ПОПУЛЯЦІЯ, ЕКОСИСТЕМА, БІОСФЕРА
Роль живих організмів у перетворенні оболонок Землі.
Роль живих організмів у відкладанні осадових порід. Осадові породи (крейда, вапняк, кремнезем, радіолярити) виникають на дні водойм унаслідок нашарування речовин із решток живих організмів: ціанобактерій, діатомових та інших водоростей, радіолярій, фо¬рамініфер, коралів, молюсків тощо. Живі організми протягом життя у своїх скелетах, черепашках, панцирах накопичують сполуки кремнію, кальцію, фосфору тощо.
Упродовж усієї історії біосфери утворювалися поклади крейди та вапняків. Найінтенсивніше цей процес відбувався під час крейдяного періоду мезозойської ери. Саме в цей час відбувалося масове розмноження морських одноклітинних — форамініфер. Черепашки форамініфер складаються з вуглекислого кальцію. Активну участь у формуванні покладів крейди та вапняку беруть також колоніальні ціанобактерії із захисними оболонками з вуглекислого кальцію, коралові поліпи, вусоногі рачки, двостулкові молюски тощо. Черепашки і скелети померлих організмів нашаровувались на дні морів, утворюючи вапняковий мул. Внаслідок хімічних проце¬сів та за умов високого тиску мул перетворювався на крейду або вапняк. Завдяки геологічним процесам деякі ділянки морського дна піднімалися, внаслідок чого виникли гірські хребти з вапняку (Кавказькі гори, Гімалаї, Альпи).
Кремнеземові осадові породи утворилися завдяки радіоляріям та діатомовим водоростям. Переважно за рахунок скелетів радіолярій формуються радіолярити у вигляді крем’яних глин, родовищ напівкоштовних каменів (опала, яшми тощо). Острів Барбадос у Карибському морі складається з радіоляритів.
Рештками особливих вимерлих морських тварин, які мали черепашки з фосфату кальцію, утворені поклади фосфоритів та апатитів. Ці речовини — солі фосфорних кислот, які використовують як мінеральні добрива та сировину для промисловості.
Особливі умови перетворень відмерлих решток рослин привели до утворення кам’яного вугілля — із викопних вищих спорових, бурого вугілля — із викопних голонасінних, торфу — із мохів. Наслідками діяльності залізобактерій є формування впродовж усього існування біосфери покладів залізної руди.
Беруть участь живі організми (наприклад, лишайники) у вивітрюванні та руйнуванні гірських порід.
Роль живих організмів у процесах ґрунтоутворення.
Ґрунт формується різноманітними живими істотами, що мешкають у ньому. Без ґрунту неможливий розвиток наземних біогеоценозів.
Ґрунтоутворювальні процеси забезпечуються як живими організмами, так і впливом води, повітря та кліматичних факторів. Основна властивість ґрунтів — родючість. Вона забезпечується шпаристістю ґрунтів, шаром гумусу, розмірами часток материнської породи тощо. Шар гумусу визначається діяльністю мешканців ґрунту (мікроорганізмами, комахами, дощовими червами). Тварини (кріт, сліпак) впливають також на структуру ґрунтів. У ґрунті на його поверхні відбуваються такі процеси, як розкладання органічних речовин до мінеральних (мінералізація), утворення та розкладання гумусу, руйнування мінеральних порід. Темне забарвлення ґрунту зумовлене наявністю пігментів меланінів. Ці пігменти потрапляють у грунт після відмирання міцелію грибів.
Вплив живих організмів на газовий склад атмосфери.
Весь атмосферний кисень має фотосинтетичне походження. Кисень використовують аеробні організми у процесі дихання. Вуглекислий виділяється у процесі дихання, а також внаслідок діяльності продуцентів.
Діяльність людини змінює співвідношення кисню і вуглекислого газу в атмосфері. Підвищення вмісту вуглекислого газу веде до «парникового ефекту» — зміни клімату на планеті, глобального підвищення температури (потепління).
Зміст азоту підтримується діяльністю живих організмів у процесі колообігу.
Екологія (від грец. оікос; — будинок, дім та Хоуос; — наука, учення) — наука про взаємовідносини живих організмів і угруповань між собою та з навколишнім середовищем.
Екологія — наукова дисципліна, один із розділів біології, який досліджує взаємовідносини між біотичними та соціальними цілісностями та їхнім довкіллям.
Екологічна структура виду. Екологічна ніша Вид — це група особин, які мають спільні ознаки, здатні до взаємного схрещування, дають плідне потомство і займають певну територію (ареал).
