зміни газового складу атмосфери над промисловими містами призводять до формування смогу, що негативно позначається на здоров'ї людей. Якість води, яка конденсується в повітрі і випа- дає у вигляді дощу, також іноді суттєво змінюється внаслідок викидів у атмосферу речовин забрудню вачів. Підвищення концентрації в повітрі окислів сірки й азоту викликає збільшення кислотності до- щової води. Першими на це реагують рослини, а вже згодом тварини, котрі позбавляються дже- рел харчування. Крім того, в повітрі відбуваються фотохімічні реакції між окисом азоту і вуглецьвміс ними сполуками, в результаті яких утворюються рідкі біологічно активні сполуки, здатні негативно впливати на стан здоров'я. Екстремальний випадок, пов'язаний зі смогом, мав місце у 1952 р. в Лон- доні. Тоді впродовж пяти днів через забруднення повітря померло близько 5000 людей. Виявилося, що екстремальний негативний ефект окису сірки дося- гається у випадку поєднання цієї речовини з твер- дими частками, завислими в повітрі. Екологічний оптимум Екологічні чинники поділяються на постійні (гра- вітація) і непостійні (більшість абіотичних, всі біо- тичні та антропогенні). Параметри (інтенсивність дії) непостійних чинників змінюються в певних межах. Вплив екологічного чинника на організм (еко- систему) залежить від його природи та інтенсив- ності. Нейтральні абіотичні чинники, як, наприклад, потоки нейтрино, що постійно пронизують усю планету, не викликають в живих системах специфічних зворотних реакцій. На сьогодні людина не в змозі експериментально змінювати цей параметр. Реш- та чинників вимагають біологічної адаптації. Рівень адаптації залежить від рівня впливу чинника. Біологічний оптимум це такий рівень впливу окремого чинника, за якого живі системи здійсню- ють свої функції з найвищою інтенсивністю і найви- щими регенераційними показниками. Біологічний мінімум це мінімальне значення екологічного параметра, нижче якого система гине. Біологічний максимум це рівень параметрів екологічного чин- ника, вище якого система припиняє функціонуван- ня. Часто поняття "біологічний оптимум" ототож- нюють з поняттям "фізіологічний оптимум. Різни- ця між ними полягає в тому, що біологічний оптимум передбачає умови, за яких організми досяга- ють найвищих репродуктивних показників, а фізіо- логічний оптимум описує стан окремого організму.
415
Розділ 3. Біогеоценотичний рівень організації життя Стан популяції або екосистеми, при якому вона виявляє найвищі показники життєдіяльності, опису- ють поняттям екологічний оптимум.
Біологічний песимум це стан живої системи, близький до біологічного мінімуму або максимуму, але за умови збереження системою життєздатності.
Інколи такий стан називають межею витрива-
лості. Екологічна валентність це здатність сис- теми витримувати коливання параметрів чинника.
Якщо система має високу екологічну валентність за кількома чинниками, то її вважають еврибіонт
ною, якщо ж екологічна валентність системи низь- ка стенобіонтною. Будь який чинник, параметри якого перебувають на рівні біологічного песимуму, може стати ліміту-
ючим. Вперше таку закономірність для рослин вста- новив німецький дослідник Ю. Лібіх (1864). Якщо за оптимальних значень таких чинників, як температура, світло, мінеральні солі, повітря тощо рівень вологості грунту нижчий за біологічний песимум для певного виду рослини, то розвиток її з насінини буде неможливим. Якщо за оптимальних значень усіх екологічних чинників парціальний тиск кисню в повітрі буде нижчий від біологічного мінімуму, лю- дина загине, і саме вміст кисню в повітрі виступить як лімітуючий екологічний чинник.
