Тема. Абіотичні фактори середовища

1. Абіотичний фактор — повітря

Фактор	Вплив на організм рослин	Пристосованість (адаптації) до різних факторів
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)

2. Абіотичний фактор — температура

Фактор	Вплив на організм рослин	Пристосованість (адаптації) рослин і тварин до різних значень фактора
При низьких температурах	При високих температурах
Температура (середньомісячні літні й зимові коливання температури повітря, води, ґрунту)	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; • розвинена коренева система
	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 інтенсивності окисних процесів. 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. Завдання 2. Серед перелічених тварин назвіть теплокровних (тобто з постійною температурою тіла). 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

3. Абіотичний фактор — вологість

ü Запитання для обговорення в групі (фронтально)

— 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 і тварин до різних значень фактора
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

4. Абіотичний фактор — світло

Світло 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 промені довжина хвилі 0,41–0,74 мкм, забезпечують зеленим рослинам і деяким прокаріотам фотосинтез Інфрачервоні промені довжина 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
Зміну дня й ночі, зміну тривалості світлового періоду доби організми використовують як сигнали для розподілу своїх функцій у часі й для розподілу життєвих циклів таким чином, щоб використовувати найбільш сприятливі умови. 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