Вид — одна з головних одиниць біологічної класифікації, таксономічна категорія Ареал (від латин, агеа — область) — область розповсюдження таксону (наприклад виду).
Екологічна ніша — це місце, яке займає вид в біоценозі, що включає комплекс біоценотичних зв’язків і вимог до факторів середовища.
Екологічна ніша описує взаємовідносини виду або популяції з екосистемою та їхнє в ній розташування.
Популяція як структурна одиниця виду Популяція (від латин, рориіиз — народ, населення) — сукупність організмів, що займають обмежений ареал, мають спільне походження за фенотипом та географічно ізольовані від інших популяцій цього виду. Ріст популяції — це співвідношення народжуваності і смертності.
Елементарна (локальна) популяція — це сукупність особин одного виду, що займають невелику ділянку однорідної площі (наприклад, стайка риб одного виду в озері).
Екологічна популяція — це сукупність елементарних популяцій, внутрішньовидові угруповання в конкретних біоценозах (наприклад, риби одного виду у всіх зграях в озері).
Географічна популяція — це сукупність екологічних популяцій, що заселяють географічно схожі райони (наприклад, риби одного виду в усіх водоймах певної географічної зони).
Основні характеристики популяцій:
1. Чисельність — загальна кількість особин у популяції.
2. Запас біомаси популяції.
3. Густота — кількість особин на одиницю території (або об’єму простору). Динаміка чисельності і густоти (визначається народжуваністю, смертністю
і міграціями).
– 4. Народжуваність — кількість нових особин за певний проміжок часу на одну особину (буває абсолютна і
питома).
5. Смертність — кількість померлих особин за певний проміжок часу.
6. Міграції.
7. Ріст популяції — співвідношення народжуваності та смертності.
Статева структура популяції
Співвідношення статей — це відношення кількості самців до кількості самок або кількості самців до загальної кількості самців і самок. Співвідношення чоловічої
і жіночої статей в популяції має важливе екологічне значення, оскільки воно безпосередньо пов’язане із потенціалом її розмноження, а отже, впливає на життєдіяльність усієї екосистеми. Причому це стосується лише роздільностатевих організмів.
У популяціях розрізняють одностатеві і двостатеві структури. Одностатеві популяції складаються лише з жіночих особин і розмножуються партеногенезом (розвиток яйцеклітини відбувається без запліднення). У природі більш поширеними є двостатеві популяції.
Роздільностатеві види переважають у тваринному світі і зрідка трапляються
в рослин. Гермафродитизм (наявність в одного організму чоловічих і жіночих органів розмноження) характерний для безхребетних та вищих рослин.
Екологічні чинники – це будь – які умови середовища, які здатні прямо чи опосередковано впливати на живі організми та на характер їх взаємовідносин
Виділяють три основні групи чинників за характером походження:
1. Абіотичні — вплив неживої природи на організми та їхні угруповання.
Абіотичні чинники поділяються на:
• кліматичні (температура, світло, сонячна радіація, вода, вітер, кислотність, солоність, вогонь, опади);
• орографічні (рельєф, нахил схилу, експозиція);
• геологічні.
2. Біотичні — взаємний вплив одних живих організмів на інші.
3. Антропогенні — вплив на живу природу життєдіяльності людини.
За характером дії екологічні чинники поділяють на:
1 • Стабільні чинники — ті, дія яких не змінюється протягом тривалого часу (земне тяжіння, дія магнітного поля, склад атмосфери тощо). Вони зумовлюють загальні пристосування організмів, визначають належність їх до мешканців певного середовища планети Земля.
2. Змінні чинники — ті, дія яких не є постійною складовою загального впливу середовища.
Змінні чинники поділяються на:
• закономірно змінні — періодичність добових і сезонних змін. Ці фактори зумовлюють певну циклічність у житті організмів (міграції, сплячку, добову активність та інші періодичні явища і життєві ритми);
• випадково змінні — об’єднують біотичні, абіотичні і антропогенні чинники, дія яких повторюється без певної періодичності (коливання температури, дощ, вітер, град, епідемії, вплив хижаків та інші).
На життєдіяльності організму негативно позначається як недостатня, так і надмірна дія будь-якого чинника. Сила чинника, що сприяє життєдіяльності організму, називається зоною оптимуму. Межа витривалості організму лежить між верхньою та нижньою межами величини чинника, за якої організмам загрожує загибель. Зони пригніченого стану називають зонами песимуму.
Екологічна валентність — це ступінь пристосованості живого організму до змін умов середовища. Кількісно екологічна валентність виражається діапазоном середовища, у межах якого певний вид зберігає нормальну життєдіяльність.