Сукупна дія екологічних чинників може виража- тися в тому, що один чинник підсилює, послаблює чи компенсує вплив іншого. Так, підвищення воло- гості повітря може бути досягнуте шляхом підси- лення випаровування води або зниження темпера- тури повітря. та місце ЛЮДИНИ в ньому спільними ресурсами. Екосистема характеризуєть- ся як властивостями окремих її компонентів, так і специфічними рисами, створеними нею. Це потік речовини і потік енергії. Згідно другого закону термодинаміки екосисте- маяк будь яка жива система, поглинає світлову енергію, перетворює її у енергію ковалентних зв'язків органічних сполук, а потім послідовно пе- ретворює її в механічну, електричну, світлову енер- гію тощо. Накожному етапі перетворення мають місце закономірні втрати енергії у вигляді тепла. Екосистема є елементарною структурно функціо- нальною одиницею біосфери, в рамках якої мають місце прояви кругообігу речовин і енергії. Екосисте- ма може займати різний гіпероб'єм: від об'єму крап- лини води, в якій співіснують мікроскопічні авто та гетеротрофи, до усієї живої оболонки Землі. Екосис- тема може бути природною або створеною штучно (наприклад, внутрішній простір космічного корабля. Природні екосистеми формуються спонтанно шляхом конкурентного взаємовиключення видів (по- пуляцій) у ході вибору ними (диференціації) екологіч- них ніш (рис. 3.1). Екологічна ніша це сукупність параметрів середовища, які характеризують місце виду веко- системі. Кожен вид має свою просторову нішу (пев- ний об'єм простору, що залежить від розмірів осо- бин, їхньої рухливості, чисельності, та трофічну нішу, що визначається харчовими потребами виду. Тро- фічна ніша широка утих видів, які мають різно- манітні харчові вподобання (всеїдні), і вузька у спеціалізованих видів (наприклад, ендопаразит лю- дини аскарида людська). На планеті існує два основних середовища, де закладаються екологічні ніші організмів: водне і повітряне. Виділяють також ґрунтове середовище, підземне (фреатичне) і внутрішнє середовище організмів (середовище існування ендопаразитів). Залежно від того, які трофічні категорії організмів входять до складу екосистем, виділяють повноч ленні і неповночленні екосистеми. Так, неповно членними є екосистеми підземних озер, де відсут- ня власна біопродукція. Первинні екосистеми є такими, що сформува- лися в умовах середовища, не зміненого діяльністю будь яких живих організмів. Розвиток екосистеми Перше чітке визначення екосистеми було наведено англійським вченим А. Тенслі у 1935 р. В су- часній біології екосистемою називають сукупність популяцій автотрофних і гетеротрофних організмів, пов'язаних між собою трофічними та енергетични- ми зв'язками, спільною територією чи акваторією. Екосистема є відкритою системою, має здатність до саморегуляції і може існувати тривалий час. Організми (популяції) в межах екосистеми поєднані 416 Екосистеми. Перетво-рення речовини та енергії в екосистемах
3.1. Основи загальної екології та екології людини Рис 3.1
Природні е коси стем и . на первинному субстраті називають екогенезом.
Класичний приклад такого явища представляють наслідки всесвітньо відомої природної катастрофи на острові Кракатау в Індонезії. У 1883 році унаслі- док вибуху вулкана все живе на цьому острові було повністю знищено. Протягом 50 років потому відбу- валося поступове заселення острова. Найближчи- ми островами були Ява, Суматра та кілька дрібних островів, віддалених на десятки кілометрів. Зароки після катастрофи першими з'явилися плівки ціано- бактерій, що вкрили застиглі потоки лави і каміння,
їхні спори було занесено повітряними потоками.
Згодом з'явилися перші спорові рослини, згодом насінні. Поступово прибували тварини, навіть змії змогли переплисти. За 50 років після катастрофи на острові було зареєстровано близько 1200 видів жи- вих організмів. За більш ніж 100 років екосистема острова не набула стабільних показників, що озна- чає продовження її становлення.
Вторинні екосистеми формуються або існують в умовах середовища, змінених під дією живих організмів, у тому числі й людини. У порівнянні з природними, вторинні антропогенні екосистеми ма- ють нестабільний видовий склад, значні коливання приросту біомаси і загалом нижчу біопродуктив ність. Процес утворення вторинних екосистем зви- чайно підлягає поняттю "сукцесія", оскільки в ході
їх становлення відбувається поступова зміна видового складу угруповань. Сукцесія — явище посту- пової зміни одних біоценозів іншими на певній ділянці території (рис. 3.2).
Антропогенними називають екосистеми, в яких видовий склад та (або) фізичні параметри середо- вища певною мірою контролюються людиною. Вони поділяються на дві категорії: культиваційні і руде ральтті. Культиваційні антропогенні екосистеми є результатом керованого використання природних ресурсів, при якому людина прагне поповнити їх втра
Рис. 3.2
Лісова пожежа може обумовити формування вторинної екосис- теми на місці первинної.