Природним навколишнім середовищем, або навколишнім середовищем, або довкіллям, називають всі живі та неживі об’єкти, що природно існують на Землі або в деякій її частині (наприклад навколишнє середовище країни).
Середовище існування — це сукупність умов, у яких мешкають особини, популяції і угруповання організмів різних видів.
ГЕНОТИП ЯК ЦІЛІСНА СИСТЕМА
Біотехнологія (від грецьк. біос — життя, технос — майстерність, мистецтво, логос — слово, вчення) — це сукупність промислових методів, що застосовуються у виробництві з використанням живих організмів або біологічних явищ, процесів для отримання певних речовин. Термін вживається з 70-х років XX сторіччя.
Основні напрямки біотехнології:
1. виробництво речовин (вітамінів, гормонів, антибіотиків),
2. кормів для тварин (кормові дріжджі, силос),
3. застосування біологічних процесів для очищення навколишнього середовища (стічних вод, водойм),
4. розроблення біологічних методів боротьби зі шкідниками сільського господарства, паразитами.
Методи біотехнології вживає людина з давніх часів (виготовлення сиру, виноробство тощо). У наш час — широко застосовуються, особливо з використанням мікроорганізмів. До мікроорганізмів відносять одноклітинні гриби, рослини (водорості), бактерії тощо. Вони мають переважно гаплоїдний набір хромосом.
Одними з сучасних методів є методи клітинної, хромосомної та генної інженерії’.
Клітинна інженерія. Заснована на культивації окремих клітин і тканин на спеціально створених штучних середовищах. Такі середовища містять мінеральні солі, амінокислоти, гормони та інші речовини, необхідні для підтримки життєдіяльності клітин чи тканин.
Одним із напрямків є створення культур клітин (тканин). Культури клітин вирощують на поживних середовищах із соматичних клітин. Окремі рослинні клітини мають властивість (тотипатент-ність) — регенерують до повноцінних рослин. При цьому всі рослини мають ідентичну спадкову інформацію. Таким чином отримують клон. Клон (від грецьк. клон — нащадок, гілка) — це клітини або нащадки, що виникли від спільного предка. Клон отриму-ють при вегетативному розмноженні рослин, брунькуванні рослин, грибів, тварин, фрагментації тварин.
У тварин штучно отримують клон, якщо з незаплідненої яйцеклітини видаляють ядро та замінюють його ядром із соматичної клітини. Таким чином отримують точну генетичну копію організму, що клонують.
Новим методом клітинної інженерії є отримання в рослин гаплоїдів (метод гаплоїдів). Для цього пророщують пилок і отримують з нього повноцінну рослину, клітини якої мають гаплоїдний набір клітин. Цей метод дозволяє швидше вивести чисті лінії — гомозиготні за властивостями рослини (при збільшенні набору хромосом удвічі).
Достатньо новим методом є метод гібридизації соматичних клітин. Цей метод дозволяє поєднати після спеціальної обробки кілька соматичних клітин організмів, віддалених у систематичному відношенні (людини та моркви, курки та миші). Переважно ядра при цьому не зливаються, а існують поруч. Клітини не здатні до поділу. За їх допомогою створюють препарати, що підвищують стійкість до різних інфекцій, ракових захворювань.
Хромосомна інженерія. Пов’язана з заміною, доданням або вилученням хромосом. За допомогою хромосомної інженерії можлива заміна хромосом зі слабкими властивостями одного сорту на хромосоми з кращими властивостями іншого сорту рослин (замінні лінії). Можливе також введення додаткової пари хромосом з ознаками, відсутніми в першого сорту рослин (додаткові лінії).
Генна (генетична) інженерія. Це штучне перенесення (трансгенез) від одного виду організмів до іншого, вилучення або додання необхідних генів. Такі види організмів можуть бути віддалені за походженням. Ген, що переноситься, видаляється з клітин бактерій, рослин або тварин чи синтезується штучно.
Введення генів еукаріот у клітини бактерій дозволило отримати деякі важливі речовини (гормони, вітаміни, ферменти, рРНК). Наприклад, введення необхідного гену у клітини кишкової палички привело до синтезу інсуліну людини, необхідного для лікування цукрового діабету.
Поза організмом уперше був здійснений синтез у 1969 році в США індійським вченим Г. Хорана. Штучний* синтез генів — процес складний. Тому частіше гени видаляють із геномів організмів.
Для перенесення та введення генів у клітини прокаріот використовують віруси
(бактеріофаги) та плазміди,
Рослини та тварини, геном яких змінений завдяки генній інженерії, називаються трансгенними, або хімерами.
За допомогою генної інженерії можливе видалення дефектних генів на ранніх стадіях розвитку’, заміна їх нормальними генами.
Штучні зміни організмів можливі на ранніх етапах розвитку — ембріональна інженерія, яка заснована на явищі ембріональної індукції.
ЗАВДАННЯ СУЧАСНОЇ СЕЛЕКЦІЇ
Селекція — це наука про створення нових та поліпшення існуючих сортів рослин, порід тварин і штамів мікроорганізмів. Селекція є галуззю практичного застосування генетики.
Це необхідність підвищення продуктивності рослин, тварин, мікроорганізмів, виведення нових порід, сортів, штамів, що забезпечить максимальне виробництво харчових та інших продуктів з мінімальними затратами.
Породою тварин, сортом рослин називають сукупність особин одного виду з особливими спадковими ознаками (удійністю, продуктивністю тощо), створеними людиною за допомогою штучного добору.
Штамом називають чисту культуру (потомство однієї клітини) мікроорганізмів. Від однієї клітини можна отримати різні штами. Вони будуть відрізнятися продуктивністю, чутливістю до препаратів тощо.
Порода, сорт і штам переважно не можуть існувати самостійно, без певного втручання людини. Не завжди сорти рослин і породи тварин можуть проявляти ті ж самі властивості, що і в тій місцевості, де були виведені.
ОСНОВНІ МЕТОДИ СЕЛЕКЦІЇ
Штучний добір. Теоретичні основи теорії штучного добору висунув англійський учений Ч. Дарвін. Він довів, що породи тварин, сорти рослин мають одного спільного пращура. Вони не є самостійними видами. Людина формувала породи і сорти за власними інтересами, іноді, навіть, на шкоду тваринам і рослинам, знижуючи їх життєздатність.
Штучний добір може проводитись свідомо або несвідомо. Несвідомо людина почала проводити добір з моменту одомашнення тварин. Сучасний добір проводиться свідомо, на основі знань генетики і селекції, тобто законів спадкування і мінливості.
Штучний добір може бути масовим або індивідуальним. Масовий добір застосовують переважно для рослин. При цьому людина вибирає насіння, цибулини від рослин із найкращими фенотиповими ознаками. Тим самим бажана ознака все більше розвивається. Масовий добір можливий для рослин, тому що за вегетаційний період можна отримати велику кількість насіння, кілька врожаїв за сезон тощо.
Індивідуальний добір застосовується переважно для тварин. Тварини малоплодючі, потомство не можна отримати швидко. Для поліпшення породи, сорту для розмноження залишають окремих особин, ретельно вивчають їх генотип і фенотип.
Гібридизація* Це процес отримання іібридів. Він ґрунтується на об’єднанні генетичного матеріалу різних клітин і організмів. Утворюються гібриди тільки за участю статевого процесу або при з’єднанні соматичних клітин.
Гібридизація може проводитися в межах одного виду і називається внутрішньовидовою. Внутрішньовидова гібридизація буває спорідненою та неспорідненою. Гібридизація між різними видами називається міжвидовою.
Внутрішньовидова гібридизація. Споріднене схрещування, або інбридинг — це
схрещування організмів, що мають спільних пращурів. Споріднене схрещування можна спостерігати в самозапильних рослин, гермафродитних тварин. Залежно від ступеня спорідненості буває більш (жорсткий) або менш (м’який) тісний. Жорсткий інбридинг — це схрещування мати і сина, батька і доньки, рідних брата з сестрою, з. м’який — це схрещування споріднених організмів у четвертому та наступних поколіннях.
При спорідненому схрещуванні з кожним поколінням підвищується гомозиготність гібридів. Більшість шкідливих мутацій знаходиться в рецесивних генах. Наслідком спорідненого схрещування є ослаблення, навіть виродження потомків. Проявляються важкі хвороби, різні спадкові аномалії.
У селекції широко використовується споріднене схрещування, бо на ньому засновано виведення чистих ліній. За допомогою спорідненого схрещування підтримуються породи, закріплюються дуже рідкісні бажані ознаки.
Неспоріднене схрещування, або аутбридинг – Це схрещування організмів, які не мають тісних родинних зв’язків. Це схрещування представників різних ліній, сортів, порід, що належать до одного виду. Неспорідненими вважають організми, які не мали спільних предків протягом попередніх шести поколінь. Застосовують для поєднання цінних властивостей різних ліній у потомстві. Аутбридинг застосовують для підвищення життєздатності породних або сортових ліній, дозволяє запобігати їх ви¬родженню. При неспорідненому схрещуванні можна часто спостерігати явище гетерозису.