417
Розділ 3. Біогеоценотичний рівень організації життя Рис 3.3
Антропогенна екосистема. Вирощування цукрового буряка.
ти. Залежно від напрямку господарської діяльності культиваційні екосистеми бувають промисловими
(лісові насадження, рибогосподарські ставки, аг- рарними (посіви, пасовища) і рекреаційними (парки, сквери, декоративні водойми) (рис. 3.3).
Найбільшою проблемою культиваційних екоси- стем є відсутність власного механізму кругообігу речовин, оскільки людина відбирає з них ті ресур- си, які їй необхідні, незалежно від ступеня їх відтво рюваності. Це викликає потребив штучному по- новленні таких ресурсів шляхом насадження і висі- вання рослин, штучного вирощування окремих видів тварин, внесення мінеральних і органічних добрив. Тому такі екосистеми неспроможні існу- вати довгий час і без контролю з боку людини швидко перетворюються у вторинні. Рудеральні
екосистеми формуються на механічно або хімічно пошкоджених людиною ґрунтах і складаються пе- редусім з видів, які мають високу екологічну пла- стичність, експлерентів. Вони швидко займають вільні еконіші, швидко розмножуються і швидко зни- кають, уникаючи конкуренції. До них належать зай- няті бур'янами занедбані орні землі, звалища, при- дорожні смуги тощо. З медичної точки зору є по- тенційними джерелами розповсюдження перенос- ників збудників хвороб людини.
Найважливішими типами взаємовідносин між організмами в екосистемі є трофічні та енергетичні, тому що вони визначають параметри середовища в межах екосистеми. Кожна екосистема займає
418 та місце ЛЮДИНИ в ньому певний біотоп. Біотоп це ділянка території чи акваторії, на якій існують однорідні абіотичні умо- ви, зайнята біоценозом. Екотоп — це біотоп, який набув певних змін внаслідок діяльності живих організмів. Наприклад, ділянка, зайнята лісом, являє собою екотоп, адже ґрунт, в якому знаходяться ко- реневі системи рослин і живуть нижчі тварини, є результатом діяльності живих організмів. Крім того, екотоп характеризується власним мікрокліматом, він має власні добові (перепади температури), се- зонні (весняний розлив річок на заплавних луках) та вікові (зміна рослинності з лучної на степову) ритми. В межах екосистеми формується біоценоз історично складена сукупність об'єднаних спільним біотопом популяцій різних видів організмів (рослин, тварин, грибів, мікроорганізмів), які характеризу- ються пристосованістю до умов навколишнього середовища, певними взаємовідносинами, прямими або опосередкованими трофічними зв'язками. Біо- ценоз це динамічна система, яка постійно змі- нюється якісно і кількісно. Сукупність рослин, що входять у біоценоз, виділяють у фітоценоз, тварин у зооценоз тощо. Вперше поняття "біоценоз" вико- ристав у 1877 р. німецький зоолог К. Мебіус. Істо- рично складену сукупність популяцій організмів, об'єднаних спільним біотопом, але без урахування існуючих між ними зв'язків, називають біотою. Взаємообумовлений комплекс наземного біоце- нозу і екотопа називають біогеоценозом. В межах біогеоценозів здійснюються процеси обміну речовини і енергії наземних екосистем. Просторові межі біогеоценозу співпадають з просторовими межами фітоценозу. Головними параметрами екосистем є видовий склад, чисельність популяцій, біомаса та біопродук тивність. Біомаса — загальна маса живої органіч- ної речовини особини, популяції, угруповання чи біо- ценозу в цілому, яка припадає на одиницю поверхні або об'єму. Це найбільш уживане поняття веко- логії. Біомасу виражають зазвичай у масі сухої або живої речовини. Фітомасою називають біомасу рос- линного компонента екосистеми, зоомасою масу тваринного компонента Біопродуктивність кількість сухої органічної речовини, яка створена екосистемою або її частиною за одиницю часу на одиниці площі (об'єму).
3.1. Основи загальної екології та екології людини
Трофічна структура екосистем основана на хар- чових потребах і життєвій стратегії учасників. їх поділяють натри головні категорії: продуценти,
консументи і редуценти.