Гетерозис — це явище, за якого перше покоління гібридів від неспорідненого схрещування має підвищену продуктивність, життєздатність, порівняно з батьківськими формами. У гетерозисних організмів більшість алелей переходить у гетерозиготний стан. Повний прояв гетерозису спостерігається лише в першому поколінні. Далі алелі поступово будуть переходити до гомозиготного стану, ефект слабшає.
Застосовується широко в сільському господарстві. Тому в селекційній роботі завжди підтримуються чисті лінії.
Віддалена, або міжвидова гібридизація. Це схрещування особин різних видів. Є перспективним методом селекційної роботи. Проводять із метою поєднання цінних якостей, що властиві особинам різних видів. За допомогою віддаленої гібридизації було отримано гібрид пшениці й пирію, що має велику продуктивність, стійкість до полягання; жита з пшеницею (тритікале), малини та ожини тощо.
З давніх часів проводять віддалену гібридизацію, щоб отримати мулів (гібриди кобили та осла). Мули відрізняються високою життєздатністю, великою силою; довшим терміном життя. Були виведені нова порода овець (гібрид мериноса й гірського барана архара) тощо.
При віддаленій гібридизації виникає проблема безпліддя міжвидових гібридів. У гібридів можуть бути безплідними і самці, і самки, ях разом, так і окремо. Складність розведення гібридів полягає в тому, що в різних видів різна кількість хромосом у
наборах, тому хромосоми не розходяться під час мейозу. Навіть, якщо кількість хромосом буде однаковою, структура їх різна. Це теж призводить до порушення розходження хромосом, до нездатності до кон’югації. Особливо складним є подолання безпліддя у гібридів тварин.
Метод подолання безпліддя гібридів, отриманих за міжвидовою гібридизацією запропонував у 1924 році Г. Д. Карпеченко. Він розробив його при схрещуванні редьки та капусти. Ці дві рослини мають однаковий набір хромосом. Вчений подвоїв (завдяки поліплоїдії) набір хромосом гібрида, тобто в ядрі з’явилися два повні набори хромосом. Процес кон’югації став відбуватися нормально. Кожна хромосома мала собі пару.
У тварин стало можливим отримувати гібриди за допомогою клітинної інженерії.
Особливості селекції тварин і рослин. Для рослин характерне статеве та нестатеве розмноження. У селекції рослин використовують індивідуальний та масовий штучний добір, різні форми гібридизації. Стерильність гібридів долають за допомогою поліплоїдії. Поліплоїдію використовують також для підвищення врожайності сортів. Різноманітні форми рослин отримують за допомогою щеплення.
Хребетні тварини розмножуються тільки статевим шляхом, що значно обмежує методи селекції. Основними методами є індивідуальний штучний добір та різні форми гібридизації. Широко в сільському господарстві застосовується явище гетерозису, штучне запліднення.
ЦЕ ПОТРІБНО ЗНАТИ
Деградація природи — це процес порушення екологічної рівноваги, який спричиняється природними або антропогенними факторами і призводить до руйнації навколишнього середовища.
• Упродовж багатьох років багатства надр, ресурси біосфери споживались і витрачались у максимально можливих обсягах.
• Сучасна екологічна криза охопила всю планету і яка повністю спричинена не природними процесами, а діяльністю людства.
• Темпи зміни параметрів біосфери, породжені цією екологічною кризою, виявились у сотні й тисячі разів вищими за темпи природної еволюції. Темпи зміни параметрів біосфери, породжені цією екологічною кризою, виявились у сотні й тисячі разів вищими за темпи природної еволюції. Разових катастрофічних, які виникають у разі аварій і небезпечні не лише за потужністю, а й за раптовістю й різкістю дії.
• На фоні загальної деградації природного середовища створюються передумови для розвитку надзвичайних екологічних ситуацій та екологічних катастроф. ( Чорнобиль, руйнування озонового шару, кислотні дощі, забруднення всіх геосфер планети, деградацію лісів, накопичення і неконтрольоване переміщення токсичних речовин і відходів, спустелювання, ерозію грунтів, зменшення біологічної різноманітності).
Моделі виробництва й споживання,що склалися в світі, перестали відповідати умовам нормального співіснування людини і природи. До розвитку глобальної екологічної й тісно пов’язаною з нею соціально-економічної кризи, які сьогодні загрожують існуванню нашої цивілізації, призвели, образно кажучи, два «вибухи» – демографічний, тобто різке зростання чисельності населення Землі за останнє століття, й промислово-енергетичний, а також спричинені ними катастрофічні ресурсопоглинання й продукування відходів.
◄
1 / 1
►