Продуценти це автотрофні організми, які син- тезують органічні речовини з використанням зов- нішніх джерел енергії (енергія Сонця для фотосин тезуючих зелених рослин і прокаріотів або енергія окислювально відновлювальних реакцій зі сполука- ми окремих хімічних елементів для прокаріотів хе мотрофів). Біомаса продуцентів складає первинну продукцію екосистем. Сумарна маса усіх проду- центів біосфери складає біля 95 % маси усіх живих організмів.
Консументи це гетеротрофні організми, які споживають живу біомасу (і, відповідно, акумульо- вану в ній енергію) автотрофів або гетеротрофів.
Залежно від харчових потреб виділяють консу ментів першого, другого і вищих порядків. Первинні
консументи це облігатно залежні від автотрофів гетеротрофи, які вживають у їжу біомасу проду- центів (рослиноїдні тварини вівця, кінь, корова, заєць, товстолоб, дафнія, гусінь). Вторинні консу-
менти споживачі біомаси первинних консументів
(вовк, ластівка). Третинні консументи хижаки, які вживають у їжу вторинних консументів. Вони присутні не у всіх типах екосистем. Особливий статус мають паразити і всеїдні гетеротрофи, до яких належить і людина. Залежно від уживаної їжі консу- ментів поділяють на фітофагів (рослиноїдних), зоо- фагів (хижих), некрофагів (споживачі трупів), коп рофагів (споживачі екскрементів). Міксотрофні
організми поєднують у собі здатність харчуватися авто або гетеротрофним шляхом залежно від об- ставин. Всеїдні консументи можуть вживати їжу різноманітного походження. Наприклад, єнотовид на собака, поширена в Україні, харчується тварин- ною, рослинною їжею, а в скрутних умовах може бути некро і копрофа гом.
Редуценти це гетеротрофні або міксотрофні організми, які живляться мертвою органікою рос- линного походження (сапрофаги, або напіврозкла деною органікою (детритофаги). Значення цієї ка тегорії організмів полягає в тому, що вони розкла- дають складні органічні сполуки до простих органіч- них і неорганічних. В останньому випадку мова йде про мінералізацію детриту (слід зазначити, що час- ткова мінералізація органіки протікає у всіх без ви- нятку організмів). Планетарна роль детритофагів полягає якраз в мінералізації решток, які постійно накопичуються в ході життєдіяльності організмів.
Передусім редуцентами виступають бактерії та гриби. Аеробні редуценти відновлюють азот до молекулярного стану, сірку до сірководню. Анае-
робні виробляють метан, водень, різні вуг
лецьвмісні сполуки. Основна частина мінералізації наземної органіки відбувається у ґрунті. Інтен- сивність процесів мінералізації настільки велика, що весь органічний опад широколистяних лісів помірної зони повністю розкладається протягом 2 А років, хвойних за 4 5, а тропічних зароки.
Енергія потрапляє в екосистему у формі соняч- ного випромінювання, яке зелені рослини перетво- рюють в енергію хімічних зв'язків органічних спо- лук. Екосистеми відрізняються між собою, зокре- май первинною продуктивністю. Вона є показ- ником ефективності асиміляції сонячної енергії. Пер- винна продукція екосистеми це кількість асимільо- ваної нею енергії. Загальна продукція екосистеми це вся енергія, асимільована в ході фотосинтезу. Чиста продукція екосистеми це частка загальної продукції, котра виражається в прирості біомаси.
Показники чистої продукції наземних і водних екосистем суттєво різняться. Серед наземних еко- систем найбільше її утворюється в тропічних лісах, а найменше в тундрі і пустелях; серед водних найбільше у відкритому океані.
Лише 0,1 % світлової енергії, що падає на повер- хню планети, асимілюється рослинами (в наземних екосистемах 0,3 %), а біля 40 % її поглинається атмосферою і випромінюється в космосу вигляді тепла. Кількість енергії, що припадає на одиницю площі поверхні планети, суттєво коливається залеж- но від висоти над рівнем моря, клімату, рельєфу.
Послідовність трансформації речовини та енергії в межах екосистеми забезпечується наявністю тро- фічних ланцюгів. Трофічний ланцюг це ряд жи- вих організмів, пов'язаних між собою трофічними зв'язками. Одночасно в екосистемі може існувати багато трофічних ланцюгів, що визначається хар- човими потребами її членів. Кожна ланка одного трофічного ланцюга складає окремий трофічний
419
|
Скачать 14.51 Mb.